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關于粘著磨損的簡要分析

來源:  發表時間:2015-05-26 10:15:44  點擊次數:

粘著磨損按磨損機理、磨損過程、影響因素等方面分別說明如下。

 

一、粘著磨損的基本原理

當兩個固體材料相互接觸時,接觸點處首先受到范德瓦爾斯力(長程力)的作用,互相產生吸引力。這個力是由接觸點分子或原子中電所分布的漲落引起的。如果假設固體表面的范德瓦爾斯力可以近似地疊加,那么兩個相對運動的表面中所包含的這種范德瓦爾斯力總和可以用下公式來表達:

兩固體表面相互貼臺時,接觸點將是一些比較高的接觸點,稱微突體,當承受很大壓應力,致使很多微突體發生塑性變形,這時接觸點間的范德瓦爾斯力就會顯示作用。事實上,在任何摩擦副之間只要當它們的間距達到幾個納米以下時就可能產生范德瓦爾斯力。

當兩物體間距小于1nm時,各種短程力也會發生作用,接觸點處就會產生強烈的短程交互界面鏈作用力(金屬鍵力、離子鍵力等)。這時,如果沒有表面膜存在,兩表面將通過原子間作用力發生粘著。當粘著表面相對滑動時,粘合點將被剪斷,便發生粘著磨損。

 

二、磨損過程

機件在磨損過程中受多種因家影響,比較復雜,故至今沒有比較成熟的計算磨損壽命的公式,但從現場觀測和實驗結果表明,一般零件的磨損過程其磨損量與工作時間或磨損路程有一定的關系(如圖1-13)。

1. 跑合(磨合)磨損階段

如圖1-13中的Oa線段。新的摩擦副由于表面粗糙,開始時真實接觸面積較小,由于相互運動摩擦,表面被磨得平滑,真實接觸面積逐漸增大,磨損速率減緩,進入穩定磨損階段。

2.穩定磨損階段

圖1-13ab段表示穩定緩慢磨損階段。此時由于摩擦時真實接觸面積增大,且在前段中金屬材料由于塑性交形而產加工硬化,使零件表面耐磨性提高。本階段是零件的正常運行階段,磨損率即曲線的斜率平緩。

3.劇烈磨損階段

b點以后磨損劇烈增大,配合精度喪失,溫度升高,出現振動和噪聲,最后導致零件失效。

因此,提高零件的使用壽命,應盡量延長穩定磨損階段。

 

三、影響粘著磨損的因素

1.載荷的影響

粘著磨損率在一定范圍內與載荷成正比。圖1-14表示鋼與鋼聯擦時磨損串與載荷之間的關系。超過此范圍加載就得到圖1-15a、b的結果。圖中表示不同硬度鋼的粘著磨損系數與硬度比值所丹和壓應力間的關系。當表面壓應力小于H/3(H為鋼的硬度)時,K值不變,即磨損量與裁荷成正比,當超過此臨界值后,K值急劇上升.磨損量也急劇增大。實際上,在高載荷下會發生大面積焊合與咬死。

不同金屬組成摩擦副其臨界載荷是不同的。例如,Q235鋼對青銅產生的粘著磨損的臨界載荷是170MPa,而對鑄造GCrl5鋼的臨界載荷是180MPa,對鑄鐵則是467MPa。

2.滑動速度對磨損的影響

當壓力固定不變時,粘著磨損隨著滑動速度增加而增大,當達到一極大值后,磨損機理發生改變,由粘著磨損轉變為氧化磨損,磨損率開始下降。

3.環境溫度對磨損的影響

在摩擦過程中歷產生的熱量會使摩擦副表面溫度升高,溫度越高,材料表面硬度越低,磨損率相應會增加,溫度升高后,界面潤滑油可能由于氧化、分解而變質、失去減磨作用,溫度升高還可能引起材料相變,再結晶等,使磨損發生更大的變化。

4.材料對磨損的影響

(1)配對材料的互溶性

互溶性大的材料,特別是相同的金屬或相同的晶格類型、品格間距、電子密度和電化學性能相近的金屬,互涪性大,容易粘著。一般來說與鐵基金屬抗擦傷性好的金屬有:鍺、銀、銦、錫、鉛、鉍、銅等。

(2)材料塑性和脆性的影響

脆性樹料比塑性材料抗粘著能力強,塑性材料接點的斷裂一般發生在離表面較深處,磨損下來的顆粒較大,而脆性材料破壞處離表面較淺,磨屑呈片狀。

(3)相結構的影響

多相金屬比單相金屑粘著的可能性較小,金屬化合物相比單相固溶體粘著的可能性小,金屬與非金屬組成的摩擦副比金屬與金屬組成的摩擦副粘著的可能性小。

(4)硬度對磨損的影響

硬度高的金屬比硬度低的金屑不容易粘著,當表面接觸應力大于金屬硬度的1/3時,很多金屬將由輕微磨損轉變為嚴重磨損,選擇材料相加工工藝時,應使材料表面硬度大于接觸應力數倍。

5.表面光潔度對磨損的影響

一般來說,提高摩擦副表面光潔度會提高抗粘著磨損,但過分提南表面光潔皮可能使潤滑油在表面上儲存能力下降,反而易造成粘著磨損。

6.表面膜對磨損的影響

大多數金屬表面覆有一層表面氧化膜。在輕載情況下,氧化膜能減輕摩擦與磨損。當載荷增大以后,氧化膜容易發生破裂,出現粘著磨損。氧化膜的性質也很重要,脆而硬的氧化膜,如Al2O3等非但不能防止磨損,反而加重磨損,只有堅韌并能牢固地粘附在基體上的氧化膜才有利于減少摩擦和磨損。

用油脂及固體潤滑劑(石墨、二硫化鉬等)在摩擦副表面形成一層表面膜,能減少金屬接觸點的數量并抑制接點生長。

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