关于材料的磨损性能课件

➢ 粘着强度大于摩擦副中较软金属的剪切强度，小于较 硬金属的剪切强度；
➢ 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(粘附)在硬金属表面上；
➢ 摩擦系数与轻微磨损差不多，但磨损程度加剧。
c.擦伤
➢ 粘着强度比摩擦副的两基体金属的剪切强度都高； ➢ 剪切主要发生在软金属的亚表层内，有时也发生在硬
“雪亮工程"是以区（县）、乡（镇） 、村（ 社区） 三级综 治中心 为指挥 平台、 以综治 信息化 为支撑 、以网 格化管 理为基 础、以 公共安 全视频 监控联 网应用 为重点 的“群 众性治 安防控 工程” 。
Ⅲ 剧烈磨损阶段：当材料磨损量达到一定数值时， 摩擦条件发生较大的变化，磨损速度急剧增加。 这时机械效率下降，精度降低，出现异常的噪音 及振动，最后导致零件完全失效。 ** 从磨损过程的变化来看，为了提高机器零件的 使用寿命，应尽量延长“稳定磨损阶段”。
单位滑动距离的磨损量，横坐标 代表平均接触压力。
压力值小于H/3（σs ），磨损率小而且保持不变(即K保
持常数-磨损量与压力成正比)；
压力值为H/3，各个微凸体上的塑性变形区开始发生相
互影响；
压力值超过H/3，磨损量急剧增大(K值急剧增大)，高
的载荷作用下，整个表面变成塑性流动区，发生大面 积的粘着焊连，出现剧烈的粘着磨损。
a.轻微磨损
➢ 粘着强度比摩擦副两金属基体剪切强度低； ➢ 剪切发生在粘着结合面上，表面转移的材料较轻
微；
➢ 摩擦系数增大，但磨损量很小； ➢ 金属表面具有氧化膜、硫化膜或其他涂层时发生
轻微粘着摩损。
b.涂抹 “雪亮工程"是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。

2. 制造耐磨零件的常用钢种
① 优质碳素结构钢 ② 锰钢、锰钒钢及锰钼钨钢 ③ 铬钢 ④ 铬镍钢及铬镍钼钢 ⑤ 铬锰钢 ⑥ 含硅合金钢 ⑦ 轴承钢 ⑧ 高锰钢
6.1.3 耐磨铸铁
铸铁是一种良好的耐磨材料，广泛用于制造各 种摩擦副，如机床导轨、气缸套、活塞环等零 件。
铸铁的耐磨性通常比钢好，因为有石墨存在。 ① 工作时，石墨易在表面脱落成为润滑剂，起减
⑤ 铅青铜浇铸时，易产生比重偏析。为此，可加入适量的 镍、锑等元素，阻止铅的积聚；同时可增大冷却速度， 以减轻比重偏析。
4.铝基轴承合金
铝基轴承合金是随着近代发动机向高速、高压、 重载方向发展而出现的一种新型滑动轴承合金。
优点：密度小、导热性好、承载强度和疲劳强度 高，且有高的高温硬度，优良的耐蚀性和减摩性。
特点：有高的疲劳强度和承载压强，良好的耐磨、 耐热和耐蚀性。
可用于载荷变动大、有冲击载荷及润滑条件易受 破坏的动力机械上的轴承材料。如高速大功率内 燃机车、重型汽车和拖拉机的轴承。
5.多层合金减摩材料
上述各类合金可分别与低碳钢带一起轧制复合成 双金属轴承材料。
为改善表面性能，可在减摩合金表面再镀一层质 软而薄的金属层，构成三层减摩合金材料。
塑性变形能力，以减少安装和制造误差的影响。 嵌藏性是指油中杂质和外来的微粒能嵌入减摩合 金内而不至于划伤轴颈表面。
4)足够的强度。即有一定抗塑性变形的能力和良 好的抗疲劳性。
5)良好的物理、化学性能。如应有高的导热性和 热容量，热膨胀系数小，耐蚀性好，湿润性和亲 油性好等。
6) 工艺性好，生产工艺简单，成本低。
① 加入硅、锰、铬能提高硬度。
② 钼、钒、钨会部分溶于钢中生成M3C或M7C3形 化合物，提高耐磨性。

