材料力學(xué)性能第6章-材料的磨損性能課件.ppt

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1、第六章材料的磨損性能了解磨損方式和材料磨損的本質(zhì)及其影響因素，熟習(xí)磨損機(jī)理，掌握控制磨損的方法和提高材料耐磨性的途徑。主要內(nèi)容:磨損的基本概念及類型；磨損過程；耐磨性及其測量方法；提高材料耐磨性的途徑。重點(diǎn)：概念（摩擦、磨損、粘著磨損、磨粒磨損、接觸疲勞、耐磨性)；提高材料耐磨損性的途徑難點(diǎn)：三種磨損產(chǎn)生的條件、磨損過程和表面損傷形貌；金屬接觸疲勞的三種機(jī)理十五863子課題驗(yàn)收匯報(bào)前言任何機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，相互接觸的零件之間都將因相對運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生摩擦，而磨損正是由于摩擦產(chǎn)生的結(jié)果。由于磨損，將造成表層材料的損耗，零件尺寸發(fā)生變化，

2、直接影響了零件的使用壽命。還增加能耗，產(chǎn)生噪音、振動(dòng)，造成環(huán)境污染。十五863子課題驗(yàn)收匯報(bào)第一節(jié)磨損的基本概念及類型兩個(gè)相互接觸的物體或物體與介質(zhì)之間在外力作用下，發(fā)生相對運(yùn)動(dòng)，或者具有相對運(yùn)動(dòng)的趨勢時(shí)，在接觸表面上所產(chǎn)生的阻礙作用稱為摩擦。這種阻礙相對運(yùn)動(dòng)的阻力稱為摩擦力。一、摩擦與磨損的概念1．摩擦2．磨損磨損概念:是在摩擦作用下物體相對運(yùn)動(dòng)時(shí)，表面逐漸分離出磨屑從而不斷損傷的現(xiàn)象。靜強(qiáng)度理論基本適合于磨損過程分析。磨損的動(dòng)態(tài)特征有二：①反復(fù)進(jìn)行局部變形和斷裂；②材料表層經(jīng)過每次循環(huán)后總要變到新的狀態(tài)。因而，常規(guī)力學(xué)

3、性能研究方法不一定實(shí)用于材料耐磨損性。十五863子課題驗(yàn)收匯報(bào)機(jī)件正常運(yùn)行的磨損過程如圖6-1所示，一般分3個(gè)階段，曲線上的各點(diǎn)斜率即為磨損速率。6.1磨損量與時(shí)間的關(guān)系示意圖(磨損曲線）跑合(磨合)階段（OA段）隨著表面被磨平，實(shí)際接觸面積不斷增大，表面應(yīng)變硬化，磨損速度不斷減少。（汽車磨合期）表層形成牢固的氧化膜，磨損速率降低。十五863子課題驗(yàn)收匯報(bào)(2)穩(wěn)定磨損階段（AB段）斜率為磨損速率，為一穩(wěn)定值。實(shí)驗(yàn)室的磨損實(shí)驗(yàn)就是根據(jù)該段經(jīng)歷的時(shí)間t的磨損速率或磨損量來評價(jià)材料的耐磨性能。大多數(shù)工件在此階段運(yùn)轉(zhuǎn)，如磨合得好

4、，該段磨損速度就越低。(3)劇烈磨損階段（BC段）磨損↗，磨耗↗，摩擦副接觸表面間隙↗，機(jī)械表面質(zhì)量惡化，潤滑膜破壞，磨損更新加劇，機(jī)件快速失效。十五863子課題驗(yàn)收匯報(bào)二、磨損的基本類型根據(jù)摩擦面損傷和破壞的形式，可分4類：粘著磨損、磨料磨損、腐蝕磨損及麻點(diǎn)疲勞磨損(接觸疲勞)等。磨損類型并非固定不變，在不同的外部條件和材料具有不同特性情況下，損傷機(jī)制會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)化，由一種損傷機(jī)制變成另一種損傷機(jī)制。如圖6-2。十五863子課題驗(yàn)收匯報(bào)（1）概念：粘著磨損又稱咬合磨損，是因兩種材料表面某些接觸點(diǎn)局部壓應(yīng)力超過該處材料屈服強(qiáng)度

