生变形和断裂的结果，所以静强度的基本理论也 基本适用于磨损过程分析。所不同的是，磨损是 发生在材料表面的局部变形与断裂，这种变形与 断裂是反复进行的，具有动态特征。
力学因素之外，发生一系列物理、化学状态的变化。
该阶段随着表面被磨平，实际
接触面积不断增大，表层应变
随着磨损过程的增长，硬磨化耗，增磨损速率不断减小，表 加，摩擦副接触表面间面隙形增成大牢，固的氧化膜，也降低 机件表面质量恶化，润了滑该膜段破的磨损速率。 坏，引起剧烈振动，磨损重新
在磨损试验中，利用铁谱技术可以将金属 磨屑从润滑剂中分离出来，并按尺寸大小依次 沉积在透明的显微镜底片上，通过分析磨屑的 大小、数量和形貌，研究磨损过程。
6-21 接 触 疲 劳 试验机原理 （a）双面对滚式（b）单面对滚式 （c）止推式
接触疲劳极限的循环基数N0（转折点位置） 以不产生大量扩展性麻点为依据。
合作用的结果
图6-6 磨粒磨损表面形貌
磨粒磨损模型
PL tan PL tan
W
K
3 sc
H
此模型可得出：磨粒磨损量与接触压力、滑动 距离成正比，与材料硬度成反比，与硬材料凸 出部分或磨粒形状θ有关。
磨粒磨损影响因素
基体材料力学性能、 基体显微组织、 磨粒硬度
图6-8钢与铁的各种基体组织的耐磨粒磨损性
⑴若是低应力磨粒磨损，则应设法提高表面 硬度。选用含碳量较高，并经热处理获得马 氏体组织的材料。
⑵若遇重载荷，甚至大冲击载荷下磨损，则 基体材料组织最好是高硬度、良好韧性的贝 氏体。
⑶就合金钢面言，控制和改变碳化物数量、分 布、形态对提高抗磨粒磨损能力起着决定性影 响。如铬钢，消除基体中初生碳化物，并使其 均匀弥散分布，提高钢中碳化物体积分数，均 能显著提高材料的耐磨性。钢中适量残余奥氏 体组织能增加基体韧性，给碳化物以支承。受 摩擦时还能部分转变为马氏体组织，提高材料 硬度，从而提高其抗磨粒磨损能力。
粘着磨损 磨粒磨损 腐蚀磨损 接触疲劳（麻点疲劳磨损)
磨损类型的转化
磨损类型并非固定不变，在不同的外部条件和材 料特性下，损伤机制会发生转化，由一种损伤机 制变成另一种损伤机制。
图6-2 磨损量与滑动速度和载荷的关系
影响磨损的条件
外部条件比如：滑动速度、温度、润滑剂 类型等。
材料特性比如：材料与氧的化学亲和力以 及形成的氧化膜性质、材料的力学性能、 材料的耐热性等。
摩擦的分类：
按照两接触面运动方式的不同，可以将摩 擦分为：
①滑动摩擦：指的是一个物体在另一个物 体上滑动时产生的摩擦。
②滚动摩擦：指的是物体在力矩作用下， 沿接触表面滚动时的摩擦。
2. 磨损 磨损是在摩擦作用下物体相对运动时，表面
逐渐分离出磨屑从而不断损伤的现象。 在磨损过程中，由于磨屑的形成也是材料发
p
n
d 2
4
3
sc
图6-4 粘着磨损模型示意图
磨损量
W KNV ' L
K值称为粘着磨损系 数，反映配对材料粘 着力大小，决定于摩 擦条件和摩擦副材料。
4p K
3 sc d 3
• 2
3
•
d
3
•
L
K
•
pL
2
9 sc
pL K•
3HV
当压力p不超过摩擦 副材料硬度值的1/3时， K值基本上为不变。但 压力超过钢的屈服强度 后，K值急剧增大，磨 损量也急剧增加，造成 大面积的焊合和咬死。
副的一方表面存在坚硬的细微凸起或在接触面间
存在硬质粒子（从外界进入或从表面剥落）时产
生的磨损。
依据磨粒受的应力大小，磨粒磨损可分为凿
削式、高应力碾碎式、低应力擦伤式3类。
磨粒磨损的主要特征是摩擦面上 有擦伤或因明显犁皱形成的沟槽
沟槽可能是因磨粒对 摩擦表面产生的微切 削作用、塑性变形、 疲劳破坏或脆性断裂 产生的，或是它们综
一、减轻粘着磨损的主要措施
⑴合理选择摩擦副材料。尽量选择互溶性 少， 粘着倾向小的材料配对，如非同种或晶格类型、 电子密度、电化学性质相差甚远的多相或化合 物材料；强度高不易塑变的材料。
⑵ 避免或阻止两摩擦副间直接接触。增强氧 化膜的稳定性，提高氧化膜与基体的结合力； 降低接触表面粗糙度，改善表面润滑条件等。
PCCB 碳陶瓷复合刹车系统
1μm
超精细MT-TiCN，Al2O3和表面光滑的TiN涂层结构与良好韧性 的表面梯度合金基体结合，在具有良好抗磨损性能的同时，韧性 大大提高，适合于不稳定状态下钢、合金钢的半精到轻微粗加工。
细晶粒的硬质合金基体与纳米结构的TiAlN涂层结合， 耐热性好，适用于通用材料的加工，主推低合金钢。
图6-9 磨粒磨损相对耐磨性与材料硬度的关系
三、接触疲劳
1．现象与特征
(1)两接触材料作滚动或滚动加滑动摩擦时， 交变接触压应力长期作用，使材料表面疲
