磨损的类型磨损机理表面疲劳磨损形成及影响因素

机械零件的磨损机理与疲劳分析引言：机械零件是构成各种机械设备的核心组成部分，其质量和可靠性直接影响着整个设备的性能和寿命。

在机械运动过程中，零件之间的接触和磨擦不可避免地会导致磨损和疲劳，从而降低机械零件的工作效率和寿命。

因此，研究机械零件的磨损机理与疲劳分析成为提高机械设备的性能和寿命的重要课题。

一、磨损机理磨损是机械零件在相对运动过程中表面材料的损失，主要包括磨粒磨损、疲劳磨损和润滑磨损等。

1. 磨粒磨损磨粒磨损是由于杂质等颗粒物进入零件表面的接触区域，与零件表面发生相对滑动而引起的既摩擦又磨损现象。

磨粒磨损会导致零件表面粗糙度增加，磨粒在摩擦接触区域形成凹槽和划痕，进一步加剧磨损。

2. 疲劳磨损疲劳磨损是由周期性应力作用引起的损伤，主要发生在机械零件承受往复或交变载荷的部位。

机械零件在往复运动过程中，由于应力的交变作用，材料表面会出现微裂纹，随着应力的不断作用，微裂纹会逐渐扩展并最终导致零件的疲劳破坏。

3. 润滑磨损润滑磨损是由于润滑油膜的破坏而引起的磨损现象。

当机械零件表面的润滑油膜无法保持稳定时，摩擦接触表面之间的直接接触会增加，摩擦热和摩擦力会增大，从而导致零件表面的磨损加剧。

二、疲劳分析疲劳分析是研究机械零件在循环加载下的疲劳性能和寿命的工程方法。

通过对零件材料的应力应变状态和疲劳强度的分析，可以判断零件在正常工况下的抗疲劳性能，并提出相应的改进措施。

1. 应力分析应力是导致机械零件疲劳破坏的主要因素。

在进行疲劳分析时，需要对零件所受的静态和动态载荷进行分析，计算出零件的应力分布情况，并结合材料的疲劳强度曲线，判断零件是否会发生疲劳破坏。

2. 循环载荷循环载荷是指在零件使用过程中的周期性变化的载荷。

循环载荷下，机械零件会发生应力集中和应力交变，进而引起疲劳裂纹和疲劳破坏。

因此，在疲劳分析中，需要对循环载荷进行精确的统计和计算，以准确评估零件在实际工作条件下的疲劳性能。

3. 疲劳强度分析疲劳强度是指材料在循环加载作用下能够承受的最大载荷水平。

摩擦、磨损简介磨损基本概念磨损是零部件失效的一种基本类型。

通常意义上来讲，磨损是指零部件几何尺寸（体积）变小。

零部件失去原有设计所规定的功能称为失效。

失效包括完全丧失原定功能；功能降低和有严重损伤或隐患，继续使用会失去可靠性及安全性和安全性。

1、磨损的分类:按照表面破坏机理特征，磨损可以分为磨料磨损、粘着磨损、表面疲劳磨损、腐蚀磨损和微动磨损等。

前三种是磨损的基本类型，后两种只在某些特定条件下才会发生。

磨料磨损：物体表面与硬质颗粒或硬质凸出物（包括硬金属）相互摩擦引起表面材料损失。

粘着磨损：摩擦副相对运动时，由于固相焊合作用的结果，造成接触面金属损耗。

表面疲劳磨损：两接触表面在交变接触压应力的作用下，材料表面因疲劳而产生物质损失。

腐蚀磨损：零件表面在摩擦的过程中，表面金属与周围介质发生化学或电化学反应，因而出现的物质损失。

微动磨损：两接触表面间没有宏观相对运动，但在外界变动负荷影响下，有小振幅的相对振动（小于100μm），此时接触表面间产生大量的微小氧化物磨损粉末，因此造成的磨损称为微动磨损2、表征材料磨损性能的参量为了反映零件的磨损，常常需要用一些参量来表征材料的磨损性能。