5、發(fā)生粘合并拽開而產(chǎn)生的一種表面損傷磨損。（2）發(fā)生的條件：①摩擦副相對滑動(dòng)速度小；②接觸面氧化膜脆弱；③潤滑條件差；④接觸應(yīng)力大的滑動(dòng)摩擦。第二節(jié)磨損過程粘著磨損（3）磨損表面特征：機(jī)件表面有大小不等的結(jié)疤，如圖6-3所示。（4）粘著磨損過程：是粘著點(diǎn)不斷形成又不斷被破壞并脫落的過程。粘著（低溫冷焊，而高溫直接焊接）→剪切→脫落→再粘著不斷破壞并脫落的過程。十五863子課題驗(yàn)收匯報(bào)①粘著點(diǎn)結(jié)合強(qiáng)度低于兩側(cè)材料沿接觸面剪斷，磨損量較小，摩擦面顯得較平滑，只有輕微擦傷。錫基合金與鋼的滑動(dòng)屬此類型。②粘著點(diǎn)結(jié)合強(qiáng)度高于兩側(cè)材料分

6、離面便發(fā)生在強(qiáng)度較弱的材料上，被剪斷的材料將轉(zhuǎn)移到強(qiáng)度較高的材料上。軟材料表面根據(jù)粘著點(diǎn)與兩側(cè)材料強(qiáng)度的差異，粘著剪斷可出現(xiàn)以下兩種形式：微小凹坑硬材料表面微小凸起軟材料→硬材料表面and積累變成同種材料如鉛基合金軸瓦與鋼軸之間的滑動(dòng)粘結(jié)磨損就屬這種情況。十五863子課題驗(yàn)收匯報(bào)式中：Hv為軟材料硬度，HV≈3σsc；V’為接觸點(diǎn)半球體積；N為接觸點(diǎn)數(shù)。阿查得(J．F．Archard)提出了估算粘著磨損量的方法，其粘著磨損模型如圖6-4所示:實(shí)際相對滑動(dòng)中，軟材料上被拉拽出半球的幾率為K，則滑動(dòng)一段距離L后，總拉拽出磨損量

7、W可表示為：設(shè)在法向力P作用下，摩擦面上有n個(gè)微凸體接觸粘著，每個(gè)粘著點(diǎn)均為直徑d的球體，磨損只發(fā)生在下半球的軟材料上。十五863子課題驗(yàn)收匯報(bào)上式表明，粘著磨損量與接觸壓力p、滑動(dòng)距離L成正比，與材料硬度值成反比。式中K值稱為粘著磨損系數(shù)，反映配對材料粘著力大小，決定于摩擦條件和摩擦副材料。當(dāng)壓力p不超過摩擦副材料硬度值的1/3時(shí)，實(shí)驗(yàn)證實(shí)該式反映的規(guī)律是正確的。但壓力超過鋼的屈服強(qiáng)度后，K值↑↑，磨損量也↑↑，造成大面積的焊合和咬死，整個(gè)接觸表面發(fā)生塑性變形，接觸面積不再與載荷成正比。鋼的K-p曲線見圖6-5。十五86

8、3子課題驗(yàn)收匯報(bào)磨粒磨損又稱磨料磨損或研磨磨損，是摩擦副的一方表面存在堅(jiān)硬的細(xì)微凸起或在接觸面間存在硬質(zhì)粒子(從外界進(jìn)入或從表面剝落)時(shí)產(chǎn)生的磨損。前者稱兩體磨粒磨損，如銼削過程；后者稱三體磨粒磨損，如拋光過程。二、磨粒磨損依據(jù)磨粒受的應(yīng)力大小分類:磨粒磨損鑿削式高應(yīng)力碾碎式低應(yīng)力擦傷式十五863子課題