磨損定義
物體摩擦表面上的物質,由于表面相對運動而不斷損失的現象稱磨損。
在一般正常工作狀態下,磨損可分三個階段:
(1)跑合(磨合)階段:輕微的磨損,跑合是為正常運行創造條件。
(2)穩定磨損階段:磨損更輕微,磨損率低而穩定。
(3)劇烈磨損階段:磨損速度急劇增長,零件精度喪失,發生噪音和振動,摩擦溫度迅速升高,說明零件即將失效。(如圖1)
圖一 磨損三個階段的示意圖
關于磨損的分類也有各種觀點。這里采用伯韋爾(Burwell)的觀點根據磨損機理的不同,把粘著磨損,磨粒磨損、腐蝕磨損和表面疲勞列為磨損的主要類型,而把表面侵蝕,沖蝕等列為次要類型。這些不同類型的磨損,可以單獨發生,相繼發生或同時發生(為復合的磨損形式)。
磨損類型
(1)粘著磨損
摩擦副相對運動時,由于接觸點上的固相焊合,接觸表面的材料從一個表面轉移到另一個表面的現象稱為粘著磨損。
(2)磨料磨損
硬質顆?;虮砻嫔嫌驳耐贵w在摩擦過程中引起的材料脫落稱為磨料磨損。
磨料磨損包括三種情況:①在磨料中工作的零件,磨料對零件表面的作用。如與泥沙接觸的犁,推土機的刀片,石油鉆探機的鉆頭(二體磨損);②外來的堅硬顆粒夾在兩個摩擦面之間滑動所造成的(三體磨損)。外來的磨料可以是磨損脫落的磨屑,也可以是環境中的灰砂塵土;③粗糙而堅硬的表面在較軟表面上滑動所造成的。
(3)表面疲勞磨損
摩擦副接觸表面作滾動或滑動摩擦時,由于周期性載荷,使接觸區產生很大的交變應力,導致表面發生塑性變形。在表層薄弱處引起裂紋,逐漸擴展并發生斷裂,而造成的點蝕或剝落,稱為表面疲勞磨損。
(4)腐蝕磨損
在摩擦過程中,由于機械作用和摩擦表面材料與周圍介質發生化學或電化學反應,共同引起的物質損失,稱為腐蝕磨損,也有稱其為機械化學磨損。
一般情況下,腐蝕磨損處于輕微磨損狀態,而在高溫潮濕環境或特殊腐蝕介質中,則處于嚴重磨損狀態。
通常,材料表面與環境先起化學或電化學反應,然后通過運動——機械作用,將反應生成物去掉;也有可能由機械作用產生微細的磨屑,然后再起化學作用。
由于介質的性質,介質作用于摩擦面上的狀態以及摩擦副材料的不同,腐蝕磨損的狀態也不同。大致可以分為以下幾類:
(5)其它磨損
以上介紹的為磨損的四種基本類型,但實際中表現出的磨損,常不能單純地納入上述四類基本形式。有許多是以上基本類型的轉化或復合。如圖5、圖6所示隨速度及載荷的變化,磨損類型也在變化。這說明,磨損類型可以隨工作條件的變化而發生轉化。

圖5 磨損隨速度轉化示意圖 圖6 磨損隨載荷轉化示意圖
當滑動速度很低時,主要是氧化磨損,出現Fe2O3的磨屑,磨損率很小。隨速度的增大,氧化膜破裂,產生裸露金屬的直接接觸,轉化為粘著磨損,磨損量顯著增大?;瑒铀俣仍俑?,摩擦溫度上升,有利于氧化膜的形成,又轉為氧化磨損,磨屑為Fe3O4,磨損率又下降。如滑動速度再增大,將再次轉化為粘著磨損。磨損變得十分劇烈而導致失效。
載荷的改變也類似,小載荷時主要是氧化磨損。載荷超過臨界值時,磨屑由Fe2O3轉為Fe2O3和Fe3O4及FeO的混合物。載荷再高就轉化為粘著磨損。
同時,有的磨損狀態本身就是多種類型的復合。如邊界潤滑狀態下的磨損,既有干摩擦時的氧化及粘著,又因有潤滑劑及添加劑等摩擦化學形成的反應生成物等的作用,磨損狀態十分復雜。
磨損的控制和防磨措施
磨損造成的后果十分嚴重,所以控制磨損和防止磨損的問題十分重要。但要有效地控制磨損,必須在準確地鑒別磨損類型的前提下,提出有針對性的控制因素。
磨損的控制因素
影響磨損的因素很多,但并非都可控制。對于摩擦副的設計者,首先應保證工作參量不致引起磨損由穩態轉向嚴重。也即應當盡可能使潤滑膜或吸附膜、反應膜等將固體接觸表面分隔開。把穩態時的磨損率限制在一定范圍內,以滿足設計的工作壽命。
常用有效的控制因素包括:材料的選擇、潤滑劑的選擇、表面粗糙度、機械結構和尺寸設計、安裝調試等方面控制磨損、表面溫升和冷卻。
防磨措施
防磨措施包括:潤滑、選用耐磨材料、進行表面改性、化學熱處理、涂層表面處理等。