磨损知识--课件

1PPT课件摩擦磨损基础知识1PPT课件概述：概述：1.11.1定义：定义：摩擦副相对运动时，表面物质不断损失或摩擦副相对运动时，表面物质不断损失或产生残余变形的现象。表面物质运动主要包括机械产生残余变形的现象。表面物质运动主要包括机械运动、化学作用和热作用。运动、化学作用和热作用。(1)(1)机械作用使摩擦表面发生物质损失及摩擦表机械作用使摩擦表面发生物质损失及摩擦表 面的物理变形。面的物理变形。(2)(2)化学作用使摩擦表面发生性状的改变。化学作用使摩擦表面发生性状的改变。(3)(3)热作用使摩擦的表面发生形状的改变。热作用使摩擦的表面发生形状的改变。(4)(4)其他作用造成各种作用的产生。其他作用造成各种作用的产生。2PPT课件概述：2PPT课件1.21.2 磨损的危害：磨损的危害：(1)(1)影响机器的质量，减低设备的使用寿命。影响机器的质量，减低设备的使用寿命。如齿轮齿面的磨损，破坏了渐开线齿形，传如齿轮齿面的磨损，破坏了渐开线齿形，传动中导致冲击振动。机床主轴轴承磨损，影动中导致冲击振动。机床主轴轴承磨损，影响零件的加工精度。响零件的加工精度。(2)(2)降低机器的效率，消耗能量。如柴油机降低机器的效率，消耗能量。如柴油机缸套的磨损，导致功率不能充分发挥。缸套的磨损，导致功率不能充分发挥。(3)(3)减少机器的可靠性，造成不安全的因素。减少机器的可靠性，造成不安全的因素。如断齿、钢轨磨损。如断齿、钢轨磨损。(4)(4)消耗材料消耗材料,造成机械材料的大面积报废造成机械材料的大面积报废。3PPT课件1.2 磨损的危害：3PPT课件1.31.3 讨论讨论内容：内容：(1)(1)磨损类型及发生条件、特征和变化规律。磨损类型及发生条件、特征和变化规律。(2)(2)影响磨损各种因素，包括材料、表面形影响磨损各种因素，包括材料、表面形 态、态、环境、滑动速度、载荷、温度等。环境、滑动速度、载荷、温度等。(3)(3)磨损的物理模型、计算及改善措施。磨损的物理模型、计算及改善措施。(4)(4)磨损的测试技术与实验分析方法。磨损的测试技术与实验分析方法。4PPT课件1.3 讨论内容：4PPT课件1.41.4 磨损过程的一般规律：磨损过程的一般规律：1.1.磨损过程曲线磨损过程曲线：典型磨损曲线通常由三种不同：典型磨损曲线通常由三种不同的磨损变化阶段组成。的磨损变化阶段组成。5PPT课件1.4 磨损过程的一般规律：5PPT课件(1)(1)磨合阶段磨合阶段：磨损量随时间的增加而增加磨损量随时间的增加而增加。出现在初始运动阶段，由于表面存在粗糙出现在初始运动阶段，由于表面存在粗糙度，微凸体接触面积小，接触应力大，磨度，微凸体接触面积小，接触应力大，磨损速度快。损速度快。6PPT课件6PPT课件(2)(2)稳定磨损阶段：稳定磨损阶段：摩擦表面磨合后达到稳摩擦表面磨合后达到稳定状态，磨损率保持不变定状态，磨损率保持不变。标志磨损条标志磨损条件保持相对稳定，是零件整个寿命范围件保持相对稳定，是零件整个寿命范围内的工作过程。内的工作过程。7PPT课件7PPT课件(3)(3)剧烈磨损阶段：剧烈磨损阶段：工作条件恶化，磨损工作条件恶化，磨损量急剧增大。量急剧增大。精度降低、间隙增大，温精度降低、间隙增大，温度升高，产生冲击、振动和噪声，最终度升高，产生冲击、振动和噪声，最终导致零部件完全失效。导致零部件完全失效。8PPT课件8PPT课件非典型磨非典型磨损曲线损曲线9PPT课件非典型磨9PPT课件 2.2.磨损特性曲线磨损特性曲线-浴盆曲线浴盆曲线典型浴典型浴盆曲线盆曲线10PPT课件 2.磨损特性曲线-浴盆曲线典型浴10PPT课件磨损类型磨损类型2.1磨损磨损类型类型11PPT课件磨损类型2.1磨损11PPT课件2.2 2.2 表面破坏方式及特征表面破坏方式及特征破坏方式破坏方式 基基 本本 特特 征征微动磨损微动磨损磨磨损损表表面面有有粘粘着着痕痕迹迹，铁铁金金属属磨磨屑屑被被氧氧化化成成红红棕棕色色氧氧化化物物，通通常作为磨料加剧磨损。常作为磨料加剧磨损。剥剥 层层破破坏坏首首先先发发生生在在次次表表层层，位位错错塞塞积积，裂裂纹纹成成核核，并并向向表表面面扩扩展展，最后材料以薄片状剥落，形成片状磨屑。最后材料以薄片状剥落，形成片状磨屑。