第五章_减摩、耐磨及摩阻材料(2014-06-18 11_20)

转移膜且与金属形成强 他塑料中，或在其中加入金属 化学键结合。 或其他材料，改善性能。
(2)无机非金属减摩材料
a.石墨：
六方晶系晶体，层状结构，层内碳原子以牢固的 共价键相连，各层之间距离较大，碳原子以微弱 的范德华键相连，各层间易被剪切而发生滑动。 自润滑性能与环境条件密切相关，在潮湿大气中， 能吸附空气中的水蒸汽，降低摩擦系数，在干燥 条件下，减磨性能较差，不适宜用作真空或干燥 条件下工作的减摩材料。 导电、导热和热稳定性很好，用作高温润滑剂及 电接触材料。
2、 材料耐磨性的评定指标：
(1) 磨损量：磨损的大小用磨损量表示，表面被磨 损的高度h、被磨损的体积V、被磨去的重量G或质 量m表示。
(2) 磨损率：由于磨损是一个过程，由此通常判断 材料磨损的快慢程度，常采用移动单位距离产生 的磨损量表示，称为磨损率。
a. 线磨损率KL：单位滑动距离摩擦表面法向尺寸 的减少量。线磨损率是一个无量纲的量，用表 面法向尺寸变化表示磨损率，即：
锡基轴承合金有良好的减摩性能，具有摩擦系数 和膨胀系数小，塑性和导热好等优点，但疲劳强度低。
b.铅基轴承合金
铅基合金以铅为主，含有适量的锑(10-18％) 和锡(0-20％)。
特点：成本低，高温强度好，亲油性好，有自 润滑性，适用于润滑较差的场合。但机械强度、 耐磨性、导热性不及锡基合金，可用于载荷不 大和转速不高的场合，如汽车、拖拉机曲轴的 轴瓦等。
铸铁的减摩性与石墨的形状有关，球状 和厚片状石墨比薄片状石墨耐磨，同时组织 中应含有少量游离的渗碳体。
(5)粉末冶金减摩材料：
金属粉末与具有减摩性的非金属固体粉末，按 一定比例混合压制成型，经烧结和整形后得到 的有多孔性组织的材料。 用浸渍方法使空隙中充满润滑油，可成为一种 具有自润滑性能的减摩材料，如含油轴承。这 是一种具有自润滑、减摩及耐磨并有吸振作用 的减摩材料。
四、摩阻材料
1、定义： 摩阻材料又称制动材料或刹车材料， 是用于各种运输工具及各种机器设备 的制动器、离合器和摩擦传动装置上， 摩阻材料的性能直接关系到部件的工 作能力和可靠性。
2、对摩阻材料的基本要求有：
具有高而且稳定的摩擦系数。摩擦系数基本上不 随外界条件的变化而变化； 有良好的耐磨性，不易划伤摩擦配偶件的表面和 发生严重的粘着； 磨合性好，在摩擦过程中噪音、振动小； 具有良好的物理、机械性能。摩阻材料工作时， 因摩擦系数高，发热量大，故要求摩阻材料具有良 好的导热性，大的热容量，而且有一定的高温机械 强度； 制造工艺简单，成本低，材料来源充足。
易成型、耐蚀性好。
工作。
聚甲醛， 物理机械性能好于尼龙， 热稳定性差，收缩率大，易老 POM 吸水小，尺寸稳定，弹 化，遇火会燃烧。
性模量、硬度高，蠕变 和应力松弛少，耐腐蚀， 摩擦系数低而稳定。
聚四氟 化学稳定性、热稳定和 耐磨性差，机械强度低，易变 乙烯， 电性能优良，摩擦系数 形，线膨胀系数大，做为减磨 PTFE 极低(0.1-0.04)，易形成 材料，通常以填料形式加入其
(4) 耐磨铸铁
• 机械性能不及钢，但含有石墨，具有一定的耐 磨性和减磨性，且成本低，可用于对减摩、耐 磨要求不高的场合。
