磨粒磨损的定律
按照微观切削机理 通过距离δL 后，切削的材料为
引入概率常数K1，得到：
磨损定律：?
磨损的体积与滑动距离成正比；?
磨损的体积与载荷成正比（当大到一定程度后不成立）；?磨损的体积与较软的材料的屈服极限（硬度）成反比。
2221122i S S W r h tg πσπθσ==2V rh L Lh tg δδδθ==22i S
W ctg V Lh tg L L θδδθδδπσ==A V W Q K L H ==
影响磨粒磨损的因素
相对硬度
材料硬度
弹性模量
磨粒尺寸
载荷
表面粗糙度
第三章磨损及磨损机理 概述 物体摩擦表面上的物质，由于表面相对运动而不断损失的现象称磨损。 在一般正常工作状态下，磨损可分三个阶段： a.跑合（磨合）阶段：轻微的磨损，跑合是为正常运行创造条件。 b.稳定磨损阶段：磨损更轻微，磨损率低而稳定。 c.剧烈磨损阶段：磨损速度急剧增长，零件精度丧失，发生噪音和振动，摩擦温度迅速升高，说明零件即将失效。（如图3.1） 法避免的。但，如机件磨损是无量跑合损长稳定磨损阶段和何缩短跑合期、延磨稳定磨损阶段来，是研究者致力推迟剧烈磨损的到的方向。剧烈，例如相互素很多影响磨损的因 滚滑动，式(方作用表面的相对运动摩擦行程（时间）载荷与速度的，击)动，往复运动，冲磨损三个阶段的示意图3.1图种类，组织，机械大小，表面材料的性能等，各种表面化学性能和物理-温度、湿度、真空度、环境条件(处理工艺，表面几何性质(粗糙度，加工纹理和加工方法)，这些因素的相互影响对于磨损将等。和介质性质等)和工况条件(连续或间歇工作)辐射强度、产生或正或负的效果，从而使磨损过程更为复杂化。至今还很难将它的规律由于具有跨学科的性质，磨损过程涉及到许多不同的学科领域，解释清楚。已经有很多学者对磨损进行了大量的研究。两个粗糙表面在接触摩擦过年代，汤林森提出了分子磨损的概念，他认为如20世纪20 程中相互接近，而一个表面上的原子被另一个表面俘获的现象就是磨损。)即硬度摩擦材料的压缩屈服极限σ(霍尔姆在上述基础上作了进一步的发展，他指出b。对耐磨性的影响很大过程来解释磨损，联系“切削”从表层材料的机械破坏着眼，50年代初，奥贝尔(Oberle)。处在弹性极限内的，变外，还有材料的弹性模量E他认为影响磨损的主要因素除硬度H5值高则耐磨＝E/H×10)来反映材料的耐磨性，m形越大，机械破坏越少，并提出用模数(m 性好。提出了机械性质相近的两表面上机械嵌锁作用导致界面上既粘连又犁削的观冯(Feng) 点。认为软钢表面变得粗糙和发生塑性变形，是由于应力过高而引起的。布洛克(Blok)它可能影响磨屑的对于磨损是一个重要因素，拉宾诺维奇认为表面能与材料硬度之比，大小。赫鲁晓夫提出了硬质微凸体在软表面上犁沟的模式图。大规模地发生着。磨损是比原子量级大得多的数量级，有不少学者通过实验和观测发现，磨损颗粒大约具有如实际接触斑点直径那样的数量拉宾诺维奇和阿查德(Archard)分别指出，级。拉宾诺维奇提出磨屑呈半球形，阿查德也认为磨屑具有一定的厚度。有人把它看作是一表面微凸体反复承载而发生疲劳脱落的现象，在滑动或滚动过程中，等人的(种磨损，克拉盖尔斯基Кр
第三章磨损及磨损机理 物体摩擦表面上的物质，由于表面相对运动而不断损失的现象称磨损。 在一般正常工作状态下，磨损可分三个阶段： a?跑合（磨合）阶段：轻微的磨损，跑合是为正常运行创造条件。 b. 稳定磨损阶段：磨损更轻微，磨损率低而稳定。 c?剧烈磨损阶段：磨损速度急剧增长，零件精度丧失，发生噪音和振动，摩擦温度迅速升高，说明零件即将失效。（如图3.1） 跑合 摩擦行程（时间） 图3.1磨损三个阶段的示意图 机件磨损是无法避免的。但，如何缩短跑合期、延长稳定磨损阶段和推迟剧烈磨损的到来，是研究者致力的方向。 影响磨损的因素很多，例如相互作用表面的相对运动方式（滑动，滚动，往复运动，冲击），载荷与速度的大小，表面材料的种类，组织，机械性能和物理-化学性能等，各种表面 处理工艺，表面几何性质（粗糙度，加工纹理和加工方法），环境条件（温度、湿度、真空度、辐射强度、和介质性质等）和工况条件（连续或间歇工作）等。这些因素的相互影响对于磨损将产生或正或负的效果，从而使磨损过程更为复杂化。 磨损过程涉及到许多不同的学科领域，由于具有跨学科的性质，至今还很难将它的规律 解释清楚。已经有很多学者对磨损进行了大量的研究。 如20世纪20年代，汤林森提出了分子磨损的概念，他认为两个粗糙表面在接触摩擦过程中相互接近，而一个表面上的原子被另一个表面俘获的现象就是磨损。 霍尔姆在上述基础上作了进一步的发展，他指出摩擦材料的压缩屈服极限％（即硬度）对耐磨性的影响很大。 50年代初，奥贝尔（Oberle）从表层材料的机械破坏着眼，联系“切削”过程来解释磨损， 他认为影响磨损的主要因素除硬度H夕卜，还有材料的弹性模量E。处在弹性极限内的，变 形越大，机械破坏越少，并提出用模数（m= E/H x 105）来反映材料的耐磨性，m值高则耐磨 性好。 冯（Fe ng）提出了机械性质相近的两表面上机械嵌锁作用导致界面上既粘连又犁削的观点。 布洛克（Blok）认为软钢表面变得粗糙和发生塑性变形，是由于应力过高而引起的。
