材料磨损与耐磨材料(第3章磨粒磨损课件)

1 1第一篇第一篇 材料磨损基础材料磨损基础Chapter 1:材料的磨损材料的磨损Chapter 2:固体表面结构与接触特固体表面结构与接触特性性Chapter 3:材料的磨损机理材料的磨损机理1第一篇 材料磨损基础2 2Chapter 3:Chapter 3:材料的磨损机理材料的磨损机理3.1 3.1 粘着磨损粘着磨损3.2 3.2 磨粒磨损磨粒磨损3.3 3.3 腐蚀磨损腐蚀磨损3.4 3.4 疲劳磨损疲劳磨损3.5 3.5 冲蚀磨损冲蚀磨损3.6 3.6 微动磨损微动磨损2Chapter 3:材料的磨损机理3 33.2 3.2 磨粒磨损磨粒磨损3.2.1 3.2.1 磨粒磨损的概念磨粒磨损的概念3.2.2 3.2.2 磨粒磨损的分类磨粒磨损的分类3.2.3 3.2.3 磨粒磨损基本模型与原理磨粒磨损基本模型与原理3.2.4 3.2.4 磨粒磨损的影响因素磨粒磨损的影响因素33.2 磨粒磨损4 43.2.1 3.2.1 磨粒磨损的概念磨粒磨损的概念 磨粒磨损磨粒磨损是硬是硬的磨的磨(颗颗)粒或硬的凸出物粒或硬的凸出物在与摩擦表面相互接触运动过程中，使表面材料发在与摩擦表面相互接触运动过程中，使表面材料发生损耗的一种现象或过程。生损耗的一种现象或过程。43.2.1 磨粒磨损的概念 硬颗粒或凸出物一般为：非金属材料，如石英砂、矿硬颗粒或凸出物一般为：非金属材料，如石英砂、矿石等，也可能是金属，如落入齿轮间的金属屑等。石等，也可能是金属，如落入齿轮间的金属屑等。磨粒磨损几乎没有一种是单一磨损机理引起的，经常磨粒磨损几乎没有一种是单一磨损机理引起的，经常是多种磨损机制综合作用的结果，而且随着磨损条件是多种磨损机制综合作用的结果，而且随着磨损条件的变化，可能从一种机制转化为另一种机制。的变化，可能从一种机制转化为另一种机制。硬颗粒或凸出物一般为：非金属材料，如石英砂、矿石等，也可能是磨粒磨损磨粒磨损Abrasion(Abrasive Wear)Abrasion(Abrasive Wear)的的2 2个层次：个层次：l粗糙表面上的硬微凸体对相对较软的摩擦配副表粗糙表面上的硬微凸体对相对较软的摩擦配副表面的划伤；面的划伤；l材料的工作表面随硬质颗粒的压入和摩擦所造成材料的工作表面随硬质颗粒的压入和摩擦所造成的磨损。的磨损。6 6磨粒磨损Abrasion(Abrasive Wear)的27 73.2 3.2 磨粒磨损磨粒磨损3.2.1 3.2.1 磨粒磨损的概念磨粒磨损的概念3.2.2 3.2.2 磨粒磨损的分类磨粒磨损的分类3.2.3 3.2.3 磨粒磨损基本模型与原理磨粒磨损基本模型与原理3.2.4 3.2.4 磨粒磨损的影响因素磨粒磨损的影响因素73.2 磨粒磨损8 83.2.2 3.2.2 磨粒磨损的分类磨粒磨损的分类 磨粒磨损是一种常见的磨损形式，也是最重要的磨磨粒磨损是一种常见的磨损形式，也是最重要的磨损类型。损类型。（1 1）一般将磨粒磨损分为）一般将磨粒磨损分为三大类三大类：第一、低应力擦伤式磨粒磨损第一、低应力擦伤式磨粒磨损，如图，如图1.3-201.3-20。83.2.2 磨粒磨损的分类 磨粒磨损是一种常见的磨9 9 低应力磨粒磨损低应力磨粒磨损磨粒与材料表面间的作用力小于磨粒本身压溃强度时的力。磨粒与材料表面间的作用力小于磨粒本身压溃强度时的力。磨损结果是在材料表面只发生微小的划痕（擦伤），既不使磨粒破磨损结果是在材料表面只发生微小的划痕（擦伤），既不使磨粒破碎又能使材料不断流失的磨损方式，碎又能使材料不断流失的磨损方式，宏观可见磨损表面比较光亮宏观可见磨损表面比较光亮，高倍观察可见微细的磨沟或微坑一类磨损。