材料性能学
2 粘着磨损模型 由于摩擦热使局部达到很高温度，并使某些位 置焊合起来。这种焊接叫显微焊接或冷焊。
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辗轧平滑区特征
微裂纹特征
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阿查德估算模型
公式表明：粘着磨损所造成的体积磨损量和载 荷及滑动距离成正比，与材料的硬度成反比。 式中K称为粘着磨损系数，决定于摩擦条件和摩 擦副材料。当压力不超过钢的硬度的1/3时，实 验证明这一公式所表示的规律是正确的。
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8.1.2 磨损
1.磨损的定义与分类
机件表面相接触并做相对运动时，表面逐渐有微小颗 粒分离出来形成磨屑（松散的尺寸与形状均不相同的 碎屑），使表面材料逐渐流失（导致机件尺寸变化和 质量损失）、造成表面损伤的现象即为磨损。
磨损主要是力学作用引起的，但并非单一力学过 程。引起磨损的原因既有力学作用，也有物理和化学 作用，因此摩擦副材料、润滑条件、加载方式和大小 、相对运动特性（方式和速度）以及工作温度等诸多 因素均影响磨损量的大小，所以，磨损也是一个系统 过程。


当粘着点的结合强度高于两侧材料时，剪断面发生 在强度小的材料上，被剪断的材料转移到强度高的 材料上，软材料表面形成凹坑而硬材料表面形成凸 起，磨损加剧。
黏着磨损过程有材料转移，所以摩擦副一方金属表 面常粘附一层很薄的转移膜，并伴有化学成分变化， 这是判断黏着磨损的重要特征。

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粘着磨损的形式：
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（3）擦伤磨损 粘着强度比摩擦副的两基体金属的强度都高。剪 切主要发生在软金属的表层内，有时也发生在硬金 属的表层内，转移到硬金属上的粘着物又刮削软金 属表面，使软金属表面出现划痕，所以擦伤主要发 生在软金属表层，硬金属表面也偶有划伤。 （4） 咬合磨损 如果粘着强度比两金属基体的强度高得多，而且 粘着点面积较大时，剪切发生在对磨材料的基体内 ，破坏发生在一个或两个金属表层深的地方。此时 两表面将出现严重磨损。甚至摩擦副之间咬死而不 能相对滑动
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新的摩擦粘附论认为，两个相互接触的表面，无论做得多么光滑，从原 子尺度看，还是粗糙的，有许多微小的凸起，把这样的两个表面放在一 起，微凸起的顶部发生接触，微凸起之外的部分接触面间有10^-8m或 更大的间隙。这样，接触的微凸起的顶部承受了接触面上的法向压力。 如果这个压力很小，微凸起的顶部发生弹性形变；如果法向压力较大， 超过某一数值（每个凸起上约千分之几牛顿），超过材料的弹性限度， 微凸起的顶部便发生塑性形变，被压成平顶，这时互相接触的两个物体 之间距离变小到分子（原子）引力发生作用的范围，于是，两个紧压着 的接触面上产生了原子性黏合。这时，要使两个彼此接触的表面发生相 对滑动，必须对其中的一个表面施加一个切向力，来克服分子（原子） 间的引力，剪断实际接触区生成的接点，这就产生了摩擦。 人们通过不断试验和分析计算，发现上述两种理论提出的机理都能产生 摩擦，其中粘附理论提的机理比啮合理论更普遍。但在不同的材料上， 两种机理的表现有所偏向：金属材料，产生的摩擦以粘附作用为主；而 对木材，产生的摩擦以啮合作用为主；实际上，关于摩擦力的本质，目 前尚未有定论，仍在深入讨论中。
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磨损过程
磨损恒定，工件 的服役阶段 试样表面粗 糙的峰接触 ，实际接触 面积小，磨 损较大，随 着跑合的进 行，实际接 触面积增加
磨损间隙加 大，磨耗严 重，工件表 面质量差， 振动严重
