材料的磨料磨损-课程作业一、摩擦和磨损的定义1 摩擦：阻止两物体接触表面发生切向相互滑动或滚动的现象。

也就是说，相互接触的两个物体有相对运动或相对运动的趋势时，在接触界面上出现阻碍相对运动的现象。

这就产生了摩擦。

2 磨损：相互接触的两个物体有相对运动或相对运动的趋势时，在接触界面上出现阻碍相对运动的现象。

也就是因摩擦而造成的物体的损耗。

3 磨料磨损：物体表面与硬质颗粒或硬质凸出物（包括硬金属）相互摩擦引起表面材料损失。

二、查资料讨论并举例说明生物材料的摩擦磨损特性生物材料通常有两个定义：狭义的生物材料是指天然生物材料，也就是由生物过程形成的材料。

广义的生物材料是指用于替代、修复组织器官的天然或人造材料。

生物具有适应环境的生物系统和生存本领。

他们精巧的结构和形态及一些难解的能力吸引了众多工程结构设计者和科学家的兴趣。

如：贝壳和螺壳。

它们长期生活在水中。

受到水沙浆的自由式磨料磨损。

它们的硬壳有的呈现规则的纵向棱纹凸起；有的凸起呈现扇形分布；在每个纵向棱纹凸起处，有若干个横向的规则的波形变化，整体上呈现规则的纵横变化的几何表面形态。

可能是一种表面耐磨形态。

另外还有土壤中的动物，如蜣螂，它的外观形态类似于水磨石地面结构，体表有一定的弹性，在外力的作用下，体表可以发生弹性变形。

突起部位承受着土壤的挤压和摩擦；凹陷部位易集留空气，可以减轻大气负压，从而降低土壤的摩擦。

三、对比论述滑动磨料磨损机理和变形磨料磨损机理磨料磨损机理就是研究磨料颗粒与材料表面相互作用过程的物理化学变化规律，当然包括磨损系统中各参变量变化对磨损持性的影晌规律。

在进行机理研究时，通常是把复杂的自然现象或系统分解成几个主要过程，分别研究它们的规律及现象的本质，综合主要影响因素的规律，提出物理模型，并用数学式给以定量的表达。