• 各种合金白口铸铁，常用的有高铬合金白口铸 铁(含Cr15％-30％)、镍硬白口铸铁(含Ni 3.3％-5 ％)、钨系白口铸铁等。 • 高铬合金白口铸铁，具有良好的抗磨粒磨损能 力。但合金元素含量高，成本较高；其韧性较 普通的白口铸铁和镍硬白口铸铁高，但比高锰 钢和低合金耐磨钢却低得多，因此不能用于受 强烈冲击载荷的零件。
3、常用摩阻材料 （1）金属基摩阻材料： 铸铁、钢、青铜和粉末冶金摩阻材料等。金属 基摩阻材料的特点：强度高，不易破裂，对水的侵 入不敏感，但温度上升时，摩擦系数下降快。
其中粉末冶金摩阻材料应用最广，发展最快， 其特点是具有高且稳定的摩擦系数，良好的耐磨性， 许用压强高，热稳定性好。缺点是噪声高，脆性大。 主要用于重载交通工具和工程机械的制动器和离合 器。
粉末冶金摩阻材料由金属基体、减摩成分和 增摩成分三部分组成。 金属基体有铁粉和铜粉两类。
减摩成分由低熔点金属(铅、铋、锑)、非金属固 体润滑剂(石墨、二硫化钼)等混合而成。加入这 些成分虽提高了材料的耐磨性，但使摩擦系数减 小，强度降低。
增摩成分由一些高熔点金属粉末(如铬粉、钼粉)、 金属氧化物(氧化铁，氧化铝，氧化铬等)、氮化 物(如氮化钛)、碳化物以及非金属材料(如石棉、 二氧化硅等)组成。
b.二硫化钼： 层状结构的六方晶体， 晶体内两层硫原子中间夹 一层钼原子，层内原子以共价键结合，层层间以 范德华键结合，易发生层间滑动。 硫原子与金属表面的粘着结合力相当强，能 形成一层牢固的润滑薄膜，承载能力大于石墨。 在潮湿环境中表面化学活性易发生变化，在 晶体表面形成无定形硫，同时在晶体活性棱面上 形成氢键，阻碍晶体发生滑动，增加摩擦系数。 因此，二硫化钼在干燥条件下，具有优良的减摩 性。
3、耐磨材料的选择原则：
一种材料对不同类型的磨损，具有不同的耐磨性，因 此，在选择耐磨材料时，首先应了解磨损类型。例如：
① 以疲劳磨损为主的零件，由于它的磨损与裂纹的 形成和扩展有关，因此，材料的设计应当考虑其具 有较好的组织连续性和具有抗裂纹扩展能力，要尽 量减少钢中的夹杂物。 ② 以磨料磨损为主的零件，一般是提高材料的硬度 来提高它的耐磨性，但在承受载荷和冲击较大的情 况下，则应首先考虑其韧性，然后才考虑其硬度。 ③ 以腐蚀磨损为主的零件，一般要求材料具有良好 的抗腐蚀性能。
（2）非金属基摩阻材料：主要以石棉为基体，
添加调节摩擦性能的填料，再用粘结剂在热 压模具内压制成型。它包括以下几类： a.石棉摩阻材料： 基体骨架为石棉，熔点高、摩擦系数大、 机械强度良好、硬度适中，与粘结剂有强的 吸附力。石棉在摩阻材料中的含量一般在3060%之间。 根据摩阻材料对摩擦性能的要求，加入 的填料成分有的起增加摩擦系数作用，有的 起降低摩擦系数作用。
④ 以粘着磨损为主的零件，其主要选用原则为：
a.材料的脆性特征； b.材料的不互溶性特征； c.材料的组织不连续特征： 由于多相金属的组织不连续，相互吸附力小， 有利于控制粘着磨损的发生和扩展，故多相金属 比单相金属的抗粘着磨损能力高。
4、常用的耐磨金属 一种材料对不同类型的磨损，具有不同的耐 磨性，因此在选择材料时，首先应了解磨损类型。 (1) 高锰钢 • 成分：碳1.2％，锰12.5。 • 特点：既硬又韧的钢种；只有充分加工硬化才 具有优良的耐磨性。 • 缺点：导热性差，热膨胀系数较大，无磁性； 易于加工硬化，切削加工困难；屈服强度较低， 工作中易变形。