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Ⅰ：磨合阶段 出现在摩擦副的初始运动阶段，由于表面存在粗糙度， 微凸体接触面积小，接触应力大，磨损速度快。 在一 定载荷作用下，摩擦表面逐渐磨平，实际接触面积逐 渐增大，磨损速度逐渐减慢，如图所示。
（1）轻微黏着磨损：粘着点的结合强度低于摩擦副材 料强度，剪切发生则界面上，摩擦因数增大，但磨损 却小，材料转移也不显著。通常金属表面有氧化膜、 硫化膜时或其他涂层时。
（2）一般黏着磨损：当粘着点强度高于摩擦副中较 软材料的剪切强度时，破坏将发生在离结合面不远 的软材料表层内，因而软材料转移到硬材料表面上 。磨损因数与轻微黏着磨损差不多，但磨损程度加 重。
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(3)凿削式磨料磨损
特点：磨料对材料表面有大的冲击力，从材料表面 凿下较大颗料的磨屑。如挖掘机斗齿及颚式破碎机 的齿板。
3）按相对硬度分 （1）软磨料磨损：材料硬度与磨料硬度之比大于 0.8. （2）硬磨料磨损：材料硬度与磨料硬度之比小于 0.8. 两体磨损：磨料与一个零件表面接触，磨料为一物 体，零件表面为另一物体，如犁铧。
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磨料磨损的分类
1）按接触条件分 （1）两体磨料磨损：磨料 与一个零件表面接触，磨料 、零件表面各为一物体，如 犁铧 （2）三体磨料磨损：磨料 介于两零件表面之间。磨料 为一物体，两零件为两物体 ，磨料可以在两表面间滑动 ，也可以滚动，如滑动轴承 、活塞与汽缸。
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2）按力的作用特点分 (1)低应力划伤式的磨料磨损：特点:磨料对零件表 面的应力不超过磨料的压溃强度，材料表面被轻微 划伤。 生产中的犁铧，及煤矿机械中的刮板输送机溜槽磨 损情况就是属于这种类型。 (2)高应力辗碎式的磨料磨损：特点：磨料与零件 表面接触处的最大压应力大于磨料的压溃强度。生 产中球磨机衬板与磨球，破碎式滚筒的磨损便是属 于这种类型。
重视研究材料的磨损。据不完全统计，世界
能源的1／3～1／2消耗于摩擦，而机械零件
80％失效原因是磨损。
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8.1 摩擦与磨损的基本概念
8.1.1 摩擦定义 两个相互接触的物体或物体与介质之间在外力作 用下，发生相对运动，或者具有相对运动的趋势时， 在接触表面上所产生的阻碍作用称为摩擦。这种阻碍 相对运动的阻力称为摩擦力。 摩擦有利有害，但多数情况下是不利的。例如， 机械运转时的摩擦，造成能量的无益的损耗和机器寿 命的缩短，并降低机器效率。通常要减小摩擦。摩擦 优势不可缺少的，如，人的行走、汽车的行驶都必须 依靠脚或车轮与地面的摩擦。
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Ⅱ稳定磨损阶段：
出现在摩擦副的正常运行阶段。经过跑合，摩擦表面加 工硬化，微观几何形状改变，实际接触面积增大，压强 降低，从而建立了弹性接触的条件，这时磨损已经稳定 下来，如图所示，磨损量随时间增大缓慢增大。
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Ⅲ 剧烈磨损阶段：由于摩擦条件发生较大的变化(如 温度的急剧增高，金属组织的变化等)，磨损速度急 剧增加。这时机械效率下降，精度降低，出现异常的 噪音及振动，最后导致零件完全失效。
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磨损是一种十分复杂的微观动态过程，影响因素甚多 ，因此关于磨损分类方法也较多。最常见的磨损分类 是按磨损机理来分类，即粘着磨损、磨料磨损、冲蚀 磨损、微动磨损、疲劳磨损、腐蚀磨损等。 磨损造成的经济损失：磨粒磨损50%、黏着磨损 15%、冲蚀磨损和微动磨损各8%、腐蚀磨损5%。 实际工况中，材料的磨损往往不只是一种机理在 起作用，而是几种机理同时存在，只不过是某一种机 理起主要作用而已。而当条件变化时，磨损也会发生 变化，会以一种机理为主转变为以另一种机理为主。 这就要求我们对实际的磨损情况要具体地加以分析， 找出主要的磨损方式或磨损机理
