磨损及磨损原理-第二讲分析

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。

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(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点。

布洛克但lok)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。

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。

橡胶摩擦及磨损分析橡胶是非常重要且用量很大的工业材料之一，据不完全统计，2000年我国橡胶总消耗量将达220万吨，摩擦学性能是橡胶制品的一项非常重要的指标，例如橡胶轮胎的耐磨性能、刹车性能和行车效率、密封件的耐磨性等。

提高橡胶制品的耐磨性和使用寿命，可以在节约能源、材料、润滑剂等方面带来相当可观的经济效益和社会效益。

橡胶是一种弹性模量很低、粘弹性很高的材料，因此橡胶的摩擦具有不同于金属和一般聚合物的特征。

橡胶与刚性表面在滑动接触界面上的相互作用力包括粘着和滞后两项，而其摩擦力也正是由这两部分组成：F = Fa + Fh式中Fa ——粘着摩擦力，Fh——滞后摩擦力。

粘着摩擦起因于橡胶与对偶面之间粘着的不断形成和破坏，滞后摩擦则是由表面微凸体使滑动橡胶块产生周期性变形过程中能量的耗散引起的。

当橡胶在坚硬光滑的表面上滑动时，摩擦力主要表现为粘着摩擦，根据弹性体摩擦的粘着理论，可以得出粘着摩擦力Fa为[6]：F a = K1S( E r/p r) tanδ (r<1)式中，K1——常数；S——滑动界面的有效剪切强度；p——正压力；E——储能模量；tanδ——损耗角正切（粘弹性参数)。

显然，橡胶的粘着摩擦与材料的损耗角正切tanδ成正比。

润滑剂的存在可以阻止橡胶与对偶间的直接接触，使粘着摩擦成分大大降低，滞后摩擦起主要作用。

根据弹性体滞后摩擦的松弛理论，可得出滞后摩擦力为[6]：F h = K2( p/E′) n tanδ (n≥1)式中，K2为与几何形状因子有关的常数。

滞后摩擦力也与tanδ成正比，所不同的是，滞后摩擦力与变形程度因子( p/E′) n成正比。

由此，橡胶的摩擦力可表示为F=[K1S(E′/p r)+K2(p/E′)n]tanδ金属和塑料磨损表面的特征是磨痕与摩擦方向平行，而橡胶磨损表面的磨痕却垂直于摩擦方向，并且磨痕在橡胶表面形成山脊状突起，突起之间间距相等，高度相同，形成所谓的磨损斑纹。

航空发动机磨损机理分析及寿命评估航空发动机是飞机的心脏，负责为飞机提供动力。

然而，随着使用时间的增长和使用次数的增多，航空发动机的磨损会逐渐加剧，从而影响其性能和寿命。

因此，了解航空发动机磨损的机理，并评估其寿命，对于确保飞机的安全和可靠性具有重要意义。

一、航空发动机磨损机理分析1.磨损的概念磨损是指在接触面上由于相对运动而导致的材料表面物质的逐渐丧失。

在航空发动机中，磨损是由于高温、高速、高压、腐蚀等因素的作用，导致材料表面的微小颗粒逐渐脱落而形成。

2.磨损的分类根据磨损形式的不同，磨损可以分为以下几种类型：（1）磨粒磨损：由于常温下颗粒杂质或高温下氧化产物的存在，使工作表面与磨料之间产生碰撞和磨擦，从而引起被磨损部分的材料脱落。

（2）表面疲劳磨损：在高速、高频率的疲劳循环作用下，工作表面出现因微小裂纹逐渐扩展引起的磨损。

（3）腐蚀磨损：由于化学介质的作用，使材料表面出现腐蚀，导致材料的表面产生颗粒状脱落，引起磨损。

3.磨损机理在航空发动机中，磨损主要是由于以下因素的共同作用所引起的：（1）高速、高温、高压的气流对叶片等工作表面的冲蚀作用。

（2）燃烧产物对高压涡轮和热门结构材料的腐蚀作用。

（3）磨损颗粒的积累和覆盖。

（4）机械振动和冲击、疲劳循环等。

4.磨损形态航空发动机中常见的磨损形态有以下几种：（1）划痕：指叶片和盘根等工作表面的表面产生细微划痕，进一步加剧表面磨损情况。

（2）点蚀：指机械表面出现颗粒状的点蚀，容易引起裂纹的扩展。

（3）抛光：指工作表面因反复摩擦而使表面光滑度提高，进一步加剧表面磨损情况。

二、航空发动机寿命评估寿命评估是指对航空发动机进行寿命预测和寿命评估，旨在确保发动机长期安全、可靠地运行。

由于航空发动机的寿命评估受到多种因素的影响，因此需要采取一些先进的技术手段，如结构预测、时变可靠性评估、损伤容限和定期检查等。

1.结构预测结构预测是预测航空发动机各部件的寿命，并对各部件进行安排和调度。

刀具磨损原因及状况分析
(一)俱磨损的原因
于摩擦力的存在,加之金属切削过程中释放热能,被切金属层在刀具的切削刃和前刀面的推挤作用之下会铲生形,如此造成刀具滑移,从而变成切屑。