能够最直接地反映磨料颗粒与材料表面相互作用过程特性的有三个方面：1 磨损表面形貌特征2 磨屑材料组织结构的变化3 亚表层中材料组织结构的变化采用扫描电镜观察。

滑动磨损：1磨损过程：磨损表面以形成磨沟，沟槽为主要特证；2硬度对耐磨性有好处；3磨屑为卷曲状和碎片状。

有两个原因：其一是材料的切削抗力。

韧性材料可能被撕裂也可能很容易剪断。

另一个是变形热造成的。

磨损热可以达到使磨屑融化的温度。

形成融化状磨屑。

2 磨屑组织结构变化磨屑发生塑性变形，产生变形热。

和摩擦产生是热量总成为磨损热。

滑动速度不同，其金相组织会发生不同的变化。

不同原始组织样品在磨损过程中所形成磨屑内部组织转变是不同的，磨损表面的组织转变也不同。

3亚表层组织的变化可能的变化有：变形硬化，回复再结晶；回火软化或退火；相变；产生绝热剪切层或非晶态层。

1产生冷作硬化层，即应变硬化层。

这里面变形热也产生影响。

采用常规冷作硬化方法不能有效提高耐磨性。

2磨粒切削材料时裂纹的扩展。

若冷作硬化后，且硬化层较厚时，则可减轻切削磨损作用。

变形磨损：磨损过程：1表面形成麻坑；2应变疲劳强度对耐磨性有好处；3磨屑呈扁薄片，片边缘都已经开裂。

变形磨损的研究比较少。

四、试论述磨料磨损的影响因素和提高磨料磨损耐磨性的途径对材料的耐磨性或是磨损发生过程中影响最大的因素应从两方面分析。

1、材料的组织和由组织所决定的性能；2、磨料特性和磨料与材料相互作用时的接触应力、接触时相对运动速度、环境介质等外部参数。

一、材料组织的影响材料的显微组织对材料磨料磨损过程特性的影响是个复杂而重要的问题。

材料的成分和处理工艺决定了材料的组织和机械性能。

同种材料并采用相同的处理工艺在相同的工况条件下，可能表现出不同的耐磨性。

这又与生产厂的冶炼、铸造技术水平有密切关系，零件寿命可能相关30％以上。

目前还没有总结出材料的组织对耐磨性的影响规律。

但是目前生产中选用耐磨材料的方法是“硬度高则耐磨性好”。

当然这也是需要一些条件的。

不同材料在不同工况下的耐磨性能是很不同的。

要根据具体工况条件选用材料，不能不加分析的按照一个固定模式选材。

二、材料性能的影响在建立一些参数与耐磨性相关关系时，仅发现材料硬一些则耐磨性好一些，其它的性能与耐磨性仅在很窄的范围内有一定的关系，有的甚至没有明显的关系。

就硬度这个参量与耐磨性的关系来说，也有很多例外。

1 材料硬度对耐磨性的影响试验证明，材料的相对耐磨性和材料的硬度成正比。

2 材料磨损表面硬度对耐磨性的影响金属材料经过磨料磨损后，它的表面硬度都有所提高。

只要最高磨后硬度相等，其相对耐磨性也是相同的，和原始硬度无关。

3 材料硬度与材料硬度比值对耐磨性的影响当磨料的硬度比材料的硬度高得多时，材料的磨损率几乎相同。

金属材料的相对磨损并不随磨料的硬度而增加。

这时磨损率只决定于材料本身的硬度。

4 材料磨后硬度与磨料硬度比值对耐磨性的影响英国的Richardson用另一种试验方法，得出与上述相似的结论。

他认为金属材料经过变形而可能获得的最高硬度与磨料硬度的比值是判断材料耐磨性的较好参量。

5材料的断裂韧性对耐磨性的影响美国对此项做了试验。

遗憾的是，材料的平面应变断裂韧性与材料的滑动磨料磨损的耐磨性没有明显的对应关系。

从已发表的文献看出，金属材料的断裂韧性与它的耐磨性没有明显的关系。

这与磨损过程的动态特性有关，特别是温度的作用。

局部微区的裂纹扩展与宏观慢速的平面应变断裂韧性是有很大区别的。

这是没有明显关系的主要原因。

6材料的低周疲劳特性对材料耐磨性的影响：反复塑性应变所造成的材料破坏称为低周疲劳，或称塑性疲劳或应变疲劳。

三、磨料特性的影响1磨料颗粒形状的影响在滑动磨料磨损过程中的主要机理是显微切削，磨料颗粒像刀具那样的切削金属材料面产生磨屑。

只不过磨粒的棱角没有刀具刃口那样锐利。

磨料颗粒棱角的不同，在载荷作用下刺人材料表面的深浅不同；在滑行过程中磨损机理的不同(是切削还是犁沟变形)，都会使材料的磨损率不同。

2磨料硬度的影响40年代有人已做了大量的实验，证明磨料硬度和材料硬度比值与材料磨损的关系。

R.C.D.R.Chardson又进行了磨料硬度与材料磨后最高硬度比值的研究。

这都说明磨料硬度对磨损造成影响的重要性。

3磨料粒度的影响许多研究者发现存在着一个磨料的临界尺寸，当载荷较小时(名义接触应力较低时)，比临界尺少小的磨料粒度与材料的磨损率有着明显的依赖关系。