1、塑性材料的微切削理论 1958 年Finnie I. 提出塑性材料的微切削理论。他认为当尖锐的磨粒划过靶材表面时，会将材料切除而产生磨损。同时第一个给出了较完整定量表达冲蚀率与冲蚀角和冲击速度之间的关系：材料的磨损体积与磨粒的质量和速度的平方(即磨粒的动能)成正比，与靶材的流动应力成反比，与冲角成一定的函数关系。切削模型非常适用于塑性材料小冲角、多角形磨粒的冲蚀磨损，而对于不很典型的延性材料(例如一般的工程材料)，冲角较大(特别是冲角α＝90°)、非多角形磨粒(如球形磨粒)的冲蚀磨损则存在较大的偏差。并且，磨粒入射速度与靶材磨损体积之间的二次方关系也不是理想数值2，而为2.2-2.4，这已在Finnie I.的有关文献中得到修正。 2、基于单点冲蚀的切削模型（绝热剪切与变形局部化磨损理论、基于应变量的模型） Hutchings于1979 年在用钢球冲击低碳钢试验中对变形唇分析，认为在高应变率下材料将产生很高的温升，首先是使变形过程绝热化，其次是变形的局部化将形成绝热剪切带，他第一次把绝热剪切与变形局部化的概念引入冲蚀磨损过程。 3、变形磨损理论 1963年，Bitter提出冲蚀磨损可分为变形磨损和切削磨损两部分，90°冲击角下的冲蚀磨损和粒子冲击时靶材的变形有关。他认为反复冲击产生加工硬化，并提高材料的弹性极限，粒子冲击平面靶的冲击应力(σ)小于靶材屈服强度(σs)时，靶材只发生弹性变形；当σ＞σs时，形成裂纹，靶材产生弹性和塑性两种变形。他从能量的观点出发，推导出变形磨损量W D和切削磨损量W C，粒子的速度v，冲击角度α，变形磨损系数ε和切削磨损系数Q之间的代数关系式，总磨损量为两者之和。 4、弹塑性压痕破裂理论 70年代末，Evans等人提出了弹塑性压痕破裂理论，他们认为在压痕区域下形成了弹性变形区，而后在负荷的作用下，中间裂纹从弹性区向下扩展，形成径
摩擦磨损测试及考核评价方式 一、磨损 1.1磨损定义 磨损是指摩擦副相对运动时，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运动、化学作用和热作用：(1)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；（2）化学作用使摩擦表面发生性状改变；热作用是摩擦表面发生形状改变。典型的磨损曲线通常由三部分组成，如图1.1所示。 磨 损 量 图1.1 磨损曲线示意图 磨合阶段：磨损量随时间的增加而增加。发生在初始运动阶段，由于表面存在粗糙度，微凸体接触面积小，接触应力大，磨损速度较快。 稳定磨损阶段：摩擦表面磨合后达到稳定状态磨损率保持不变。稳定磨损阶段标志磨损条件保持相对稳定，是零件整个寿命范围内的工作过程。 剧烈磨损阶段：工作条件恶化，磨损量急剧增大。该阶段内零件精度降低、间隙增大，温度升高，产生冲击、振动和噪声，最终导致零部件完全失效。 1.2磨损种类 按磨损的破坏机理，通常把磨损分为粘着磨损、磨料磨损、疲劳磨损、腐蚀磨损和微动磨损五种。 （1）粘着磨损 当摩擦副相对滑动时, 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。粘着磨损再细分还有轻微磨损、涂抹、擦伤、划伤和咬死五种。
图1.1 粘着磨损机理 （2）磨料磨损 外来的硬料介质进入摩擦副，或摩擦副一个表面比另一个表面硬，在较硬表面上存在的微凸体，在摩擦过程中对较软表面犁沟或拉槽，引起表面材料的脱落，这种现象叫做磨料磨损。磨料磨损是一种最常见的磨损，按照磨损机理还可细分为微观切削、挤压剥落和疲劳破坏三小类。
图1.2 二体/三体磨粒磨损机理 （3）化学磨损 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损两类。 图1.3 化学磨损机理 （4）疲劳磨损 摩擦接触表面在交变接触压应力作用下，材料表面因疲劳损伤而引起表面脱落的现象。疲劳磨损有两种基本类型，宏观疲劳磨损和微观疲劳磨损。宏观疲劳磨损主要是指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，材料疲劳而发生脱落的现象；微观疲劳磨损是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。此外，疲劳磨损的破坏机理又分为麻点剥落、浅层剥落、深层剥落。
摩擦磨损实验报告 一、实验目的： 1、了解常用的摩擦磨损试验机结构、测试原理及测试过程。 2、了解常用的摩擦磨损试验机的使用方法。 3、了解摩擦系数与磨损量的测量。 4、测试实验用材料摩擦系数。 二、实验设备： 1、划痕实验仪。 2、销盘摩擦磨损实验机。 3、四球摩擦磨损实验机。 4、疲劳摩擦磨损实验机。 三、实验要求： 1、了解常用的摩擦磨损试验机结构、测试原理及测试过程。 2、熟悉并掌握常用的摩擦磨损试验机的使用方法。 3、测试实验用材料摩擦系数。 4、对实验结果进行分析 四、实验设备与实验结果： MT-3000工作原理与结构 1、测试原理
MS-T3000摩擦磨损运用球-盘之间摩擦原理及微机自控技术，通过砝码或连续加载机构将负荷加至球上，作用于试样表面，同时试样固定在测试平台上，并以一定的速度旋转，使球摩擦涂层表面。通过传感器获取摩擦时的摩擦力信号，经放大处理，输入计算机经A/D转换将摩擦力信号通过运算得到摩擦系数变化曲线。μ=F/N μ—摩擦系数F—摩擦力 N—正压力（载荷） 通过摩擦系数曲线的变化得到材料或薄膜的摩擦性能和耐磨强度，即在特定载荷下，经过多长时间（多长距离）摩擦系数会发生变化。 2、试验机结构 1.加载方式：砝码加载； 2.加载范围: 10g～2000g、精度0.1g； 3.平台转速: 1转/min～3000转/min、精度±1转； 4.升降高度：20mm； 5.旋转半径：3mm～20mm； 6.摩擦副夹具：Φ3mm、Φ4mm 、Φ5mm、Φ6mm ； 7.摩擦副：GCr15钢球、AlO陶瓷球、ZrO陶瓷球、SiN陶瓷球； 8.测试操作：键盘操作，微机控制； 实验结果