典型零件如农机具的磨高倍观察可见微细的磨沟或微坑一类磨损。典型零件如农机具的磨损、运输过程的溜槽、漏斗、料车等。损、运输过程的溜槽、漏斗、料车等。9 低应力磨粒磨损10103.2.2 3.2.2 磨粒磨损的分类磨粒磨损的分类第二，高应力磨粒磨损也称碎式磨粒磨损第二，高应力磨粒磨损也称碎式磨粒磨损，如下图所示。，如下图所示。当磨粒与材料之当磨粒与材料之间接触压应力大于磨粒的压间接触压应力大于磨粒的压溃强度时，韧性材料产生塑溃强度时，韧性材料产生塑性变形或疲劳，脆性材料则性变形或疲劳，脆性材料则发生碎裂或剥落。发生碎裂或剥落。磨损的磨粒在压磨损的磨粒在压碎前，几乎没有滚动和切削，碎前，几乎没有滚动和切削，对被磨表面的主要作用由接对被磨表面的主要作用由接触处集中触处集中压应力压应力造成。造成。103.2.2 磨粒磨损的分类第二，高应力磨粒磨损也1111 对塑性材料，就像打硬度一样，磨粒使对塑性材料，就像打硬度一样，磨粒使材料表面发生塑性变形，许许多多材料表面发生塑性变形，许许多多“压头压头”对材料表对材料表面作用，使之发生不定向流动，最后由疲劳而破坏。面作用，使之发生不定向流动，最后由疲劳而破坏。对于脆硬材料，几乎不发生塑性流动，磨损主要是脆对于脆硬材料，几乎不发生塑性流动，磨损主要是脆性破裂的结果。典型零件是性破裂的结果。典型零件是滚式破碎机中的辊轮滚式破碎机中的辊轮等等（见右图）。（见右图）。11 对塑性材料，就像打硬度一样，磨12123.2.2 3.2.2 磨粒磨损的分类磨粒磨损的分类u第三，凿削式磨粒磨损，第三，凿削式磨粒磨损，如图所示。如图所示。凿削式磨损的产凿削式磨损的产生主要由于磨粒中的磨粒包含大块磨粒而且具有尖生主要由于磨粒中的磨粒包含大块磨粒而且具有尖锐棱角，对材料表面进行锐棱角，对材料表面进行高应力高应力和伴随冲击作用和伴随冲击作用，使，使材料表面撕裂出很大的颗粒或碎块，被磨材料表面形材料表面撕裂出很大的颗粒或碎块，被磨材料表面形成较深的犁沟或深坑，经常在运输或破碎大块磨粒时成较深的犁沟或深坑，经常在运输或破碎大块磨粒时发生。发生。123.2.2 磨粒磨损的分类第三，凿削式磨粒磨损，1313请根据宏观图片辨别磨粒磨损的种类，并说明理由：请根据宏观图片辨别磨粒磨损的种类，并说明理由：1 12 23 34 45 56 613请根据宏观图片辨别磨粒磨损的种类，并说明理由：1234514143.2.2 3.2.2 磨粒磨损的分类磨粒磨损的分类（2 2）根据）根据使用条件使用条件，还有如下分类：，还有如下分类：冲击磨粒磨损冲击磨粒磨损：磨粒（通常是块状）垂直或以一：磨粒（通常是块状）垂直或以一定的倾角落在材料表面上。其情况与冲蚀磨损相似，但局定的倾角落在材料表面上。其情况与冲蚀磨损相似，但局部应力要高得多。部应力要高得多。冲蚀磨粒磨损冲蚀磨粒磨损：材料同含有固体颗粒的液体作相：材料同含有固体颗粒的液体作相对运动，在表面造成的损耗。对运动，在表面造成的损耗。气蚀气蚀-冲蚀磨粒磨损冲蚀磨粒磨损：固体同液体作相对运动，在：固体同液体作相对运动，在气泡破裂区产生高压或高温而引起的磨损，并伴有气泡破裂区产生高压或高温而引起的磨损，并伴有流体与流体与磨粒的冲蚀作用磨粒的冲蚀作用。腐蚀磨粒磨损腐蚀磨粒磨损：同环境条件发生化学或电化学反：同环境条件发生化学或电化学反应，而磨损是材料损失的主要原因。应，而磨损是材料损失的主要原因。