常用的参量有以下几种：(1)磨损量由于磨损引起的材料损失量称为磨损量，它可通过测量长度、体积或质量的变化而得到，并相应称它们为线磨损量、体积磨损量和质量磨损量。

(2)磨损率以单位时间内材料的磨损量表示，即磨损率I=dV /dt (V为磨损量,t为时间）。

(3)磨损度以单位滑移距离内材料的磨损量来表示，即磨损度E=dV/dL (L为滑移距离）。

(4)耐磨性指材料抵抗磨损的性能，它以规定摩擦条件下的磨损率或磨损度的倒数来表示，即耐磨性=dt/dV或dL/dV。

(5)相对耐磨性指在同样条件下，两种材料（通常其中一种是Pb-Sn合金标准试样）的耐磨性之比值，即相对耐磨性εw=ε试样/ε标样。

摩擦基本概念当物体与另一物体沿接触面的切线方向运动或有相对运动的摩擦趋势时，在两物体的接触面之间有阻碍它们相对运动的作用力，这种力叫摩擦力。

磨损是指材料表面因摩擦、碰撞、剧烈运动等作用而逐渐失去其原有形状和尺寸的过程。

磨损现象是许多工程和生产活动中普遍存在的问题，了解常见的磨损分类、定义以及它们发生的条件，可以帮助我们更好地预防和解决磨损问题。

一、磨损的分类1. 表面磨损：表面磨损是指物体表面由于与外界环境或其他物体的作用而逐渐失去其原有形状和尺寸的现象。

表面磨损通常包括磨粒磨损、疲劳磨损、附着磨损等类型。

2. 体积磨损：体积磨损是指材料在受力作用下，局部或整体地磨损。

体积磨损主要包括磴岩磨损、疲劳磨损等类型。

二、磨损的定义磨损是指材料表面或体积由于摩擦引起的粒子脱落、塑性流动、位错聚集和断裂现象而逐渐失去其原有形状和尺寸的过程。

三、磨损的条件在工程和生产实践中，磨损的发生通常受到以下一些条件的影响：1. 材料硬度：硬度较低的材料容易受到表面磨损的影响，而硬度较高的材料更容易发生体积磨损。