胶胶 合合表表面面存存在在明明显显粘粘着着痕痕迹迹和和材材料料转转移移，有有较较大大粘粘着着坑坑块块，在在高高速速重载下，大量摩擦热使表面焊合，撕脱后留下片片粘着坑。重载下，大量摩擦热使表面焊合，撕脱后留下片片粘着坑。咬咬 死死黏黏着着坑坑密密集集，材材料料转转移移严严重重，摩摩擦擦副副大大量量焊焊合合，磨磨损损急急剧剧增增加加，摩擦副相对运动受到阻碍或停止。摩擦副相对运动受到阻碍或停止。点点 蚀蚀材料以极细粒状脱落，出现许多材料以极细粒状脱落，出现许多“豆斑豆斑”状凹坑。状凹坑。研研 磨磨 宏观上光滑，高倍才能观察到细小的磨粒滑痕。宏观上光滑，高倍才能观察到细小的磨粒滑痕。划划 伤伤低倍可观察到条条划痕，由磨粒切削或犁沟造成。低倍可观察到条条划痕，由磨粒切削或犁沟造成。凿凿 削削存在压坑，间或有粗短划痕，由磨粒冲击表面造成存在压坑，间或有粗短划痕，由磨粒冲击表面造成12PPT课件2.2 表面破坏方式及特征破坏方式 2.3.2.3.表面破坏方式与机理对应关系表面破坏方式与机理对应关系13PPT课件2.3.表面破坏方式与机理对应关系13PPT课件粘着磨损粘着磨损1 1 定义定义:当摩擦副相对滑动时当摩擦副相对滑动时,由于粘着效应所形成由于粘着效应所形成结点发生剪切断裂，被剪切的材料或脱落成结点发生剪切断裂，被剪切的材料或脱落成磨屑，或由一个表面迁移到另一个表面，此磨屑，或由一个表面迁移到另一个表面，此类磨损称为粘着磨损。类磨损称为粘着磨损。14PPT课件粘着磨损1 定义:14PPT课件2 2 粘着磨损机理：粘着磨损机理：在载荷的作用下，相互接触微凸体承受很在载荷的作用下，相互接触微凸体承受很高的压力，首先发生变形，部分地方发生焊高的压力，首先发生变形，部分地方发生焊接。当微凸体相对运动时，相互焊接的微凸接。当微凸体相对运动时，相互焊接的微凸体发生剪切、断裂。脱落的材料或成为磨屑体发生剪切、断裂。脱落的材料或成为磨屑过发生转移。如撕断处在焊接的部位，不发过发生转移。如撕断处在焊接的部位，不发生物质的转移。如撕断处不在焊接的部位，生物质的转移。如撕断处不在焊接的部位，则发生物质的转移。则发生物质的转移。粘着粘着-剪断剪断-转移转移-再粘着再粘着循环不断进行，构成粘着磨损过程。循环不断进行，构成粘着磨损过程。15PPT课件2 粘着磨损机理：15PPT课件3 3五类典型粘着磨损五类典型粘着磨损 (1)(1)轻微磨损轻微磨损:粘着结合强度比摩擦副基体金属抗剪切强度都低，粘着结合强度比摩擦副基体金属抗剪切强度都低，剪切破坏发生在粘着结合面上，表面转移的材料较剪切破坏发生在粘着结合面上，表面转移的材料较轻微。轻微。(2)(2)涂抹涂抹:粘着结合强度大于较软金属抗剪切强度，小于较粘着结合强度大于较软金属抗剪切强度，小于较硬金属抗剪切强度。剪切破坏发生在离粘着结合面硬金属抗剪切强度。剪切破坏发生在离粘着结合面不远的较软金属浅层内，软金属涂抹在硬金属表面。不远的较软金属浅层内，软金属涂抹在硬金属表面。16PPT课件3五类典型粘着磨损(1)轻微磨损:16PPT课件(3)(3)擦伤：擦伤：粘着结合强度比两基本金属的抗剪强度都高。粘着结合强度比两基本金属的抗剪强度都高。剪切发生在较软金属的亚表层内或硬金属的亚表剪切发生在较软金属的亚表层内或硬金属的亚表层内，转移到硬金属上的粘着物使软表面出现细层内，转移到硬金属上的粘着物使软表面出现细而浅划痕，硬金属表面也偶有划伤。而浅划痕，硬金属表面也偶有划伤。(4)(4)划伤：划伤：粘着结合强度比两基体金属的抗剪强度都高，粘着结合强度比两基体金属的抗剪强度都高，切应力高于粘着结合强度。剪切破坏发生在摩擦切应力高于粘着结合强度。剪切破坏发生在摩擦副金属较深处，表面呈现宽而深的划痕。副金属较深处，表面呈现宽而深的划痕。17PPT课件(3)擦伤：17PPT课件(5)(5)咬死：咬死：粘着结合强度比两基体金属的抗剪强粘着结合强度比两基体金属的抗剪强度都高，粘着区域大，切应力低于粘着度都高，粘着区域大，切应力低于粘着结合强度。摩擦副之间发生严重粘着而结合强度。摩擦副之间发生严重粘着而不能相对运动不能相对运动。18PPT课件(5)咬死：粘着结合强度比两基体金属的抗剪强度都高1.1.磨损量与滑动距离成正比：磨损量与滑动距离成正比：适用于多种条件。适用于多种条件。2.2.磨损量与载荷成正比：磨损量与载荷成正比：适用于有限载荷范围。适用于有限载荷范围。