劳损伤，局部区域出现小片或小块状材料剥 落，而使材料磨损的的现象。
故又称表面疲劳磨损或麻点磨损，是齿轮、滚动轴 承等工件常见的磨损失效形式。
(2)表面特征： 出现许多痘状、 贝壳状或不规则 形状的凹坑(麻坑)。 有的凹坑较深， 底部有疲劳裂纹 扩展线的痕迹。
→磨损机理；
→材料磨损的本质及其影响因素； →研究与探索控制磨损的方法和提高材料耐磨性的途径。
第一节 磨损的基本概念及类型
一、摩擦与磨损的概念 1. 摩擦
摩擦是接触物体间的一种阻碍运动的现象， 这种阻力为摩擦力。它同接触法向压力（p） 及摩擦系数μ成正比。
F= μ · p μ有动静之分，μ静>μ动。
接触应力的概念(赫兹应力)： 两物体相互接触时,在局部表面产生的压应力。
❖ 线接触应力：两接触物体在加载前为线接触 （如圆柱与圆柱、圆柱与平面接触）。
❖ 点接触应力：两接触物体在加载前为点接触 （如滚珠轴承）。
线接触应力 z zmax 1 y2 / b2
且 b 1.52 pE ( R1R2 )
零件的磨损让我们付出了很多时间和金钱。
衣物的磨损
F1赛车的磨损现象
轮胎压痕(SEM 5000X)
摩擦痕迹(350X)
外壳有没有磨损的情况？ 你是怎么防护的啊？
防护
、摩擦的防护与运用
汽车制动器
＊减小零件使用时的磨损是我们学习材料磨损性能的最终目的。
1、机件间相对运动 →摩擦 →磨损。
2、研究对象： 最常见的磨损方式
任何机器运转时，相互接触的零件之间都将因相 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。
摩擦磨损
因机件间摩擦磨损要多消耗总能源的 1/3-1/2，并引起不少机件失效。磨 损每年给人类带来上千亿美元的巨额 浪费。
影响材料接触疲劳的因素除了加载条件 外，主要是材料因素，如材料成分和组织状 态，表面硬度与心部硬度或摩擦副硬度匹配、 硬化层深度、表面状态等。
第三节 耐磨性及其测量方法
一、材料的耐磨性 指材料抵抗磨损的性能，用磨损量表示。
磨损量的测量： 1、称重法：用精密分析天平称试样试验前后质量。 2、尺寸法：据表面法向尺寸在试验前后的变化。
⑶为使磨屑多沿接触面剥落，以降低磨损量。 可采用表面渗硫、渗磷、渗氮等表面处理工艺， 在材料表面形成一层化合物层或非金属层，既 降低接触层原子间结合力，减少摩擦系数，又 避免直接接触。为使磨损发生在较软方材料表 层，可采用渗碳、渗氮共渗、碳氮硼三元共渗 等工艺以提高另一方的硬度。
二、减轻磨粒磨损的主要措施
第二节 磨损过程
一、粘着磨损 粘着磨损又称咬合
粘合
磨损。是因两种材料表
面某些接触点局部压应
力超过该处材料屈服强
度发生粘合并拽开而产
生的一种表面损伤磨损。
碎块
其磨损表面特征是机件表面有大小不等的结疤 图6-3 Al-Sn合金轴瓦的粘着磨损
❖ 粘着磨损多发生在摩擦副相对滑动速度小、 接触面氧化膜脆弱、润滑较差、接触应力大 的滑动摩擦条件下.
由于磨损试验结果很分散，所以试样数量要 充足，一般需有4～5对摩擦副，按试验数据的平 均值处理，分散度大时按均方根值处理数据。
Wear (mg h-1)
16
14
12
10864源自204060
80 100 120 140 160 180 200
Load (N)
Variations in wear vs. the load for PTFE composite coating (400 rpm)
有时还测量单位摩擦距离、单位压力下的 磨损量则称为比磨损量，常用磨损量的倒数或
用相对耐磨性（ε）表征材料的耐磨性。
标准试样的磨损量
被测样的磨损量
相对耐磨性的倒数亦称磨损系数。
磨损试验方法分为实物试验与实验室试验两 类。
实物试验的条件与实际情况一致或接近。因 而结果可靠性高，但试验周期长，又因结果是摩 擦副结构材料及其工艺等诸多因素的综合反映， 单因素的影响难以掌握与分析。
图6-5 粘着磨损系数K与接触压力的关系
影响粘着磨损的因素
脆性材料的抗粘着能力比塑性材料高
金属性质越是相近,构成摩擦副时磨损 也越严重 摩擦速度一定时粘着磨损量随法相力 增大而增大 法相力一定时粘着磨损量随摩擦速度 的增加先增后减 表面粗糙度影响
三体磨粒磨损
二、磨粒磨损
两体磨粒磨损
磨粒磨损又称磨料磨损或研磨磨损，是摩擦
加剧，机件快速失效。 该段的斜率就是磨损速率，为一稳 定值。实验室的磨损试验就是根据 该段经历的时间、磨损速率或磨损
图6-1 磨量损来量评与定时材间料的耐关磨系性示能意的图（。磨大损多曲数线） 工件均在此阶段服役，磨合得越好。 该段磨损速率就越低。
二、磨损的基本类型