表面摩擦与磨损 摘要：简要介绍了摩擦与磨损的定义，摩擦的分类及评价方法；磨损的分类及评价方法；磨损的评价方法；抗摩擦磨损表面强化技术。 关键词：摩擦；磨损；表面 1 引言 摩擦与磨损是自然界存在的普遍现象, 摩擦对人类的生活和生产活动有利有弊, 而磨损却是有百害而无一利。摩擦与磨损对能源及材料的消耗是相当可观的, 据粗略估计, 有 1/3 ～ 1/2的能源消耗于磨损, 而磨损又常常是机器零部件失效的主要原因。 摩擦与磨损是发生在相互接触并相对运动的两个固体表面之间, 因此接触表面的特性, 诸如表面粗糙度及硬度等与摩擦、磨损关系密切。有些表面特性是由材料的本性决定的, 此外, 还可以采用各种方法对材料表面进行改性, 其中表面处理技术中的电镀及复合镀等则是常用的手段。在制备减摩及耐磨镀层时需进行检测, 因此, 有必要对摩擦及磨损的定义、产生原因和测试方法等有一定程度的了解[1]。 2 摩擦与磨损的定义 摩擦的定义是:两个相互接触的物体在外力的作用下发生相对运动或者相对运动趋势时,在切相面见间产生切向的运动阻力,这一阻力又称为摩擦力。磨损的定义是:任一工作表面的物质,由于表面相对运动而不断损失的现象。 据估计消耗在摩擦过程中的能量约占世界工业能耗的 30%。在机器工作过程中，磨损会造成零件的表面形状和尺寸缓慢而连续损坏，使得机器的工作性能与可靠性逐渐降低，甚至可能导致零件的突然破坏。人类很早就开始对摩擦现象进行研究，取得了大量的成果，特别是近几十年来已在一些机器或零件的设计中考虑了磨损寿命问题。在零件的结构设计、材料选用、加工制造、表面强化处理、润滑剂的选用、操作与维修等方面采取措施，可以有效地解决零件的摩擦磨损问题，提高机器的工作效率，减少能量损失，降低材料消耗，保证机器工作的可靠性[2]。 3 摩擦的分类及评价方法 在机器工作时，零件之间不但相互接触，而且接触的表面之间还存在着相对运动。从摩擦学的角度看，这种存在相互运动的接触面可以看作为摩擦副。有四种摩擦分类方式：按照摩擦副的运动状态分类、按照摩擦副的运动形式分类、按照摩擦副表面的润滑状态分类、按照摩擦副所处的工况条件分类。这里主要以前三种方式介绍分类[3]。 3.1 按摩擦副的运动状态分类
。
表面的三维形貌图 微凸体 微观粗糙度 宏观粗糙度 粗糙表面的二维图 表面上的微小凸起部分称微凸体。如经过抛光研磨等加工，粗糙度显示出各向同性。 Z i 粗糙表面示意图 描述表面粗糙度，不是 用其最大的波峰波谷之 差。国标（GB1031-83）规 定了两种表面粗糙度的表 示方法：中线平均值（A ）和平均平方根值（均方 根）（RMS ）。先取一中线（x 轴），把二维轮廓分成上下两半，并满足：中线上方的轮廓与中线所围的面积等于中线下方轮廓的面积。令从中线到轮廓的高度为Zi 。 |具有相同CLA 值的不同形貌 表示表面轮廓上各点相对于中线的算术平均偏差。 212]②平均平方根值（均方根）（RMS ） 表示表面轮廓上各点相对于中线的偏差值 图中各不相同的形貌具有不同的表面粗糙度。
实际固体工程 表面特征往往 是以上述三种 几何形状误差 的组合形式出 现的。 4.表面微凸体 用触针式表面轮廓仪可直接测得表面的起伏不平。不过因其高度方向的放大比例远大于平面方向的。故所得图形并不能反映峰谷起伏的实际形状。而用电子显微镜观测到的表面，因其各向放大比例相等而比较真实。 由电子显微镜观测到的图形可以看到，表面上的峰与谷实际上是比较平缓的，因此人们通常取微凸体为近似的半球状、锥状或柱状来进行几何因正态分布曲线高度Z i 微凸体的高度分布曲线 凡经过一般机械加工的表 面，其微凸体高度的分布通 常接近于正态分布（高斯分 ∞±正态分布曲线理论上应延伸到处。 的范围内已包括了99.5％的高度（σ为分布的标准差）。
根据固体物理的观点，结晶固体表面是晶体
在两个方向延伸的缺陷成为面缺陷，也称为 金属一般是多晶体，它是有许多晶粒组成，因而存在晶粒边界面。晶界面就是一种面缺陷。此外由两个不同相之间形成的相界面也是一种面 表面结构缺陷模型立方晶系中几个可能滑移的晶面 三、金属表面层的结构组成 金属表面层一般由金属表面以上的外表层和金属表面以下的内表层组成。 外表层由各种表面膜所组成，在干摩擦的条件下，主要有大气中的水蒸气、油雾或油污染而附着在金属表面上所形成的污染膜（厚度约5nm）和吸附膜（厚度约0.5nm）. 与大气中的氧发生反应而形成的氧化膜（厚度约0.01-1μm）；
