《材料性能學(xué)》PPT電子課件

《材料性能學(xué)》PPT電子課件,材料性能學(xué),材料,性能,PPT,電子,課件 第六章第六章 材料的磨損性能材料的磨損性能PCCB 碳陶瓷復(fù)合剎車系統(tǒng)碳陶瓷復(fù)合剎車系統(tǒng)1m超精細(xì)MT-TiCN，Al2O3和表面光滑的TiN涂層結(jié)構(gòu)與良好韌性的表面梯度合金基體結(jié)合，在具有良好抗磨損性能的同時，韌性大大提高，適合于不穩(wěn)定狀態(tài)下鋼、合金鋼的半精到輕微粗加工。細(xì)晶粒的硬質(zhì)合金基體與納米結(jié)構(gòu)的TiAlN涂層結(jié)合，耐熱性好，適用于通用材料的加工，主推低合金鋼。n任何機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)時，相互接觸的零件之間都將因相任何機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)時，相互接觸的零件之間都將因相對運(yùn)動而產(chǎn)生摩擦，而磨損正是由于摩擦產(chǎn)生的對運(yùn)動而產(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，直接影響了零件的使用壽命。尺寸發(fā)生變化，直接影響了零件的使用壽命。因機(jī)件間摩擦磨損要多消耗總能源的因機(jī)件間摩擦磨損要多消耗總能源的1/3-1/2，并引起不少機(jī)件失效。，并引起不少機(jī)件失效。磨磨損每年給人類帶來上千億美元的巨額損每年給人類帶來上千億美元的巨額浪費(fèi)。浪費(fèi)。摩擦磨損摩擦磨損零件的磨損讓我們付出了很多時間和金錢。零件的磨損讓我們付出了很多時間和金錢。衣物的磨損衣物的磨損F1賽車的磨損現(xiàn)象賽車的磨損現(xiàn)象輪胎壓痕輪胎壓痕(SEM 5000X)摩擦痕跡摩擦痕跡(350X)外殼有沒有磨損的情況？外殼有沒有磨損的情況？你是怎么防護(hù)的??？你是怎么防護(hù)的??？防護(hù)防護(hù)、摩擦的防護(hù)與運(yùn)用、摩擦的防護(hù)與運(yùn)用汽車制動器汽車制動器減小零件使用時的磨損是我們學(xué)習(xí)材料磨損性能的最終目的。減小零件使用時的磨損是我們學(xué)習(xí)材料磨損性能的最終目的。1 1、機(jī)件間相對運(yùn)動、機(jī)件間相對運(yùn)動 摩擦摩擦 磨損磨損。2 2、研究對象：、研究對象：最常見的磨損方式最常見的磨損方式 磨損機(jī)理磨損機(jī)理；材料磨損的本質(zhì)及其影響因素；材料磨損的本質(zhì)及其影響因素；研究與探索控制磨損的方法和提高材料耐磨性的途徑。研究與探索控制磨損的方法和提高材料耐磨性的途徑。第一節(jié)第一節(jié) 磨損的基本概念及類型磨損的基本概念及類型一、摩擦與磨損的概念一、摩擦與磨損的概念1.摩擦摩擦 摩擦是接觸物體摩擦是接觸物體間間的一種阻礙運(yùn)的一種阻礙運(yùn)動動的的現(xiàn)現(xiàn)象，象，這這種阻力種阻力為為摩擦力。摩擦力。它同接觸法向壓力（它同接觸法向壓力（p）及摩擦系數(shù)及摩擦系數(shù)成正比。成正比。F=p有有動動靜之分，靜之分，靜靜 動動?；瑒幽Σ粒褐傅氖且粋€物體在另一個物體滑動摩擦：指的是一個物體在另一個物體上滑動時產(chǎn)生的摩擦。上滑動時產(chǎn)生的摩擦。滾動摩擦：指的是物體在力矩作用下，沿滾動摩擦：指的是物體在力矩作用下，沿接觸表面滾動時的摩擦。接觸表面滾動時的摩擦。按照兩接觸面運(yùn)動方式的不同，可以將摩按照兩接觸面運(yùn)動方式的不同，可以將摩擦分為：擦分為：摩擦的分類：摩擦的分類：2.磨損磨損 磨損是在摩擦作用下物體相對運(yùn)動時，表面磨損是在摩擦作用下物體相對運(yùn)動時，表面逐漸分離出磨屑從而不斷損傷的現(xiàn)象。逐漸分離出磨屑從而不斷損傷的現(xiàn)象。在磨損過程中，由于磨屑的形成也是材料發(fā)在磨損過程中，由于磨屑的形成也是材料發(fā)生變形和斷裂的結(jié)果，生變形和斷裂的結(jié)果，所以靜強(qiáng)度的基本理論也所以靜強(qiáng)度的基本理論也基本適用于磨損過程分析?；具m用于磨損過程分析。所不同的是，磨損是所不同的是，磨損是發(fā)生在材料表面的局部變形與斷裂，這種變形與發(fā)生在材料表面的局部變形與斷裂，這種變形與斷裂是反復(fù)進(jìn)行的，具有動態(tài)特征。