——法国科F学=家μ阿·N蒙顿Amontons摩擦定律
14
摩擦学经典理论
1785 年：库仑Charles Augustin Coulomb（1736-1806) —动、静摩擦研究；
15
摩擦学经典理论
1785 年：库仑Charles Augustin Coulomb（1736-1806） ——动、静摩擦研究
16
摩擦学经典理论
1785 年：库仑C.A.Coulomb 对摩擦起因的解释：他猜想在相对运动中， 一表面的微凸体沿其相对表面微凸体的斜 坡爬升，摩擦力即和这种爬升运动中所做 的功有关。
17
1785 年：C.A.Coulomb
18
摩擦学经典理论
1881 年： Heinrich Hertz （1857-
53
废旧机电产品循环利用法 ---再制造工程
机械制造业是矿产资源的最大使用者， 是能源的最大消耗者，是有害气体和 废水的最大排放者。机电产品更新换 代频率加快，一方面造成了自然资源 的日益匮乏，另一方面造成了机电产 品报废数量激增。
54
废旧机电产品循环利用法 ---再制造工程
近几年全球每年至少有2600万辆汽 车报废，发达国家目前已有1.25亿 台旧计算机废弃不用，世界废弃电 脑很快就将达到6.8亿台。
27
摩擦磨损与国民经济
参照德、美和加拿大等国调查结果，即摩 擦学知识的工业应用每年可节约的费用约 占GNP的1～1. 4％，若取平均值(1.2％)， 按我国2003年GNP为11.66万亿元估算， 2003年我国全国工矿企业在摩擦学上的节 约潜力约1400亿元。
28
摩擦磨损与国民经济
我国2007年GDP246619亿元，在摩擦磨损 润滑方面的节约潜能约2959亿元。这说明重 视摩擦学的研究、应用所产生的效益巨大。

F=μp
• 摩擦的害处：磨损、消耗能量、降低机器性能。 • 摩擦的益处：行走、车辆制动等。
2020/2/1
4
2、磨损
• 摩擦运动的结果是产生磨屑，即产生磨损。
• 磨屑的形成也是材料发生变形和断裂的过程。
• 材料的磨损过程除造成材料损失外，还将发生 一系列物理、化学状态的变化，如形变硬化（ 高锰钢履带）和摩擦热引起的相变（淬火钢中 的残余奥氏体转变为马氏体）等。这些变化将 影响材料的摩擦磨损性能。
• 切向摩擦力与压应力共同作用在接触区域上，使 应力分布相应改变，最大切应力的位置将向表面 移动。当摩擦系数>0.2时，最大切应力的位置将 移到材料接触表面，因此接触疲劳裂纹的产生地 也将移到零件表面。
2020/2/1
27
3、接触疲劳过程
接触疲劳
• 当最大切应力大于材料剪切疲劳强度时，在长期 循环作用，裂纹便在该处形成。根据最大切应力 位置的深浅，接触疲劳分3类：
渗碳淬火试样试验表明：
• 切应力/抗剪切强度的比值大于0.55时，在过 渡区产生疲劳裂纹，出现大块剥落。
• 比值在0.5~0.55时，出现表层剥落和麻点剥落 的混合情况。
• 比值小于0.5时，则出现麻点剥落。
影响材料接触疲劳的因素： •除了加载条件外， •主要是材料因素， 如材料成分和组织状态，表面硬度与心部硬度或摩擦 副硬度匹配、硬化层深度、表面状态
2020/2/1
5
3、磨损的3个阶段：
• 跑合阶段：表面逐步磨平， 实际接触面积不断增大磨损 速率不断减小。
• 稳定磨损阶段：磨损量呈线 性，磨损速率为一定值。工 件服役阶段，跑合越好，磨 损速率越低。
• 剧烈磨损阶段：摩擦接触面 间隙增大，机件的振动加剧 ，润滑膜或保护层被损坏， 机件表面被恶化，磨损速率 迅速加大。