磨损的类型磨损机理表面疲劳磨损形成及影响因素 磨损实际是接触表面随着时间增加和载荷作用损伤的累积过程。自然界中不论机械零件，还是人造关节都存在着磨损。可以说，磨损无处不在。它直接影响着机器的运转精度和寿命。据统计,每年全世界生产总值的近五分之二被摩擦磨损消耗掉了。因此，开展系统的摩擦学设计，尽量减少或消除磨损，对人类具有重大意义。 前苏联学者进一步较全面地提出了区分磨损类别的方法。他将磨损分为三个过程，依次为表面的相互作用两体摩擦表面的相互作用可以是机械的或分子的。机械作用包括弹性变形、塑性变形和犁沟效应，可以是两体表面的粗糙峰直接啮合引起的，也可以是夹在中间的外界磨粒造成的。表面分子的作用包括相互吸引和粘着，前者作用力小于后者。 表面层的变化在表面摩擦的作用下，表面层将发生机械的，组织结构的及物理的和化学的变化，这是由于表面变形、摩擦温度和环境介质等因素的影响造成的。表面层的塑性变形会使金属冷作硬化而变脆，反复的弹性变形会使金属出现疲劳破坏。摩擦热引起的表面接触高温可以使表层金属退火软化，而接触后急剧冷却将导致再结晶或固溶体分解。外界环境的影响主要表现为介质在表层的扩散，包括氧化和其他化学腐蚀作用，因而会改变金属表面层的组织结构。 表面层的破坏形式有擦伤、点蚀、剥落、胶合、微观磨损。 近年来的研究普遍认为, 按照不同的机理对磨损来进行分类是比较恰当的。通常可将磨损划分为个基本类型粘着磨损、磨粒磨损、表面疲劳磨损和腐蚀磨损。虽然这种分类还不十分完善, 但概括了各种常见的磨损形式。磨损机理通常从机理上可以把磨损分为粘着磨损，磨粒磨损，表面疲劳磨损，侵蚀磨损，腐蚀磨损和热磨损等。 粘着磨损 相对运动的表面因存在分子间的吸引而在表面的微观接触处产生粘着作用，当粘着作用的强度大于材料内部的联接强度时，经过一定周期的接触就会产生磨损。粘着磨损的磨损度常常是压力的函数，低压软表面或高压下都会产生严重的粘着磨损。对于可以认为是同类材料的摩擦副表面，磨损常数趋于较大值，因
剥层理论其基本论点是： 当摩擦副相互滑动时，软表面的粗糙峰容易变形，同时在循环载荷作用下软粗糙峰首先断裂，从而形成较光滑的表面。这样，接触状态不再是粗糙峰对粗糙峰，而是硬表面的粗糙峰在相对光滑的软表面上滑动。硬表面粗糙峰在软表面上滑动时，软表面上各点经受一次循环载荷，在表层产生剪切塑性变形并不断积累，这就在金属表层内出现周期的位错。由于映象力的作用，距离表面深度为几十微米的表层位错消失。这样靠近表层的位错密度小于内部的位错密度，即最大剪切变形发生在一定深度以内。在摩擦过程中，剪切变形不断积累，使表面下一定深度处出现位错堆积，进而导致形成裂纹或孔穴。当裂纹在一定深度形成后，根据应力场分析，平行表面的正应力阻止裂纹向深度方向扩展，所以裂纹在一定深度沿平行于表面的方向延伸。当裂纹扩展到临界长度后，在裂纹与表面之间的材料将以片状磨屑的形式剥落下来。 根据剥层磨损理论可以得出简单的磨
损计算公式。硬表面对软表面滑动时的总磨损可以用下式表示： 0Q k Ws = 式中：0k 为磨损系数；W 为载荷；s 为滑动距离。 片状磨屑厚度h 可以根据低位错密度区的厚度来确定，即 ()41j Gb h πμσ=- 式中，G 为剪切弹性模量；μ为材料的泊松比；j σ为表面摩擦应力；b 称为Burger 矢量。 磨损体积V 与滑动距离s 和临界滑动距离0s 有关。临界滑动距离是指与空穴和裂纹 形成时间和裂纹扩展到临界尺寸的速度有关的滑动。磨损体积V 为 0s V Ah s ??= ??? 片状磨屑的面积A 与载荷和材料屈服极限有关，即s W A σ=。将A 和h 代入上式，则
得 ()041s j WsGb V s πσμσ=- 从上式可知，磨损量与载荷、滑动距离成正比，而不直接与材料的硬度有关，这点不同于粘着磨损的计算公式。
齿轮摩擦磨损试验机工作原理 工作原理是齿轮摩擦磨损试验机的灵魂，只有掌握工作原理，才能熟练地掌握，应用。下面简单介绍一下几个重要部件的工作原理。 1，加载方式 该机是一种动力闭环结构，加载方式采用加载杆挂砝码的方式。 加载杆挂在加载离合器的槽轮上，加挂砝码后，通过紧固加载离合器的螺母，将加载离合器上的两个槽轮拧紧，取下砝码及加载杆，在扭矩测量离合器上可读出扭矩。 2，温度控制 试样的加热及温度的控制，都通过温度控制表和调功器来实现。在温度控制表的右侧有一个纽子开关，掰到“开”的一边，温度控制表接通电源，掰到“关”的一边，温度控制表断开电源。调功器开关操作相同，通过对温控表的设置和调功器的操作，可以实现对试验温度的控制。 3，电器部分 插上电源线后，按下电源部分的“开”按钮，整个机器处于通电状态；按下电源部分的“关”按钮，整个机器处于断电状态；按下电源部分的“开”按钮后，按“低速”按钮，电机将以1450r/min的转速运转；按下“电机停”按钮，电机将停止运转。 产品用途： CL-100齿轮摩擦磨损试验是一种多用途试验机。即可用于润滑剂承载能力的评定，也可根据用户需要，特殊定货，用于齿轮副的胶合承载能力和齿轮接触承载能力的试验。 相关标准： GB/T13672-92《润滑剂承载能力测定法（CL-100齿轮机法）》 SH/T0306-92《齿轮胶合承载能力试验方法》 主要技术性能指标： 1.最大扭矩：1kN．m； 2.最大载荷级：13级； 3.温度控制精度：±2％； 4.驱动电机功率：6.5/8kw； 5.驱动电机转速：1450/2880r/min，无级可调； 6.试验齿轮箱容量（轴中心线至箱底面的部分）：1.25L； 7.加热功率：0.5×3=1.5kw； 8.主机外型尺寸（长×宽×高）1390×705×1082mm。 9.可增加试验箱体、驱动箱体冷却器，可实现试验介质冷却保温。 10.可增加循环油箱，可实现试验介质的动态循环。 工作环境： 试验机应在下列条件下工作： 1、电源电压的波动范围不应超过额定值的±10％，频率的波动范围不应超过额定值的2％； 2、试验机应水平安装，安装基础须平稳，主机工作台纵横方向水平误差应不超过0.2/1000； 3、室温10℃-35℃； 4、环境无震动，无强磁场干扰，无腐蚀性介质； 5、相对湿度不大于80％。