143.2.2 磨粒磨损的分类（2）根据使用条件，还1515请根据宏观图片，结合工况，辨别磨粒磨损的种类，并说明理由：请根据宏观图片，结合工况，辨别磨粒磨损的种类，并说明理由：叶轮叶轮密封环密封环15请根据宏观图片，结合工况，辨别磨粒磨损的种类，并说明理由16163.2.2 3.2.2 磨粒磨损的分类磨粒磨损的分类（3 3）根据接触条件）根据接触条件两体磨粒磨损：颗粒直接作用于材料表面两体磨粒磨损：颗粒直接作用于材料表面三体磨粒磨损：颗粒处于两个被磨材料表面间。三体磨粒磨损：颗粒处于两个被磨材料表面间。163.2.2 磨粒磨损的分类（3）根据接触条件17173.2.2 3.2.2 磨粒磨损的分类磨粒磨损的分类（5 5）根据相对硬度）根据相对硬度 软磨粒磨粒磨损：软磨粒磨粒磨损：H H H Hm m m m/H/H/H/Ha a a a0.80.80.80.8 硬磨粒磨粒磨损：硬磨粒磨粒磨损：H H H Hm m m m/H/H/H/Ha a a a0.8 0.8 0.8 0.8 a a：磨：磨粒粒 m:m:材料材料（6 6）根据表面损伤形貌）根据表面损伤形貌 擦伤型磨粒磨损擦伤型磨粒磨损 刮伤型磨粒磨损刮伤型磨粒磨损 研磨型磨粒磨损研磨型磨粒磨损 凿削型磨粒磨损凿削型磨粒磨损 犁皱型磨粒磨损犁皱型磨粒磨损 微观裂纹型磨粒微观裂纹型磨粒磨损磨损（7 7）根据磨损机理）根据磨损机理 塑性变形磨粒磨损塑性变形磨粒磨损 断裂磨粒磨损断裂磨粒磨损173.2.2 磨粒磨损的分类（5）根据相对硬度18183.2 3.2 磨粒磨损磨粒磨损3.2.1 3.2.1 磨粒磨损的概念磨粒磨损的概念3.2.2 3.2.2 磨粒磨损的分类磨粒磨损的分类3.2.3 3.2.3 磨粒磨损基本模型与原理磨粒磨损基本模型与原理3.2.4 3.2.4 磨粒磨损的影响因素磨粒磨损的影响因素183.2 磨粒磨损3.2.1 磨粒磨损的概念19193.2.3 3.2.3 磨粒磨损基本模型与原理磨粒磨损基本模型与原理（1 1）磨粒磨损的简化模型：）磨粒磨损的简化模型：Rabinowicz Rabinowicz（拉宾诺维奇）在（拉宾诺维奇）在19661966年提出磨粒磨损简年提出磨粒磨损简化模型，如下图所示。并导出定量计算公式：化模型，如下图所示。并导出定量计算公式：模型计算的模型计算的3 3个假设：个假设：l材料不发生塑性变形材料不发生塑性变形（刚体）（刚体）l硬质磨粒简化为硬质磨粒简化为圆锥体圆锥体l磨损过程为磨损过程为简单滑动简单滑动V V：磨损体积：磨损体积r r：磨粒圆锥磨粒圆锥 体半径体半径x x ：磨粒压入：磨粒压入 材料内深度材料内深度l(L)l(L)：滑动距离：滑动距离193.2.3 磨粒磨损基本模型与原理（1）磨粒磨损20203.2.3 3.2.3 磨粒磨损基本模型与原理磨粒磨损基本模型与原理因为磨粒压入金属材料内的深度，取决于压力的大小和因为磨粒压入金属材料内的深度，取决于压力的大小和材料硬度的比值，所以材料硬度的比值，所以 磨粒圆锥体夹角磨粒圆锥体夹角 P P法向载荷；法向载荷；H H金属材料的硬金属材料的硬度；度；设屈服极限与硬度相等，则设屈服极限与硬度相等，则203.2.3 磨粒磨损基本模型与原理因为磨粒压入金21213.2.3 3.2.3 磨粒磨损基本模型与原理磨粒磨损基本模型与原理令213.2.3 磨粒磨损基本模型与原理令22223.2.3 3.2.3 磨粒磨损基本模型与原理磨粒磨损基本模型与原理lRabinowicz Rabinowicz（拉宾诺维奇）模型（拉宾诺维奇）模型物理意义物理意义：在一：在一定磨粒条件下，单位距离内磨损体积与施加载荷成定磨粒条件下，单位距离内磨损体积与施加载荷成正比，而与材料的硬度成反比。