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压力超过钢的屈服强度时，K值急剧增大，磨损 也急剧增大，结果造成大面积的焊合和咬死。此 时整个表面发生塑性变形，接触面积不再与载荷 成正比。
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3.影响粘着磨损的因素
(1)脆性材料的抗粘着磨损能力比塑性材料高。 (2)金属性质越是相近的，构成摩擦副时粘着磨 损也越严重。反之，金属间互溶程度越小，晶 体结构不同，原子尺寸差别较大，形成化合物 倾向较大的金属，构成摩擦副时粘着磨损就较 轻微。
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按工作环境分
（1）普通型磨料磨损：一般正常条件下的
磨料磨损。
（2）腐蚀磨料磨损：在腐蚀介质中的磨料
磨损。腐蚀加速了磨损的速度，如在含硫
介质中工作的煤矿机械等。
（3）高温磨料磨损：在高温下的磨料磨损 。高温和氧化加速了磨损，如燃烧炉中的 炉篦、沸腾炉中的管壁等。
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2.磨粒磨损的微观机制
(1)内燃机中的活塞环和缸套衬这一运动的摩擦 副，如不考虑燃气介质的腐蚀性，主要表现为 粘着磨损。 (2)正常情况下轴在滑动轴承中运转，是一流体 润滑情况，轴颈和轴承间被一楔形油膜隔开， 这时其摩擦和磨损是很小的。但当机器启动或 停车，换向以及载荷运转不稳定时，或者润滑 条件不好，几何结构参数不恰当而不能建立起 可靠的油膜时，处于边界摩擦或干摩擦的工作 状态，这时轴承就要考虑粘着磨损。
第八章相对运动而产生摩擦，而磨损正是由于摩擦产
生的结果。由于磨损，将造成表层材料的损耗
，零件尺寸发生变化，直接影响了零件的使用
寿命。
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近二三十年国外把摩擦、润滑和磨损，构成
了一门独立的边缘学科叫摩擦学。但从材料
学科特别是从材料的工程应用来看，人们更
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8.2.2 磨料磨损
1. 定义与分类 磨料磨损又称磨粒磨损，是当摩擦副一方表面存在坚硬的细微 突起，或者在接触表面之间存在硬质粒子时所产生的一种磨损 。指硬的磨粒或凸出物对零件表面的摩擦过程中，使材料表面 发生磨耗的现象。 这种磨粒或凸出物一般指石英， 砂土，矿石等非金属磨料，也 包括零件本身磨损产物随润滑 油进入摩擦面而形成的磨粒。
(1)微观切削机制
法向载荷将磨料压入摩擦表面，滑动时磨料对表面产 生切削作用，材料脱离表面形成磨屑。并在磨损表面 留下明显的切痕。特别在固定的磨料磨损和凿削式磨 损中，是材料表面磨损的主要机理。
(2)微观变形机制
磨料在载荷作用下压入摩擦表面而产生压痕，滑动时 使表面产生严重的塑性变形，经过反复塑形变形，产 生加工硬化，压痕两侧材料受到损伤，因而易从表面 挤出或剥落。
** 从磨损过程的变化来看，为了提高机器零件的 使用寿命，应尽量延长“稳定磨损阶段”。
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2. 耐磨性 •耐磨性是材料抵抗磨损的性能，这是一个系统性质。通常用磨 损量来表示材料的耐磨性，磨损量越小，耐磨性越高。 •表示磨损量的方法很多，可用摩擦表面法向尺寸减少量来表， 称为线磨损量； •也可用体积和重量法来表示，分别称为体积磨损量和重量磨损 量。 •测量单位摩擦距离、单位压力下的磨损量，则称为比磨损量。 •失重法的磨损量单位是mg/(cm2.1000m)，表示则1000m行程上 每cm2面积的失重mg数。 •相对耐磨性（ε ）表示所研究材料的耐磨性。