磨损及磨损机理
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第三章 磨损及磨损机理 概 述 物体摩擦表面上的物质,由于表面相对运动而不断损失的现象称磨损。 在一般正常工作状态下，磨损可分三个阶段: a.跑合（磨合)阶段:轻微的磨损，跑合是为正常运行创造条件。 ｂ.稳定磨损阶段:磨损更轻微,磨损率低而稳定。 c.剧烈磨损阶段：磨损速度急剧增长，零件精度丧失，发生噪音和振动,摩擦温度迅速升高，说明零件即将失效。（如图3.1） 机件磨损是无法避免的。但,如何缩短跑合期、延长稳定磨损阶段和推迟剧烈磨损的到来,是研究者致力的方向。 影响磨损的因素很多,例如相互作用表面的相对运动方式(滑动，滚动，往复运动,冲击)，载荷与速度的大小,表面材料的种类，组织,机械性能和物理-化学性能等，各种表面处理工艺,表面几何性质(粗糙度，加工纹理和加工方法),环境条件(温度、湿度、真空度、辐射强度、和介质性质等)和工况条件（连续或间歇工作)等。这些因素的相互影响对于磨损将产生或正或负的效果,从而使磨损过程更为复杂化。 磨损过程涉及到许多不同的学科领域,由于具有跨学科的性质,至今还很难将它的规律解释清楚。已经有很多学者对磨损进行了大量的研究。 如20世纪20年代，汤林森提出了分子磨损的概念，他认为两个粗糙表面在接触摩擦过程中相互接近，而一个表面上的原子被另一个表面俘获的现象就是磨损。 霍尔姆在上述基础上作了进一步的发展，他指出摩擦材料的压缩屈服极限σb (即硬度）对耐磨性的影响很大。 5０年代初，奥贝尔(Ｏb ｅrle)从表层材料的机械破坏着眼,联系“切削”过程来解释磨损，他认为影响磨损的主要因素除硬度H 外，还有材料的弹性模量E 。处在弹性极限内的,变形 越大,机械破坏越少，并提出用模数（m ＝E ／H ×10５ )来反映材料的耐磨性,m 值高则耐磨性好。 冯(Feng ）提出了机械性质相近的两表面上机械嵌锁作用导致界面上既粘连又犁削的观 磨损量 跑合 稳定磨损阶段 剧烈 图 3.1 磨损三个 摩擦行程（时间）
.2 电磨损试验装置的研制 2.1 试验装置研制背景 电刷是电机中极为重要的部件, 它在电机的固定部件与旋转部件之间传导电流, 在直流电机或交流整流子电机中还起换向作用。现代工业要求电机朝高速、小型化方向发展, 这就要求电刷工作电流大、磨损速率小、摩擦系数小、具有高的比强度、比模量和良好的润滑耐磨性, 一定的导电、导热性, 而在各类耐磨、减磨材料中得到应用。但目前国内外有关金属基复合材料摩擦磨损性能的研究, 大都在机械磨损条件下进行的,施加的摩擦压力很大，对通电状态下的电磨损, 特别是电流强度变化对电刷耐磨性的影响和小压力工作条件下磨损的研究报道较少。考虑到电刷的实际工作状况,本文将制得的银一石墨复合材料电刷, 在模拟电机实际工作条件下, 研究复合电刷材料在不通电的纯机械磨损和通人不同电流强度的电磨损条件下的磨损性能, 并对其电磨损机理进行了初步探讨。 2.2 试验装置整体构造和原理 2.2.1 试验装置结构特点 2 4 7 8 6 5 3 1 1.对磨环 2.对磨环螺母 3.电刷支架 4.刷握 5.电刷 6.施压弹簧 7.支架螺母 8.导线 图1 磨损实验装置结构原理示意图
9 9.底座 图2 磨损试验装置结构结构示意图 电磨损实验装置主要由动力系统、磨损测试系统、电刷支架固定及加载系统组成，其结构原理示意图如图1，2所示。 如图采用的电磨损实验装置系统主要包括以下几大部分： (1) 动力系统 采用三项异步电动机作为动力装置，型号为JW-5024,功率为60W,标准工作电压380V,额定工作电流0.33A，频率50Hz，绝缘等级为E级，转速为1400转/分。 (2) 电刷支架固定系统及加载系统 如图2所示，u行铁片与电机底座用螺丝固定，电机底座采用球墨铸铁，目的就是为了减少电机的震动，增加工作稳定性和可靠性，降低工作噪音。 (3) 磨损测试系统 主要由电刷和对磨环构成，电刷与对磨环相接触（如图1所示），利用对磨环的转动，小弹簧对电刷施加压力，使电刷稳定磨损。
普通车床导轨表面的摩擦磨损机理分析及预防措施研究 摘要：在考虑普通车床加工工件时的切削力、导轨润滑状态、工作温度、刀架在导轨上的滑动速度、导轨材料、导轨和刀架所形成的摩擦副、载荷条件等因素的基础上，对普通车床导轨表面的摩擦磨损机理进行分析讨论，并结合分析结果给出减小摩擦磨损的相关措施，为车床导轨的加工制造及使用维护过程提供理论依据。 关键词：普通车床；导轨；摩擦磨损；预防措施 1引言 普通车床导轨对运动部件起导向和支承作用，是车床最基本而又最关键的组成部分。导轨的制造精度及精度保持度，直接决定着着车床的整体精度；导轨的寿命又直接影响整台机床的寿命[1]。因此，导轨的磨损程度直接决定了车床整体精度和使用寿命。 普通车床导轨由于滑动速度小，且一般经常处于正反向启动和停止工作状态下，工作循环极其频繁，在动静摩擦交替作用下工作，不易形成油膜，对于导轨副的磨损是总所周知的事实。据统计，车床摩擦副磨损基本包含两种，磨粒磨损和黏着磨损，前者占80%~85%，后者占15%~20%，磨损较前者严重[2]。