它与阿查德方程相正比，而与材料的硬度成反比。它与阿查德方程相似即磨损量与载荷和滑动距离成正比，而与被磨似即磨损量与载荷和滑动距离成正比，而与被磨材料的硬度成反比。材料的硬度成反比。l局限性：局限性：则：则：223.2.3 磨粒磨损基本模型与原理Rabinow2323p不是单个、而是多个磨粒共同作用不是单个、而是多个磨粒共同作用p材料发生塑性变形材料发生塑性变形p磨损过程中常常会伴随有冲击的作用。磨损过程中常常会伴随有冲击的作用。p磨损环境的影响（温度、湿度、腐蚀介质等）磨损环境的影响（温度、湿度、腐蚀介质等）局限性：（实际情况是：）局限性：（实际情况是：）23不是单个、而是多个磨粒共同作用局限性：（实际情况是：）磨粒磨损磨粒磨损是硬是硬的磨的磨(颗颗)粒或硬的凸出物粒或硬的凸出物在与在与摩擦表面相互接触运动过程中，使表面材料摩擦表面相互接触运动过程中，使表面材料发生损耗的一种现象或过程。发生损耗的一种现象或过程。（2 2）磨粒磨损的机理：）磨粒磨损的机理：磨粒磨损机理是指零件表面材料和磨粒发磨粒磨损机理是指零件表面材料和磨粒发生摩擦接触后，材料是如何磨损的，即材料的磨屑是生摩擦接触后，材料是如何磨损的，即材料的磨屑是如何从表面脱落下来的。迄今为止未完全清楚，存在如何从表面脱落下来的。迄今为止未完全清楚，存在一些争论。一些争论。24243.2.3 3.2.3 磨粒磨损基本模型与原理磨粒磨损基本模型与原理磨粒磨损是硬的磨(颗)粒或硬的凸出物在与摩擦表面相互接触运动25253.2.3 3.2.3 磨粒磨损基本模型与原理磨粒磨损基本模型与原理第一，微观切削磨损机理第一，微观切削磨损机理 磨粒在材料表面的作用力分为磨粒在材料表面的作用力分为法向力法向力和和切向切向力力两个分力。两个分力。法向力使磨粒压入表面；切向力使磨粒向前法向力使磨粒压入表面；切向力使磨粒向前推进，当磨粒形状与运动方向适当时，磨粒如同刀具推进，当磨粒形状与运动方向适当时，磨粒如同刀具一样，在表面进行切削形成切屑。但这种切削的宽度一样，在表面进行切削形成切屑。但这种切削的宽度和深度都很小，因此切屑也很小，称为微观切削。和深度都很小，因此切屑也很小，称为微观切削。253.2.3 磨粒磨损基本模型与原理第一，微观切削26可编辑26可编辑27273.2.3 3.2.3 磨粒磨损基本模型与原理磨粒磨损基本模型与原理l 在显微镜下观察，这些微观切屑仍具有机床上切屑在显微镜下观察，这些微观切屑仍具有机床上切屑的特点，即一面较光滑，另一面则有滑动的台阶，有的特点，即一面较光滑，另一面则有滑动的台阶，有些还发生卷曲现象。些还发生卷曲现象。微观切削微观切削273.2.3 磨粒磨损基本模型与原理 在显微镜下观282828l 微观切削磨损是常见的一种磨损，特别是在固定微观切削磨损是常见的一种磨损，特别是在固定磨粒磨损和凿削式磨损中，它是材料表面磨损的主磨粒磨损和凿削式磨损中，它是材料表面磨损的主要机理。要机理。是否经常发生呢？是否经常发生呢？微观切削磨损是常见的一种磨损，特别是在固定磨粒磨损和凿削式3030l在某些条件下，切削磨损占整个磨损的比例很大，但通常磨粒和表面接触时发生切削磨损的概率不大。l其原因是：磨粒形状较圆钝；在犁沟过程中磨粒的棱角不是棱边对着运动方向；磨粒和被磨材料表面之间的夹角(迎角)太小；表面材料塑性很高。