润滑脂的主要质量指标
1)锥(针)入度(或稠度)
指一个重1.5N的标准锥体，于25℃恒温下，由润滑脂表面经5s刺入的深度 (以 0.lmm计)。它标志着润滑脂内阻力的大小和流动性的强弱。锥入度愈小表明 润滑脂愈稠。
2)滴点
在规定的加热条件下，润滑脂从标准测量杯的孔口滴下第一滴时的温度叫 润滑脂的滴点。润滑脂的滴点决定了它的工作温度。润滑脂的工作温度至少应低 于滴点20℃。
性能指标：
1）粘度：油的流动阻力或指抵抗变形的能力。是润滑油最重要的性能之一.
2）油性：又叫润滑性，指润滑油中极性分子与金属表面形成物理吸附膜或化学 吸附膜的润滑性能。
3）凝点：又叫流动点，润滑油开始失去流动性的最高温度。是低温下工作的润 滑 油的重要指标。
4）闪点和燃点：指油在标准仪器中加热所蒸发出的油汽，遇火焰能发出闪光的最 低温度。是高温工作油的重要指标（通常应使工作温度比油的闪点低30～40℃。 ）.
(3)飞溅润滑
利用转动件(例如齿轮)或曲轴的曲柄等将润滑油溅成油星以润滑轴承。
(4)压力循环润滑
用油泵进行压力供油润滑,可保证供油充分,能带走摩擦热以冷却轴承。 这种润滑方法多用于高速、重载轴承或齿轮传动上。
2．脂润滑
脂润滑只能间歇供应。加脂方式有人工加脂、脂杯加脂和集中润滑系统 供脂，旋盖式油脂杯是应用得最广的脂润滑装置。
摩擦副接触面积示意图
(3)修正粘附理论
真空中的洁净金属发生摩擦时，其摩擦系数要比常规环境里的摩擦系数大得多。 鲍登等人于1964年又提出了一种更切合实际的修正粘附理论。接触区同时有压 应 力和切应力存在 ,在复合应力作用下，接触区出现了结点增长的现象。
当两金属界面被表面膜分隔开时,τBj为表面膜的剪切强度极限；当剪断发生 在较软金属基体内时,τBj 为较软金属基体的剪切强度极限τB；若表面膜局部破 裂并出现金属粘附结点时，τBj将介于较软金属的剪切强度极限和表面膜的剪切 强度极限之间。

损(Two-body abrasive wear); 由于摩擦表面上存在自由硬颗粒而产生 的磨粒磨损称为三体磨粒磨损(Three-body abrasive wear)。
按照磨损程度的不同，粘着磨损可以分为以下五类： 1) 轻微磨损 粘着点的剪切强度比形成该粘着点的任何一方的基体金属的剪切强度
都小(如锡与铁对磨)，磨损发生在粘着点的界面上，材料转移十分轻微， 甚至不产生材料转移。磨合属于这种磨损。
PPT课件
11
2) 涂抹
粘着点的剪切强度介于形成该粘着点的两种基体金属的剪切强度之间 （如铅与钢对磨），剪切破坏发生在较软金属的浅表层内，并使该表层的材 料转移到较硬金属表面上，使后者的表面上被涂抹上薄薄的一层。
PPT课件
18
磨损(过程)量计算：
(1)Ⅰ物体上原子a1,在运动过程中分别与Ⅱ物体上b1、b2……逐次接 触，每滑动距离d就与一个新的原子接触，当滑动L距离时，a1遇到的 原子数L/d; (2)每两个物体接触面积为Ar，Ar面积上的原子数等于Ar/d2;因之两 接触面滑动L距离时，原子总的接触次数Na等于；
PPT课件
7
（5）磨损速率(磨损强度)
I＝V / t
I W / t
（6）相对耐磨性 它是标准试样的磨损率与被测试样磨损率之比(％)。
PPT课件
8
三、磨损的分类
1、粘着磨损或粘附磨损(Adhesive wear)；
2、磨料磨损或磨粒磨损 (Abrasive wear)；
3、疲劳磨损或表面疲劳磨损(Surface fatigue wear)；
0-t1
PPT课件
t1-t2 t2-t3 时间
3
2、磨损不仅是材料本身固有特性的表现，更是摩擦学系统特性的反映。 因此，磨损也具有条件性和相对性。

