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零件的磨损机理
磨损定义
       物体摩擦表面上的物质,由于表面相对运动而不断损失的现象称磨损。
       在一般正常工作状态下,磨损可分三个阶段:
       (1)跑合(磨合)阶段:轻微的磨损,跑合是为正常运行创造条件。
       (2)稳定磨损阶段:磨损更轻微,磨损率低而稳定。
       (3)剧烈磨损阶段:磨损速度急剧增长,零件精度丧失,发生噪音和振动,摩擦温度迅速升高,说明零件即将失效。(如图1)
图一  磨损三个阶段的示意图

       关于磨损的分类也有各种观点。这里采用伯韦尔(Burwell)的观点根据磨损机理的不同,把粘着磨损,磨粒磨损、腐蚀磨损和表面疲劳列为磨损的主要类型,而把表面侵蚀,冲蚀等列为次要类型。这些不同类型的磨损,可以单独发生,相继发生或同时发生(为复合的磨损形式)。

磨损类型
      (1)粘着磨损
       摩擦副相对运动时,由于接触点上的固相焊合,接触表面的材料从一个表面转移到另一个表面的现象称为粘着磨损。

      (2)磨料磨损
       硬质颗粒或表面上硬的凸体在摩擦过程中引起的材料脱落称为磨料磨损。
磨料磨损包括三种情况:①在磨料中工作的零件,磨料对零件表面的作用。如与泥沙接触的犁,推土机的刀片,石油钻探机的钻头(二体磨损);②外来的坚硬颗粒夹在两个摩擦面之间滑动所造成的(三体磨损)。外来的磨料可以是磨损脱落的磨屑,也可以是环境中的灰砂尘土;③粗糙而坚硬的表面在较软表面上滑动所造成的。

      (3)表面疲劳磨损
       摩擦副接触表面作滚动或滑动摩擦时,由于周期性载荷,使接触区产生很大的交变应力,导致表面发生塑性变形。在表层薄弱处引起裂纹,逐渐扩展并发生断裂,而造成的点蚀或剥落,称为表面疲劳磨损。

      (4)腐蚀磨损
       在摩擦过程中,由于机械作用和摩擦表面材料与周围介质发生化学或电化学反应,共同引起的物质损失,称为腐蚀磨损,也有称其为机械化学磨损。
一般情况下,腐蚀磨损处于轻微磨损状态,而在高温潮湿环境或特殊腐蚀介质中,则处于严重磨损状态。
通常,材料表面与环境先起化学或电化学反应,然后通过运动——机械作用,将反应生成物去掉;也有可能由机械作用产生微细的磨屑,然后再起化学作用。
由于介质的性质,介质作用于摩擦面上的状态以及摩擦副材料的不同,腐蚀磨损的状态也不同。大致可以分为以下几类:

      (5)其它磨损
       以上介绍的为磨损的四种基本类型,但实际中表现出的磨损,常不能单纯地纳入上述四类基本形式。有许多是以上基本类型的转化或复合。如图5、图6所示随速度及载荷的变化,磨损类型也在变化。这说明,磨损类型可以随工作条件的变化而发生转化。

图5  磨损随速度转化示意图  图6  磨损随载荷转化示意图

       当滑动速度很低时,主要是氧化磨损,出现Fe2O3的磨屑,磨损率很小。随速度的增大,氧化膜破裂,产生裸露金属的直接接触,转化为粘着磨损,磨损量显著增大。滑动速度再高,摩擦温度上升,有利于氧化膜的形成,又转为氧化磨损,磨屑为Fe3O4,磨损率又下降。如滑动速度再增大,将再次转化为粘着磨损。磨损变得十分剧烈而导致失效。
       载荷的改变也类似,小载荷时主要是氧化磨损。载荷超过临界值时,磨屑由Fe2O3转为Fe2O3和Fe3O4及FeO的混合物。载荷再高就转化为粘着磨损。
       同时,有的磨损状态本身就是多种类型的复合。如边界润滑状态下的磨损,既有干摩擦时的氧化及粘着,又因有润滑剂及添加剂等摩擦化学形成的反应生成物等的作用,磨损状态十分复杂。

磨损的控制和防磨措施
       磨损造成的后果十分严重,所以控制磨损和防止磨损的问题十分重要。但要有效地控制磨损,必须在准确地鉴别磨损类型的前提下,提出有针对性的控制因素。

磨损的控制因素
       影响磨损的因素很多,但并非都可控制。对于摩擦副的设计者,首先应保证工作参量不致引起磨损由稳态转向严重。也即应当尽可能使润滑膜或吸附膜、反应膜等将固体接触表面分隔开。把稳态时的磨损率限制在一定范围内,以满足设计的工作寿命。
       常用有效的控制因素包括:材料的选择、润滑剂的选择、表面粗糙度、机械结构和尺寸设计、安装调试等方面控制磨损、表面温升和冷却。

防磨措施
       防磨措施包括:润滑、选用耐磨材料、进行表面改性、化学热处理、涂层表面处理等。
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