30在某些条件下，切削磨损占整个磨损的比例很大，但通常磨粒和31313.2.3 3.2.3 磨粒磨损基本模型与原理磨粒磨损基本模型与原理l在这些情况下在这些情况下,磨粒在表面滑过后，往往只能犁出一条磨粒在表面滑过后，往往只能犁出一条沟来，而把材料推向两边和前面，不能切出切屑，特沟来，而把材料推向两边和前面，不能切出切屑，特别是松散的磨粒，大致有别是松散的磨粒，大致有9090磨粒发生滚动接触，只磨粒发生滚动接触，只能压出印痕而形成犁沟的概率只有能压出印痕而形成犁沟的概率只有1010，这样切削，这样切削的可能性更小。的可能性更小。l还有另一种情况，如冲击角较大的冲蚀磨损，常在表还有另一种情况，如冲击角较大的冲蚀磨损，常在表面形成压坑和在压坑周围被挤压出唇状凸缘，只能使面形成压坑和在压坑周围被挤压出唇状凸缘，只能使表面发生塑性变形，而切削的分量更少。因此微观切表面发生塑性变形，而切削的分量更少。因此微观切削是一种削是一种常见的、但概率较小常见的、但概率较小的磨损机理。的磨损机理。是否有一种其他的磨损机制？313.2.3 磨粒磨损基本模型与原理在这些情况下,32323.2.3 3.2.3 磨粒磨损基本模型与原理磨粒磨损基本模型与原理 第二，多次塑变磨损机理第二，多次塑变磨损机理 在磨粒磨损中，当磨粒滑过被磨材料表面时，在磨粒磨损中，当磨粒滑过被磨材料表面时，除了切削外，大部分把材料推向两边或前缘，这些材料除了切削外，大部分把材料推向两边或前缘，这些材料的塑性变形很大，但却没能脱离母体。在沟底及沟槽附的塑性变形很大，但却没能脱离母体。在沟底及沟槽附近的材料也有较大的变形。犁沟时可能有一部分材料被近的材料也有较大的变形。犁沟时可能有一部分材料被切削形成切屑，一部分切削形成切屑，一部分未被切削未被切削而在而在塑变后塑变后被推向两侧被推向两侧和前缘。和前缘。若在犁沟时全部沟槽中的体积都被推向两侧和若在犁沟时全部沟槽中的体积都被推向两侧和前缘而不产生切屑，则称为犁皱。前缘而不产生切屑，则称为犁皱。犁沟或犁皱后堆积在犁沟或犁皱后堆积在两侧和前缘的材料以及沟槽中的材料，在受到随后的磨两侧和前缘的材料以及沟槽中的材料，在受到随后的磨粒作用时，可能把已堆积的材料压平，也可能使已变形粒作用时，可能把已堆积的材料压平，也可能使已变形的沟底材料再一次犁皱变形，如此反复塑变，导致材料的沟底材料再一次犁皱变形，如此反复塑变，导致材料产生加工硬化或其他强化作用最终剥落而成为磨屑。产生加工硬化或其他强化作用最终剥落而成为磨屑。323.2.3 磨粒磨损基本模型与原理 第二，多次塑变3333XYXY犁皱犁皱33XYXY犁皱34343.2.3 3.2.3 磨粒磨损基本模型与原理磨粒磨损基本模型与原理l当磨粒的硬度超过零件表面材料的硬度时，在冲击力当磨粒的硬度超过零件表面材料的硬度时，在冲击力的作用下，磨粒压入材料表面，使材料发生塑性流动，的作用下，磨粒压入材料表面，使材料发生塑性流动，形成凹坑及其周围的凸缘。当第二颗磨粒再压入凹坑形成凹坑及其周围的凸缘。当第二颗磨粒再压入凹坑及其周围的凸缘时，又重复发生塑性流动，如此反复及其周围的凸缘时，又重复发生塑性流动，如此反复塑性变形塑性变形和和加工硬化加工硬化，使材料逐渐硬化而脆性剥落成，使材料逐渐硬化而脆性剥落成为切屑。为切屑。分析这种磨损机理可知材料多次塑性变形分析这种磨损机理可知材料多次塑性变形引起了材料引起了材料晶格畸变晶格畸变，畸变力达到了材料不破坏其间，畸变力达到了材料不破坏其间的联系则无法再改变其形状的极限状态。即材料不能的联系则无法再改变其形状的极限状态。即材料不能再继续变形和吸收能量。有些截面再继续变形和吸收能量。有些截面(当外力不变时当外力不变时)由由于应力增长于应力增长(集中集中)而逐渐而逐渐丧失塑性并转变为脆性状态丧失塑性并转变为脆性状态，在冲击力作用下裂断成磨屑。