斷裂是反復(fù)進(jìn)行的，具有動態(tài)特征。力學(xué)因素之外，發(fā)生一系列力學(xué)因素之外，發(fā)生一系列物理物理、化學(xué)化學(xué)狀態(tài)的變化。狀態(tài)的變化。圖圖6-1 磨損量與時間的關(guān)系示意圖（磨損曲線）磨損量與時間的關(guān)系示意圖（磨損曲線）該階段隨著表面被磨平，實(shí)際接觸面積不斷增大，表層應(yīng)變硬化，磨損速率不斷減小，表面形成牢固的氧化膜，也降低了該段的磨損速率。該段的斜率就是磨損速率，為一穩(wěn)定值。實(shí)驗(yàn)室的磨損試驗(yàn)就是根據(jù)該段經(jīng)歷的時間、磨損速率或磨損量來評定材料耐磨性能的。大多數(shù)工件均在此階段服役，磨合得越好。該段磨損速率就越低。隨著磨損過程的增長，磨耗增加，摩擦副接觸表面間隙增大，機(jī)件表面質(zhì)量惡化，潤滑膜破壞，引起劇烈振動，磨損重新加劇，機(jī)件快速失效。二、磨損的基本類型二、磨損的基本類型按照磨損的失效機(jī)制，磨損一般分為四類：按照磨損的失效機(jī)制，磨損一般分為四類：粘著磨損粘著磨損磨粒磨損磨粒磨損腐蝕磨損腐蝕磨損接觸疲勞（麻點(diǎn)疲勞磨損接觸疲勞（麻點(diǎn)疲勞磨損)圖6-2磨損量與滑動速度和載荷的關(guān)系磨損類型并非固定不變，在不同的磨損類型并非固定不變，在不同的外部條件外部條件和和材材料特性料特性下，損傷機(jī)制會發(fā)生轉(zhuǎn)化，由一種損傷機(jī)下，損傷機(jī)制會發(fā)生轉(zhuǎn)化，由一種損傷機(jī)制變成另一種損傷機(jī)制。制變成另一種損傷機(jī)制。磨損類型的轉(zhuǎn)化磨損類型的轉(zhuǎn)化外部條件比如：滑動速度、溫度、潤滑劑外部條件比如：滑動速度、溫度、潤滑劑類型等。類型等。材料特性比如：材料與氧的化學(xué)親和力以材料特性比如：材料與氧的化學(xué)親和力以及形成的氧化膜性質(zhì)、及形成的氧化膜性質(zhì)、材料材料的力學(xué)性能、的力學(xué)性能、材料材料的耐熱性等。的耐熱性等。影響磨損的條件影響磨損的條件第二節(jié)第二節(jié) 磨損過程磨損過程一、粘著磨損一、粘著磨損 粘著磨損又稱咬合粘著磨損又稱咬合磨損。是因兩種材料表磨損。是因兩種材料表面面某些接觸點(diǎn)某些接觸點(diǎn)局部局部壓應(yīng)壓應(yīng)力超過力超過該處材料該處材料屈服強(qiáng)屈服強(qiáng)度度發(fā)生發(fā)生粘合并拽開粘合并拽開而產(chǎn)而產(chǎn)生的一種生的一種表面損傷磨損。表面損傷磨損。粘合碎塊圖6-3Al-Sn合金軸瓦的粘著磨損其磨損表面特征是機(jī)件表面有大小不等的結(jié)疤v粘著磨損多發(fā)生在粘著磨損多發(fā)生在摩擦副摩擦副相對滑動速度小、相對滑動速度小、接觸面氧化膜脆弱、潤滑較差、接觸應(yīng)力大接觸面氧化膜脆弱、潤滑較差、接觸應(yīng)力大的滑動摩擦條件下的滑動摩擦條件下.v當(dāng)粘著點(diǎn)的結(jié)合強(qiáng)度低于兩側(cè)材料時，則沿當(dāng)粘著點(diǎn)的結(jié)合強(qiáng)度低于兩側(cè)材料時，則沿接觸面剪斷，磨損量小；接觸面剪斷，磨損量小；v當(dāng)粘著點(diǎn)的結(jié)合強(qiáng)度高于兩側(cè)材料時，剪斷當(dāng)粘著點(diǎn)的結(jié)合強(qiáng)度高于兩側(cè)材料時，剪斷面發(fā)生在強(qiáng)度小的材料上，被剪斷的材料轉(zhuǎn)面發(fā)生在強(qiáng)度小的材料上，被剪斷的材料轉(zhuǎn)移到強(qiáng)度高的材料上，軟材料表面形成凹坑移到強(qiáng)度高的材料上，軟材料表面形成凹坑而硬材料表面形成凸起，磨損加劇。而硬材料表面形成凸起，磨損加劇。相對運(yùn)動中相互作用的相對運(yùn)動中相互作用的表面間的摩擦、磨損、表面間的摩擦、磨損、潤滑等物理現(xiàn)象潤滑等物理現(xiàn)象 圖6-4粘著磨損模型示意圖 磨損量磨損量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。阿查得（J.F.Archard）：粘著磨損模型圖6-5粘著磨損系數(shù)K與接觸壓力的關(guān)系當(dāng)壓力p不超過摩擦副材料硬度值的1/3時，K值基本上為不變。