3.3.磨损量与较软材料的硬度或屈服极限成正比：磨损量与较软材料的硬度或屈服极限成正比：*实际上，只有相同的金属材料组成摩擦副时，才实际上，只有相同的金属材料组成摩擦副时，才 能按硬度估计粘着磨损，合金或不同材料的摩擦副，能按硬度估计粘着磨损，合金或不同材料的摩擦副，硬度不能反映粘着系数、粘着磨损或粘着引起的咬硬度不能反映粘着系数、粘着磨损或粘着引起的咬 死等情况。死等情况。三条粘着磨损规律：三条粘着磨损规律：19PPT课件1.磨损量与滑动距离成正比：适用于多种条件。三条粘着磨损规律5 5 粘着磨损的影响因素粘着磨损的影响因素(1)(1)摩擦副材料：摩擦副材料：a:a:材料性能：脆性材料比塑性材料的抗粘着能力高。材料性能：脆性材料比塑性材料的抗粘着能力高。*塑性材料粘着结点的破坏以塑性流动为主，发生塑性材料粘着结点的破坏以塑性流动为主，发生 在表层深处，磨损颗粒大。在表层深处，磨损颗粒大。*脆性材料粘着结点的破坏主要剥落，损伤深度较脆性材料粘着结点的破坏主要剥落，损伤深度较浅，磨损颗粒较小，容易脱落，不堆积于表面。浅，磨损颗粒较小，容易脱落，不堆积于表面。*根据强度理论：脆性材料的破坏由正应力引起，根据强度理论：脆性材料的破坏由正应力引起，塑性材料的破坏决定于切应力。表面接触中的最塑性材料的破坏决定于切应力。表面接触中的最大正应力作用在表面，最大切应力离表面有一定大正应力作用在表面，最大切应力离表面有一定深度，所以材料塑性越高，粘着磨损越严重。深度，所以材料塑性越高，粘着磨损越严重。20PPT课件5 粘着磨损的影响因素(1)摩擦副材料：20PPT课件b:b:材料的互溶性：材料的互溶性：相同金属或互溶性大的材料摩擦副易发生相同金属或互溶性大的材料摩擦副易发生粘着磨损。粘着磨损。异种金属或互溶性小的材料摩擦副抗粘着异种金属或互溶性小的材料摩擦副抗粘着磨损能力较高。磨损能力较高。金属与非金属摩擦副抗粘着磨损能力高于金属与非金属摩擦副抗粘着磨损能力高于异体金属摩擦副异体金属摩擦副 。21PPT课件b:材料的互溶性：21PPT课件c:c:材料的组织结构和表面处理：材料的组织结构和表面处理：-多相金属比单相金属的抗粘着磨损能力多相金属比单相金属的抗粘着磨损能力高。通过表面处理技术在金属表面生成硫高。通过表面处理技术在金属表面生成硫化物、磷化物或氯化物等薄膜可以减少粘化物、磷化物或氯化物等薄膜可以减少粘着效应，同时表面膜限制了破坏深度，提着效应，同时表面膜限制了破坏深度，提高抗粘着磨损的能力。高抗粘着磨损的能力。22PPT课件c:材料的组织结构和表面处理：22PPT课件d:d:材料的硬度：材料的硬度：硬度高的金属比硬度低的硬度高的金属比硬度低的 金属抗粘着能力强，表面金属抗粘着能力强，表面 接触应力大于较软金属硬接触应力大于较软金属硬 度的度的1/31/3时，很多金属将由时，很多金属将由 轻微磨损转变为严重的粘轻微磨损转变为严重的粘 着磨损。着磨损。e:e:表面粗糙度：表面粗糙度：一般情况下，一般情况下，降低摩擦副的表面粗糙度能降低摩擦副的表面粗糙度能 提高抗粘着能力。提高抗粘着能力。硬度的影响硬度的影响23PPT课件d:材料的硬度：硬度的影响23PPT课件(2)2)外部环境条件：外部环境条件：a:a:润滑条件：润滑条件：在润滑油或润滑脂中加入油性或极压在润滑油或润滑脂中加入油性或极压添加剂；选用热导性高的摩擦副材料或加强冷却降添加剂；选用热导性高的摩擦副材料或加强冷却降低表面温度；改善表面形貌以减少接触低表面温度；改善表面形貌以减少接触 压力等都压力等都可以提高抗粘着磨损的能力。可以提高抗粘着磨损的能力。b:b:相对滑动速度：相对滑动速度：载荷一定的情况下，粘着磨损量载荷一定的情况下，粘着磨损量随滑动速度的增加而增大。随着相对滑动速度的增随滑动速度的增加而增大。随着相对滑动速度的增加，表面温度升高，表面生成的氧化膜阻止了金属加，表面温度升高，表面生成的氧化膜阻止了金属间的直接接触，减少了粘着磨损。间的直接接触，减少了粘着磨损。24PPT课件(2)外部环境条件：24PPT课件c:c:载荷的影响：载荷的影响：当载荷增大到某一临界值后，粘着磨损量会急当载荷增大到某一临界值后，粘着磨损量会急 剧增加。剧增加。25PPT课件c:载荷的影响：25PPT课件 d:d:表面温度：表面温度：温度主要导致摩擦表面：温度主要导致摩擦表面：(1)(1)表面性质发生变化：表面性质发生变化：如硬化、相变或软化。