2. 材料强度：材料的强度越低，越容易受到磨损的影响。

3. 环境条件：如温度、湿度、氧化性等环境条件对磨损的影响。

4. 润滑条件：润滑油的性质和润滑膜的形成对磨损有着重要的影响。

5. 负载条件：负载大小和方向对磨损的发生和发展有着重要影响。

6. 表面粗糙度：表面粗糙度的大小和形状对磨损的发生和发展也有着重要的影响。

通过对常见的磨损分类、定义以及它们发生的条件的了解，我们可以更好地预防和解决磨损问题，提高材料的使用寿命和性能。

磨损是材料表面或体积由于摩擦引起的粒子脱落、塑性流动、位错聚集和断裂现象而逐渐失去原有形状和尺寸的过程。

磨损的发生对工程和生产活动而言是不可避免的，但我们可以通过控制磨损的条件和采取相应的预防措施来减少磨损带来的损失。

一、磨损的分类1. 表面磨损表面磨损是指物体表面由于与外界环境或其他物体的作用而逐渐失去其原有形状和尺寸的现象。

表面磨损主要包括以下几种类型：- 磨粒磨损：在材料表面受到磨料颗粒的作用下，材料表面的微观形貌逐渐改变，最终形成磨损痕迹。

机械零部件的磨损与损伤评估1. 引言机械设备在运行过程中，由于摩擦、冲击、磨损等作用，零部件会逐渐产生磨损和损伤。

对于机械性能和运行安全性的评估，磨损与损伤评估起着重要的作用。

本文将从机械零部件的磨损机理入手，介绍磨损和损伤的分类和评估方法。

2. 磨损机理磨损是机械零部件长期运行后所产生的表面质量减小的现象。

根据磨损机理的不同，磨损可以分为磨粒磨损、疲劳磨损和腐蚀磨损等。

2.1. 磨粒磨损磨粒磨损是由于机械零部件表面与硬度较高的杂质或颗粒物发生摩擦和磨擦而引起的损伤。

这种磨损一般发生在机械零部件表面，并且会导致表面粗糙度增加，减小机械零部件的精度和寿命。

2.2. 疲劳磨损疲劳磨损是由于机械零部件在长期变动载荷下产生的疲劳断裂现象引起的磨损。

这种磨损一般发生在受到反复载荷的零部件上，例如轴承、齿轮等。

疲劳磨损会导致零部件的断裂和寿命减小。

2.3. 腐蚀磨损腐蚀磨损是由于机械零部件表面与环境中的腐蚀性介质发生反应产生的腐蚀磨粒而引起的损伤。

腐蚀磨损一般发生在机械零部件受到潮湿或腐蚀性气体等环境影响的部位，例如金属表面和焊缝等。

3. 损伤分类机械零部件的损伤可以根据形状、大小、位置等特征进行分类。

常见的损伤类型有划伤、疲劳裂纹、开裂、脆性断裂等。

3.1. 划伤划伤是机械零部件表面产生的细小划痕。

划伤一般是由于杂质粒子或硬颗粒物在表面摩擦时引起的，划伤的形状和深度取决于摩擦力和杂质粒子的硬度。

3.2. 疲劳裂纹疲劳裂纹是由于机械零部件在变动载荷下发生的多次循环应力引起的。

疲劳裂纹的形状和扩展速度取决于应力水平、材料性质和载荷次数等因素。

3.3. 开裂开裂是机械零部件在受到较大外力或应力作用下发生的断裂现象。

开裂可以分为纵向裂纹和横向裂纹等不同类型，根据裂纹的性质和位置决定其对零部件的影响。

3.4. 脆性断裂脆性断裂是机械零部件在受到高应力作用下突然断裂的现象。

脆性断裂的特点是裂纹传播速度快，通常没有明显的塑性变形现象。

简述表面疲劳磨损发生机理表面疲劳磨损（surfacefatiguewear）是指在高应力、高频率下，材料表面发生的一种疲劳磨损现象。

表面疲劳磨损不仅会影响材料的表面质量和外观，还会导致材料的疲劳寿命和耐久性下降，甚至引起材料的失效。

因此，研究表面疲劳磨损的发生机理对于提高材料的疲劳寿命和耐久性具有重要作用。