因此剖析其机理，减缓甚至避免设备的摩擦磨损，探求提高耐磨性的途径，对节约能源及延长工件寿命十分重要。 2普通车床导轨的工作环境分析 在普通车床的使用运行过程中，其工作环境及使用条件较复杂，只有合理的使用车床，才能最大程度的发挥其实际性能。但往往因为工作环境的问题和使用不当更加剧了车床尤其车床导轨的磨损，影响较大的有车床生产环境和温度等。 2.1 车床位置环境影响 普通车床的位置选择应远离振源、避免阳光直射和热辐射的影响，避免潮湿和气流的影响。但往往因车间整天工作环境复杂和条件相对不允许等因素，车床附近有振源，或者没及时在车床四周设置防振沟。直接加剧了车床的磨损，影响车床的加工精度及稳定性。 2.2 温湿条件 普通车床对工作的温湿环境均有一定的要求。过高的温度将导致控制系统元件寿命降低，影响机床运行的稳定性。过高的温度也会引起导轨轻微变形，对导轨想形状和位置精度尤其对导轨的直线度等有一定影响。另一方面，较差的湿度环境易影响导轨工作状态的柔顺性，更严重的会加剧导轨的腐蚀磨损。 2.3 积屑和浮尘影响 在车床的工作过程中会产生磨屑、切屑、铁粉等，虽然有经验的工作人员都会进行清理和维护，但是仍不能完全清理干净，极其微小的切屑颗粒仍会存在于导轨表面，另一方面由于导轨长期的循环工作，导轨表面产生一定的磁性，更易存留微小的铁屑颗粒。 同时，由于车间的工作环境整体因素影响，空气中会有很多的颗粒和浮尘，这些颗粒和浮尘同样会依附到导轨表面。这些铁屑和浮尘颗粒在导轨的后续运作过程中会加重导轨的摩擦磨损，随着导轨在役时间的增加，这种影响会越来越凸显。 3导轨表面的摩擦磨损分析 床身导轨作为衡量机床精度的基准件，不但要求有较高的尺寸精度，还要有高的形状精度，即要求有良好的直线度、表面粗糙度、相对机床主轴的平行度等。由于床身导轨暴露在外面，防尘、防屑条件较差，长期使用后必然会产生磨损。造成
绪论 1、摩擦学定义：是关于相对运动的相互作用表面的科学技术，包括摩擦、润滑、磨损和冲蚀。 2、摩擦学研究内容主要包括：摩擦、磨损、润滑以及表面工程技术。 3、摩擦：是抵抗两物体接触表面在外力作用下发生切向相对运动的现象。 4、磨损：着重研究与分析材料和机件在不同工况下的磨损机理、发生规律和磨损特性。 5、润滑：研究内容包括流体动力润滑、静力润滑、边界润滑、弹性流体动力润滑等在内的各种润滑理论及其在实践中的应用。 6、表面工程技术：将表面与摩擦学有机结合起来，解决机器零部件的减摩、耐磨，延长使用寿命的问题。 第一章 1、表面形貌：微观粗糙度、宏观粗糙度（即波纹度）和宏观几何形状偏差。 2、表面参数：（1）算术平均偏差Ra 是在一个取样长度lr 内纵坐标值Z （x ）绝对值的算术平均值。（2）轮廓的最大高度Rz 是在一个取样长度lr 内最大轮廓峰高Zp 和最大轮廓谷深Zv 之和的高度。（3）均方根偏差Rq 是在一个取样长度lr 内纵坐标值Z （x ）的均方根值。 3、对于液体，表层中全部分子所具有的额外势能的总和，叫做表面能。表面能越高，越易粘着。 4、物理吸附：当气体或液体与固体表面接触时，由于分子或原子相互吸引的作用力而产生的吸附叫做物理吸附，是靠范德华力维系的，温度越高，吸附量越小。物理吸附薄膜形成的特点是吸附和解吸附具有可逆性，无选择性。 5、化学吸附：极性分子与金属表面的电子发生交换形成化学键吸附在金属表面上，且极性分子呈定向排列。化学吸附的吸附能较高，比物理吸附稳定，且是不完全可逆的，具有选择性。 6、粘附：是指两个发生接触的表面之间的吸引。 7、影响粘附的因素：①润湿性，②粘附功，③界面张力，④亲和力。 8、金属表面的实际结构：（1）外表层：①污染层，②吸附气体层，③氧化层；（2）内表层：①加工硬化层，②金属基体。 第二章 1、固体表面的接触分类：（1）点接触和面接触。（2）①弹性接触（赫兹接触），②塑性接触，③弹塑性接触，④粘弹性接触。 2、名义接触面积：是两接触固体几何（宏观）界面的边界所确定的面积。 3、实际接触面积：是两接触固体之间传递界面力的各接触斑点面积之和。 影响因素：①载荷的大小，②材料的性质，③微观粗糙度。 4、接触模型：①圆柱体模型（当载荷改变时其接触面积保持不变），②圆锥体模型（比较接近实际情况，因为存在尖端微凸体的可能性很小），③形状对称的球体模型（最符合实际）。 5、塑性指数： 2 1??? ??=ψR H E σ σ：表面微凸体高度分布的标准偏差；R ：微凸体的相当曲率半径；E ：复合弹性模量；H ：材料的硬度值。当ψ<1，弹性接触；ψ>1，部分接触点含有塑性接触；ψ>3，主要是塑性接触。 第三章 1、摩擦的概念：摩擦力是指两个相互接触的物体在外力作用下发生相对运动（或具有趋势）时在接触面间产生的切向运动阻力，这种现象称为摩擦现象。 2、摩擦有害的方面：（1）造成大量能量的消耗，引起机械效率的降低；（2）摩擦使得机器中相对运动的零件表面产生磨损；（3）摩擦使得摩擦副工作温度上升。 3、摩擦的分类： （1）运动状态：静摩擦和动摩擦；（2）运动方式：①滑动摩擦，②滚动摩擦，③转动摩擦；