由于磨损，将造成表层材料的损耗，零件尺寸发生 变化，直接影响了零件的使用寿命。
还增加能耗，产生噪音、振动，造成环境污染。
材料科学与工程学院
2
第一节 磨损的基本概念及类型
一、摩擦与磨损的概念
1．摩 擦 两个相互接触的物体或物体与介质之间在外力作用下，发生相对 运动，或者具有相对运动的趋势时，在接触表面上所产生的阻碍 作用称为摩擦。这种阻碍相对运动的阻力称为摩擦力。
深度在0.1～0.2mm的小块剥落称点 蚀，剥块形状为不对称V型针状或 痘状凹坑。
发生在兼有滚动和滑动
浅层剥落深度一般为0.2～0.4mm， 剥块底部大致与表面平行，裂纹沿 与表面成锐角或直角扩展。
纯滚动或摩擦很小
深层剥落深度与表面强化层深相当
(>0.4mm)，剥落时裂纹垂直于表面
扩展。
表面强化层深度不够
材料科学与工程学院
7
根据粘着点与两侧材料强度的差异，粘着剪断可出现以 下两种形式： ①粘着点结合强度低于两侧材料
沿接触面剪断，磨损量较小，摩擦面显得较平滑，只有轻 微擦伤。锡基合金与钢的滑动属此类型。
②粘着点结合强剪断的材料将转移 到强度较高的材料上。
W＝ pLtan K pLtan
3 sc
H
(6-6)
材料科学与工程学院
13
三、接触疲劳
1．现象与特征
接触疲劳概念: 两接触材料作滚动或滚动加滑动摩擦时，
交变接触压应力长期作用使材料表面疲劳损伤，局部区
域出现小片或小块状材料剥落，而使材料磨损的现象，
故又称表面疲劳磨损或麻点磨损，是齿轮、滚动轴承等
3）组织2:在基体为马氏体的组织中，减小碳化物粒度并使之 呈球状均匀分布，使基体中马氏体、残余奥氏体和未溶碳化 物量之间有最佳匹配，可最大限度地提高接触疲劳抗力。

疲劳磨损
表面沿与外加应力成45°角的方向扩展， 超过两三个晶粒后，即转向与应力垂直的方向
8
§3.4.2 疲劳磨损与整体疲劳的区别
➢ 其二：
➢ 疲劳寿命
➢ 整体疲劳中，一般都存在明显的疲劳极限，即对某一 种材料都有一个应力极限，低于该极限，疲劳寿命可 认为是无限的。
➢ 疲劳磨损尚未发现这样的疲劳极限，零件的寿命波动
认为是一种独立的，而且是相当普遍的磨损形式。
➢ 疲劳磨损定义：当两个接触体相对滚动或滑动时，在 接触区形成的循环应力超过材料的疲劳强度的情况下， 在表面层将引发裂纹并逐步扩展。最后使裂纹以上的 材料断裂剥落下来的磨损过程。
3
§3.4 疲劳磨损
➢ §3.4.1 疲劳磨损的实质与特点 ➢ §3.4.2 疲劳磨损与整体疲劳的区别 ➢ §3.4.3 疲劳磨损的基本原理 ➢ §3.4.4 疲劳磨损的影响因素
4
➢疲劳磨损与整体疲劳的区别 ➢整体 ➢磨损
5
➢裂纹萌生和扩展方式 ➢疲劳寿命 ➢环境复杂程度 ➢计算和追踪复杂性
6
§3.4.2 疲劳磨损与整体疲劳的区别
➢ 区别一： ➢ 裂纹源的萌生位置
整体疲劳 疲劳磨损
表面 亚表层
7
§3.4.2 疲劳磨损与整体疲劳的区别 ➢裂纹扩展的途径和方向
整体疲劳
平行于表面，或是与表面成一定角度 (约为10~30 °)，且只限于在表面层内扩展。
➢最大剪应力是发生在离表面一定距离处。 a为接触区宽度的1/2。
点接触
线接触
其距离点接触是0.47a
对（线接触）是0.78a
➢ 滚动接触时，在交变应力的影响下，裂纹容易在这里 形核。
➢ 若除滚动接触还存在滑动接触，破坏位置就逐渐移向 表面，因为纯滑动时最大应力应在表面处。

