第五章 减摩耐磨及摩阻材料课件.ppt

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1、第五章 耐磨、减摩及摩阻材料,1,PPT课件,一、概述摩擦副的摩擦与磨损，是影响机器设备的工作效率和使用寿命的主要因素。根据摩擦副不同的工况条件(速度、负荷、温度、介质等)和使用要求，从摩擦学的观点研究分析摩擦副材料的摩擦、磨损特性，分别采用不同的耐磨、减摩或摩阻材料，以确定相应的材质选配。,2,PPT课件,例如：在农业机械、工程机械、矿山设备，摩擦副材料应有高的耐磨性。各类轴承、齿轮、蜗轮运动副、机床导轨等要求摩擦副材料有低的摩擦系数和高的耐磨性。运输和工程机械(如汽车、火车、拖拉机、飞机、起重机、提升和卷扬机等)，制动摩擦副材料应有高而稳定的摩擦系数和耐磨性。,3,PPT课件,二、耐磨材料

2、1、材料耐磨性的定义 材料的耐磨性通常是指在一定的工况条件下，摩擦副材料在摩擦过程中抵抗磨损的能力。材料的耐磨性离不开工况条件(速度、载荷、温度、介质等)。同一种材料，在不同的工况条件下其耐磨性相差很大。如，高锰钢。高硬度的材料具有好的抗磨料磨损性能，而在交变接触应力作用下抗疲劳磨损的能力却不好。材料的配对、摩擦副的结构形状、磨损的形式、维护条件等的不同，其耐磨性也不相同。*因此，可以说并不存在一种材料，它在各种情况下都是耐磨(或减摩)的。材料的耐磨性是有条件的，也是相对的。,4,PPT课件,2、 材料耐磨性的评定指标：(1) 磨损量：磨损的大小用磨损量表示，表面被磨损的高度h、被磨损的体积V

3、、被磨去的重量G或质量m表示。(2) 磨损率：由于磨损是一个过程，由此通常判断材料磨损的快慢程度，常采用移动单位距离产生的磨损量表示，称为磨损率。,a. 线磨损率KL：单位滑动距离摩擦表面法向尺寸的减少量。线磨损率是一个无量纲的量，用表面法向尺寸变化表示磨损率，即：,5,PPT课件,b. 体积磨损率KV ：单位滑动距离摩擦表面体积的减少量。用磨损体积V表示磨损率，即：c. 重量磨损率KG ：单位滑动距离上，每单位面积摩擦表面重量的减少量。用磨损的重量G表示磨损率，即：单位为kg/(m2s2)，式中Aa为名义接触面积。d. 质量磨损率Km ：单位滑动距离上，每单位面积摩擦表面质量的减少量。用磨损

4、的质量m表示磨损率，,；单位为m2,；单位为kg/m3,6,PPT课件,(3) 耐磨性E：耐磨性E为磨损率的倒数。对于线磨损率，耐磨性表示为：对于体积磨损率，耐磨性表示为：对于重量磨损率，耐磨性表示为：(4) 相对耐磨系数：在同一试验条件下，标准材料试样的体积或线磨损量hs (或磨损率) 与被测材料试样的体积或线磨损量h (或磨损率) 之比：,7,PPT课件,3、耐磨材料的选择原则：一种材料对不同类型的磨损，具有不同的耐磨性，因此，在选择耐磨材料时，首先应了解磨损类型。例如： 以疲劳磨损为主的零件，由于它的磨损与裂纹的形成和扩展有关，因此，材料的设计应当考虑其具有较好的组织连续性和具有抗裂纹扩

5、展能力，要尽量减少钢中的夹杂物。 以磨料磨损为主的零件，一般是提高材料的硬度来提高它的耐磨性，但在承受载荷和冲击较大的情况下，则应首先考虑其韧性，然后才考虑其硬度。 以腐蚀磨损为主的零件，一般要求材料具有良好的抗腐蚀性能。,8,PPT课件, 以粘着磨损为主的零件，其主要选用原则为：a.材料的脆性特征；b.材料的不互溶性特征；c.材料的组织不连续特征： 由于多相金属的组织不连续，相互吸附力小，有利于控制粘着磨损的发生和扩展，故多相金属比单相金属的抗粘着磨损能力高。,9,PPT课件,4、常用的耐磨金属 一种材料对不同类型的磨损，具有不同的耐磨性，因此在选择材料时，首先应了解磨损类型。,(1) 高锰

6、钢成分：碳1.2，锰12.5。特点：既硬又韧的钢种；只有充分加工硬化才具有优良的耐磨性。缺点：导热性差，热膨胀系数较大，无磁性；易于加工硬化，切削加工困难；屈服强度较低，工作中易变形。,10,PPT课件,(2) 低合金耐磨钢 高锰钢在冲击载荷不大的情况下，由于其加工硬化不够，耐磨性并不高。而低合金钢在这种情况下，显示出更高的耐磨性。 低合金钢具有仅次于高锰钢的高韧性，如果合理选择合金成分和热处理方法，能够获得比高锰钢还高的强度和比较深的表面硬化层，其适用范围较广泛。 在耐磨粒磨损方面使用的低合金钢有中碳铬锰硅钢和高碳铬锰硅钢，其化学成分一般为Cr 1-3%, Mn 1%, Si 1-3%。,1

