摩擦和磨损张程煜.ppt

显微组织的影响 微观组织的影响 复合材料内增强相的排列方向、大小、弹性模量、相对硬度和脆性对磨粒磨损性能有明显的影响 合金成分的影响 C作为间隙元素能够提高材料的磨料磨损； 对于完全互溶合金(如Hf-Zr, Cu-Ni, 和Cr-V等)，磨损符合混合定则，有时由于结合键强度和晶格扭曲，会偏离混合定则。 晶体结构的影响 Alison结果：体心立方金属耐磨性低于六方结构金属的耐磨性； Steijn结果：在体心立方和面心立方金属表面的(001)晶面上，100方向的磨损大于110方向。 断裂韧性的影响 对于陶瓷等脆性材料，增加断裂韧性可有效改善材料的抗磨损能力。 ZrO2陶瓷材料的断裂韧性 对磨损速率的影响 磨料的影响 磨料的角度(由Archard公式给出)； 磨料的硬度； 磨料形状：圆形磨料的磨损小于尖锐棱角磨料的磨损； 磨料的韧性：韧性提高，磨损增大。 5 腐蚀磨损 定义：摩擦面与介质发生化学或电化学反应形成腐蚀产物，并在摩擦过程中被剥离出来而造成的磨损 包含两个过程：腐蚀和机械磨损，协同作用； 除在真空或惰性气体中，磨损过程中都会伴随腐蚀； 最常见的是氧化磨损。 ——张程煜 摩擦在人类文明的进展中发挥极重要作用； 早期人类的两个重要发现：摩擦生火、滚动比滑动更省力； 摩擦在人们日常生活和工业活动中发挥重要作用； It aids in starting the motion of a body, changing its direction, and subsequently stopping it. Without friction, we could not readily move about, grip objects, light a match, or perform a multitude of other common daily tasks. Without friction, most threaded joints would not hold, rolling mills could not operate, and friction welding would obviously not exist. Without friction, we would hear neither the song of the violin nor the squeal of the brake. —ASM Handbook. V18 Friction, Lubrication, and Wear Technology 摩擦消耗能量，对于运动物体需要不断补充能量才能维持运动 发达国家10%的能耗用于克服摩擦力 克服摩擦力做的功将主要转化为热能 摩擦还将导致磨损 为了减少摩擦产生的热和磨损，诞生了润滑 1 摩擦的概念 摩擦(广义)：动能逐渐损失的现象。 包括：内摩擦(内耗)、粘滞摩擦、表面摩擦和固体摩擦。 两个相互接触的物体或物体与介质在外力作用下，发生相对运动(或相对运动趋势)时，在接触表面上产生的阻碍作用称为摩擦； 阻碍相对运动的力为摩擦力F，方向为沿接触面的切线方向，与运动方向相反 摩擦系数μ=F/P，P为施加在摩擦面上的法向压力； 良好润滑轴承，μ为0.03；干摩擦，μ为0.5-0.7；洁净金属表面，μ可大于5； 步行时μ为0.2-0.3，冰面/鞋μ小于0.05； 按照两接触面运动方式，分为：滑动摩擦和滚动摩擦； 摩擦与表面状态有关 包括：表面硬度、表面粗糙度、表面洁净程度、表面偏析、重构、表面化学吸附和生成化合物 2 磨损 11.1 摩擦和磨损的概念 磨损：摩擦造成接触表面材料的损伤、消耗或者物质转移； 磨损和摩擦相生相伴 按照磨损机制(材料发生损伤并脱落)进行分五类 ①粘着磨损；②磨料磨损；③腐蚀磨损； ④微动磨损；⑤表面疲劳磨损(接触疲劳) 表面损伤的主要表现 表面微观组织变化： 相变、再结晶、退火和时效等 塑性变形：用局部或整个表面层的残余应变表征，整个表面发生应变体现在形状或尺寸改变 表面开裂：过大表面局部应变或反复机械或热导致的裂纹 表面物质损失或获得 表面腐蚀：与环境或与摩擦副发生化学反应 3 粘着磨损 定义：二粗糙表面局部接触，高局部应力破坏润滑膜或氧化膜，在摩擦力的作用下，表面温度升高，产生黏着，在剪切应力的作用下破坏。 AISI D1钢的粘着磨损表面的SEM图 同种金属粘着力可达材料强度；异种金属粘着力开始比较小，随时间延长，原子的扩散导致粘着力逐渐增加 接触表面在正应力和剪应力作用下，塑性材料表面发生塑性流动和材料的断裂，导致材料的混合 脆性材料不发生材料混合 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