(2) 低合金耐磨钢 高锰钢在冲击载荷不大的情况下，由于其加 工硬化不够，耐磨性并不高。而低合金钢在这种 情况下，显示出更高的耐磨性。 低合金钢具有仅次于高锰钢的高韧性，如果 合理选择合金成分和热处理方法，能够获得比高 锰钢还高的强度和比较深的表面硬化层，其适用 范围较广泛。 在耐磨粒磨损方面使用的低合金钢有中碳铬 锰硅钢和高碳铬锰硅钢，其化学成分一般为 Cr 1-3%, Mn 1%, Si 1-3%。
(2) 铝基轴承合金： 特点：比重小，导热性好，疲劳强度高和耐磨 性好，且原料充足，价格低廉。但热膨胀系数 大，抗粘着性、嵌合性与顺应性较差。 目前应用的有铝锑镁轴承合金和高锡铝基轴承 合金。 铝锑镁轴承合金适用于载荷不超过20 N/mm2 及滑动速度不大于10 m/s的滑动轴承。 高锡铝基轴承合金适用于裁荷达28N/mm2， 滑动速度在13 m/s以下的滑动轴承。
(3) 石墨钢 石墨钢综合了钢和铸铁的优点，既有良好的 耐磨性，也有较高的机械性能和较好的铸造性能， 其化学成分一般为碳1.25％-1.45％，Si 1％-1.25％， Mn 0.3％-0.5％。 在低应力的磨料磨损条件下，石墨钢比高锰 钢的耐磨性好，且成本低。但它的导热性差，在 热应力高的情况下会发生热裂。
2、常用的金属减摩材料
(1) 巴氏合金： 巴氏合金是最早应用于滑动轴承上的减摩材料， 它是以锡或铅为基体的软合金，因主要用于轴瓦，也 称轴承合金。按组成的主要元素分，有锡基和铅基两 类。 a.锡基轴承合金： 锡基合金的硬度较低(HB13-32)，熔点也较低 (240-320 ºC)，当温度升高时，合金表面软化，起着 润滑的作用，而且磨合容易。
(3) 铜基轴承合金： 用作减摩材料的铜基合金主要：锡青铜和铅 青铜。 特点： 锡青铜的机械强度较高，减摩性和耐磨性也 较好，适宜于制造重载轴承。 铅青铜的承载能力和疲劳强度高，能在 250º C以下的温度正常工作，但顺应性和嵌 合性较差，也不耐磨蚀。
(4) 铁基合金：
铸铁的机械性能远不如钢，但由于铸铁 组织中含有大量的石墨而具有良好的减摩性， 故在轻载低速的轴承中应用比钢广泛。
；单位为kg/m3
(3) 耐磨性E：耐磨性E为磨损率的倒数。 对于线磨损率，耐磨性表示为： 对于体积磨损率，耐磨性表示为： 对于重量磨损率，耐磨性表示为： (4) 相对耐磨系数ε： 在同一试验条件下，标准材料试样的体积或线磨 损量hs (或磨损率) 与被测材料试样的体积或线磨损 量h (或磨损率) 之比：
b. 体积磨损率KV ：单位滑动距离摩擦表面体积的减少 量。用磨损体积V表示磨损率，即：
；单位为m2
c. 重量磨损率KG ：单位滑动距离上，每单位面积摩擦 表面重量的减少量。用磨损的重量G表示磨损率，即：
单位为kg/(m2s2ห้องสมุดไป่ตู้，式中Aa为名义接触面积。
d. 质量磨损率Km ：单位滑动距离上，每单位面积摩擦 表面质量的减少量。用磨损的质量m表示磨损率，
在农业机械、工程机械、矿山设备，摩擦副材 料应有高的耐磨性。
各类轴承、齿轮、蜗轮运动副、机床导轨等要 求摩擦副材料有低的摩擦系数和高的耐磨性。
运输和工程机械(如汽车、火车、拖拉机、飞机、 起重机、提升和卷扬机等)，制动摩擦副材料应 有高而稳定的摩擦系数和耐磨性。