如硬化、相变或软化。(2)(2)表面膜变化：表面膜变化：破坏表面膜，导致氧化膜或破坏表面膜，导致氧化膜或其它形式化合物膜形成。其它形式化合物膜形成。(3)(3)润滑剂的性质发生变化润滑剂的性质发生变化：油膜氧化或热降：油膜氧化或热降解，油膜离析，分子链位向消失。一般情况解，油膜离析，分子链位向消失。一般情况下，温度升高，材料硬度下降，在不考虑其下，温度升高，材料硬度下降，在不考虑其它因素的作用时，摩擦表面容易产生粘着磨它因素的作用时，摩擦表面容易产生粘着磨损。损。26PPT课件 d:表面温度：26PPT课件磨粒磨损磨粒磨损1 1 定义定义:摩擦过程中，硬的颗粒或硬的凸出物冲刷摩擦过程中，硬的颗粒或硬的凸出物冲刷摩擦表面引起材料脱落的现象。磨粒是摩擦表面摩擦表面引起材料脱落的现象。磨粒是摩擦表面互相摩擦产生或由介质带入摩擦表面。互相摩擦产生或由介质带入摩擦表面。2 2 磨料磨损分类及其磨损特征：磨料磨损分类及其磨损特征：27PPT课件磨粒磨损1 定义:摩擦过程中，硬的颗粒或硬的凸出物冲刷28PPT课件28PPT课件29PPT课件29PPT课件3 磨粒磨损机理磨粒磨损机理(1)(1)微观切削微观切削：法向载荷将磨料压入摩擦表面，：法向载荷将磨料压入摩擦表面，而滑动时的摩擦力通过磨料的犁沟作用使表面而滑动时的摩擦力通过磨料的犁沟作用使表面剪切、犁皱和切削，产生槽状磨痕。剪切、犁皱和切削，产生槽状磨痕。(2)(2)挤压剥落挤压剥落：磨料在载荷作用下压入摩擦表面：磨料在载荷作用下压入摩擦表面而产生压痕，将塑性材料的表面挤压出层状或而产生压痕，将塑性材料的表面挤压出层状或鳞片状剥落碎屑。鳞片状剥落碎屑。(3)(3)疲劳破坏疲劳破坏：摩擦表面在磨料产生的循环接触：摩擦表面在磨料产生的循环接触力作用下，使表面材料因疲劳而剥落。力作用下，使表面材料因疲劳而剥落。30PPT课件3 磨粒磨损机理(1)微观切削：法向载荷将磨料压入摩擦疲劳磨损疲劳磨损1.1.定义：定义：摩擦接触表面在交变接触压应力的作用摩擦接触表面在交变接触压应力的作用下，材料表面因疲劳损伤而引起表面脱落的现象。下，材料表面因疲劳损伤而引起表面脱落的现象。有两种基本类型，即宏观和微观疲劳磨损。有两种基本类型，即宏观和微观疲劳磨损。2.2.宏观疲劳磨损：宏观疲劳磨损：两个相互滚动或滚动兼滑动两个相互滚动或滚动兼滑动的摩擦表面，在循环变化的接触应力作用下，材的摩擦表面，在循环变化的接触应力作用下，材料疲劳而发生脱落的现象。料疲劳而发生脱落的现象。*如齿轮、滚动轴承。如齿轮、滚动轴承。31PPT课件疲劳磨损1.定义：摩擦接触表面在交变接触压应力的作用下，材料 (1)破坏形式：破坏形式：表面出现深浅不同的斑状凹坑。表面出现深浅不同的斑状凹坑。凹坑小而深的，磨屑呈扇形颗粒，称点蚀凹坑大凹坑小而深的，磨屑呈扇形颗粒，称点蚀凹坑大而浅的，磨屑呈片状，为剥落而浅的，磨屑呈片状，为剥落 (2)产生原因：产生原因：由于表面受循环的接触应力作用，由于表面受循环的接触应力作用，最大剪应力发生在表面下一定深度处。当该处强最大剪应力发生在表面下一定深度处。当该处强度不足或存在缺陷，则首先发生塑性变形，经应度不足或存在缺陷，则首先发生塑性变形，经应力循环后，产生疲劳裂纹，并沿最大剪应力方向力循环后，产生疲劳裂纹，并沿最大剪应力方向扩展到表面，最终导致表面材料脱落。扩展到表面，最终导致表面材料脱落。32PPT课件 (1)破坏形式：表面出现深浅不同的斑状凹坑。凹坑小 (a)纯滚动接触表面：纯滚动接触表面：裂纹的萌生多发生在次裂纹的萌生多发生在次表层最大剪应力处，扩展也比较缓慢，比裂表层最大剪应力处，扩展也比较缓慢，比裂纹萌生阶段长，损伤断口有光泽。纹萌生阶段长，损伤断口有光泽。(b)滚动兼滑动摩擦表面：滚动兼滑动摩擦表面：同时存在接触压应同时存在接触压应力和剪切应力，摩擦表面容易产生塑性变形力和剪切应力，摩擦表面容易产生塑性变形而形成微观裂纹，裂纹起源于表面，萌生阶而形成微观裂纹，裂纹起源于表面，萌生阶段大于扩展阶段，断口比较暗淡。段大于扩展阶段，断口比较暗淡。33PPT课件 (a)纯滚动接触表面：裂纹的萌生多发生在次表层最大 (c)表面强化处理后：表面强化处理后：裂纹往往起源于表面硬化层和基体裂纹往往起源于表面硬化层和基体的交界处，裂纹扩展先平行于表面，的交界处，裂纹扩展先平行于表面，再垂直或倾斜于表面向外扩展。