教你做摩擦磨损模拟试验教程一 摩擦磨损模拟试验是摩擦学的一个重要研究手段。摩擦是现象，磨损是摩擦的结果，摩擦、磨损是两个不同的概念。二者在大多数情况下没有直接的关系，在少数特殊条件下才会有密切的关系。那么，我们如何做摩擦磨损模拟试验？摩擦磨损模拟试验结果又与哪些因素有关？我们应该怎样提高摩擦磨损模拟试验有效性？ 济南益华摩擦学测试技术研究所经多年的、大量的试验（设备评定试验和客户委托试验）及研究分五个教程为大家作浅要介绍。 标准试验设备选型（上） 通常情况下进行摩擦磨损模拟试验，首先要对试验设备进行合理选型。设备选型的原则是：标准试验须遵循标准方法要求，选择相应的设备；非标试验需考虑实际工况（试验条件），试样易于制备，节约试验成本，试样条件可更改性好，便于缩短试验周期，试验设备易于操作等因素。 部分摩擦磨损模拟试验有标准试验方法，其标准不仅给出了试验方法，还给出了评定方法（也有标准仅给出了试验方法）。 1.油品润滑性能 油品方面的标准、试验方法相对是比较全面的。 润滑油、润滑脂的抗磨、极压性能试验标准有《四球机法》。《四球机法》是一类较全面的标准，明确给出了试验方法及试验结果评定方法。就应选择符合标准技术要求的四球摩擦试验机及符合标准要求的四球试验专用钢球。 比如标准《GB/T12583-98润滑剂极压性能测定法（四球机法）》、《GB/T 3142-82润滑剂承载能力测定法（四球机法）》、《SH/T0202-92润滑脂极压性能测定法》中，明确规定了试验运行时间、试验转速、负荷级别以及评定方法，以测定油品极压性能指标最大无卡咬负荷、烧结负荷以及综合磨损值。因此，润滑油、润滑脂极压性试验MRS-10A微机控制四球摩擦磨损试验机、MRS-10P触摸屏杠杠式四球摩擦磨损试验机以及MRS-10G杠杠式四球摩擦磨损试验机都 可供选择。 标准《SH/T0189-92润滑油抗磨性能测定法（四球机法）》、《SH/T0204-92润
磨损与形貌测量 一）磨损机理 根据近年来的研究，人们普遍认为按照不同的磨损机理来分类是比较恰当的，通常将磨损划分为四个基本类型：粘着磨损；磨粒磨损；表面疲劳磨损；腐蚀磨损；微动磨损。 虽然这种分类还不十分完善，但它概括了各种常见的磨损形式。例如：腐蚀磨损是表面和含有固体颗粒的液体相摩擦而形成的磨损，它可以归入磨粒磨损。微动磨损的主要原因是接触表面的氧化作用，可以将它归纳在腐蚀磨损之内。
还应当指出：在实际的磨损现象中，通常是几种形式的磨损同时存在，而且一种磨损发生后住住诱发其它形式的磨损。例如疲劳磨损的磨屑会导致磨粒磨损，而磨粒磨损所形成的新净表面又将引起腐蚀或粘着磨损微动磨损就是一种典型的复合磨损。在微动磨损过程中，可能出现粘着磨损、氧化磨损、磨粒磨损和疲劳磨损等多种磨损形式。随着工况条件的变化，不同形式磨损的主次不同。 二）典型的磨损过程（三阶段） 1、磨合磨损过程 在一定载荷作用下形成一个稳定的表面粗糙度，且在以后过程中，此粗糙度不会继续改变，所占时间比率较小。 2、稳定磨损阶段 经磨合的摩擦表面加工硬化，形成了稳定的表面粗糙度，摩擦条件保持相对稳定，磨损较缓，该段时间长短反映零件的寿命。 3、剧烈磨损阶段
经稳定磨损后，零件表面破坏，运动副间隙增大→动载、振动→润滑状态改变→温升↑→磨损速度急剧上升→直至零件失效。 三）摩擦表面的形态分析 由于摩擦现象发生在表面层，表层组织结构的变化是研究摩擦磨损规律和机理的关键，现代表面测试技术已先后用来研究摩擦表面的各种现象。 1、摩擦磨损表面形貌的分析 摩擦过程中表面形貌的变化可以采用表面轮廓仪和电子显微镜来进行分析。 表面轮廓仪是通过测量触针在表面上匀速移动，将触针随表面轮廓的垂直运动检测、放大，并且描绘出表面的轮廓曲线。再经过微处理机的运算还可以直接测出表面形貌参数的变化。 目前常用的表面微观形貌分析设备为扫描电子显微镜。电子扫描的图像清晰度好，并有立体感，放大倍数变化范围宽(20-20000倍)，检测范围亦较大。 2、摩擦磨损表面结构的分析 金属表面在摩擦磨损过程中表层结构的变化通常用衍射技术来分析，常用的有电子衍射法、 X射线衍射法。 1）电子衍射的穿透能力小，散射厚度仅为10-7～10-8 cm。电子衍射可用来进行薄层的摩擦表面分析，例如研究金属的粘着磨损和摩擦副材料迁移现象。
摩擦和磨损与润滑学的基本原理 一、摩擦和摩擦的种类 1.什么是摩擦？ 相互接触的物体沿着它们的接触面做相对运动时，会产生阻碍物体相对运动的阻力，这种现象称为摩擦。这种阻力叫摩擦力。 2.摩擦的种类 摩擦的种类很多，因为研究的依据不同，摩擦的分类也不同。按摩擦副的运动状态分为静摩擦和动摩擦；按摩擦副运动形式分类分为滑动摩擦、滚动摩擦和自旋摩擦；按摩擦发生的部位分类分为内摩擦和外摩擦；按摩擦副表面润滑状况分类分为静摩擦、干摩擦、边界摩擦、流体摩擦和混合摩擦。本文重点介绍静摩擦、干摩擦、边界摩擦、流体摩擦（液体摩擦）和混合摩擦。 （1）静摩擦是指摩擦表面没有任何吸附膜或化合物存在时的摩擦。静金属的摩擦会产生表面粘着。 （2）干摩擦是指在大气条件下，摩擦表面没有任何润滑剂存在的摩擦。严格说干摩擦是在接触表面上无任何其他介质，如自然污染膜、润滑膜以及湿气等。干摩擦是消耗动力最多，磨损最严重的一种摩擦。 （3）边界摩擦是指摩擦表面有一层极薄得润滑膜存在时的摩擦。这层膜称为边界油膜。 （4）流体摩擦是指摩擦表面完全被润滑油膜隔开时的摩擦。这种摩擦发生在界面的润滑剂膜内，摩擦阻力最小，磨损最小。 （5）混合摩擦——是指属于过渡状态的摩擦，包括半干摩擦和半流体摩擦。半干摩擦是指同时存在着干摩擦和边界摩擦的混合摩擦。半流体摩擦是指同时存在着流体摩擦和边界摩擦（或干摩擦）的混合摩擦。 二、磨损和磨损的种类 1.什么是磨损？ 是指两个相互接触的物体发生相对运动时，物体表面的物质不断地转移和损失。