若在犁沟时全部沟槽中的体积都被推向两侧和 前缘而不产生切屑，则称为犁皱。犁沟或犁皱后堆积在 两侧和前缘的材料以及沟槽中的材料，在受到随后的磨 粒作用时，可能把已堆积的材料压平，也可能使已变形 的沟底材料再一次犁皱变形，如此反复塑变，导致材料 产生加工硬化或其他强化作用最终剥落而成为磨屑3。1
X
X
犁皱
4
硬颗粒或凸出物一般为：非金属材料，如石英砂、矿 石等，也可能是金属，如落入齿轮间的金属屑等。
磨粒磨损几乎没有一种是单一磨损机理引起的，经常 是多种磨损机制综合作用的结果，而且随着磨损条件 的变化，可能从一种机制转化为另一种机制。
5
磨粒磨损Abrasion (Abrasive Wear)的2个层次：
（5）根据相对硬度
软磨粒磨粒磨损：Hm/Ha>0.8
硬磨粒磨粒磨损： Hm/Ha<0.8 a：磨粒 m: 材料
（6）根据表面损伤形貌 擦伤型磨粒磨损 刮伤型磨粒磨损 研磨型磨粒磨损 凿削型磨粒磨损 犁皱型磨粒磨损 微观裂纹型磨粒磨损
（7）根据磨损机理 塑性变形磨粒磨损
17
断裂磨粒磨损
§3.2 磨粒磨损
当磨粒形状与运动方向适当时，磨粒如同刀具一样， 在表面进行切削形成切屑。但这种切削的宽度和深度 都很小，因此切屑也很小，称为微观切削。
25
§3.2.3 磨粒磨损基本模型与原理
在显微镜下观察，这些微观切屑仍具有机床上切屑的 特点，即一面较光滑，另一面则有滑动的台阶，有些 还发生卷曲现象。
微观切削
1
2
ห้องสมุดไป่ตู้
3
4
5
6
13
§3.2.2 磨粒磨损的分类
（2）根据使用条件，还有如下分类： 冲击磨粒磨损：磨粒（通常是块状）垂直或以一定

2012年5月3日星期四
第 六 章 材 料 的 磨 损 性 能
5、阿查得（J.F.Archard）估算粘着磨损量的方法： 、阿查得（ ）估算粘着磨损量的方法： 设在法向力P 作用下，摩擦面上有n 个微凸体接触粘着。 设在法向力 作用下，摩擦面上有 个微凸体接触粘着。 接触面的真实面积为πd ， 接触面的真实面积为 2/4，则n个相同的接触点同 个相同的接触点同 时塑性接触时,法向力 法向力p 时塑性接触时 法向力
2012年5月3日星期四
第 六 章 材
B、稳定磨损阶段（AB段） 、稳定磨损阶段（ 段 该段为一直线，斜率即磨损速率（常数）， ），零件 该段为一直线，斜率即磨损速率（常数），零件 正常工作阶段， 的寿命取决于该阶段。 正常工作阶段，零件 的寿命取决于该阶段。 C、剧烈磨损阶段（BC段） 、剧烈磨损阶段（ 段
2012年5月3日星期四
第 六 章 材 料 的 磨 损 性
零件正常运行的磨损过程一般分三个阶段： 零件正常运行的磨损过程一般分三个阶段：
A、跑合阶段（OA段） 、跑合阶段（ 段
能
零件表面被逐渐磨平，实际接触面积不断增大。 零件表面被逐渐磨平，实际接触面积不断增大。 材料表层产生应变硬化，磨损速率逐渐下降。 材料表层产生应变硬化，磨损速率逐渐下降。
2012年5月3日星期四
第 六 章 材 料 的 磨 损 性 能
2012年5月3日星期四
第 六 章 材 料 的 磨 损
2、产生条件 、 摩擦副相对滑动速度小，接触面氧化膜脆弱， 摩擦副相对滑动速度小，接触面氧化膜脆弱，润 滑条件差， 滑条件差，以及接触应力大以及机械性能相差不 大的摩擦副的滑动摩擦条件下。 大的摩擦副的滑动摩擦条件下。 3、磨损特征 、 摩擦副表面产生大小不等的结疤。 摩擦副表面产生大小不等的结疤。

