400-158-1868
磨损的类型
栏目：业界资讯 发布时间：2021-04-07
现在，磨损还没有统一的分类方法、通常就按磨损机理进行分类。磨损类型有：粘着磨损、磨粒磨损、冲蚀磨损、疲劳磨损和微动磨损。据估计，在工业领域各类磨损造成的经济损失中，以磨粒磨损所占比例最高，达50%，粘着磨损占15%；冲蚀磨损和微动磨损各占8%；腐蚀磨损占5%。这些比例上的差别显然是和各类磨损产生的条件和环境相关联的。
1、 粘着磨损
1.1 磨损机理
粘着磨损又称咬合磨损，是在滑动摩擦条件下，当摩擦副相对滑动速度较小(钢小于1m/s)时发生的。它是因缺乏润滑油，摩擦副表面无氧化膜，且单位法向载荷很大，以致接触应力超过实际接触点处屈服强度而产生的一种磨损。刀具、模具、齿轮、凸轮以及各种轴承等许多机件的磨损失效都与粘着磨损有关。活塞环和气缸套就是典型的易于发生粘着摩擦副。
这种磨损可以根据摩擦机理来解释。摩擦副实际表面上总存在局部凸起，当摩擦双方接触时，即使施加较小载荷，在真实接触面上的局部应力就足以引起塑性变形。倘若接触面上洁净而未受到腐蚀，则局部塑性变形会使接触面的原子彼此十分接近而产生强烈粘着(冷焊)。所谓粘着，实际上就是原子音的键合作用。随后在继续滑动时，粘着点被剪断并转移到一方金属表面，然后脱落下来便形成磨屑。一个粘着点剪断了，又在新的地方产生粘着，随后也被剪断、转移，如此粘着→剪断→转移→再粘着循环不已，就构成粘着磨损过程。
影响因素
综上所述，材料特性、法向力、滑动速度以及温度等均对粘着磨损有明显影响。
塑性材料比脆性材料易于粘着；互溶性大的材料(相同金属或晶格类型、点阵常数、电子密度、电化学性质相近的金属)组成的摩擦副粘着倾向大；单相金属比多相金属粘着倾向大；化合物比固溶体粘着倾向小；金属与非金属组成的摩擦副比金属与金属的摩擦副不易粘着。
在摩擦速度一定时，粘着磨损量随法向力增大而增加。试验指出，当接触压应力超过材料硬度H的1/3时，粘着磨损量急剧增加，严重时甚至会产生咬死现象。因此，设计中选择的许用压应力必须低于材料硬度值的1/3，以免产生严重的粘着磨损。在法向力一定时，粘着磨损量随滑动速度增加而增加，但达到某一极大值后又随滑动速度增加而减小。这可能是由于滑动速度增加，粘着磨损量因温度升高材料剪断强度下降，以及塑性变形不能充分进行延续粘着点长大两个因素同时作用所致。
摩擦副表面粗糙度、摩擦表面温度以及润滑状态等也都对粘着磨损有较大影响。降低表面粗糙度，将增加抗粘着磨损能力；但粗糙度过低，反因润滑剂难于储存在摩擦面内而促进粘着。温度和滑动速度的影响是一致的。这里所说的温度是环境温度或摩擦副体积平均温度，它不同于摩擦副的表面平均温度，更不同于摩擦副接触区的温度。在接触区，因摩擦热的影响，其温度很高，甚至可能使材料达到熔化状态。不管何种概念的温度，提高温度都促进粘着磨损产生。良好的润滑状态能降低粘着磨损量。
1.2 改善粘着磨损耐磨性的措施
(1) 首先要注意摩擦副配对材料的选择 其基本原则是配对材料的粘着倾向应比较小，如选用互溶性小的材料配对；选用表面易形成化合物的材料配对；金属与非金属材料配对，如金属与高分子材料配对，以及选用淬硬钢与灰铸铁配对等都有明显效果。
(2) 采用表面化学热处理改变材料表面状态 可有效地减轻粘着磨损。如果沿接触面上产生粘着磨损，可进行渗硫、磷化、氮碳共渗处理或涂覆镍-磷合金等。表面化学热处理在金属表面形成一层化合物层或非金属层，既摩擦副直接接触，又减小摩擦因数，故可防止粘着。如果粘着磨损发生在较软一方材料机件内部，则采用渗碳、渗氮、碳氮共渗及碳氮硼三元共渗等工艺都有一定效果。