再垂直或倾斜于表面向外扩展。损伤形式先为麻点，之后为大块剥损伤形式先为麻点，之后为大块剥落，类似表层压碎的现象。落，类似表层压碎的现象。34PPT课件 (c)表面强化处理后：34PPT课件3.微观疲劳磨损：微观疲劳磨损：特征：特征：滑动接触表面由于微凸体相互接触使材料滑动接触表面由于微凸体相互接触使材料发生疲劳而引起的机械磨损现象。发生疲劳而引起的机械磨损现象。原因：原因：表面材料脱落由载荷脉冲对微凸体的多次表面材料脱落由载荷脉冲对微凸体的多次作用造成的。作用造成的。*当固体表面相互接触时，实际接触点是不连续的，当固体表面相互接触时，实际接触点是不连续的，两表面的微凸体相互碰撞，产生冲击力，使微凸体两表面的微凸体相互碰撞，产生冲击力，使微凸体受到重复的冲击和变形，致使材料发生疲劳磨损。受到重复的冲击和变形，致使材料发生疲劳磨损。35PPT课件3.微观疲劳磨损：35PPT课件 4.疲劳磨损的破坏机理：疲劳磨损的破坏机理：(1)(1)麻点剥落：麻点剥落：当表面接触应力较小，摩当表面接触应力较小，摩擦力较大、或表面质量较差，如表面存擦力较大、或表面质量较差，如表面存在脱碳、烧伤、淬火不足、存在夹杂物在脱碳、烧伤、淬火不足、存在夹杂物等缺陷时，容易产生麻点剥落。前者原等缺陷时，容易产生麻点剥落。前者原因在于表面最大综合切应力较高；后者因在于表面最大综合切应力较高；后者原因原因 是材料抗剪切强度低。是材料抗剪切强度低。36PPT课件 4.疲劳磨损的破坏机理：36PPT课件37PPT课件37PPT课件1.1.在最大综合切应力作用下产生塑性变形，在最大综合切应力作用下产生塑性变形，形成裂纹。形成裂纹。2.2.润滑油挤入，在较高的压力作用下，裂纹润滑油挤入，在较高的压力作用下，裂纹扩展，与滚动方向小于扩展，与滚动方向小于4545度倾角。度倾角。3.3.在尖端应力集中处产生二次裂纹，垂直于在尖端应力集中处产生二次裂纹，垂直于初始裂纹。初始裂纹。4.4.二次裂纹向表面扩展，到达表面时，剥落二次裂纹向表面扩展，到达表面时，剥落一块金属形成一凹坑。一块金属形成一凹坑。38PPT课件1.在最大综合切应力作用下产生塑性变形，形成裂纹。38PPT（2）浅层剥落浅层剥落：多出现在零件表面粗糙度低，相对滑动小，即摩多出现在零件表面粗糙度低，相对滑动小，即摩擦力小的情况下。擦力小的情况下。（a）裂纹产生于亚表层，该处切应力最大，塑性变形裂纹产生于亚表层，该处切应力最大，塑性变形最剧烈。最剧烈。（b）在接触应力的反复作用下，塑性变形反复进行，在接触应力的反复作用下，塑性变形反复进行，使材料局部弱化。使材料局部弱化。39PPT课件（2）浅层剥落：39PPT课件(c)在非金属夹杂物附近形成裂纹，沿非金在非金属夹杂物附近形成裂纹，沿非金属夹杂物平行于表面扩展。属夹杂物平行于表面扩展。(d)在滚动及摩擦力的作用下又产生与表面在滚动及摩擦力的作用下又产生与表面成一定倾角的二次裂纹，二次裂纹扩展成一定倾角的二次裂纹，二次裂纹扩展到表面，另一端则形成悬臂梁。到表面，另一端则形成悬臂梁。(e)反复弯曲发生断裂，形成浅层剥落。反复弯曲发生断裂，形成浅层剥落。40PPT课件(c)在非金属夹杂物附近形成裂纹，沿非金属夹杂物平行于表面扩（3）深层剥落深层剥落：对于表面硬化处理的部件，心部强度低、硬化层对于表面硬化处理的部件，心部强度低、硬化层深度不合理或硬度梯度太大等都易造成深层剥落。深度不合理或硬度梯度太大等都易造成深层剥落。*初始裂纹常出现在过渡区，该区切应力不大，初始裂纹常出现在过渡区，该区切应力不大，但力学性能较弱，切应力高于材料强度而产生裂但力学性能较弱，切应力高于材料强度而产生裂纹。裂纹形成后先平行于表面扩展，即沿过度区纹。裂纹形成后先平行于表面扩展，即沿过度区扩展，而后再垂直表面扩展，最后形成较深的剥扩展，而后再垂直表面扩展，最后形成较深的剥落坑。落坑。41PPT课件（3）深层剥落：41PPT课件 7.5.7.5.疲劳磨损的影响因素疲劳磨损的影响因素1.1.在干摩擦或润滑条件下的宏观应力场在干摩擦或润滑条件下的宏观应力场2.2.摩擦副材料的机械性质和强度摩擦副材料的机械性质和强度3.3.材料内部缺陷的几何形状和分布密度材料内部缺陷的几何形状和分布密度4.4.