7、1,PPT课件,(3) 石墨钢 石墨钢综合了钢和铸铁的优点，既有良好的耐磨性，也有较高的机械性能和较好的铸造性能，其化学成分一般为碳1.25-1.45，Si 1-1.25，Mn 0.3-0.5。 在低应力的磨料磨损条件下，石墨钢比高锰钢的耐磨性好，且成本低。但它的导热性差，在热应力高的情况下会发生热裂。,12,PPT课件,(4) 耐磨铸铁机械性能不及钢，但含有石墨，具有一定的耐磨性和减磨性，且成本低，可用于对减摩、耐磨要求不高的场合。各种合金白口铸铁，常用的有高铬合金白口铸铁(含Cr15-30)、镍硬白口铸铁(含Ni 3.3-5)、钨系白口铸铁等。高铬合金白口铸铁，具有良好的抗磨粒磨损能力。但

8、合金元素含量高，成本较高；其韧性较普通的白口铸铁和镍硬白口铸铁高，但比高锰钢和低合金耐磨钢却低得多，因此不能用于受强烈冲击载荷的零件。,13,PPT课件,三、减摩材料1、减摩材料的基本要求：(1) 低的摩擦系数；(2)较好的耐磨性、抗粘着性和磨合性；磨合性：零件在试运行期间(磨合期)，磨合性越好，所需磨合的时间就越短、磨损量越小，磨合后表面耐磨性好。,14,PPT课件,(3)良好的顺应性和嵌合性；顺应性: 材料的表层通过弹塑性变形，对制造误差、受载变形和表面租糙度的适应性能。嵌合性: 表示将外部杂质和硬颗粒嵌入摩擦表面而不外露以防擦伤对偶表面，影响性能。 通常，硬度低、塑性好和弹性模量低的材料

9、，其顺应性和嵌合性也较好。(4)足够的强度；(5)导热性好、热膨胀系数小、抗腐蚀好，与油膜的吸附能力强。,15,PPT课件,2、常用的金属减摩材料(1) 巴氏合金： 巴氏合金是最早应用于滑动轴承上的减摩材料，它是以锡或铅为基体的软合金，因主要用于轴瓦，也称轴承合金。按组成的主要元素分，有锡基和铅基两类。a.锡基轴承合金： 锡基合金的硬度较低(HB13-32)，熔点也较低(240-320 C)，当温度升高时，合金表面软化，起着润滑的作用，而且磨合容易。 锡基轴承合金有良好的减摩性能，具有摩擦系数和膨胀系数小，塑性和导热好等优点，但疲劳强度低。,16,PPT课件,b.铅基轴承合金 铅基合金以铅为主

10、，含有适量的锑(10-18)和锡(0-20)。特点：成本低，高温强度好，亲油性好，有自润滑性，适用于润滑较差的场合。但机械强度、耐磨性、导热性不及锡基合金，可用于载荷不大和转速不高的场合，如汽车、拖拉机曲轴的轴瓦等。,17,PPT课件,(2) 铝基轴承合金：特点：比重小，导热性好，疲劳强度高和耐磨性好，且原料充足，价格低廉。但热膨胀系数大，抗粘着性、嵌合性与顺应性较差。目前应用的有铝锑镁轴承合金和高锡铝基轴承合金。 铝锑镁轴承合金适用于载荷不超过20 N/mm2及滑动速度不大于10 m/s的滑动轴承。高锡铝基轴承合金适用于裁荷达28N/mm2，滑动速度在13 m/s以下的滑动轴承。,18,PP

11、T课件,(3) 铜基轴承合金： 用作减摩材料的铜基合金主要：锡青铜和铅青铜。特点：锡青铜的机械强度较高，减摩性和耐磨性也较好，适宜于制造重载轴承。铅青铜的承载能力和疲劳强度高，能在250C以下的温度正常工作，但顺应性和嵌合性较差，也不耐磨蚀。,19,PPT课件,(4) 铁基合金： 铸铁的机械性能远不如钢，但由于铸铁组织中含有大量的石墨而具有良好的减摩性，故在轻载低速的轴承中应用比钢广泛。 铸铁的减摩性与石墨的形状有关，球状和厚片状石墨比薄片状石墨耐磨，同时组织中应含有少量游离的渗碳体。,20,PPT课件,(5)粉末冶金减摩材料：金属粉末与具有减摩性的非金属固体粉末，按一定比例混合压制成型，经烧