(3) 控制摩擦滑动速度和接触压应力 可使粘着磨损大为减轻。
改善润滑条件，提高表面氧化膜与基体金属的结合能力，以增强氧化膜的稳定性，阻止金属之间直接接触，以及降低表面粗糙度等也都可以减轻粘着磨损。
2、 磨粒磨损
2.1 磨损机理
磨料磨损是当摩擦副一方表面存在坚硬的细微突起，或者在接触面之间存在着硬质粒子时所产生的一种磨损。前者又可生称为两体磨粒磨损，如锉削过程；后者又可称为三体磨粒磨损，如抛光。硬质粒子可以是由磨损产生而脱落在摩擦副表面间的金属磨屑，也可以是自表面脱落下来的氧化物或其他沙、灰尘等。
根据磨粒所受应力大小不同，磨粒磨损可分为凿削式磨粒磨损、高应力碾碎性磨粒磨损和低应力擦伤性磨粒磨损三类。在凿削式磨地，从材料表面上凿削下大颗粒金属，磨擦面有较深沟槽，如挖掘机斗齿、破碎机腭板等机件表面的破坏。若磨粒不断被碾碎，并产生高应力碾碎性磨粒磨损。此时，一般金属材料被拉伤，韧性金属产生塑性变形疲劳，脆性金属则形成碎裂或剥落，如球磨机衬板与钢球、轧碎机滚筒等机件表面的破坏。当作用于磨粒上的应力不超过其破坏强度时，产生低应力擦伤性磨粒磨损。此时，磨擦表面仅产生轻微擦伤，如犁铧、运输槽板及机件被海洋法污染的磨擦表面等。
如果从磨粒硬度与磨材料硬度相对关系看，若磨粒硬度高于被磨材料的硬度，则属于硬磨粒磨损；反之，为软磨粒磨损。通常的磨粒磨损即指硬磨粒磨损。
磨粒磨损过程可能是磨粒磨擦表面的切削作用、塑性和疲劳破坏作用或脆性断裂的结果，还可能是它们综合作用的反映，而以某一损害作用为主。
根据试验，金属材料对粒磨损的抗力与H/E成比例，H主材料硬度，E为弹性模量。材料的H/E值越大，在相同接触压力下弹性变形量增大。由于接触面积啬，单位法向力反面下降，致沟槽深度减小。然而，E是对组织不敏感的，因此，机件抵抗磨粒磨损的能力主要与材料硬度成正比。所以，一般情况下，材料硬度越高，其抗磨粒磨损能力也越好。
2.2 改善磨粒磨损耐磨性的措施
对于以切削作用为主要机理的磨粒磨损应增加材料硬度, 这是提高耐磨性的最有效措施。
采用渗碳、碳氮共渗等化学热处理, 提高表面硬度，也能有效地提高磨粒磨损耐磨性。
另外，经常注意机件防尘和清洗，防止大于1μм磨粒进入接触面，也是有效的措施 。
3、 冲蚀磨损
3.1 磨损机理
冲蚀磨损是指流体或固体以松散的小颗粒按一定的速度和角度对材料表面进行冲击所造成的磨损。松散粒子尺寸一般小于100μм，冲击速度在550m/s以内。根据携带粒子的介质不同，部冲蚀磨损又分为气固冲蚀磨损、流体冲蚀磨损、液滴冲蚀磨损和气蚀磨损。
实际上，塑性材料表面慢坑是在短程微切削和塑性变形作用下形成的。在粒子反复冲击、材料反复塑性变形下形成磨屑，材料流失。
脆性材料(如陶瓷、玻璃等)冲蚀磨损是裂纹形成与快速扩展的过程。当用锐角粒子冲击脆性材料表面时，发现有两种形状的裂纹：一种是垂直于表面的初生径向裂纹；另一种是平等于表面的横向裂纹。在粒子冲击下，径向裂纹形成及其扩展降低材料强度。横向裂纹形成并扩展到表面，材料脱落变为磨屑而流失。
影响冲蚀磨损的因素很多，从冲蚀磨损发生的环境条件和材料破坏特性看，主要影响因素有：
(1) 环境因素 如冲击角、粒子速度及浓度、冲击时间、温度及介质。
(2) 粒子性能 如粒度、形状、硬度、密度、可碎性等。
(3) 材料性能 如硬度、强度、韧性和物理性能。
在研究各种影响材料冲蚀磨损的因素时，通常要测定材料冲蚀率的变化。对喷砂型冲蚀，冲蚀率为单位重量粒子造成材料流失的重量体积，单位为mg/g或mm3/g。