但壓力超過鋼的屈服強(qiáng)度后，K值急劇增大，磨損量也急劇增加，造成大面積的焊合和咬死。脆性材料的抗粘著能力比塑性材料高脆性材料的抗粘著能力比塑性材料高 金屬性質(zhì)越是相近金屬性質(zhì)越是相近,構(gòu)成摩擦副時磨損構(gòu)成摩擦副時磨損也越嚴(yán)重也越嚴(yán)重 摩擦速度一定時粘著磨損量隨法相力摩擦速度一定時粘著磨損量隨法相力增大而增大增大而增大法相力一定時粘著磨損量隨摩擦速度法相力一定時粘著磨損量隨摩擦速度的增加先增后減的增加先增后減表面粗糙度影響表面粗糙度影響影響粘著磨損的因素影響粘著磨損的因素二、磨粒磨損二、磨粒磨損 磨粒磨損又稱磨料磨損或研磨磨損，是摩擦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副的一方表面存在堅(jiān)硬的細(xì)微凸起堅(jiān)硬的細(xì)微凸起或在或在接觸面間接觸面間存在硬質(zhì)粒子（從外界進(jìn)入或從表面剝落）存在硬質(zhì)粒子（從外界進(jìn)入或從表面剝落）時產(chǎn)時產(chǎn)生的磨損。生的磨損。依據(jù)磨粒受的應(yīng)力大小，磨粒磨損可分為鑿依據(jù)磨粒受的應(yīng)力大小，磨粒磨損可分為鑿削式、高應(yīng)力碾碎式、低應(yīng)力擦傷式削式、高應(yīng)力碾碎式、低應(yīng)力擦傷式3類。類。兩體磨粒磨損兩體磨粒磨損三體磨粒磨損三體磨粒磨損圖6-6磨粒磨損表面形貌溝槽可能是因磨粒對溝槽可能是因磨粒對摩擦表面產(chǎn)生的微切摩擦表面產(chǎn)生的微切削作用、塑性變形、削作用、塑性變形、疲勞破壞或脆性斷裂疲勞破壞或脆性斷裂產(chǎn)生的，或是它們綜產(chǎn)生的，或是它們綜合作用的結(jié)果合作用的結(jié)果 磨粒磨損的主要特征是摩擦面上磨粒磨損的主要特征是摩擦面上有擦傷或因明顯犁皺形成的溝槽有擦傷或因明顯犁皺形成的溝槽 磨粒磨損模型磨粒磨損模型此模型可得出：磨粒磨損量與接觸壓力、滑動此模型可得出：磨粒磨損量與接觸壓力、滑動距離成正比，與材料硬度成反比，與硬材料凸距離成正比，與材料硬度成反比，與硬材料凸出部分或磨粒形狀出部分或磨粒形狀有關(guān)。有關(guān)。磨粒磨損影響因素磨粒磨損影響因素基體材料力學(xué)性能、基體材料力學(xué)性能、基體顯微組織、基體顯微組織、磨粒硬度磨粒硬度圖6-8鋼與鐵的各種基體組織的耐磨粒磨損性圖6-9磨粒磨損相對耐磨性與材料硬度的關(guān)系三、接觸疲勞三、接觸疲勞1現(xiàn)象與特征現(xiàn)象與特征(1)兩接觸材料作滾動或滾動加滑動摩擦?xí)r，兩接觸材料作滾動或滾動加滑動摩擦?xí)r，交變交變接觸壓應(yīng)力接觸壓應(yīng)力長期作用，使材料表面長期作用，使材料表面疲疲勞勞損傷，局部區(qū)域出現(xiàn)小片或小塊狀材料剝損傷，局部區(qū)域出現(xiàn)小片或小塊狀材料剝落，而使材料磨損的的現(xiàn)象。落，而使材料磨損的的現(xiàn)象。故又稱故又稱表面疲勞磨損或麻點(diǎn)磨損表面疲勞磨損或麻點(diǎn)磨損，是齒輪、滾動軸，是齒輪、滾動軸承等工件常見的磨損失效形式。承等工件常見的磨損失效形式。(2)表面特征：表面特征：出現(xiàn)許多痘狀、出現(xiàn)許多痘狀、貝殼狀或不規(guī)則貝殼狀或不規(guī)則形狀的凹坑形狀的凹坑(麻坑麻坑)。有的凹坑較深，有的凹坑較深，底部有疲勞裂紋底部有疲勞裂紋擴(kuò)展線的痕跡。擴(kuò)展線的痕跡。圖6-11接觸疲勞的表面形貌 (3)分類分類:分為分為麻點(diǎn)剝落麻點(diǎn)剝落(點(diǎn)蝕點(diǎn)蝕)、淺層剝落、深層剝落淺層剝落、深層剝落(表面表面壓碎壓碎)3類。類。深度在深度在0.10.2mm的小塊剝落的小塊剝落 形狀為不對稱形狀為不對稱V型針狀或痘狀凹坑。型針狀或痘狀凹坑。深度在深度在0.2 0.4mm的小塊剝落的小塊剝落 剝塊底部大致與表面平行，剝塊底部大致與表面平行，裂紋沿與表面成銳角或直角擴(kuò)展。裂紋沿與表面成銳角或直角擴(kuò)展。深度深度 0.4mm的小塊剝落的小塊剝落 深度與表面強(qiáng)化層深相當(dāng)，裂紋垂直于表深度與表面強(qiáng)化層深相當(dāng)，裂紋垂直于表 面擴(kuò)展面擴(kuò)展。