第7章磨损
7.1引言
磨损是两个相互接触的固体表面在滑动、滚动或冲击运动中的表面损伤或脱落。在大多数情况下,磨损是表面微凸体相互作用而引起的。当发生相刘运动时,接触表面材料先产生变形,表面或表面附近的固体材料性能将发生变化,但几乎不引起材料损失;随后,材料从表面剥离,转移到配副表面或者以磨屑形式挣脱表面。对于材料从一个表面转移到另一・个表面的情况,虽然有一个表面被磨损使其体积或质量损失,但就界面总体而言,并没有体积或质量的净损失。在材料发生实际损耗之前,一般先产生损伤。磨损一般都被认为是材料发生损耗,但固体材料的变形(通过显微镜可观察到)虽然不引起质量或体积的变化,也能引起磨损。
同摩擦一样,磨损不是材料的固有特性,而是摩擦副的一种系统响应,运行工况影响界面的磨损。有时,人们错误地认为高摩擦因数的界面就有高磨损率,这是不完全正确的。例如,固体润滑材料利聚合物界面虽然有较低的摩擦,但却出现较大的磨损,而陶瓷界面只有中度摩擦,却产生极低的磨损。
磨损有益也有害。铅笔写字、车削、抛光和刨削等都是主动利用磨损的实例,它们都需要对磨损过程进行主动控制。而几乎所有机械的使用过程中都不希望发生磨损,对于轴承、密封、齿轮和凸轮等零件,出现非常少的磨损或表面过度粗糙就需要更换维修。对于一个设计良好的摩擦系统,材料磨损是一个非常缓慢的过程,这个过程是稳定和连续的。在机械运行中,如果磨粒尺寸大于零件的配合间隙,那么磨屑积累及循环将是一个比磨损量更严重的问题。
本章将介绍各种磨损机理、磨粒形态及―些材料的典型磨损数据。
7.2磨损机理
磨损源于表面的力学作用或化学作用,摩擦温升将加剧磨损。磨损有六种主要形式:粘着磨损、磨粒磨损、疲劳磨损、冲击磨损、化学磨损(或腐蚀磨损)、电弧感应磨损,它们的共同特征是从摩擦表面剥离固体材料。其他常见的磨损形式还有微动磨损或微动腐蚀,但它们不是独立的磨损机理,而是粘着磨损、腐蚀磨损和磨粒磨损的复合形式。据估计,工程中有三分之二的磨损是粘着磨损和磨粒磨损。除了疲劳磨损之外,所有磨损机理的材料剥离都是渐进发生的。
一个摩擦副可有一种或多种磨损机理。在大多数情况中,开始的磨损是一种机理引起的,逐渐发展成另一种磨损机理起主要作用,这使磨损失效分析变得更加复杂,一般的分析都是面对零件最终失效的磨损机理,而不是磨损过程中某个阶段的磨损机理。
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