表面疲劳磨损的发生机理主要包括以下几个方面：1. 微裂纹的产生和扩展当材料受到高应力作用时，表面会产生微小的裂纹。

这些微小的裂纹可能是由于材料的内部缺陷、表面缺陷或者外部应力引起的。

随着应力的不断作用，这些微小的裂纹会逐渐扩展，最终导致材料的疲劳破坏。

2. 表面硬度的变化表面疲劳磨损会导致材料表面硬度的变化。

当材料表面受到高应力作用时，由于表面的变形和位错的移动，会使表面的硬度发生变化。

表面硬度的变化会影响材料的耐磨性和疲劳寿命。

3. 表面层的组织和结构变化表面疲劳磨损还会导致材料表面层的组织和结构发生变化。

当材料表面受到高应力作用时，表面的晶粒会发生变形和重组，从而导致表面层的组织和结构发生变化。

这些变化会影响材料的力学性能和耐久性。

4. 表面的摩擦和热量表面疲劳磨损还会导致表面的摩擦和热量的增加。

当材料表面受到高应力作用时，材料表面会发生摩擦，从而产生热量。

这些热量会导致材料表面温度的升高，从而影响材料的力学性能和耐久性。

综上所述，表面疲劳磨损的发生机理是一个复杂的过程，涉及到材料的内部结构、表面形貌、应力状态以及环境等多个因素的综合作用。

在实际应用中，我们需要通过对材料的疲劳试验和表面形貌分析等手段来深入理解表面疲劳磨损的发生机理，从而为提高材料的疲劳寿命和耐久性提供科学依据。

磨损失效是机械设备和零部件的三种主要失效形式———断裂、腐蚀和磨损失效形式之一。

通常磨损过程是一个渐进的过程,正常情况下磨损直接的结果也并非灾难性的,因此,人们容易忽视对磨损失效重要性的认识。

实际上,机械设备的磨损失效造成的经济损失是巨大的[1～10,15]。

美国曾有统计,每年因磨损造成的经济损失占其国民生产总值的4%。

2004年底由中国工程院和国家自然科学基金委共同组织的北京摩擦学科与工程前沿研讨会的资料显示,磨损损失了世界一次能源的三分之一,机电设备的70%损坏是由于各种形式的磨损而引起的;我国的GDP只占世界的4%,却消耗了世界的30%以上的钢材;我国每年因摩擦磨损造成的经济损失在1000亿人民币以上,仅磨料磨损每年就要消耗300多万吨金属耐磨材料。

可见减摩、抗磨工作具有节能节材、资源充分利用和保障安全的重要作用,越来越受到国内外的重视。

因此,研究磨损失效的原因,制定抗磨对策、减少磨损耗材、提高机械设备和零件的安全寿命有很大的社会和经济效益。

1 磨损和磨损失效的主要类型磨损———由于机械作用造成物体表面材料逐渐损耗。

磨损失效———由于材料磨损引起的机械产品丧失应有的功能。

通常,按照磨损机理和磨损系统中材料与磨料、材料与材料之间的作用方式划分,磨损的主要类型可分为磨料磨损、粘着磨损、冲蚀磨损、疲劳磨损、腐蚀磨损和微动磨损等类型。

1.1 磨料磨损由外部进入摩擦面间的硬颗粒或突出物在较软材料的表面上犁刨出很多沟纹,产生材料的迁移而造成的一种磨损现象称为磨料磨损。

影响这种磨损的主要因素:在多数情况下,材料的硬度越高,耐磨性越好;磨损量随磨损磨粒平均尺寸的增加而增大;磨损量随着磨粒硬度的增大而加大等。

1.2 粘着磨损在两摩擦表面相对滑动时,材料发生"冷焊"后便从一个表面转移到另一个表面,成为表面凸起物,促使摩擦表面进一步磨损的现象称为粘着磨损。

影响粘着磨损的主要因素:同类的摩擦副材料比异类材料容易粘着,采用表面处理(如热处理、喷镀、化学处理等)可以减少粘着磨损;脆性材料比塑性材料抗粘着能力高;材料表面粗糙度值越小,抗粘着能力也越强;控制摩擦表面的温度,采用的润滑剂等可减轻粘着磨损等。