接觸應(yīng)力的概念接觸應(yīng)力的概念(赫茲應(yīng)力赫茲應(yīng)力)：兩物體相互接觸時兩物體相互接觸時,在局部表面產(chǎn)生的壓應(yīng)力。在局部表面產(chǎn)生的壓應(yīng)力。v線接觸應(yīng)力：兩接觸物體在加載前為線接觸線接觸應(yīng)力：兩接觸物體在加載前為線接觸（如圓柱與圓柱、圓柱與平面接觸）。（如圓柱與圓柱、圓柱與平面接觸）。v點(diǎn)接觸應(yīng)力：兩接觸物體在加載前為點(diǎn)接觸點(diǎn)接觸應(yīng)力：兩接觸物體在加載前為點(diǎn)接觸（如滾珠軸承）。（如滾珠軸承）。線接觸應(yīng)力線接觸應(yīng)力且點(diǎn)接觸應(yīng)力點(diǎn)接觸應(yīng)力3.接觸疲勞過程接觸疲勞過程 當(dāng)最大綜合切應(yīng)力超過材料屈服強(qiáng)度時便當(dāng)最大綜合切應(yīng)力超過材料屈服強(qiáng)度時便在該處引起塑性變形，經(jīng)多次循環(huán)作用后，裂在該處引起塑性變形，經(jīng)多次循環(huán)作用后，裂紋便在該處形成。紋便在該處形成。因此，根據(jù)最大切應(yīng)力與材因此，根據(jù)最大切應(yīng)力與材料強(qiáng)度之應(yīng)力判據(jù)即可分析各種接觸疲勞的裂料強(qiáng)度之應(yīng)力判據(jù)即可分析各種接觸疲勞的裂紋萌生和擴(kuò)展過程。紋萌生和擴(kuò)展過程。麻點(diǎn)剝落麻點(diǎn)剝落 此類多發(fā)生在此類多發(fā)生在滾動兼有滑動滾動兼有滑動的情況，最大綜合切應(yīng)力位置移至表層反復(fù)作的情況，最大綜合切應(yīng)力位置移至表層反復(fù)作用使表層材料累積損傷，結(jié)果在表層萌生裂紋。用使表層材料累積損傷，結(jié)果在表層萌生裂紋。圖6-16表面裂紋發(fā)展和潤滑油作用示意圖（a）油楔入裂紋，并被封閉，裂紋發(fā)展（b）油被擠出裂紋，裂紋不發(fā)展（c）（d）麻點(diǎn)剝落形成過程淺層剝落深層剝落 接觸疲接觸疲勞勞裂裂紋紋的形成與的形成與擴(kuò)擴(kuò)展是接觸展是接觸綜綜合合切切應(yīng)應(yīng)力高于材料接觸疲力高于材料接觸疲勞勞強(qiáng)強(qiáng)度的度的結(jié)結(jié)果。果。其中其中循循環(huán)環(huán)切切應(yīng)應(yīng)力的大小及分布隨接觸力的大小及分布隨接觸載載荷及接觸荷及接觸物尺寸物尺寸(半徑、半徑、長長度度)而而變變化，而材料化，而材料強(qiáng)強(qiáng)度因材度因材料表面料表面強(qiáng)強(qiáng)化化/表面缺陷及內(nèi)部缺陷而表面缺陷及內(nèi)部缺陷而變變化。化。影響材料接觸疲影響材料接觸疲勞勞的因素除了加的因素除了加載載條件條件外，外，主要是材料因素，如材料成分和主要是材料因素，如材料成分和組織組織狀狀態(tài)態(tài)，表面硬度與心部硬度或摩擦副硬度匹配、，表面硬度與心部硬度或摩擦副硬度匹配、硬化硬化層層深度、表面狀深度、表面狀態(tài)態(tài)等。等。磨損量的測量：磨損量的測量：1、稱重法：用精密分析天平稱試樣試驗(yàn)前后質(zhì)量。、稱重法：用精密分析天平稱試樣試驗(yàn)前后質(zhì)量。2、尺寸法：據(jù)表面法向尺寸在試驗(yàn)前后的變化。、尺寸法：據(jù)表面法向尺寸在試驗(yàn)前后的變化。第三節(jié)第三節(jié) 耐磨性及其測量方法耐磨性及其測量方法一、材料的耐磨性一、材料的耐磨性指材料抵抗磨損的性能，用磨損量表示。指材料抵抗磨損的性能，用磨損量表示。有時還測量單位摩擦距離、單位壓力下的有時還測量單位摩擦距離、單位壓力下的磨損量則稱為比磨損量，常用磨損量的倒數(shù)或磨損量則稱為比磨損量，常用磨損量的倒數(shù)或用相對耐磨性（用相對耐磨性（）表征材料的耐磨性。）表征材料的耐磨性。相對耐磨性的倒數(shù)亦稱磨損系數(shù)。相對耐磨性的倒數(shù)亦稱磨損系數(shù)。實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)具有周期短、成本低、易于控制實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)具有周期短、成本低、易于控制各種影響因素等優(yōu)點(diǎn)，各種影響因素等優(yōu)點(diǎn)，但結(jié)果常不能直接反映實(shí)但結(jié)果常不能直接反映實(shí)際情況，多用于研究性試驗(yàn)，研究單個因素的影際情況，多用于研究性試驗(yàn)，研究單個因素的影響規(guī)律及探討磨損機(jī)制響規(guī)律及探討磨損機(jī)制。