当磨料粒度超过这个临界尺寸，则材料的磨损率不随磨料粒度增加而增加。

在某些情况下，当粒度小于一定值时，材料的磨损趋于零，这说明在某些“粉磨”过程中，材料的磨损是可以忽略不计是。

当载荷较大时，小于临界尺寸的磨粒对材料造成更大的磨损；大于临界尺寸的磨粒对材料造成的磨损也随载荷的增加以一定斜率增加，载荷越大斜率愈大。

4磨料的运动方式对材料磨损的影响磨料与材料的运动状态可以分为滑动、滚动和冲击磨损等。

根据磨料本身的运动状态可以分为固定磨料、半固定磨料和自由磨料磨损等。

四、载荷、速度及介质。

环境条件的影响1 载荷的影响根据磨料磨损简化模型“磨损体积的大小与载荷成正比，与材料的硬度成反比”，所以裁荷增加使材料可由轻微磨损转变为严重磨损。

2 滑动速度的影响滑动速度改变磨损热，而磨损热对材料的影响是不同的。

3 介质、环境条件的影响许多易磨损件是在水或带有一定酸碱度的液体及在一定温度条件下工作的，腐蚀作用加速了磨损；磨损产生的新鲜表面又促进了腐蚀作用。

腐蚀磨损联合作用问题研究的还较少。

化学作用、电化学作用问题更不清楚。

一般有腐蚀作用条件下的材料应添加一定量的铬元素，添加量要根据实际工况条件而定。

提高磨料磨损耐磨性的途径可以从材料和处理工艺两方面来考虑。

根据对零件磨损过程的系统分忻以及磨损零件的失效分析以后，我们对零件磨损的原因、影响因素及磨损类型、选材基本方向有了认识。

下一个步骤就要根据现有的资料、知识以和经验对材料和工艺的选用进行方案初选。

1 耐磨材料的优选要考虑材料的很多特性：硬度、材料组织、材料性能。

另外还要考虑载荷、速度和介质。

耐磨材料的选择要根据以下几个基本准则：适用性、可得性和经济性。

目前在材料选择上已经积累了很多的经验。

根据实际使用条件和失效分析，可参考有关手册。

2 处理工艺的优选五、介绍2种磨料磨损试验机，说明其工作原理和功能1 微观摩擦学试验机(设备型号：UMT-2 )生产厂家：美国Center for Tribology公司主要功能：可用于研究金属、陶瓷、塑料、复合物、涂层等的摩擦学行为，此外，还可用于做刻划试验。

可根据需要设定或采集载荷、速度、时间、摩擦力、摩擦系数、磨损深度、电阻、电容、扭矩等一系列参数。

该设备有两个传感器，分别为FM-0.5（0-5N）和DFH-10（0-100N），可实现三种运行方式，即旋转式（销-盘式）、往复式和环块式。

对于欲采集的参数，设备能够实时记录，并以图形文件和文本文件形式存储。

图1 微观摩擦学试验机工作原理：试验机主要由测试单元和控制单元两部分组成。

测试单元的上部有垂直和侧向的定位移动系统，它由电机驱动控制上部测试样品的上下左右位置和法向压力的加载。

安装在定位系统上的力传感器能感应并测试出法向压力和摩擦力，从而计算摩擦系数。

它也作为垂直定位系统的反馈用以保证测试过程中法向压力的恒定。

安装在压力传感器和上部样品夹之间的弹簧悬挂装置能使上部样品在测试过程中顺应下部样品高度上的变化，以保证测试精度。

测试单元的下部是下样品台，它由动力驱动，根据不同的运行方式可以实现下部样品的旋转和往复运动。

控制单元主要通过计算机软件对测试过程及参数设置进行自动控制，可以实现实验数据的获得、计算和实时显示，并以图形文件和文本文件的形式存储。

2 JMM型转盘式磨料磨损试验机主要功能：该机属于两体磨损类型。

它可以很好地模拟犁铧、犁壁、耙片等农业机械触土部件在田间的耕作情况。

工作原理：试验机采用三相异步电动机驱动，回转盘使用电动机功率10KW，额定转速1450r/min,输出电压380V，二级减速器的总速比为1：36，电源经变频调速器（型号：MICROMASTER Eco）与电动机相连。

试验过程中，可用变频调速器调节电动机电源频率，来达到调节电动机转速的目的。

试验机的核心部分是转盘、压紧轮、松土铲和试样安装支架。

松土铲可将经过样件后的磨料翻松，再经过压紧轮压实，以保证转盘内的磨料在每转经过样件的表面时的坚实度基本保持不变。

运动支架上可同时安装四个试验样件，并可以实现间歇换位，使四个试样依次轮换进行磨损试验。

在试验过程中，试样埋入磨料中的深度以及与磨料的运动方向的冲击角固定不变。

试样换位后相对于机架固定不动，而由回转盘旋转带动磨料做回转运动，从而实现样件表面和磨料颗粒间的相对滑动，从而达到模拟土壤在触土部件表面运动的状态。

六 犁壁和犁铧的工作条件及基于耐磨性的材料选择依据犁铧和犁壁是铧式犁主要的工作部件中的重要部件。