磨损的结果使相对运动的物体表面不断有微料抖落，表面性质、几何尺寸均发生改变。 2.磨损的三个阶段 磨损阶段、稳定磨损阶段和急剧磨损阶段 3.磨损的种类 按磨损的破坏机理，通常把磨损分为粘着磨损、磨料磨损、疲劳磨损、腐蚀磨损和微动磨损五种。 （1）粘着磨损 由于摩擦表面存在着一定的粗糙度，在压力的作用下，当摩擦表面做相对运动时，在真空接触点上产生瞬时高温，使其表面软化，熔化，甚至相互粘着，接触表面的材料从一个表面转移到另一个表面，这种现象就叫做粘着磨损。粘着磨损严重时，摩擦副之间咬死，不能再发生相对运动。 （2）磨料磨损 外来的硬料介质进入摩擦副，或摩擦副一个表面比另一个表面硬，在较硬表面上存在的微凸体，在摩擦过程中对较软表面犁沟或拉槽，引起表面材料的脱落，这种现象叫做磨料磨损。磨料磨损是一种最常见的磨损。 （3）腐蚀磨损
摩擦与磨损原理 （复习资料） 摩擦学定义：摩擦学是研究作相对运动的相互作用表面及其有关的理论和实践的一门科学技术。 摩擦学又是一门涉及多学科的边缘学科，其涉及的主要学科为物理学、化学、机械工程、断裂力学、材料力学、流体力学等等。摩擦学涉及领域广泛，主要的研究内容可以归纳为以下几个方面：1、摩擦；2、磨损；3、流体润滑理论；4、边界润滑；5、润滑剂与润滑技术； 6、摩擦学测试技术。 摩擦学设计的任务就是利用摩擦学的现有知识，对一个特定对象通过合理的设计方法使其获得良好的摩擦学性能。 摩擦学设计过程中需要注意摩擦学的几个主要特性：(1)、摩擦学的系统性；（2）、摩擦学的时空性；（3）、摩擦学的多学科性。 固体表面的微观几何形状统称为表面形貌。真实表面形貌，它由表面形状误差、波纹度和表面粗糙度组成。 1、表面形状误差：在制造机器零件的过程中，机床-工件-刀具系统的误差及弹性变形，导 致表面形状误差，数值由最大偏差表示，一般用平面度、圆度和圆柱度等误差来表示。 2、波纹度是制造机器零件过程中，机床—工件-刀具系统的振动和机床传动件的缺陷周期 性重复在机器零件已加工表面上的结果。 3、波纹度是制造机器零件过程中，机床—工件-刀具系统的振动和机床传动件的缺陷周期 性重复在机器零件已加工表面上的结果。 表面形貌参数：微观不平度也称为微观不平度十点平均高度，是在取样长度L内，5个最大的轮廓峰高的平均值与5个最大的轮廓谷深的平均值之和称为R z。 在取样长度内,被测轮廓线上各点到中线距离的绝对值总和的算术平均值，称为轮廓算术平均偏差R a。 表面的物理吸附和化学吸附：物理吸附是非常快的可逆过程，吸附分子保持自己的特性，并可脱吸。化学吸附比物理吸附具有更大的活化能，吸附过程是不可逆的，化学吸附膜比物理吸附稳定。 金属表面层是由若干层次组成的表面层：外表面层有物理吸附和化学吸附作用生长的吸附层及因氧化形成的氧化膜层。塑性变形层称内层。 真实物体的表面不是理想光滑的表面，当两个表面相接触时，只是在表面的个别地方接触，这些离散的接触面积的总和构成实际接触面积。 名义接触面积：又称表面接触面积或几何接触面积，它是两接触物体的宏观界面的边界所确定的面积。真实接触面积：两接触物体通过各微凸体直接传递界面相互作用力，发生变形而产生的微接触面积之和，不到名义接触面积的0.01~0.1%。 赫兹接触理论：赫兹早在1881年就提出了著名的弹性接触理论，其假设条件为：认为材料是均匀的，各向同性的、完全弹性的；接触表面的摩擦力可忽略不计，表面是理想的光滑表面，在上述假设下，基本公式才能成立。 摩擦理论：当两个互相接触的固体，在外力作用下作相对的切向运动、或具有相对切向运动趋势时，在两固体接触表面之间就会产生一种运动阻力，这种阻力称为摩擦力。这种现象称为摩擦现象。 a，按摩擦副的运动状态分类：
第三章-磨损及磨损机理
第三章磨损及磨损机理 概述 物体摩擦表面上的物质，由于表面相对运动 而不断损失的现象称磨损。 在一般正常工作状态下，磨损可分三个阶 段： a. 跑合（磨合）阶段：轻微的磨损，跑合 是为正常运行创造条件。 b. 稳定磨损阶段：磨损更轻微，磨损率低 而稳定。 c. 剧烈磨损阶段：磨损速度急剧增长，零 件精度丧失，发生噪音和振动，摩擦温度迅速升 高，说明零件即将失效。（如图3.1） 摩擦行程（时间） 图3.1 磨损三个 机件磨损是无法避免的。 但，如何缩短跑合 期、延长稳定磨损阶段和推迟剧烈磨损的到来， 是研究者致力的方向。 剧烈
影响磨损的因素很多，例如相互作用表面的相对运动方式（滑动，滚动，往复运动，冲击），载荷与速度的大小，表面材料的种类，组织，机械性能和物理-化学性能等，各种表面处理工艺，表面几何性质（粗糙度，加工纹理和加工方法），环境条件（温度、湿度、真空度、辐射强度、和介质性质等）和工况条件（连续或间歇工作）等。这些因素的相互影响对于磨损将产生或正或负的效果，从而使磨损过程更为复杂化。 磨损过程涉及到许多不同的学科领域，由于具有跨学科的性质，至今还很难将它的规律解释清楚。已经有很多学者对磨损进行了大量的研究。 如20世纪20年代，汤林森提出了分子磨损 的概念，他认为两个粗糙表面在接触摩擦过程 中相互接近，而一个表面上的原子被另一个表 面俘获的现象就是磨损。 霍尔姆在上述基础上作了进一步的发展，他指出摩擦材料的压缩屈服极限Ob(即硬度)对耐磨性的影响很大。 50年代初，奥贝尔(Oberle)从表层材料的机械破坏着眼，联系“切削”过程来解释磨损，他认为影响磨损的主要因素除硬度H 外，还有材料的弹性模