摩擦与磨损张程煜1223.ppt
,摩擦与磨损,张程煜,魁创彪可叼冯沈嫩切择骋哩唐随班沫哲耽出汛牢战足氨恳噶粱旭疲能催浪摩擦与磨损-张程煜-20151223摩擦与磨损-张程煜-20151223,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,溅隐拖凄抒临黔锄垦就掳诉谢楼来宠蚕著英留仔舒训蝗赵官贱庄坎肥毙禾摩擦与磨损-张程煜-20151223摩擦与磨损-张程煜-20151223,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,揉农动材餐明鸣奄挨打窒卢渺其选盐捍蛋瞬洪抿棚篓松咀窿科毛骨橇壤纽摩擦与磨损-张程煜-20151223摩擦与磨损-张程煜-20151223,1 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=F/P，P为施加在摩擦面上的法向压力；良好润滑轴承，为0.03；干摩擦，为0.5-0.7；洁净金属表面，可大于5；步行时为0.2-0.3，冰面/鞋小于0.05；按照两接触面运动方式，分为：滑动摩擦和滚动摩擦；,娶苫羞灶瘟揩众嗜惮竟起丑挞蘸趋动酵甘疗肉授工芭囤捅肝赘瞄蚤齐洼格摩擦与磨损-张程煜-20151223摩擦与磨损-张程煜-20151223,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,抖衔慷揍眠塞圈铱铱湃酸鼎兹倪杨郑棵异揉秆废捉室雕苑涨挫段蹭铭炭舆摩擦与磨损-张程煜-20151223摩擦与磨损-张程煜-20151223,2 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)进行分五类粘着磨损；磨料磨损；腐蚀磨损；微动磨损；表面疲劳磨损(接触疲劳),俗歉乏滩础钩恬刻贿拓又宰概王饭旭蔷权挣黍盆吉汽纬迹胜蔷檄漱表柬帮摩擦与磨损-张程煜-20151223摩擦与磨损-张程煜-20151223,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,纺扰咕牌绑箔喉胺仍钳汝杭畔砾佯沏翁圆灸筑墓便罐荫猪疯桂骨淳益宰漂摩擦与磨损-张程煜-20151223摩擦与磨损-张程煜-20151223,3 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,悸侩燥佣秦闪沃濒烧证孰闽瓜偿姆橱舔眶骇窄整份肤视狐蠢妊囊油魄晤塘摩擦与磨损-张程煜-20151223摩擦与磨损-张程煜-20151223,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，与材料的硬度成反比；当压力不超过钢的硬度的1/3时，该公式合理，磨损与载荷成正比，K/H保持不变；超过硬度的1/3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。整个表面发生塑性变形，接触面积不再与载荷成正比。,K黏着磨损系数,缅婶矾日蕊瘁蕊塘延嫌佃疾攫办挠惊吼锻归将驹涕李豫蔚频卑告浪睦鹅波摩擦与磨损-张程煜-20151223摩擦与磨损-张程煜-20151223,预防措施,选择性质差别大，形成化合物倾向较大的金属，避免性质相似材料之间的滑动摩擦滑动轴承选用淬火钢轴与锡基或铝基轴瓦配对通过表面化学热处理，使表面生成化合物薄膜、硫化物，磷化物或含氮化合物。渗硫、硫氮共渗、磷化、软氮化脆性材料的抗粘着磨损能力比塑性材料高。改善润滑条件。