因此，研究重要機(jī)件的。因此，研究重要機(jī)件的耐磨性時，往往要兼用這兩種方法。耐磨性時，往往要兼用這兩種方法。磨損試驗(yàn)方法分為磨損試驗(yàn)方法分為實(shí)物試驗(yàn)實(shí)物試驗(yàn)與與實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)兩試驗(yàn)兩類。類。實(shí)物試驗(yàn)的條件與實(shí)際情況一致或接近。因?qū)嵨镌囼?yàn)的條件與實(shí)際情況一致或接近。因而結(jié)果可靠性高，但試驗(yàn)周期長，又因而結(jié)果可靠性高，但試驗(yàn)周期長，又因結(jié)果是摩結(jié)果是摩擦副結(jié)構(gòu)材料及其工藝等諸多因素的綜合反映擦副結(jié)構(gòu)材料及其工藝等諸多因素的綜合反映，單因素的影響難以掌握與分析單因素的影響難以掌握與分析。環(huán)塊式磨損試驗(yàn)機(jī)示意圖萬能磨損試驗(yàn)機(jī) 銷盤式磨損試驗(yàn)機(jī) 由于磨損試驗(yàn)結(jié)果很分散，所以試樣數(shù)量要由于磨損試驗(yàn)結(jié)果很分散，所以試樣數(shù)量要充足，一般需有充足，一般需有45對摩擦副，按試驗(yàn)數(shù)據(jù)的平對摩擦副，按試驗(yàn)數(shù)據(jù)的平均值處理，分散度大時按均方根值處理數(shù)據(jù)。均值處理，分散度大時按均方根值處理數(shù)據(jù)。試驗(yàn)時應(yīng)按摩擦副運(yùn)動方式試驗(yàn)時應(yīng)按摩擦副運(yùn)動方式(往復(fù)、旋轉(zhuǎn)往復(fù)、旋轉(zhuǎn))及及摩擦方式摩擦方式(滾動或滑動滾動或滑動)確定試驗(yàn)方法、試樣形狀確定試驗(yàn)方法、試樣形狀及尺寸，應(yīng)使速度、試驗(yàn)力、溫度等因素盡可能及尺寸，應(yīng)使速度、試驗(yàn)力、溫度等因素盡可能接近實(shí)際服役條件。接近實(shí)際服役條件。Variationsinwearvs.theloadforPTFEcompositecoating(400rpm)在磨損試驗(yàn)中，利用鐵譜技術(shù)可以將金屬在磨損試驗(yàn)中，利用鐵譜技術(shù)可以將金屬磨屑從潤滑劑中分離出來，并按尺寸大小依次磨屑從潤滑劑中分離出來，并按尺寸大小依次沉積在透明的顯微鏡底片上，通過分析磨屑的沉積在透明的顯微鏡底片上，通過分析磨屑的大小、數(shù)量和形貌，研究磨損過程。大小、數(shù)量和形貌，研究磨損過程。6-21接觸疲勞試驗(yàn)機(jī)原理（a）雙面對滾式（b）單面對滾式（c）止推式 接觸疲勞極限的循環(huán)基數(shù)接觸疲勞極限的循環(huán)基數(shù)N0（轉(zhuǎn)折點(diǎn)位置）（轉(zhuǎn)折點(diǎn)位置）以不產(chǎn)生大量擴(kuò)展性麻點(diǎn)為依據(jù)。以不產(chǎn)生大量擴(kuò)展性麻點(diǎn)為依據(jù)。當(dāng)應(yīng)力低于接觸疲勞強(qiáng)度時，經(jīng)過相當(dāng)多循當(dāng)應(yīng)力低于接觸疲勞強(qiáng)度時，經(jīng)過相當(dāng)多循環(huán)周次后，雖可能產(chǎn)生一些麻點(diǎn)，但均是非擴(kuò)展環(huán)周次后，雖可能產(chǎn)生一些麻點(diǎn)，但均是非擴(kuò)展性的，當(dāng)接觸應(yīng)力超過該極限值后，隨應(yīng)力循環(huán)性的，當(dāng)接觸應(yīng)力超過該極限值后，隨應(yīng)力循環(huán)周次的增多，麻點(diǎn)的大小和數(shù)量急劇增多。周次的增多，麻點(diǎn)的大小和數(shù)量急劇增多。第四節(jié)第四節(jié) 提高材料耐磨性的途徑提高材料耐磨性的途徑 從各類磨損機(jī)理的分析可見，盡管影響從各類磨損機(jī)理的分析可見，盡管影響磨損過程的因素較多，但材料的磨損主要是磨損過程的因素較多，但材料的磨損主要是表面材料的變形和剝落。