粒子入射轨迹与材料表面的夹角称为冲击角或攻角(入射角、迎角)。冲击角是影响材料冲蚀磨损量的重要因素。大量试验表明：陶瓷、玻璃等典型脆性材料最大冲蚀率出现在冲击角900附近；铜、铝合金等典型塑性材料最大冲蚀率出现在200∽300之间。一般工程材料显示介于脆性材料和塑性材料之间的特性。
粒子速度对材料冲蚀率的影响，主要是因为冲蚀磨损量与粒子动能有重要关系。将许多材料冲蚀磨损试验结果整理，可以得到下列关系式
ε= κνn
式中ε--------冲蚀率
κ--------常数
ν--------粒子速度
n --------速度指数，通常为2.3~ 2.4。
粒子速度对冲蚀磨损的影响通常教师指调整范围(60 ~ 400m/s)。
粒子粒度对可抽吸 明显影响。粒子尺寸在20 ~ 200μм范围内，材料冲蚀率随粒子尺寸增大而上升，但粒子尺寸增大到某一临界值时，材料冲蚀率几乎不变或变化很缓慢。
尖角粒子与圆形粒子比较，在相同条件下，如450角冲击角时，尖角形粒子比圆形粒子造成的磨损大约4倍，甚至低硬度的尖角形粒子较高硬度的圆形粒子产生的磨损还要大。
粒子在单击材料表面时有时会发生破碎，破碎的粒子碎片又会对表面产生第二次冲蚀，使材料冲蚀率增加。
3.2 改善冲蚀磨损耐磨性的措施
1)、设法减小入射粒子和介质的速度，因为速度是引起冲蚀磨损的重要参数。
2)、改变冲击角以减轻冲蚀磨损，塑性材料尽是避免在200~300之间服役，脆性材料则应力求不受粒子垂直入射。
3)、合理利用粒子浓度和粒度减轻冲蚀磨损。
4)、合理设计机件形状，如合理设计涡轮叶片、飞行器或其他机件的迎风面，输送管线平滑过渡和弯曲等。
5)、在保持良好设计条件时，应尽可能选用冲蚀抗力较高的材料及表面处理方法。
4、 腐蚀磨损
在磨擦过程中，磨擦副之间或磨擦副表面与环境介质发生化学或电化学反应形成腐蚀产物，腐蚀产物的形成和脱落引起腐蚀磨损。腐蚀磨损因常于摩擦面之间的机械磨损(粘着磨损或磨粒磨损)共存，故又称腐蚀机械磨损。
任何存在于大气中的机件表面总有一层氧的吸附层。当摩擦副作相对运动时，由于表面凹凸不平，在凸起部位单位压力很大，导致产生塑性变形。塑性变形加速了氧向金属内部扩散，从而形成氧化膜。由于氧化膜强度低，在摩擦副继续作相对运动时，氧化膜被摩擦副一方的凸起所剥落，裸露出新表面，从而又发生氧化。随后又再被磨去。如此，氧化膜形成又除去，机件表面逐渐被磨损，这就是氧化磨损过程。
氧化磨损的宏观特征是，在摩擦面上沿滑动方向呈匀细磨痕，其磨损产物或为红褐色的Fe2O3，或为Fe3O4。
5、 微动磨损
在机器的嵌合部位和紧配合处，接触表面之间虽然没有宏观相对位移，但在外部变动载荷和振动的影响下却能产生微小滑动。这种微小滑动是小振幅的切身振动，称为微动，其振幅约为10-2μм数量级。接触表面之间因存在小振幅相对振动或往复运动而产生的磨损称为微动磨损或微动腐蚀，其特征是摩擦副接触区有大量红色Fe2O3磨损粉末，如果是铝件，则磨损产物为黑色的。产生微动磨损时在摩擦面上还常常见到因接触疲劳破坏而形成的麻点或蚀坑。
微动磨损是一种复合磨损，兼有粘着磨损、氧化磨损和磨粒磨损的作用。
改善微动磨损耐磨性的措施，首先是加强紧配，保证足够的过盈量，避免产生微小振动。还可以用化学热处理方法，提高摩擦副表面抗 粘着能力，以减轻微动磨损。
北京乾茂兴业科技有限公司是致力于高质量的热喷涂材料的开发研究和高性能涂层的制备，生产电弧喷涂丝、锅炉喷涂丝、镍基合金喷涂丝、进口粉芯喷涂丝材等，强大的硬件生产设备造就了我们得材料质量标准和涂层性能标准，联系电话：400-158-1868。