—摩擦学基本原理与应用
金属材料的腐蚀磨损行为、防护 技术与评价方法
金属材料的腐蚀磨损行为、防护技术与评价方法
腐蚀磨损概述
金属的腐蚀磨损
腐蚀磨损的测试研究方法 腐蚀磨损的防护控制方法
金属腐蚀磨损研究前景
南昌航空大学材料科学与工程学院070125班蔡剑
1 腐蚀磨损概述
1 腐蚀磨损概述 1.1 腐蚀磨损定义和分类 腐蚀磨损（Corrosion Wear）——指“摩擦副对偶表面在相对滑 动过程中，表面材料与周围介质发生化学或电化学反应，并伴随机 械作用而引起的材料损失现象 ” ，实际工况中，腐蚀磨损往往受限 于材料因素(材料的成分、组织、力学性能、物化性能等)、电化学 因素(腐蚀介质的种类、浓度、pH值等)、力学因素(载荷、速度等) 和环境因素(温度及压力等)等的影响。腐蚀磨损行为与纯腐蚀行为 和纯磨损行为均有很大差异。 根据腐蚀介质的不同，腐蚀磨损可分为化学腐蚀磨损和电化学 腐蚀磨损两大类。
陈文革研究了M50NiL和16CrNi4Mo铜经不同工艺热处理对气 蚀和腐蚀性能的影响，结果表明两种钢抗气蚀性能最佳的处理工 艺都是低温淬火加低温回火。
张天成、姜晓霞等人测量了不同载荷下40Cr钢和304不锈钢在 3.5%NaCl溶液中的腐蚀磨损率，用Tafel法和极化阻率法测定了静 态及磨损状态下的腐蚀率，并用浸泡实验结果予以了修正。定量 分析了两种材料在溶液中的腐蚀磨损交互作用。
1 腐蚀磨损概述
b）材料的腐蚀去除模型
图5 应变差异腐蚀电池模型
图6 电偶腐蚀电池模型
1 腐蚀磨损概述
1.2 腐蚀磨损的研究背景和现状
腐蚀磨损现象广泛存在于石油、化工、煤矿、电力、冶金等 工业领域的机械设备中，是造成材料损失和设备失效的主要原因 之一。据报道，美国每年约有23万吨钢材，全世界仅在选矿设备 这一项就有45万吨钢因腐蚀磨损而受到破坏，如同时考虑其它工 业部门的腐蚀磨损，无疑是一个巨大的经济损失。

“金属皂膜”不仅有较低的切变强度，相对说来 也有比较高的熔点。
例如，硬脂酸的熔点是69℃，而这种金属
皂膜的熔点约为120℃。因此，这种化学吸附膜
作为润滑剂，可以在中等裁荷、中等温度及中
等滑动速度下使用。
精选课件ppt
30
硬脂酸化学吸附
吸附结果是表面上形成了一层硬脂酸“金属皂
膜”
精选课件ppt
31
化学反应
物理吸附无需活化能，在任何温度下都会以一定的
速率，即以使吸附物布满固体表面的速率发生物理吸附。
精选课件ppt
26
表面化学反应
表面化学反应是指吸附质与固体表面相互作用形成 了一种新的化合物。这时无论是吸附质还是吸附剂的特 性都发生了根本变化。
金属表面特别是多晶体金属表面往往包含有很多 缺陷：晶界、位错、台阶等，这些部位能量高，氧化 也就往往从这些高能位置开始，一直到将表面覆盖。
E(r)4ab12b6 r r
ＱP 表示吸附能（吸附热），r0 中吸附分子在平
衡时离开表面的距离 。
精选课件ppt
24
化学吸附
化学吸附，在吸附剂和吸附 物的原子或分子间发生电子 的转移，改变了吸附分子的 结构。
按照吸附过程中电子转移 的程度，化学吸附还可以 分为，离子吸附和化学键 吸附。在化学吸附中，吸 附剂和吸附物分子或原子 之间的作用力，主要是静 电库仑力。
面缺由陷于：界晶面体特的殊缺的陷结若构主和要界是面沿能二量维，方使向得伸界展面开有来许， 而多在与另晶体一内维部方不向同上的的性尺质寸。变例化如相，对界地面甚的小扩，散则、称界为面面 缺吸陷附。、界各面种腐界蚀面、如界晶面体与表位面错、的晶相界互、作亚用晶等界，及并相对界材等 都料是的面机缺械陷性，能它（们强通度常、只韧有性一）个以至及几对个变原形子、层再厚结。晶和 相变过程等都有重要影响。