润滑剂或介质与摩擦副材料的相互作用润滑剂或介质与摩擦副材料的相互作用42PPT课件 42PPT课件 主要影响因素：主要影响因素：（1 1）非金属夹杂：）非金属夹杂：脆性夹杂易造成裂纹，降脆性夹杂易造成裂纹，降低接触疲劳寿命。塑性硫化物夹杂易随低接触疲劳寿命。塑性硫化物夹杂易随基体一起变形，能够把氧化物夹杂包住基体一起变形，能够把氧化物夹杂包住形成共生夹杂，降低氧化物夹杂的不良形成共生夹杂，降低氧化物夹杂的不良作用。作用。（2 2）表面硬度和心部硬度：）表面硬度和心部硬度：表层硬度梯度表层硬度梯度不应过大。一定范围内，接触疲劳抗力不应过大。一定范围内，接触疲劳抗力随硬度随硬度升高而增大。随硬度随硬度升高而增大。43PPT课件 主要影响因素：43PPT课件（3 3）表面特征：）表面特征：减少表面冷、热加工缺陷，减少表面冷、热加工缺陷，降低表面粗糙度、提高接触精度，可以降低表面粗糙度、提高接触精度，可以有效增加接触疲劳寿命。有效增加接触疲劳寿命。（4 4）摩擦副硬度匹配：）摩擦副硬度匹配：一般要求小齿轮硬一般要求小齿轮硬度大于大齿轮硬度，可以有效提高齿轮度大于大齿轮硬度，可以有效提高齿轮的寿命。的寿命。44PPT课件44PPT课件化学磨损化学磨损1 1 定义：定义：化学磨损是在摩擦促进作用下，摩擦副的一化学磨损是在摩擦促进作用下，摩擦副的一方或双方与中间物质或环境介质中的某些成方或双方与中间物质或环境介质中的某些成分发生化学或电化学作用，造成表面材料损分发生化学或电化学作用，造成表面材料损失的过程。分为氧化磨损与特殊介质腐蚀磨失的过程。分为氧化磨损与特殊介质腐蚀磨损两类。损两类。45PPT课件化学磨损1 定义：45PPT课件2 2 氧化磨损：氧化磨损：（1 1）氧化磨损过程：）氧化磨损过程：机件的表面总存在一层氧的吸附层，当机件的表面总存在一层氧的吸附层，当摩擦副作相对运动时，由于表面凹凸不摩擦副作相对运动时，由于表面凹凸不平，凸起部位比压很大，导致产生塑性平，凸起部位比压很大，导致产生塑性变形。加速了氧向金属内部的扩散，从变形。加速了氧向金属内部的扩散，从而形成氧化膜。氧化膜强度低，易被剥而形成氧化膜。氧化膜强度低，易被剥落，裸露出新表面，进而又发生氧化，落，裸露出新表面，进而又发生氧化，随后又被磨掉，如此氧化膜的形成又除随后又被磨掉，如此氧化膜的形成又除去，造成机件表面被磨损。去，造成机件表面被磨损。46PPT课件2 氧化磨损：46PPT课件（2）氧化磨损的宏观特征：氧化磨损的宏观特征：摩擦表面沿滑动方向呈均细磨痕，磨损摩擦表面沿滑动方向呈均细磨痕，磨损产物为红褐色氧化铁或灰黑色四氧化三铁。产物为红褐色氧化铁或灰黑色四氧化三铁。（3）影响氧化磨损的因素：影响氧化磨损的因素：（1）氧化膜的性质、厚度及其与基体的结合氧化膜的性质、厚度及其与基体的结合 强度。强度。（2）摩擦副表面对塑性变形的抵抗能力。摩擦副表面对塑性变形的抵抗能力。（3）金属材料中氧的扩散速率。金属材料中氧的扩散速率。（4）摩擦学参数，包括压力、速度、时间、温度摩擦学参数，包括压力、速度、时间、温度。47PPT课件（2）氧化磨损的宏观特征：47PPT课件3 微动磨损微动磨损（1 1）定义：定义：接触表面之间小幅度的相对切向振动称接触表面之间小幅度的相对切向振动称为微动。为微动。*在相互紧压的表面之间，由于微动使局部产在相互紧压的表面之间，由于微动使局部产生的磨损为微动磨损。在多数机械构件中都可能生的磨损为微动磨损。在多数机械构件中都可能存在小幅度的相对滑动表面，如连接件的结合面、存在小幅度的相对滑动表面，如连接件的结合面、静配合的轴与孔表面等，均可能出现微动磨损。静配合的轴与孔表面等，均可能出现微动磨损。其表面可见因接触疲劳破坏形成的麻点或蚀坑。其表面可见因接触疲劳破坏形成的麻点或蚀坑。48PPT课件3 微动磨损48PPT课件（2 2）机理：）机理：一种复合磨损，包括粘着磨损、磨粒磨一种复合磨损，包括粘着磨损、磨粒磨损和腐蚀磨损。沃特豪斯损和腐蚀磨损。沃特豪斯(Waterhouse)理论分三个阶段：理论分三个阶段：（1 1）表面产生凸起塑性变形，形成表面裂表面产生凸起塑性变形，形成表面裂纹并扩展。或去除表面污物，形成粘着纹并扩展。或去除表面污物，形成粘着和黏着点断裂。和黏着点断裂。