机械系统中的摩擦与磨损机理分析摩擦和磨损是机械系统运行中的普遍现象，对于机械设备的性能和寿命都有着重要的影响。

理解摩擦和磨损机理，对于改善机械系统的运行效率和延长设备寿命具有重要意义。

本文将从摩擦的基本概念开始，深入分析摩擦与磨损的机理。

一、摩擦的基本概念摩擦是指处于接触状态的两个物体因相对运动而引起的阻碍运动的力。

在机械系统中，摩擦不可避免地产生，并且会引起能量损失和表面磨损。

摩擦力的大小与材料的性质、表面形态和润滑条件等因素密切相关。

摩擦力的大小可以用摩擦系数来表示，摩擦系数的大小取决于物体之间的接触情况和材料的特性。

例如，金属材料之间的摩擦系数通常较小，而金属与非金属材料之间的摩擦系数较大。

此外，物体表面的粗糙度也会影响摩擦系数的大小，表面越光滑，摩擦系数越小。

二、摩擦的机理与分类摩擦的机理与接触状态和表面形态有关。

一般来说，摩擦可以分为干摩擦和润滑摩擦两种类型。

干摩擦是指在无润滑介质作用下的摩擦。

在干摩擦条件下，物体表面粗糙度和形态决定了摩擦的特性。

当两个物体粗糙度相似且表面之间存在较大的接触面积时，摩擦力较大。

而当物体表面光滑度较高或表面接触区域较小时，摩擦力较小。

此外，在干摩擦条件下，还存在着“附着摩擦”和“切削摩擦”的区别。

附着摩擦是指物体表面粗糙度发生变形接触，产生短时间的摩擦力。

而切削摩擦是指物体表面粗糙度间的相互剪切产生的摩擦力，主要由于表面形态的不同而导致。

润滑摩擦是指在有润滑介质作用下的摩擦。

润滑介质可以减小物体表面间的接触，并降低摩擦力。

常见的润滑介质有液体和固体两种形式。

在液体润滑条件下，摩擦系数较小，润滑膜的形成对减小摩擦力有重要作用。

而在固体润滑条件下，固体润滑剂填充物体表面间的空隙，减小物体之间的直接接触，从而减小摩擦力。

三、磨损的机理与分类磨损是指机械设备在长期运行过程中，表面材料的逐渐损失。

磨损的机理与摩擦密切相关。

常见的磨损形式有磨粒磨损、疲劳磨损和腐蚀磨损等。

金属材料表面摩擦磨损机理研究一、引言金属材料是工业生产中使用广泛的材料之一，其表面的摩擦磨损问题影响着机械设备的性能和寿命。

因此，研究金属材料表面的摩擦磨损机理对于提高机械设备的可靠性有着重要意义。

本文将对金属材料表面摩擦磨损的机理研究进行梳理和总结。

二、金属材料表面摩擦磨损机理的分类1. 粘着磨损物体在摩擦过程中，由于接触表面产生的表面张力，导致物体表面产生差异形变, 造成损伤。

这种损伤形式我们称之为粘着(nowear)损伤.这种损伤是粒级以上（即微观尺度）表征摩擦过程的典型特征。

而微观尺度的磨损和水平方向的相互剪切是密切相关的。

当物体表面的粘着力越大，磨损越严重。

而硬度低, 表面粗糙度高的材料, 粘着损伤容易形成。

2. 疲劳磨损在应力循环的情况下，可能发生一系列的表面裂纹或者成为裂缝。

如果在这些裂纹处引入外力，就会使这些裂隙扩大甚至破裂，这种磨损形式我们称之为疲劳损伤。

疲劳磨损主要发生在金属材料经过重复循环或长时间的运动过程中，当材料表面应变过大或存在应力集中时，疲劳磨损很容易发生。

3. 磨粒磨损这种磨损模式的主要特征是物体表面明显存在磨损痕迹。

在物体表面经过长时间的运动过程中，很容易被杂质、粉尘、磨料等物质颗粒悬浮在介质中。

物质颗粒在物体表面上运动时，会产生表面切削，从而造成磨损。

磨粒磨损是金属材料摩擦磨损中最常见、最为普遍的一种机理。

三、金属材料表面摩擦磨损机理的原理1. 粘着磨损在两个金属物体的接触面上，会产生吸引力或剪切力，而这种力的大小与表面间的接触面积直接相关。

所以，当表面间的接触面积越大，粘着力越大，金属材料的表面粘着磨损越明显。

损伤的形式是由于表面接触部位接受高压力而形成的, 如盘状疲劳菲林(Fatigue Spalling)及磨耗铁锈（wear oxidation）等。

2. 疲劳磨损疲劳磨损的原理是由于物体表面裂纹处的应力集中效应，容易导致表面裂纹的形成和扩展。

在材料的裂纹阈值以下，材料表面裂纹会逐渐扩大和疲劳断裂，进而导致疲劳磨损。

粘着磨损当摩擦副两对偶表面作相对滑动时，由于粘着致使材料从一个表面转移到另一表面或材料从表面脱落而引起的磨损现象，统称粘着磨损。

1．磨损机理由于摩擦副两对偶表面间实际接触面积很小，接触点应力很高，接触点温度有时高达1000℃，甚至更高，而基体温度一般较低，因此一旦脱离接触，其接触点温度便迅速下降（一般情况下接触点高温持续时间只有几ms)。