因此，提高摩擦副表面材料的變形和剝落。因此，提高摩擦副表面的強(qiáng)度表面的強(qiáng)度(或硬度或硬度)及韌性，可望提高耐磨及韌性，可望提高耐磨性。性。磨損是造成材料損耗的主要原因，也是機(jī)件磨損是造成材料損耗的主要原因，也是機(jī)件3種主要失效形式種主要失效形式(磨損、腐蝕、斷裂磨損、腐蝕、斷裂)之一。之一。合理選擇摩擦副材料合理選擇摩擦副材料。盡量選擇。盡量選擇互溶性互溶性 少，少，粘著傾向小的材料粘著傾向小的材料配對，如非同種或晶格類型、配對，如非同種或晶格類型、電子密度、電化學(xué)性質(zhì)相差甚遠(yuǎn)的多相或化合電子密度、電化學(xué)性質(zhì)相差甚遠(yuǎn)的多相或化合物材料；強(qiáng)度高不易塑變的材料。物材料；強(qiáng)度高不易塑變的材料。避免或阻止兩摩擦副間直接接觸。避免或阻止兩摩擦副間直接接觸。增強(qiáng)氧增強(qiáng)氧化膜的穩(wěn)定性，提高氧化膜與基體的結(jié)合力；化膜的穩(wěn)定性，提高氧化膜與基體的結(jié)合力；降低接觸表面粗糙度，改善表面潤滑條件等。降低接觸表面粗糙度，改善表面潤滑條件等。一、減輕粘著磨損的主要措施一、減輕粘著磨損的主要措施 為使磨屑多沿接觸面剝落，以降低磨損量。為使磨屑多沿接觸面剝落，以降低磨損量?？刹捎帽砻鏉B硫、滲磷、滲氮等表面處理工藝，可采用表面滲硫、滲磷、滲氮等表面處理工藝，在材料表面形成一層化合物層或非金屬層，既在材料表面形成一層化合物層或非金屬層，既降低接觸層原子間結(jié)合力，減少摩擦系數(shù)，又降低接觸層原子間結(jié)合力，減少摩擦系數(shù)，又避免直接接觸。為使磨損發(fā)生在較軟方材料表避免直接接觸。為使磨損發(fā)生在較軟方材料表層，可采用滲碳、滲氮共滲、碳氮硼三元共滲層，可采用滲碳、滲氮共滲、碳氮硼三元共滲等工藝以提高另一方的硬度。等工藝以提高另一方的硬度。若是低應(yīng)力磨粒磨損，則應(yīng)設(shè)法提高表面若是低應(yīng)力磨粒磨損，則應(yīng)設(shè)法提高表面硬度硬度。選用含碳量較高，并經(jīng)熱處理獲得馬。選用含碳量較高，并經(jīng)熱處理獲得馬氏體組織的材料。氏體組織的材料。若遇重載荷，甚至大沖擊載荷下磨損，則若遇重載荷，甚至大沖擊載荷下磨損，則基體材料組織最好是高硬度、良好韌性的貝基體材料組織最好是高硬度、良好韌性的貝氏體。氏體。二、減輕磨粒磨損的主要措施二、減輕磨粒磨損的主要措施就合金鋼面言，控制和改變碳化物數(shù)量、分就合金鋼面言，控制和改變碳化物數(shù)量、分布、形態(tài)對提高抗磨粒磨損能力起著決定性影布、形態(tài)對提高抗磨粒磨損能力起著決定性影響。響。如鉻鋼，消除基體中初生碳化物，并使其如鉻鋼，消除基體中初生碳化物，并使其均勻彌散分布均勻彌散分布，提高鋼中碳化物體積分?jǐn)?shù)，均，提高鋼中碳化物體積分?jǐn)?shù)，均能顯著提高材料的耐磨性。鋼中適量殘余奧氏能顯著提高材料的耐磨性。鋼中適量殘余奧氏體組織能增加基體韌性，給碳化物以支承。受體組織能增加基體韌性，給碳化物以支承。受摩擦?xí)r還能部分轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體組織，提高材料摩擦?xí)r還能部分轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體組織，提高材料硬度，從而提高其抗磨粒磨損能力。硬度，從而提高其抗磨粒磨損能力。對于經(jīng)滲碳、碳氮共滲等提高表面硬度的機(jī)件，對于經(jīng)滲碳、碳氮共滲等提高表面硬度的機(jī)件，應(yīng)經(jīng)常對機(jī)件、潤滑油進(jìn)行防塵、過濾，以減輕磨應(yīng)經(jīng)常對機(jī)件、潤滑油進(jìn)行防塵、過濾，以減輕磨粒磨損量。粒磨損量。確定材料硬度時，應(yīng)以確定材料硬度時，應(yīng)以Hm=1.3Ha（Hm為摩擦為摩擦副材料硬度，副材料硬度，Ha為磨粒硬度）為依據(jù)。硬度相同為磨粒硬度）為依據(jù)。硬度相同時，鋼中含碳量越高，形成的碳化物越多，就具有時，鋼中含碳量越高，形成的碳化物越多，就具有越高的抗磨粒磨損能力。越高的抗磨粒磨損能力。值得提及的是具有單相組織的高錳鋼值得提及的是具有單相組織的高錳鋼(C)=1.0%1.3%,(Mn)=11%14%因其有很高的因其有很高的加工硬化能力，是公認(rèn)的理想抗鑿削磨損材料。