在冲击力作用下裂断成磨屑。343.2.3 磨粒磨损基本模型与原理当磨粒的硬度超3535多次塑变磨损机理多次塑变磨损机理是否适合所有材料呢？是否适合所有材料呢？在大量的观察发现，一些脆性材料不适合塑性变形磨损机理的解释。第三类磨损机制35多次塑变磨损机理是否适合所有材料呢？在大量的观察发现，一36363.2.3 3.2.3 磨粒磨损基本模型与原理磨粒磨损基本模型与原理微观犁沟微观犁沟 第三，微观断裂磨损机理第三，微观断裂磨损机理 磨损时由于磨粒压入被磨材磨损时由于磨粒压入被磨材料表面，大多数材料都会发生塑性变料表面，大多数材料都会发生塑性变形。但有些材料尤其是形。但有些材料尤其是脆性材料，可脆性材料，可能是断裂机理占主要地位能是断裂机理占主要地位。当断裂发。当断裂发生时，压痕周围的材料被磨损剥落，生时，压痕周围的材料被磨损剥落，因此磨损比塑性材料大。因此磨损比塑性材料大。脆性材料的压痕断裂，其脆性材料的压痕断裂，其外部条件决定于载荷大小、磨粒的形外部条件决定于载荷大小、磨粒的形状和尺寸以及周围环境等，其内部条状和尺寸以及周围环境等，其内部条件主要决定于材料的硬度和断裂韧性件主要决定于材料的硬度和断裂韧性等。等。363.2.3 磨粒磨损基本模型与原理微观犁沟 第三37373.2.3 3.2.3 磨粒磨损基本模型与原理磨粒磨损基本模型与原理l在磨损试验中，若用球形压头，在弹性接触下伸向材在磨损试验中，若用球形压头，在弹性接触下伸向材料内部的裂纹往往形成断裂。若用小曲率半径的压头，料内部的裂纹往往形成断裂。若用小曲率半径的压头，常会变成弹常会变成弹-塑性变形。如果压头尖锐，则压痕未达到塑性变形。如果压头尖锐，则压痕未达到临界尺寸前不会发生断裂，临界尺寸随着材料硬度的临界尺寸前不会发生断裂，临界尺寸随着材料硬度的降低和断裂韧性的提高而增大。这些静态压痕现象也降低和断裂韧性的提高而增大。这些静态压痕现象也定性地适合于滑动情况。定性地适合于滑动情况。l对多晶体脆性材料，即使压痕尺寸小于临界尺寸，也对多晶体脆性材料，即使压痕尺寸小于临界尺寸，也会发生次表面断裂。对脆性材料，压痕带有明显的表会发生次表面断裂。对脆性材料，压痕带有明显的表面裂纹，压痕附近还有横向裂纹、径向裂纹。断裂韧面裂纹，压痕附近还有横向裂纹、径向裂纹。断裂韧性低的材料裂纹较长。对磨粒磨损，当横向裂纹、径性低的材料裂纹较长。对磨粒磨损，当横向裂纹、径向裂纹互相交叉或扩散到表面时，造成微观断裂机理向裂纹互相交叉或扩散到表面时，造成微观断裂机理的材料磨损。的材料磨损。373.2.3 磨粒磨损基本模型与原理在磨损试验中，38383.2.3 3.2.3 磨粒磨损基本模型与原理磨粒磨损基本模型与原理l脆性材料的体积磨损决定于断裂脆性材料的体积磨损决定于断裂机理、微观切削机理和塑性变形机理、微观切削机理和塑性变形机理所产生的磨损。材料磨损的机理所产生的磨损。材料磨损的各机理的平衡，取决于平均压痕各机理的平衡，取决于平均压痕深度和产生断裂的临界压痕深度。深度和产生断裂的临界压痕深度。尖锐的压头在压入材料表面时，尖锐的压头在压入材料表面时，弹塑性压入深度随着载荷增大而弹塑性压入深度随着载荷增大而逐渐增加。在达到临界压痕深度逐渐增加。在达到临界压痕深度时，因压入而产生的拉伸应力使时，因压入而产生的拉伸应力使裂纹萌生并围绕压入的塑性区扩裂纹萌生并围绕压入的塑性区扩展，断裂形成磨屑。展，断裂形成磨屑。