因刀具前刀面与切屑、具后面与工件已加工表面的摩擦,仍具在切削的过程中产生磨损。

高温同样在一定程度上影响了踌命:刀具在很高的切削温度下进行工作,刀刃材料容易变软,更加剧了俱切削部分的磨损。

当工件材料不同、切削用量不同时,具的磨损形式也不同。

(二)前刀面磨损
在使用刀具切削塑性材料时,刀具前面会因为切削厚度较大而受热量增加，励增大,刀具的前面被磨损,就会形成坑状磨损。

这些坑状磨损在切削过程中,逐渐加深变宽,并向刃方向扩展。

这样便容易导致崩刃。

所以,在切削塑性材料时,要刀具破损是在刀具的前面。

(三)后刀面磨损
反之,在切削塑性较低的材料时,切削深度较小,速度较低,具前面受的压励和摩擦不大.出现积屑瘤的可能性小。

这时刀具后面屿工件表面的摩擦较大，所以刀具的磨损主要在刀具后面。

切削脆性材料时,前面的温度不高,主要的磨损也在刀具的后面。

(四)前后共同磨损
进给量和切削速度都在中等时,俱会同时遭受前面的坑状磨损和主后面的磨损,共同造成崩刃。

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摩擦学原理第章磨损理论本文将讨论摩擦学原理中的磨损理论。