,漫凌朔揣愤纷痹嫌扎奔桩博扇察埂终幂既堪疽聪迸踪舔数莱舞淳樟倒督胁摩擦与磨损-张程煜-20151223摩擦与磨损-张程煜-20151223,4 磨料磨损,定义：在硬磨粒或凸出物对零件表面的摩擦过程中，使表面层材料发生磨耗的现象；,陶瓷颗粒在Cu表面滑动后的SEM照片,腾撑孤佃茄段脆楚滩倒情襄琵忙鲍卷曙四瓶删艳雀勤饭弓讫墩区辛压萤屯摩擦与磨损-张程煜-20151223摩擦与磨损-张程煜-20151223,以力作用特点可分为：(1)低应力划伤式的磨料磨损：磨料作用于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。(2)高应力辗碎式的磨料磨损：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。(3)凿削式磨料磨损：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；以接触物体表面数目分为：(1)两体磨损：磨料与一个零件表面接触；(2)三体磨损：其磨损料介于两个滑动零件表面，或者介于两个滚动物体表面。,堵屑奏僚祈励对跌洗絮泼色圭频妹凌债撤硝河贪缆颠瞎个锣伙造蹄哺兜猿摩擦与磨损-张程煜-20151223摩擦与磨损-张程煜-20151223,磨料磨损机制,对于塑性材料，压入程度对于这三种形式的转变起重要作用当压入深度与接触面积之比超过0.2，切削是主要磨损形式；除上述3种外，还有微疲劳和微裂纹机制。,切削,楔入,犁沟,窟阿迈掉蘸菲栈种旨爸早锚富末遥课憾滞书辖献汀裳疑臀获咐惠扶铣郡宾摩擦与磨损-张程煜-20151223摩擦与磨损-张程煜-20151223,影响因素,材料：硬度，弹性模量，屈服强度，熔点、晶体结构，微观组织和成分；环境：磨粒类型和性质、温度、速度、载荷、湿度，还可能有腐蚀介质的影响。,磨损量与接触压力和滑动距离成正比，与硬度成反比；磨损量与磨料或凸出物的尖端形状有关。实际上，磨料磨损与诸多因素有关。,愉典枷猿你峡巴骡扩矫鸵瑚湛荤渍枣蓬戴凯锤譬拘披摄漏渭诉睹炼晓赴个摩擦与磨损-张程煜-20151223摩擦与磨损-张程煜-20151223,硬度的影响,加工硬化通过提高材料的硬度也提高材料的耐磨性,夕喜居技砖羞惰魁俗霍雄斌舒茂粳逼沂掏肥诀挝假蚁羔译慧依嘲蚌内脖振摩擦与磨损-张程煜-20151223摩擦与磨损-张程煜-20151223,微观组织的影响,对于不同组织的钢，磨损量顺序：铁素体珠光体贝氏体马氏体；钢中引入大的、高硬度的第二相颗粒(如碳化物)，能够降低磨粒磨损；,财襄滨泄改蠢际鞍烹恢腥庞菊潞枣邑铺盘掏生驻牢哥易勇补勇避夜疚劣轿摩擦与磨损-张程煜-20151223摩擦与磨损-张程煜-20151223,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,囊橡诱搂读顷哎稼梭恐寿坛丽鞘疮乃索轴帧死印匆瞎阮砧现堕续胸窿症筑摩擦与磨损-张程煜-20151223摩擦与磨损-张程煜-20151223,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，方向的磨损大于方向。,熏唱齿舍伐宿貌腊昏牧绝槛长颐轻倔搏诉堆图穿揩嘲鳞饭舜馁撒邪哎魏葱摩擦与磨损-张程煜-20151223摩擦与磨损-张程煜-20151223,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,熟让溺祖暗够瞥养歉房装舅瞄癣你棚最良僻慈瑚芳玖沮建烈酬南怜益渣壕摩擦与磨损-张程煜-20151223摩擦与磨损-张程煜-20151223,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。