微观断裂微观断裂383.2.3 磨粒磨损基本模型与原理脆性材料的体积39393.2.3 3.2.3 磨粒磨损基本模型与原理磨粒磨损基本模型与原理磨粒磨损表面形貌特征：磨粒磨损表面形貌特征：l软金属被硬磨粒磨损：软金属被硬磨粒磨损：明显塑性变形明显塑性变形犁削作用犁削作用沟槽沟槽金属塑性挤压金属塑性挤压隆起隆起磨屑呈多皱折叠的块状磨屑呈多皱折叠的块状塑性好的材料的磨屑：塑性变形撕裂特征塑性好的材料的磨屑：塑性变形撕裂特征仅仅6 61313的磨粒起显微切削作用，大多数使材的磨粒起显微切削作用，大多数使材料表面发生塑性损伤（加工硬化），最终产生料表面发生塑性损伤（加工硬化），最终产生微裂纹，导致显微剥落。微裂纹，导致显微剥落。393.2.3 磨粒磨损基本模型与原理磨粒磨损表面形貌40403.2.3 3.2.3 磨粒磨损基本模型与原理磨粒磨损基本模型与原理l硬金属（耐磨材料）被硬磨粒磨损：硬金属（耐磨材料）被硬磨粒磨损：合金中硬化相（如碳化物）有效阻止显微切削和塑性合金中硬化相（如碳化物）有效阻止显微切削和塑性变形。变形。磨痕可见沟痕。磨痕可见沟痕。相对较软的基体存在相对较软的基体存在“选择选择”性磨损，出现硬相凸出性磨损，出现硬相凸出现象，产生现象，产生“浮雕浮雕”形貌。形貌。存在硬质相断裂的解理面。存在硬质相断裂的解理面。403.2.3 磨粒磨损基本模型与原理硬金属（耐磨材41413.2 3.2 磨粒磨损磨粒磨损3.2.1 3.2.1 磨粒磨损的概念磨粒磨损的概念3.2.2 3.2.2 磨粒磨损的分类磨粒磨损的分类3.2.3 3.2.3 磨粒磨损基本模型与原理磨粒磨损基本模型与原理3.2.4 3.2.4 磨粒磨损的影响因素磨粒磨损的影响因素413.2 磨粒磨损42423.2.4 3.2.4 磨粒磨损的影响因素磨粒磨损的影响因素(1)(1)硬度的概念硬度的概念 磨粒磨损过程是一个多种因素综合作用过程。磨粒磨损过程是一个多种因素综合作用过程。从磨损与硬度的关系分析，既要了解磨损类型，又要从磨损与硬度的关系分析，既要了解磨损类型，又要了解硬度的物理本质。硬度分为如下几种：了解硬度的物理本质。硬度分为如下几种：第一第一，材料磨前的整体硬度；，材料磨前的整体硬度；第二第二，表面加工硬化而改变了的表面硬度；，表面加工硬化而改变了的表面硬度；第三第三，如果摩擦热足够大，表面温度升高，应考虑，如果摩擦热足够大，表面温度升高，应考虑高温硬度等。高温硬度等。423.2.4 磨粒磨损的影响因素(1)硬度的概念43433.2.4 3.2.4 磨粒磨损的影响因素磨粒磨损的影响因素l硬度和强度之间具有一定关系，硬度和强度之间具有一定关系，般说强度越高，硬般说强度越高，硬度也越高，见下图度也越高，见下图1.3-241.3-24所示。所示。433.2.4 磨粒磨损的影响因素硬度和强度之间具有44443.2.4 3.2.4 磨粒磨损的影响因素磨粒磨损的影响因素 (2)(2)磨粒磨损与硬度磨粒磨损与硬度 从磨粒磨损方程分析，若系数为常数，则磨从磨粒磨损方程分析，若系数为常数，则磨粒磨损时，磨损率与加载成正比，与材料硬度成反比。粒磨损时，磨损率与加载成正比，与材料硬度成反比。但在一些试验中发现系数但在一些试验中发现系数K K不是常数，而与磨粒中的磨不是常数，而与磨粒中的磨粒硬度粒硬度H Ha a，同被磨材料硬度，同被磨材料硬度H Hm m的相对大小有关。一般分的相对大小有关。一般分为三个区。为三个区。第一，低磨损区：在第一，低磨损区：在1.25H1.25Ha aH Hm m的范围内，的范围内，系数系数KHKHm m-6-6 第二，过渡磨损区：在第二，过渡磨损区：在0.8H0.8Ha aH Hm m1.25H1.25Ha a的的范围内，系数范围内，系数KHKHm m-2.5-2.5 第三，高磨损区：在第三，高磨损区：在H Hm m0.8H0.8Ha a的范围内，系的范围内，系数数K K基本保持恒定。