磨损是指两个物体表面接触，因相对运动或静止而引起的表面质量减少或形状变化。

因此，磨损是一种不可避免的表面现象。

在制造过程中对磨损进行研究是极其重要的，因为磨损会导致成本增加，使得设备和部件的寿命减少。

因此，磨损理论对于工程师来说是非常重要的。

磨损机理磨损的机理可以分为三种类型:粘着磨损粘着磨损是指表面接触时，两个物体的接触点出现局部的塑性形变，导致两个物体表面产生能够在断裂时撕裂的结合力。

这种磨损主要出现在金属材料中。

它的形成是由于两个表面间的粘着摩擦力超过了物体表面的材料强度而引起的。

磨粒磨损磨粒磨损是指在表面接触过程中，其中一个物体表面的硬颗粒形成的极高应力，在另一物体表面的损耗机制下形成切削或剥落的表面损伤。

这种磨损主要出现在有磨料的环境中。

疲劳磨损疲劳磨损是指在表面接触中受到重复载荷作用的物体表面，由于载荷的作用，表面形成微小的裂纹，这些裂纹随着时间的推移逐渐扩大，最终导致断裂。

这种磨损主要出现在金属材料中。

磨损测试了解磨损机理对于测试磨损有很大的帮助。

使用标准试验程序，可以评估不同材料之间的磨损率和耐磨性能。

在磨损测试过程中，机器将不同材料的样本表面接触，并测量它们之间的摩擦力和磨损量。

这些测试可以通过摩擦器、磨损测试机等设备来完成。

磨损控制由于磨损对机械设备和部件的寿命和成本都有很大的影响，控制磨损已成为一个非常重要的问题。

磨损控制采取各种方法，包括材料的使用、表面涂层、润滑剂、设计和运行条件的优化等。

下面我们将简单介绍这些方法的一些方面。

材料的选择材料的选择对于磨损控制至关重要。

选择适合特定应用的材料，可以延长生命周期，增加效率，降低维护成本。

通常使用高硬度、高耐磨损的金属、陶瓷和聚合物等材料来提高材料的耐磨性能。

表面涂层涂层是一种能够提高材料表面耐磨性能和摩擦系数的方法。

涂层可以使材料表面粗糙度减小，并降低摩擦力。

常用的涂层材料有核化镀层、磷化处理和高分子膜等。

磨损与摩擦的基本原理及其应用磨损和摩擦是我们生活中经常遇到的现象。

我们走路时，鞋底与地面的摩擦产生噪音，驾车时，车轮和地面的摩擦使我们车辆行驶。

同时，磨损和摩擦也是一项重要的研究领域，与工程学、材料学、机械制造等众多领域息息相关。

本文将介绍磨损和摩擦的基本原理及其应用。

一、摩擦的基本原理摩擦可以定义为两个物体接触并相对运动时的阻力。

摩擦力的大小与两个物体之间的接触面积和物体表面间的粗糙程度有关。

通常，摩擦力的大小可以通过以下公式表示：Ff = fN其中，Ff为摩擦力，f为摩擦系数，N为垂直于接触面的受力大小。

摩擦系数是一个无量纲数值，表示为μ。

它是考虑到物体表面状况的因素，如表面的成分、温度和光滑度等。

不同物体之间摩擦系数不同，例如，滑冰鞋在冰上滑行时的摩擦系数很小，而橡胶底鞋子在冰面表上行走时的摩擦系数较大。

摩擦力的大小决定了物体运动状态的变化，当物体沿着某个方向施加一定的力时，摩擦力会在反方向上阻碍运动，产生负加速度，即使物体足够大，对地面施加的力足够大，摩擦力也会阻碍物体移动。

二、磨损的基本原理磨损是材料表面因相互接触和摩擦而失去原来形状的现象。

摩擦往往导致材料表面磨损和损坏，主要分为两种类型：磨粒磨损和疲劳磨损。

磨粒磨损是指材料表面的颗粒和其他颗粒之间的摩擦损失。

磨损率取决于磨损颗粒的硬度和材料表面硬度的比较。

颗粒的尺寸越小，磨损率则越高。

磨粒磨损是一种常见的磨损方式，例如，机械零件在运转过程中容易受到此种磨损。

疲劳磨损又称为表面疲劳磨损，是由表面微小韧性变形引起的剥落或断裂而导致的，通常出现在高速运动的机械零件之间的接触面。

在机械工作时，因为机械零件之间的摩擦力和容易产生热量，从而导致零件表面的变形和裂纹。

一旦表面氧化，则容易受到疲劳磨损。

三、磨损与摩擦的应用磨损和摩擦在工程制造和材料科学中具有广泛的应用。

例如，工业生产中的磨损是一个非常重要的因素，因为它会影响设备的寿命和生产效率。

磨损的控制不仅可以降低运营成本，还可以提高设备的寿命和可靠性。

机械设计基础磨损和润滑原理机械设计中的磨损和润滑原理是关于机械部件表面的摩擦和磨损以及如何减少摩擦和磨损的理论研究。

本文将从磨损的类型、润滑原理和润滑方式三个方面进行探讨。

一、磨损的类型磨损是指机械零部件在工作过程中由于相对运动造成的表面损坏现象。

常见的磨损类型有磨粒磨损、疲劳磨损和涂层磨损。

磨粒磨损是指有了磨粒的情况下，在载荷的作用下，机械零部件出现的破坏。

磨粒可以从摩擦副中产生，也可由润滑剂中的杂质形成。

这种磨损可以通过控制润滑剂的质量来减少。

疲劳磨损是指机械零部件在循环加载的作用下，由于产生应力集中和表面疲劳引起的磨损现象。

减少疲劳磨损的关键是提高材料的强度和抗疲劳性能。

涂层磨损是指由于涂层层面相对移动而导致涂层损坏。

涂层通常是为了提高材料的表面硬度和耐磨性，但当涂层出现质量问题时，就容易出现磨损。

二、润滑原理润滑原理是指通过在机械零部件表面形成一层润滑膜，使表面之间的摩擦和磨损减少的理论原理。

常见的润滑原理有液体润滑原理和固体润滑原理。

液体润滑原理是指通过液体介质在机械零部件表面形成一层润滑膜，减少摩擦和磨损。

液体润滑分为边界润滑、混合润滑和流体动压润滑三种形式。

边界润滑是指液体介质只在机械零部件表面形成一层极薄的润滑膜，减少摩擦。

混合润滑是指液体介质在表面间填充物质的沟槽中形成润滑膜，减少磨损。

流体动压润滑是通过液体介质的压力来支撑机械零部件，减少接触应力，达到减少磨损的效果。

固体润滑原理是指通过在机械零部件表面涂覆一层固体润滑剂，使表面摩擦减少的原理。

固体润滑分为干摩擦润滑和液滴浸润润滑两种形式。

干摩擦润滑是指通过在机械零部件表面涂覆一层干润滑剂，形成一层干润滑膜，减少摩擦和磨损。

液滴浸润润滑是指在机械零部件表面涂覆一层液滴型润滑剂，使表面摩擦减小。

三、润滑方式润滑方式是指润滑剂与机械零部件之间的相对运动形式。

常见的润滑方式有辗轧润滑、滑动润滑和混合润滑。

辗轧润滑是指润滑剂与机械零部件之间的相对运动为球和滚道、滚子和滚道之类的辗轧运动形式。