加工硬化能力，是公認(rèn)的理想抗鑿削磨損材料。采用真空電弧冶煉和電渣重熔等工藝提供優(yōu)質(zhì)純采用真空電弧冶煉和電渣重熔等工藝提供優(yōu)質(zhì)純凈的材料，降低夾雜氧化物的破壞作用。凈的材料，降低夾雜氧化物的破壞作用。對軸承鋼接觸疲勞性能的研究表明，未溶碳化物對軸承鋼接觸疲勞性能的研究表明，未溶碳化物狀態(tài)相同的條件下，馬氏體含碳量在狀態(tài)相同的條件下，馬氏體含碳量在0.4-0.5左左右時，接觸疲勞抗力、壽命最高。右時，接觸疲勞抗力、壽命最高。在基體為馬氏體的組織中，在基體為馬氏體的組織中，減小碳化物粒度并使減小碳化物粒度并使之呈球狀均勻分布之呈球狀均勻分布，使基體中馬氏體、殘余奧氏體，使基體中馬氏體、殘余奧氏體和未溶碳化物量之間有最佳匹配，可最大限度地提和未溶碳化物量之間有最佳匹配，可最大限度地提高接觸疲勞抗力。高接觸疲勞抗力。三、提高接觸疲勞抗力的措施三、提高接觸疲勞抗力的措施除對材料表面硬度應(yīng)有最佳要求外，還要考慮除對材料表面硬度應(yīng)有最佳要求外，還要考慮心部硬度和足夠的硬化層深度，使表層材料硬度心部硬度和足夠的硬化層深度，使表層材料硬度變化不要太陡變化不要太陡。合理選擇表面硬化工藝，合理選擇表面硬化工藝，在一定深度范圍內(nèi)保在一定深度范圍內(nèi)保存殘余壓應(yīng)力存殘余壓應(yīng)力，于提高接觸疲勞抗力極有利。，于提高接觸疲勞抗力極有利。改善接觸配對副的表面狀態(tài)，減少冷熱改善接觸配對副的表面狀態(tài)，減少冷熱 加加 工工缺缺陷，降低表面粗糙度，降低摩擦系數(shù)，也是很有陷，降低表面粗糙度，降低摩擦系數(shù)，也是很有效的措施。效的措施。三、提高接觸疲勞抗力的措施三、提高接觸疲勞抗力的措施工程陶瓷材料受接觸應(yīng)力后，在局部的應(yīng)力集中工程陶瓷材料受接觸應(yīng)力后，在局部的應(yīng)力集中區(qū)表層發(fā)生塑性變形，或在水、空氣、介質(zhì)、氣區(qū)表層發(fā)生塑性變形，或在水、空氣、介質(zhì)、氣氛的影響下形成易塑性變形的表層，進(jìn)而開裂產(chǎn)氛的影響下形成易塑性變形的表層，進(jìn)而開裂產(chǎn)生磨屑。生磨屑。四、非金屬材料的磨四、非金屬材料的磨損損特性特性 陶瓷材料抗沖蝕性能不僅與組分純度有陶瓷材料抗沖蝕性能不僅與組分純度有關(guān)，還與其制備工藝密切相關(guān)。關(guān)，還與其制備工藝密切相關(guān)。如如100致密度的致密度的Al2O3陶瓷其性能要比陶瓷其性能要比9598致密度的大致密度的大1.5倍，致密度為倍，致密度為70的的多孔多孔Al2O3陶瓷其性能僅為陶瓷其性能僅為100致密度的致密度的1/10。高致密度熱壓高致密度熱壓Si3N4陶瓷比低致密度的反應(yīng)燒陶瓷比低致密度的反應(yīng)燒結(jié)結(jié)Si3N4陶瓷的抗沖蝕性能高陶瓷的抗沖蝕性能高10倍。因此在沖倍。因此在沖蝕磨損服役條件下，應(yīng)選用高致密度、高純蝕磨損服役條件下，應(yīng)選用高致密度、高純度陶瓷。度陶瓷。大多數(shù)液體對塑料具有潤滑減摩作用。在大多數(shù)液體對塑料具有潤滑減摩作用。在聚合物中加入聚合物中加入二硫化鉬、石墨、聚四氟乙烯二硫化鉬、石墨、聚四氟乙烯等等作潤滑填料，同樣可以減摩，提高材料耐磨性。作潤滑填料，同樣可以減摩，提高材料耐磨性。某些情況，塑料對塑料的摩擦系數(shù)比金屬對塑某些情況，塑料對塑料的摩擦系數(shù)比金屬對塑料低。如聚四氟乙烯對聚四氟乙烯的摩擦系數(shù)料低。如聚四氟乙烯對聚四氟乙烯的摩擦系數(shù)幾乎是所有固體摩擦副中最低的。幾乎是所有固體摩擦副中最低的。它是一種以錫或鉛為基體的軟合金。主要它是一種以錫或鉛為基體的軟合金。主要用于軸瓦，也稱為軸承合金。用于軸瓦，也稱為軸承合金。錫基軸承合金有良好的減摩性能，同時有錫基軸承合金有良好的減摩性能，同時有低的摩擦系數(shù)和熱膨脹系數(shù)，塑性和導(dǎo)熱性也低的摩擦系數(shù)和熱膨脹系數(shù)，塑性和導(dǎo)熱性也較好等優(yōu)點(diǎn)，但疲勞強(qiáng)度低。較好等優(yōu)點(diǎn)，但疲勞強(qiáng)度低。