（2 2）通过疲劳破坏和黏着点断裂形成磨屑，通过疲劳破坏和黏着点断裂形成磨屑，随后被氧化，成为继续作用的磨料。随后被氧化，成为继续作用的磨料。49PPT课件（2）机理：49PPT课件（3）磨粒磨损阶段，加速第一阶段的磨损，磨粒磨损阶段，加速第一阶段的磨损，表面不断被氧化、磨去，如此循环就构成了表面不断被氧化、磨去，如此循环就构成了微动磨损。微动磨损。（3）影响磨损量因素：影响磨损量因素：（a a）振动次数：）振动次数：增大而增大增大而增大（b b）振动频率：）振动频率：振动次数相同时，频率增大而减小。振动次数相同时，频率增大而减小。（c c）法向载荷：）法向载荷：增大而增大，但增加速率不断减小。增大而增大，但增加速率不断减小。（d d）环境介质：）环境介质：真空或不活泼气氛中小，空气湿度真空或不活泼气氛中小，空气湿度 增大时，磨损量也随之增大。增大时，磨损量也随之增大。50PPT课件（3）磨粒磨损阶段，加速第一阶段的磨损，表面不断被氧化、磨去磨损的控制和防磨措施磨损的控制和防磨措施1、磨损的控制因素：、磨损的控制因素：材料选择材料选择润滑剂的选择润滑剂的选择表面粗糙度表面粗糙度机械结构和尺寸设计、安装调试等方面机械结构和尺寸设计、安装调试等方面控制磨损控制磨损 表面温升和冷却表面温升和冷却51PPT课件磨损的控制和防磨措施1、磨损的控制因素：51PPT课件材料的选择材料的选择各种磨损类型对材料性能的要求各种磨损类型对材料性能的要求52PPT课件材料的选择各种磨损类型对材料性能的要求52PPT课件润滑剂的选择润滑剂的选择润滑的主要作用之一是降低磨损，所以润滑的主要作用之一是降低磨损，所以要针对可能存在的磨损状况选择合适的要针对可能存在的磨损状况选择合适的润滑剂。应当提醒注意的是：有的润滑润滑剂。应当提醒注意的是：有的润滑剂可能对抗粘着磨损有利，但却会引起剂可能对抗粘着磨损有利，但却会引起更严重的氧化磨损。如含极压添加剂的更严重的氧化磨损。如含极压添加剂的润滑剂。因此选用时一定要权衡利弊。润滑剂。因此选用时一定要权衡利弊。53PPT课件润滑剂的选择润滑的主要作用之一是降低磨损，所以要针对可能存在表面粗糙度表面粗糙度根据润滑状态（如流体润滑、边界润滑、根据润滑状态（如流体润滑、边界润滑、固体润滑）的不同，选择合适的粗糙度。固体润滑）的不同，选择合适的粗糙度。表面纹理化表面纹理化 54PPT课件表面粗糙度根据润滑状态（如流体润滑、边界润滑、固体润滑）的不机械结构和尺寸设计、安装调试等方机械结构和尺寸设计、安装调试等方面控制磨损面控制磨损如设计尽量用大面积接触，减小接触应如设计尽量用大面积接触，减小接触应力、减少磨损。力、减少磨损。有例外，如超高分子量聚乙烯。有例外，如超高分子量聚乙烯。55PPT课件机械结构和尺寸设计、安装调试等方面控制磨损如设计尽量用大面积表面温升和冷却表面温升和冷却材料的温升是导致摩擦副失效的重要原材料的温升是导致摩擦副失效的重要原因，因此改善冷却条件，尽快降低摩擦因，因此改善冷却条件，尽快降低摩擦面的温度是十分重要的。如选用导热性面的温度是十分重要的。如选用导热性能良好的材料，加大润滑剂流量，增大能良好的材料，加大润滑剂流量，增大强制散热面积和增添散热装置等。强制散热面积和增添散热装置等。56PPT课件表面温升和冷却材料的温升是导致摩擦副失效的重要原因，因此改善2、防磨措施、防磨措施润滑润滑选用耐磨材料选用耐磨材料进行表面改性进行表面改性57PPT课件2、防磨措施润滑57PPT课件润滑润滑润滑是防磨的有效手段。改善润滑技术，润滑是防磨的有效手段。改善润滑技术，包括正确运用润滑原理，合理设计润滑包括正确运用润滑原理，合理设计润滑方式和润滑系统，研制开发新型有效的方式和润滑系统，研制开发新型有效的润滑材料等等。润滑材料等等。但必须注意的是：某种手段对某工况下但必须注意的是：某种手段对某工况下适用、有效，并不等于它对任何工况都适用、有效，并不等于它对任何工况都适用。适用。58PPT课件润滑润滑是防磨的有效手段。改善润滑技术，包括正确运用润滑原理选用耐磨材料选用耐磨材料根据不同的磨损类型来选择耐磨材料和根据不同的磨损类型来选择耐磨材料和摩擦副配对。摩擦副配对。59PPT课件选用耐磨材料根据不同的磨损类型来选择耐磨材料和摩擦副配对。