不难看出：磨粒磨损不仅决定于材基本保持恒定。不难看出：磨粒磨损不仅决定于材料的硬度料的硬度H Hm m，而且更主要的是决定于材料硬度，而且更主要的是决定于材料硬度H Hm m和磨粒和磨粒的硬度的硬度H Ha a比值。当比值。当H Hm m/H/Ha a比值超过一定值后，磨损量会迅比值超过一定值后，磨损量会迅速降低。速降低。443.2.4 磨粒磨损的影响因素(2)磨粒磨损与45453.2.4 3.2.4 磨粒磨损的影响因素磨粒磨损的影响因素(3)(3)磨粒特性的影响磨粒特性的影响磨粒尺寸：磨粒磨损过程中，磨粒尺寸：磨粒磨损过程中，磨粒的尺寸对耐磨性的影响，磨粒的尺寸对耐磨性的影响，存在一个临界尺寸。存在一个临界尺寸。磨粒尺寸磨粒尺寸 临界尺寸时，磨损增临界尺寸时，磨损增大的幅度明显降低；大的幅度明显降低；不同材料直线斜率不同，临界不同材料直线斜率不同，临界尺寸也有不同尺寸也有不同。不同材料磨粒尺寸不同材料磨粒尺寸 对磨损率的影响对磨损率的影响临界尺寸临界尺寸453.2.4 磨粒磨损的影响因素(3)磨粒特性的影46463.2.4 3.2.4 磨粒磨损的影响因素磨粒磨损的影响因素u磨粒形状：对耐磨性有较大影响。磨粒形状：对耐磨性有较大影响。磨粒根据几何形状分为磨粒根据几何形状分为3 3类：尖锐型、多角型和圆型。类：尖锐型、多角型和圆型。相对磨损率磨粒形状类型1018碳素退火钢1045碳素正火钢3.5C-3.5Ni-2.5Cr硬铸铁3C-2.6Cr白口铸铁尖锐型（人工破碎石英砂）3.43.60.850.30多角形砂1.60.280.22圆型干砂1.00.960.260.14463.2.4 磨粒磨损的影响因素磨粒形状：对耐磨性47473.2.4 3.2.4 磨粒磨损的影响因素磨粒磨损的影响因素(4)(4)显微组织的影响：显微组织的影响：l显微组织尺寸显微组织尺寸 磨粒压入深度：显微组织中单独相磨粒压入深度：显微组织中单独相及组元的重要性格外突出。及组元的重要性格外突出。473.2.4 磨粒磨损的影响因素(4)显微组织的影48483.2.4 3.2.4 磨粒磨损的影响因素磨粒磨损的影响因素l各种组织的耐磨性随硬度各种组织的耐磨性随硬度的增加而增加；的增加而增加；l同样硬度条件下：同样硬度条件下：A A、B B优于优于 P P、M M。磨粒磨损的影磨粒磨损的影响因素除了与硬度、磨粒响因素除了与硬度、磨粒的几何尺寸及形状、材料的几何尺寸及形状、材料显微组织有关外，还与其显微组织有关外，还与其他因素有关：如机械性能、他因素有关：如机械性能、含碳量等因素有关。含碳量等因素有关。不同组织类型在不同不同组织类型在不同硬度水平的相对耐磨性硬度水平的相对耐磨性483.2.4 磨粒磨损的影响因素不同组织类型在不同4949思考题思考题（磨粒磨损）（磨粒磨损）1.1.磨粒磨损的定义。磨粒磨损的定义。2.2.了解磨粒磨损的常见分类了解磨粒磨损的常见分类.3.3.掌握掌握Rabinowicz Rabinowicz（拉宾诺维奇）模型（拉宾诺维奇）模型及公式推导过程；及公式推导过程；Rabinowicz Rabinowicz（拉宾（拉宾诺维奇）模型物理意义及局限性？诺维奇）模型物理意义及局限性？4.4.理解磨粒磨损的机理分析。理解磨粒磨损的机理分析。5.5.磨粒磨损与哪些因素有关？磨粒磨损与哪些因素有关？49思考题（磨粒磨损）1.磨粒磨损的定义。505050Thanks for attention!51可编辑51可编辑