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。
PPT 课件
24
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。
PPT课件
25
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。
(4)足够的强度；
(5)导热性好、热膨胀系数小、抗腐蚀好，与油膜 的吸附能力强。
PPT课件
15
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
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%。
PPT课件
11
(3) 石墨钢 石墨钢综合了钢和铸铁的优点， 既有良好的耐

▪ 正常情况下轴在滑动轴承中运转，是一流体润滑情况，轴 颈和轴承间被一楔形油膜隔开，这时其摩擦和磨损是很小 的。但当机器启动或停车，换向以及载荷运转不稳定时， 或者润滑条件不好，几何结构参数不恰当而不能建立起可 靠的油膜时，轴和轴承之间就不可避免发生局部的直接接 触，处于边界摩擦或干摩擦的工作状态，这时轴承就要考 虑粘着磨损。
▪ 磨损通常是有害的，它损伤零件工作表面，影响机械设备 性能，消耗材料和能源，并使设备使用寿命缩短。预先考 虑如▪ 另一方面，磨损也并非全都是有害的，工程上常利用磨损 的原理来减小零件表面的粗糙度，如磨削、研磨、抛光、 跑合等。
5
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。2007年我国的 GDP只占世界的6 %，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。
2
模块一 金属磨损的概念
3
一、磨损的概念
▪ 金属摩擦表面相对运动，表面不断发生损耗或产生塑性变 形，使金属表面状态和尺寸发生改变的现象称为磨损 （abrasion）。
▪ 磨损表现为表面不断有细小颗粒被分离出来而成为磨屑， 以及在摩擦载荷作用下，金属表面性质（金相组织、物理 化学性能、力学性能）和形状的（形貌和尺寸、粗糙度、 表面层厚度）变化。
6
二、磨损过程
▪ 在机械的正常运转中，磨损过程大致可分为三个阶段：
7
三、金属的耐磨性

状误差。波纹度可用波高h （波峰与波谷之间的距 离）和波距s（相邻两波形对应点的距离）表征。
表面波纹度会减少零件实际支承表面面积，在 动配合中会引起零件磨损的加剧。
图8-3 表面波纹度示意图
3）表面粗糙度 （Surface Roughness） 微观几何形状误差，常以表面粗糙度来表示，该
参数有一维、二维和三维的形貌参数。 一维形貌通常用表面轮廓曲线的高度参数来表示。
式(8-如12选)可取得σ：m=H/3作为出现塑性变形的条件，代入
E
(
)1/2
0.78
HR 4
（8-13）
考虑到接触时，从完全弹性接触过渡到完全塑性 接触并非瞬时完成，需要有一个过程，可引入无量纲 的塑性指数 Q E ( )1/2 ，并认为：
HR
* 当塑性指数Q＜0.6（小于0.78，是因为接触面上的
（3）轮廓支承长度率tp 它是指在取样长度L内，一平 行于中线的线与轮廓相截后得到的各段截线长度之和
与取样长度L之比(图8-7)。p为轮廓最高峰点至截线间
的距离。
tP
abcd L
（8-5）
图8-7 轮廓支承长度曲线
（4）幅度分布 在取样长度L内，离中线z处作两条相 距为Δz并平行于中线的线，在两平行线内轮廓线段 的水平方向长度为a、b、c、d、…。a、b、c、d、… 的总和Lz与取样长度L的百分比称为该轮廓线在z处的 幅度密度。
（1）轮廓微观不平度的平均间距Sm，指在取样长度L 内轮廓在中线mm上含一个轮廓峰和相邻轮廓谷的中 线长度的算术平均值。
Sm
1 n
n i1
pmi
图8-5 轮廓微观不平度的平均间距
（2）轮廓单峰平均间距S，指在取样长度L内轮廓的