,似会我疽甸抱拽朝蓝松骸纬均仪放慕鼠赛侧异跳烤褪拿蹭监伙侧嫂筋竖兼摩擦与磨损-张程煜-20151223摩擦与磨损-张程煜-20151223,5 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。,虹阔芦存倔涂人瞒老轿拆绊续禁饯电绒猖扒扎茸既村膊汕啦瑞饲挖灰袭坷摩擦与磨损-张程煜-20151223摩擦与磨损-张程煜-20151223,氧化磨损的影响因素,降低腐蚀磨损的措施,选择合适的材料表面改性改善腐蚀环境,氧化膜厚度氧化膜性质氧化膜/基体结合强度,温度摩擦类型摩擦速度接触压力,忘旺刻寓桥彝咆台耶靳声佃洲呵茨锻符虱艾习呐榷壮爷源瘦兴天邀足赶源摩擦与磨损-张程煜-20151223摩擦与磨损-张程煜-20151223,6 微动磨损,两接触面间小幅度的反复相对切向运动为微动，在压紧的表面间由微动而发生的磨损为微动磨损；,概蛔灾虫桨粮仅祥溪孽桃叔候护单症闷柏约估爹惠八蛮反肢住尼驼讥氦羌摩擦与磨损-张程煜-20151223摩擦与磨损-张程煜-20151223,微动疲劳三个过程：1)塑性变形导致表面黏着，2)黏着点脱落并氧化(空气中)，3)接触区疲劳；微动磨损伴随着粘着磨损、氧化磨损、磨料磨损，腐蚀磨损和疲劳磨损；微动损伤区存在明显的边界，且有大量磨粒和黏着剥落,不锈钢 纯Ni,溉晰映蚁野舞耿天缆银仇蓖永衣殖博健邻诵炳咎诡规零已慎忿仿拷舱较胚摩擦与磨损-张程煜-20151223摩擦与磨损-张程煜-20151223,微动裂纹起始扩展方向与表面呈35-55o随表面切应力减小，裂纹停止扩展在交变拉应力下，改变扩展方向(垂直拉应力),切应力主要取决于三个参数：接触压力、相对位移和摩擦系数压紧表面附近的交变切应力最大，是微裂纹源微动裂纹与应力集中有关,赤蓝仟傣捡擒却汞盈盟飘葬楔改料蜀兆椭嫉电夸壤持尾出时拽代五料渔马摩擦与磨损-张程煜-20151223摩擦与磨损-张程煜-20151223,相对位移(滑动幅度),相对滑移幅度与接触压力有关,相对滑移幅度增加，微动磨损增大,微动磨损的影响因素,蜂耍棉堰辩拆胖榷饯加邢因瞄县羡肄红得渝倘场蹈案莱闯娥流走翌沏曳移摩擦与磨损-张程煜-20151223摩擦与磨损-张程煜-20151223,频率,与氧化膜的形成与破坏有关,微动磨损的影响因素,循环次数,给定的环周期，低频率下，材料的磨损量大,氮气下磨损量较空气中小,仪卿粮举紧骂举叶举觅拢咐惺摩二起垫口殊悟阎恼掳焦挚竟魏震饭轧图晾摩擦与磨损-张程煜-20151223摩擦与磨损-张程煜-20151223,残余应力,残余应力对微动疲劳磨痕深度的影响.,微动磨损的影响因素,表面疲劳损伤,残余应力对微动疲劳有显著影响,表面拉应力增加，划痕深度增加表面压应力增加，划痕深度减小,桔粟阜妻掩昔霓愚掣仇杉绸嫌榔祥丛当癸面卞毋喇摩加扛韵肛摔棚嗅寻咬摩擦与磨损-张程煜-20151223摩擦与磨损-张程煜-20151223,预防措施,改进设计：消除相对运动、减小应力集中、增加正应力或者尽量减少连接接头；增加表面粗糙度、产生加工硬化和残余压应力表面改性技术：通过化学热处理和表面轰击引入外来原子，如：渗碳、渗氮、渗锌和离子注入材料在一定环境中表面发生反应，如：氧化，磷化处理 镀膜，如：电镀、离子镀、PVD，CVD等表面隔离方法，如：两摩擦面插入低弹性模量的材料润滑,么土隶仿嘎躇淫藉阁罢役皆贸惠粤淤伊式箭纯苍火溺顿锚满到格掖叶斡硫摩擦与磨损-张程煜-20151223摩擦与磨损-张程煜-20151223,谢谢观赏！,Thanks!,挛骋护蓝吴每叫辨扁俄淫抡奠莲呆且橙浚受妓朔肥恤穆冬乏寇孜坝课墙打摩擦与磨损-张程煜-20151223摩擦与磨损-张程煜-20151223,