摩擦副对偶表面处于这种高温和高应力状态下，润滑油膜、吸附膜或其它表面膜则发生破裂，使接触微峰产生粘着，随后在滑动中粘着点被剪断。

由于相对运动使表面膜破坏更严重、更易粘着。

这种粘着、剪断、再粘着的交替过程就构成了粘着磨损。

粘着点的剪断位置决定粘着磨损的严重程度，按粘着磨损的严重程度，可将粘着磨损分为以下几类（设摩擦副的两个基体A与B以及粘着点AB的抗剪强度依次为τA、τB、τAB，其中τA＜τB。

(1)轻微磨损若τAB＜τA＜τB,则剪切发生在粘着．界面，材料转移极微，磨损很轻。

通常在金属表面具有氧化膜、硫化膜以及其它表面膜时，发生此种粘着磨损，如缸套一活塞环副的正常磨损。

(2)徐抹若τA＜τAB＜τB ,则剪切发生在A的表面浅层内，被剪切下的材料涂抹在B的表面上，并形成很薄的涂层，随后变为A材料之间的摩擦。

由于表层的冷作硬化，剪切仍发生在A的浅表层，其磨损程度比轻微磨损略大，摩擦因数与轻微磨损相当，如重载蜗杆一蜗轮副的磨损常为此种情况（蜗轮表面的铜涂抹在蜗杆表面上）。

(3)擦伤若τA＜τB＜τAB，则剪切发生在A的亚表层内（有时也发生在B的亚表层内），被剪切下的材料转移到B 表面上而形成粘着物，这些粘着物又擦伤A表面，如内燃机中铝活塞一缸套副常发生这种粘着磨损。

(4)胶合若τA<τB<τAB，且接触点局部温度较高和接触应力很大，则剪切发生在一方或双方基体较深层处，这时表面将沿着滑动方向呈现明显的撕脱。

这是一种危害性极大的磨损（容易发展变为咬死），有时会突然发生，所以一定要预防。

1、磨损的分类:按照表面破坏机理特征，磨损可以分为磨料磨损、粘着磨损、表面疲劳磨损、腐蚀磨损和微动磨损等。

前三种是磨损的基本类型，后两种只在某些特定条件下才会发生。

磨料磨损：物体表面与硬质颗粒或硬质凸出物（包括硬金属）相互摩擦引起表面材料损失。

粘着磨损：摩擦副相对运动时，由于固相焊合作用的结果，造成接触面金属损耗。

表面疲劳磨损：两接触表面在交变接触压应力的作用下，材料表面因疲劳而产生物质损失。

腐蚀磨损：零件表面在摩擦的过程中，表面金属与周围介质发生化学或电化学反应，因而出现的物质损失。

微动磨损：两接触表面间没有宏观相对运动，但在外界变动负荷影响下，有小振幅的相对振动（小于100μm），此时接触表面间产生大量的微小氧化物磨损粉末，因此造成的磨损称为微动磨损轴套轴颈轴头磨损容易造成设备带伤运行，造成生产效率低、加速设备老化、影响产品质量等一系列危害，严重时会造成设备被迫停机或者整条生产线的停机，造成生产时间的损耗，延误交货日期，甚至造成严重的安全生产事故，个别行业的设备因轴套磨损，生产被迫停机检修甚至出现过整条生产线全部报废的事故，造成企业一夜之间被迫破产。

磨损是零部件失效的一种基本类型。

通常意义上来讲，磨损是指零部件几何尺寸（体积）变小。

零部件失去原有设计所规定的功能称为失效。

失效包括完全丧失原定功能；功能降低和有严重损伤或隐患，继续使用会失去可靠性及安全性和安全性。

(1)跑合磨损阶段（图中0a段）新的摩擦副在运行初期，由于对偶表面的表面粗糙度值较大，实际接触面积较小，接触点数少而多数接触点的面积又较大，接触点粘着严重，因此磨损率较大。

但随着跑合的进行，表面微峰峰顶逐渐磨去，表面粗糙度值降低，实际接触面积增大，接触点数增多，磨损率降低，为稳定磨损阶段创造了条件。

为了避免跑合磨损阶段损坏摩擦副，因此跑合磨损阶段多采取在空车或低负荷下进行；为了缩短跑合时间，也可采用含添加剂和固体润滑剂的润滑材料，在一定负荷和较高速度下进行跑合。