➢ 晶体中每个质点周围都存在一个力场。 ➢ 在晶体内部这个力场是对称的。
➢ 但在固体表面，质点排列的周期性被中断，使处于 表面上的质点力场对称性破坏，产生有指向的剩余 力场，这种剩余力场表现出固体表面对其他物质有 吸引作用（如吸附、润湿等），这种作用力称为固 体表面力。
12
第12页，共67页。
§2.2 固体表面表征方法
➢ 样 均(1长 值)轮度 ，廓如l内微图轮观所廓不示在平。中度p线的mmi平为-m均含上有间间一距距个Smp轮，m它i的廓是算蜂指术和在平相取 邻轮廓谷的一段中线长度。反映表面峰、谷轮 廓的斜度。
Sm
1 n
n i 1
pmi
13
第13页，共67页。
此时应力并不增加。当Ar和σs乘积等于载荷F 时，接触点上的塑性流动停止。
由此鲍登和泰博提出以下公式：
F Ar s
25
第25页，共67页。
§2.3 物体接触与实际接触面积
当时他们认为表面微峰顶部的曲率半径r很 小,所以接触应力很容易达到σs而产生塑性变形。 但后来许多实验证明：实际接触面积和表面粗 糙度有关，即和微峰顶部曲率半径和微峰高度 分布状况有关，表面间的接触变形不完全是塑 性变形而有弹性变形部分。当载荷F增加时，表面 接触变形y经历了弹性变形、弹-塑性变形和完全
§2.2 固体表面表征方法
➢ (2)轮廓单峰平均间距S，它是指在取样长度l内 轮 映廓 表的 面单单峰峰间出距现的Pi的频平率均。值，见下图所示。反
S
1 n
n i 1
pi
14
第14页，共67页。
§2.2 固体表面表征方法
➢ §2.2.4 轮廓支承面曲线
它表示表面轮廓上各微凸体沿高度分布的情况， 也可以反映出摩擦表面磨损到某一定程度时，支承面

磨损体 积
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ha/H 图6－12 磨损体积和磨粒硬度
与材料硬度比的关系
2020/5/4
Ⅰ区： Ha<H，软磨粒磨损 区，磨损量最小； Ⅱ区： Ha≈H，过渡区； Ⅲ区：Ha>H，硬磨粒磨损 区，磨损量较大。
图中两个转折点A和B 所对应的Ha/H分别为： A＝0.7～1.1；B＝1.3～1.7
磨损体 积
2020/5/4
二、磨料磨损
1.定义：磨料磨损或研磨磨损，是 当摩擦副一方表面存在坚硬的细微凸 起，或者在接触面之间存在着硬质粒 子时所产生的一种磨损，前者又可称 为两体磨粒磨损——如挫削过程。后 者又称为三体磨粒磨损——如抛光。
两体磨粒磨损 三体磨粒磨损
硬质粒子可以是磨损产生而脱落在 摩擦副表面间的金属磨屑，也可以是 自表面脱落下来的氧化物或沙粒、灰 尘等。
2020/5/4
滑动速度：法向力一定时，粘着 磨损量随滑动速度增加而增加， 达某一极大值后又随滑动速度增 加而减小。 这可能是由于滑动速度增加，导 致温度升高、剪切强度下降(使磨 损量增加)以及塑性变形不能充分 进行延缓粘着点长大(使磨损量下 降)这两个因素共同作用的结果， 也可能与磨损类型变化有关。
滑动速度降 低磨损
压力增加磨 损
2020/5/4
第二节 磨损过程
一、粘着磨损 定义与特点：粘着磨损又称咬合磨损，是在滑动摩擦条件下， 当摩擦副相对滑动速度较小(1m/s)时发生的。它是因缺乏润滑 油，摩擦副表面无氧化膜，且单位法向载荷很大，以致接触应 力超过实际接触点的屈服强度而产生的一种磨损。 1.条件：滑动速度小，接触面氧化膜脆弱、润滑条件差以及接 触应力大。
随后在继续滑动时粘着点被剪 断并转移到一方金属表面，然 后脱落下来便形成磨屑。