金属的摩擦和磨损.ppt

微动磨损导致的表面损伤 左：不锈钢 右：纯Ni 影响因素 相对位移（滑动幅度） 摩擦系数 频率 残余应力 表面状态 环境因素 相对位移（滑动幅度） 相对滑移幅度增加增加，微动磨损增大； 相对滑移幅度与接触压力有关； 频率 对于给定的循环周期，低频率下，材料的体积磨损量大，与氧化膜的形成与破坏有关。 残余应力 微动损伤的可能损伤机制之一是表面疲劳，因此残余应力对微动疲劳有影响， 右图说明划痕深度随着表面拉应力增加而增加，随着表面压应力增加而减小 微动疲劳表面磨痕深度与残余应力的关系. 微动磨损与循环次数的关系 预防措施 改进设计：消除相对运动、减小应力集中、增加正应力或者尽量减少连接接头； 喷丸增加表面粗糙度、产生加工硬化和残余压应力； 表面改性技术：1）通过化学热处理和表面轰击引入外来原子(如渗碳、渗氮、渗锌和离子注入等)，2）材料在一定环境中表面发生反应(如氧化，磷化处理), 3) 镀膜(如电镀、离子镀、PVD，CVD等)； 表面隔离方法，如两摩擦面插入低弹性模量的材料。 润滑。 11.7 接触疲劳 接触疲劳：表面接触压应力长期反复作用下引起的一种表面疲劳现象； 损坏形式：接触表面上出现许多深浅不一的针状或痘状凹坑或较大面积的表面压碎； 常见于滚动轴承、铁轨和齿轮等零件。 疲劳寿命分散性大 接触应力 两物体接触，在接触面上产生的局部压力叫做接触应力； 在接触应力作用下，材料由线接触或点接触变为面接触； 最大压应力在接触面的中心线(或点)上，最大切应力位于表层下。 接触疲劳类型 点蚀：深度为小于0.1-0.2mm的小块剥落； 浅层剥落：深度一般为0.2-0.4mm； 深层剥落：剥落坑大于0.4mm。 损伤过程 接触疲劳和其它疲劳一样，也是一个裂纹形成和裂纹扩展的过程； 接触疲劳裂纹的形成和扩展是切应力和材料切变强度交相作用的结果； 渗碳淬火时间的试验结果：切应力/材料切变强度?0.6，疲劳裂纹在硬化层和心部交界处产生，深层剥落；切应力/材料切变强度＜0.55，浅层剥落或点蚀。 提高接触疲劳措施 提高滚珠的加工精度、表面质量和微观组织均匀性； 改善摩擦条件，如加入润滑剂； 较小接触应力能够显著提高接触疲劳寿命； 较小滚珠的质量能够有效提高寿命，如高速轴承使用氮化硅； 表面热处理提高断裂韧性； 提高冶金质量； 引入残余应力。 磨损类型并非固定不变，在不同的外部条件和材料特性下，损伤机制会发生转化，由一种损伤机制变成另一种损伤机制。 外部条件：摩擦类型、相对滑动速度、接触压力等； 金属材料特性：1)与氧的化学亲和力以及形成的氧化膜性质；2）抗粘着能力；3）力学性能；4）耐热性；5）与润滑剂相互作用的能力； 材料的动态特性。 11.8耐磨性评价 耐磨性是材料抵抗磨损的性能指标， 用磨损量表示分为：线磨损量、体积磨损量和重量磨损量； 磨损曲线的三个阶段：1)跑合阶段；2)稳定磨损阶段；3)剧烈磨损阶段。 相对耐磨性与压力和相对滑动量成正比，与磨损量成反比 11.2磨损试验方法 磨损试验方法分为：零件磨损试验和试件磨损试验； ASTM标准规定了超过20种固体磨损试验方法。出此之外还可以参考GB、ISO、DEN、JIS等标准。 通过记录试验过程中摩擦力的变化，能够判断磨损过程，同时可得到摩擦系数； 测量磨损前后的质量和体积变化，确定磨损量； 分析摩擦表面和磨损产物，研究磨损机制和工程磨损预测。 Al–7%Si合金的滑动摩擦磨损量与压力的 关系 Al–7%Si合金的平行与滑动方向的截面SEM照片,滑动速度0.5 m/s，压力: 10 N; 20 N; 50 N; 75 N; 100 N Ti–6Al–4V摩擦系数与滑动速度的关系 干摩擦，载荷：110 N，滑动速度：10-11 m/s  Ti–6Al–4V磨损亚表面 第十一章完 第十一章 金属的摩擦和磨损 摩擦在人类文明的进展中发挥了及其重要的作用； 早期人类的两个重要发现：摩擦生火、滚动比滑动更省力； 摩擦在人们日常生活和工业活动中发挥重要作用； It aids in starting the motion of a body, changing its direction, and subsequently stopping it. Without friction, we could not readily move about, grip objects, light a match, or perform a multitude of other common daily tasks. Without fri