12、结和整形后得到的有多孔性组织的材料。用浸渍方法使空隙中充满润滑油，可成为一种具有自润滑性能的减摩材料，如含油轴承。这是一种具有自润滑、减摩及耐磨并有吸振作用的减摩材料。,21,PPT课件,3、常用的非金属减摩材料：,很多无机和有机材料都具有减摩性能，可用于在干摩擦或边界摩擦条件下工作的摩擦副，其中应用较多的是高分子聚合物和各种工程塑料。(1)有机非金属材料：主要是各类工程塑料。,22,PPT课件,23,PPT课件,(2)无机非金属减摩材料a.石墨： 六方晶系晶体，层状结构，层内碳原子以牢固的共价键相连，各层之间距离较大，碳原子以微弱的范德华键相连，各层间易被剪切而发生滑动。自润滑性能与环境条件

13、密切相关，在潮湿大气中，能吸附空气中的水蒸汽，降低摩擦系数，在干燥条件下，减磨性能较差，不适宜用作真空或干燥条件下工作的减摩材料。导电、导热和热稳定性很好，用作高温润滑剂及电接触材料。,24,PPT课件,b.二硫化钼：层状结构的六方晶体， 晶体内两层硫原子中间夹一层钼原子，层内原子以共价键结合，层层间以范德华键结合，易发生层间滑动。 硫原子与金属表面的粘着结合力相当强，能形成一层牢固的润滑薄膜，承载能力大于石墨。 在潮湿环境中表面化学活性易发生变化，在晶体表面形成无定形硫，同时在晶体活性棱面上形成氢键，阻碍晶体发生滑动，增加摩擦系数。因此，二硫化钼在干燥条件下，具有优良的减摩性。,25,PPT

14、课件,四、摩阻材料1、定义： 摩阻材料又称制动材料或刹车材料，是用于各种运输工具及各种机器设备的制动器、离合器和摩擦传动装置上，摩阻材料的性能直接关系到部件的工作能力和可靠性。,26,PPT课件,2、对摩阻材料的基本要求有：具有高而且稳定的摩擦系数。摩擦系数基本上不随外界条件的变化而变化；有良好的耐磨性，不易划伤摩擦配偶件的表面和发生严重的粘着；磨合性好，在摩擦过程中噪音、振动小；具有良好的物理、机械性能。摩阻材料工作时，因摩擦系数高，发热量大，故要求摩阻材料具有良好的导热性，大的热容量，而且有一定的高温机械强度；制造工艺简单，成本低，材料来源充足。,27,PPT课件,3、常用摩阻材料（1）金

15、属基摩阻材料： 铸铁、钢、青铜和粉末冶金摩阻材料等。金属基摩阻材料的特点：强度高，不易破裂，对水的侵入不敏感，但温度上升时，摩擦系数下降快。 其中粉末冶金摩阻材料应用最广，发展最快，其特点是具有高且稳定的摩擦系数，良好的耐磨性，许用压强高，热稳定性好。缺点是噪声高，脆性大。主要用于重载交通工具和工程机械的制动器和离合器。,28,PPT课件,粉末冶金摩阻材料由金属基体、减摩成分和增摩成分三部分组成。金属基体有铁粉和铜粉两类。减摩成分由低熔点金属(铅、铋、锑)、非金属固体润滑剂(石墨、二硫化钼)等混合而成。加入这些成分虽提高了材料的耐磨性，但使摩擦系数减小，强度降低。增摩成分由一些高熔点金属粉末(

16、如铬粉、钼粉)、金属氧化物(氧化铁，氧化铝，氧化铬等)、氮化物(如氮化钛)、碳化物以及非金属材料(如石棉、二氧化硅等)组成。,29,PPT课件,（2）非金属基摩阻材料：主要以石棉为基体，添加调节摩擦性能的填料，再用粘结剂在热压模具内压制成型。它包括以下几类：a.石棉摩阻材料： 基体骨架为石棉，熔点高、摩擦系数大、机械强度良好、硬度适中，与粘结剂有强的吸附力。石棉在摩阻材料中的含量一般在30-60%之间。 根据摩阻材料对摩擦性能的要求，加入的填料成分有的起增加摩擦系数作用，有的起降低摩擦系数作用。,30,PPT课件,作为减摩剂的有： 二硫化钼、铅、锡、硫酸钡等。起到提高耐磨性、导热性、稳定摩擦系数，减轻表面擦伤的作用。作为增摩剂的有： 有金属氧化物、石英粉、橡胶粉以及腰果壳油摩擦粉，作用是降低成品的硬度、改善低温耐磨性，降低噪声。,31,PPT课件,b.无石棉摩阻材料： 无石棉摩阻材料采用各种增强纤维作基体，如云母纤维、玻璃纤维、碳纤维、金属纤维等，与其他材料组合成。 该摩阻材料的耐高温性能好，摩擦系数稳定，耐磨性好。,32,PPT课件,(3)半金属基摩阻材料： 半金属基摩阻材料是无石棉摩阻材料中的一种，是以金属纤维代替石棉纤维的摩阻材料。 优点是耐磨和耐热衰退性好，400度以下摩擦系数非常稳定，噪声低，但成本高，比重大。用于制作制动器及离合器的摩擦片。,33,PPT课件,