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[组图]磨粒磨损           ★★★
磨粒磨损
作者:佚名 文章来源:本站原创 点击数: 更新时间:2008-5-24 20:02:13

   由外界硬质颗粒或硬表面的微峰在摩擦副对偶表面相对运动过程中引起表面擦伤与表面材料脱落的现象,称为磨粒磨损。其特征是在摩擦副对偶表面沿滑动方向形成划痕。
    1.磨损机理
    关于磨粒磨损机理,现在主要有三种学说。
    (1)微观切削 赫罗绍夫等人认为,磨粒磨损主要是由子磨粒在金属表面发生微观切削作用引起的,法向载荷将磨粒压入表面,相对运动时磨粒对表面产生犁刨作用,因而形成磨屑和磨痕。
    (2)疲劳破坏 克拉盖尔斯基等人认为,磨屑从金属表面上一次被切削下来的情况是很少的,大部分是通过载荷的重复作用而导致表面疲劳破坏,使小颗粒材料从表层剥落下来而形成磨屑和磨痕。
    (3)挤压剥落 纽康姆等人认为,磨粒磨损过程好似钢球在载荷作用下压入软金属表面并在其上划过一样。磨粒压入表面移动时,使表面发生严重的塑性变形,压痕两侧的材料受到损伤,因而极易从表面挤出或剥落下来形成磨屑。
    实际上,以上几种现象可能同时存在,这是因为只有边缘尖锐的磨粒才能起到切削作用。其余磨粒则发挥挤压剥落与疲劳破坏的作用。至于哪个起主要作用,则因具体情况不同而异。
    2.影响磨损的因素
    (1)硬度 磨粒硬度HO与被磨材料硬度H之间的相对值会影响磨粒磨损的特性,如图1所示。当H0<(0. 7~1) H时,将不会产生磨粒磨损或产生轻微磨损;当H0>H以后,磨损度随H0值的增大而增大;若HO值更大时,将产生严重磨损,但磨损度不再随H0值的增大而变化。
    图2所示是赫罗绍夫等人对金属的相对耐磨性的研究结果。图2a可以说明,纯金属及未经热处理的钢,其相对耐磨性与该材料的自然硬度成正比;图2b表明,经热处理的钢,其相对耐磨性随热处理硬度的增大而线性地增大,但比未经热处理的钢要增大得慢一些;从图2b还可发现,钢的含碳量及碳化物生成元素(如锰、铬、钼等)的含量愈高,其相对耐磨性越大;由图2c可知,金属材料经不同程度的冷作硬化,可提高其硬度,但不能改善其相对耐磨性。相对耐磨性与冷作硬化的硬度无关,是因为磨粒磨损中的犁沟作用本身就是强烈的冷作硬化过程。因热处理提高的硬度,其中一部分是因冷作硬化而得来的,故用热处理提高材料相对耐磨性的效果不很显著。

  图1 相对硬度的影响

图2  材料硬度影响
      a)退火状态的工业纯金属和钢的硬度与相对耐磨性的关系
      b)经热处理所获得的不同硬度和相对耐磨性的关系
      c)加工硬化对相对耐磨性的影响
      1- 黄铜 2- 铝青铜 3-铍青铜 4-1Cr18Ni9奥氏体不锈钢
      5-45钢经五种热处理制度获得不同硬度后冷作硬化

    奥勃尔试验表明,材料硬度增大时其磨损减轻,而材料弹性模量减小时其磨损也减轻。他认为,这是因为弹性模量减小时,摩擦副对偶表面的贴合情况有所改善而使接触应力降低,同时当表面间有磨粒时,会因弹性变形而允许其通过,因此可减轻磨损。如用于船舶螺旋桨中的水润滑橡胶轴承,在含泥沙的水中工作时,比弹性模量较大的材料(如青铜等)制成的轴承具有更高的抗磨粒磨损能力。通常可用材料硬度与弹性模量的比值H/E的大小来估计其相对耐磨性的高低,即材料的H/E值越大,其相对耐磨性也越高。
    (2)磨粒尺寸 试验表明,一般金属的磨损率随磨粒平均尺寸的增大而增大,但磨粒到一定临界尺寸后,其磨损率不再增大。磨粒的临界尺寸随金属材料的性能不同而异,同时它还与工作元件的结构和精度等有关。有人试验得出,柴油机液压泵柱塞摩擦副在磨粒尺寸为3~6μm时磨损最大,而活塞对缸套的磨损是在磨粒尺寸20μm左右时最大。因此,当采用过滤装置来防止杂质侵入摩擦副对偶表面间以提高相对耐磨性时,应考虑最佳效果。
    (3)载荷 试验表明,磨损度与表面平均压力成正比,但有一转折点,当表面平均压力达到并超过临界压力pc时,线磨损度随表面平均压力的增加变化缓慢,对于不同材料,其转折点也不同。

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