5进行表面改性进行表面改性使用整体耐磨材料通常比较昂贵，另外，使用整体耐磨材料通常比较昂贵，另外，有些性能能满足耐磨，但不能满足摩擦有些性能能满足耐磨，但不能满足摩擦元件对强度、刚度、韧性等要求。采用元件对强度、刚度、韧性等要求。采用表面改性的方法，可以充分发挥材料表表面改性的方法，可以充分发挥材料表面和芯部不同的作用。面和芯部不同的作用。60PPT课件进行表面改性使用整体耐磨材料通常比较昂贵，另外，有些性能能满表面改性的目的：表面改性的目的：1、降低摩擦力、降低摩擦力：改善负荷分布及接触状态。改性后的表面应具有低剪切强度和润滑改善负荷分布及接触状态。改性后的表面应具有低剪切强度和润滑作用。通常用（施加）与原表面不同的各种涂（镀）层，如：作用。通常用（施加）与原表面不同的各种涂（镀）层，如：粘结固体润滑膜；粘结固体润滑膜；物理气相沉积镀层；物理气相沉积镀层；化学气相沉积涂层；化学气相沉积涂层；固体润滑剂擦涂膜；固体润滑剂擦涂膜；电化学沉积膜（包括共析电镀、电泳、化学镀等；电化学沉积膜（包括共析电镀、电泳、化学镀等；原位化学转化膜；原位化学转化膜；摩擦聚合膜；摩擦聚合膜；LB膜。膜。61PPT课件表面改性的目的：61PPT课件2、防止表面损伤：、防止表面损伤：改性后得到耐磨的硬表面。常用的有：机改性后得到耐磨的硬表面。常用的有：机械强化处理，表面化学处理，常规的金属热处械强化处理，表面化学处理，常规的金属热处理，化学热处理，热喷涂和等离子喷涂膜等。理，化学热处理，热喷涂和等离子喷涂膜等。以及近代的物理表面强化技术（包括物理气相以及近代的物理表面强化技术（包括物理气相沉积、化学气相沉积、激光技术、等离子技术、沉积、化学气相沉积、激光技术、等离子技术、离子注入和离子束技术等方法）。离子注入和离子束技术等方法）。62PPT课件2、防止表面损伤：62PPT课件常见的表面改性技术常见的表面改性技术（1）机械强化处理：）机械强化处理：主要有喷砂（干喷和湿喷），喷丸，起主要有喷砂（干喷和湿喷），喷丸，起 冷作硬冷作硬化作用。化作用。目的与性能：达到一定的粗糙度，有利于机械啮目的与性能：达到一定的粗糙度，有利于机械啮合或储存润滑剂的作用；提高表面硬度，暴露新鲜表合或储存润滑剂的作用；提高表面硬度，暴露新鲜表面，提高表面活性。面，提高表面活性。63PPT课件常见的表面改性技术（1）机械强化处理：63PPT课件（2）表面化学处理：）表面化学处理：是通过在表面上进行化学反应，使金属形成是通过在表面上进行化学反应，使金属形成一个表面层。表面层具有以下不同类型：一个表面层。表面层具有以下不同类型：多孔型表面层，便于储存润滑剂，如多孔型表面层，便于储存润滑剂，如ZnPO3。活性表面层，易于与其上的润滑膜或边界膜相结活性表面层，易于与其上的润滑膜或边界膜相结合，如合，如FeS。或改变惰性材料表面的钝化性，。或改变惰性材料表面的钝化性，防防腐蚀、耐磨、改变表面能等。腐蚀、耐磨、改变表面能等。64PPT课件（2）表面化学处理：64PPT课件常用的表面化学处理方法有：常用的表面化学处理方法有：钢铁：磷化、硫化、氧化等。可提高其表面上钢铁：磷化、硫化、氧化等。可提高其表面上润滑膜的防腐性及耐磨性。润滑膜的防腐性及耐磨性。不锈钢：氧化、草酸盐化。可增强不锈钢表面不锈钢：氧化、草酸盐化。可增强不锈钢表面的活性。的活性。铝：阳极氧化、氯化。可提高铝的耐磨性。铝：阳极氧化、氯化。可提高铝的耐磨性。铜：氧化。铜：氧化。聚合物：改变聚合物的表面能。如聚合物：改变聚合物的表面能。如PTFE用四用四氢呋喃和精萘处理后，磨损率降低到原来的氢呋喃和精萘处理后，磨损率降低到原来的1/200。65PPT课件常用的表面化学处理方法有：65PPT课件（3）常规金属热处理）常规金属热处理 淬火、表面淬火：淬火、表面淬火：（4）化学热处理）化学热处理 将一些元素及化合物将一些元素及化合物,通过气相、液通过气相、液相或固相将其扩散到金属表层内的处理相或固相将其扩散到金属表层内的处理方法。方法。66PPT课件（3）常规金属热处理 淬火、表面淬火：66PPT课件（5）物理强化表面改性）物理强化表面改性 a、激光技术、激光技术表面形成冶金性结合的合金层；表面形成冶金性结合的合金层；粉末注入法；粉末注入法；玻璃化法；玻璃化法；照射改性；照射改性；相变硬化；相变硬化；冲击硬化。冲击硬化。67PPT课件（5）物理强化表面改性 a、激光技术67PPT课件