鉛基合金成本低，高溫強(qiáng)度好，有自潤滑鉛基合金成本低，高溫強(qiáng)度好，有自潤滑性，但耐磨性、導(dǎo)熱性以及與鋼背的附著能力性，但耐磨性、導(dǎo)熱性以及與鋼背的附著能力不及錫基軸承合金，可用于載荷不大和轉(zhuǎn)速不不及錫基軸承合金，可用于載荷不大和轉(zhuǎn)速不高的場合。高的場合。減摩材料減摩材料減摩材料減摩材料巴氏合金巴氏合金 聚酰胺塑料通稱為尼龍，具有較高的機(jī)械強(qiáng)聚酰胺塑料通稱為尼龍，具有較高的機(jī)械強(qiáng)度和較好的耐磨性及自潤滑性能，摩擦系數(shù)適中，度和較好的耐磨性及自潤滑性能，摩擦系數(shù)適中，易成型，價格低廉，且不與各種有機(jī)類和無機(jī)類易成型，價格低廉，且不與各種有機(jī)類和無機(jī)類油脂起作用，也不與各種稀酸起作用，可在無潤油脂起作用，也不與各種稀酸起作用，可在無潤滑條件下工作。滑條件下工作。缺點(diǎn)：熱膨脹系數(shù)大，導(dǎo)熱性差，有吸濕性。缺點(diǎn)：熱膨脹系數(shù)大，導(dǎo)熱性差，有吸濕性。PA的改性劑：的改性劑：PTFE、MoS2、石墨、云母、金屬、石墨、云母、金屬粉末、玻璃纖維等。粉末、玻璃纖維等。減摩材料減摩材料減摩材料減摩材料聚酰胺（聚酰胺（PA）具有優(yōu)良的綜合性能，吸水率小，尺寸穩(wěn)定具有優(yōu)良的綜合性能，吸水率小，尺寸穩(wěn)定性好，物理和機(jī)械性能超過尼龍，彈性模量和硬性好，物理和機(jī)械性能超過尼龍，彈性模量和硬度高，蠕變和應(yīng)力松弛少，耐腐蝕、摩擦系數(shù)低度高，蠕變和應(yīng)力松弛少，耐腐蝕、摩擦系數(shù)低而穩(wěn)定。而穩(wěn)定。缺點(diǎn)：高溫時，熱穩(wěn)定性差，易分解，收縮缺點(diǎn)：高溫時，熱穩(wěn)定性差，易分解，收縮率大。率大。減摩材料減摩材料減摩材料減摩材料聚甲醛（聚甲醛（POM）由于由于PTFE的表面能極低，其轉(zhuǎn)移膜在對摩面上的表面能極低，其轉(zhuǎn)移膜在對摩面上的附著性較差，導(dǎo)致做摩擦材料用的附著性較差，導(dǎo)致做摩擦材料用PTFE有有較嚴(yán)重較嚴(yán)重的的磨損。磨損。為了改善為了改善PTFE涂層的耐磨性，許多學(xué)者進(jìn)行了涂層的耐磨性，許多學(xué)者進(jìn)行了卓有成效的研究工作。通常向卓有成效的研究工作。通常向PTFE添加無機(jī)粉末添加無機(jī)粉末（如納米金剛石、鉛、鈦、鎳、合成蠟粉、（如納米金剛石、鉛、鈦、鎳、合成蠟粉、MoS2、石墨等），能有效地提高涂層的耐磨性。石墨等），能有效地提高涂層的耐磨性。聚四氟乙烯（聚四氟乙烯（PTFE）減摩材料減摩材料減摩材料減摩材料 PTFE作為固體潤滑劑，它是目前所有材料中摩作為固體潤滑劑，它是目前所有材料中摩擦系數(shù)最小的擦系數(shù)最小的（靜靜 動動 0.04），且其摩擦系數(shù)在），且其摩擦系數(shù)在很寬的溫度范圍內(nèi)不變，即使在真空下也能保持潤滑很寬的溫度范圍內(nèi)不變，即使在真空下也能保持潤滑性能，受環(huán)境影響小。性能，受環(huán)境影響小。MoS2的化學(xué)性質(zhì)相當(dāng)穩(wěn)定，可耐大多數(shù)酸和的化學(xué)性質(zhì)相當(dāng)穩(wěn)定，可耐大多數(shù)酸和耐輻射。在空氣中，當(dāng)溫度超過耐輻射。在空氣中，當(dāng)溫度超過400時，產(chǎn)生明時，產(chǎn)生明顯的氧化，并生成顯的氧化，并生成MoO3，這在一定程度上影響了，這在一定程度上影響了MoS2的潤滑性及對金屬表面的粘附作用。與石墨的潤滑性及對金屬表面的粘附作用。與石墨相反，在有水時相反，在有水時MoS2的摩擦系數(shù)與磨損都比較大；的摩擦系數(shù)與磨損都比較大；在高真空條件下，在高真空條件下，MoS2仍然具有良好的潤滑性能。仍然具有良好的潤滑性能。盡管盡管MoS2濺射膜已成功應(yīng)用于滾動軸承的真空濺射膜已成功應(yīng)用于滾動軸承的真空潤滑，但在大氣中尤其是在潮濕的空氣中存在著潤潤滑，但在大氣中尤其是在潮濕的空氣中存在著潤滑性能降低甚至失效的問題?；阅芙档蜕踔潦У膯栴}。減摩材料減摩材料減摩材料減摩材料二硫化鉬（二硫化鉬（MoS2）石墨石墨減摩材料減摩材料減摩材料減摩材料小結(jié)小結(jié)n磨損的類型磨損的類型n粘著粘著n磨粒磨粒n接觸疲勞接觸疲勞n耐磨性的檢測方法耐磨性的檢測方法n提高材料耐磨性的途徑提高材料耐磨性的途徑2022/10/1090