从磨损的基本类型和影响因素分析如何选择防磨材料

在我们的日常生活和工业生产中，磨损都是非常常见的一个现象，它带来的往往也都是负面效果，那么什么是磨损？磨损的类型又有哪些呢？
磨损是物体或零件相互接触并相对运动的系统中发生的一种现象，这种现象普遍的存在于生产生活中。磨损消耗了机器运转的能量，使机器零部件使用寿命缩短，造成材料的消耗。磨损的结果是零部件几何尺寸（体积）变小，零部件失去原有设计所规定的功能而失效。失效包括完全丧失原定功能；功能降低和有严重损伤或隐患，继续使用会失去可靠性及安全性。
磨损的分类：按照表面破坏机理特征，磨损可以分为磨粒磨损、粘着磨损、表面疲劳磨损、腐蚀磨损和微动磨损等。前三种是磨损的基本类型，后两种只在某些特定条件下才会发生。

一、磨粒磨损
磨粒磨损也叫磨料磨损，是最普遍的机械磨损形式。掘土机铲齿、球磨机衬板等的磨损都是典型的磨粒磨损。磨粒磨损指物体表面与硬质颗粒或硬质凸出物相互摩擦引起表面材料损失。磨粒磨损主要出现在以下两种情况：一是粗糙而坚硬的表面贴着软表面滑动；另一种情况是由游离的坚硬粒子在两个摩擦面之间滑动而产生的磨损。影响磨粒磨损的因素有：
1.相对硬度
材料硬度越高，磨粒硬度越低，耐磨性越好。磨粒硬度在材料硬度的0.7~1.0之间时，不产生磨粒磨损或只产生轻微磨粒磨损。
2.磨料的几何特性
磨粒磨损与磨粒的形状、尖锐程度和颗粒大小等有关，磨损量与材料的颗粒大小成正比,但颗粒大到一定值以后, 磨粒磨损量不再与颗粒大小有关。
表面压力显著地影响各种材料的磨粒磨损，线磨损度与表面压力成正比。当压力达到转折值时, 线磨损度随压力的增加变得平缓，这是由于磨粒磨损形式转变的结果。各种材料的转折压力值不同。
3.重复摩擦次数
在磨损开始时期, 由于磨合作用使线磨损度随摩擦次数而下降,同时表面粗糙度得到改善, 随后磨损趋于平缓。
4.滑动速度
这一点大多只对金属材料影响较大，如果滑动速度不大, 不至于使金属发生退火回火效应时, 线磨损度将与滑动速度无关。
二、粘着磨损
当相对运动的两表面处于混合摩擦或边界摩擦状态，载荷较大，相对运动速度较高时，边界膜可能遭到破坏，两表面的粗糙度微峰直接接触，形成粘着结合点。此时，若两表面相对运动，粘着结合点会遭到破坏，材料会从一个表面转移动到另一表面或离开表面成为磨粒，这种现象称为粘着磨损，粘着磨损是金属摩擦副最普遍的一种磨损形式。黏着磨损的影响因素有：
1.材料特性
配对材料的相溶性愈大，粘着倾向就愈大，粘着磨损就愈大。一般来说，相同金属或互溶性强的材料组成的摩擦副的粘着倾向大，易于发生粘着磨损。异性金属、金属与非金属或互溶性小的材料组成的摩擦副的粘着倾向小，不易发生粘着磨损。多相金属由于金相结构的多元化，比单相金属的粘着倾向小，如铸铁、碳钢比单相奥氏体和不锈钢的抗粘着能力强。脆性材料的抗粘着性能比塑性材料好，这是因为脆性材料的粘着破坏主要是剥落，破坏深度浅，磨屑多呈粉状，而塑性材料粘着破坏多以塑性流动为主，比如铸铁组成的摩擦副的抗粘着磨损能力比退火钢组成的摩擦副要好。
2.材料微观结构
铁素体组织较软，在其他条件相同的情况下，钢中的铁素体含量愈多，耐磨性愈差。片状珠光体耐磨性比粒状珠光体好，所以调质钢的耐磨性不如未调质的。珠光体的片间距愈小，耐磨性愈好。马氏体，特别是高碳马氏体中有较大的淬火应力，脆性较大，对耐磨性不利。低温回火马氏体比淬火马氏体的耐磨性好。贝氏体组织中内应力小，组织均匀，缺陷比马氏体少，热稳定性较高，因而具有优异的耐磨性。多数人认为残余奥氏体在摩擦过程中有加工硬化发生，表面硬度的提高可使耐磨性明显提高。不稳定的残余奥氏体在外力和摩擦热作用下可能转化成马氏体或贝氏体，造成一定的压应力，再有，残余奥氏体有助于改善表面接触状态，并能提高材料的断裂韧性，增加裂纹扩展的阻力，这些对耐磨性均为有利。
3.载荷及滑动速度
研究表明，对于各种材料，都存在一个临界压力值。当摩擦副的表面压力达到此临界值时，粘着磨损会急剧增大，直至咬死。滑动速度对粘着磨损的影响主要通过温升来体现，当滑动速度较低时，轻微的温升有助于氧化膜的形成与保持，磨损率也就低。当达到一定临界速度之后，轻微磨损就会转化成严重磨损，磨损率突然上升。

三、表面疲劳磨损
两接触表面在交变接触压应力的作用下，材料表面因疲劳而产生物质损失。表面疲劳磨损是表面或亚表面中裂纹形成以及疲劳裂纹扩展的过程。表面疲劳磨损的影响因素有：
1.材料硬度
一般情况下，材料抗疲劳磨损能力随表面硬度的增加而增强，而表面硬度一旦越过一定值，则情况相反。
2.表面粗糙度
在接触应力一定的条件下，表面粗糙度值越小，抗疲劳磨损能力越高；当表面粗糙度值小到一定值后，对抗疲劳磨损能力的影响减小。如滚动轴承，当表面粗糙度值为Ra0.32mm时，其轴承寿命比Ra0.63mm时高2～3倍,Ra0.16mm比Ra0.32mm高1倍，Ra0.08mm比Ra0.16mm高0.4倍，Ra0.08mm以下时，其变化对疲劳磨损影响甚微。如果触应力太大，则无论表面粗糙度值多么小，其抗疲劳磨损能力都低。此外，若零件表面硬度越高，其表面粗糙度值也就应越小，否则会降低抗疲劳磨损能力。
3.摩擦力
接触表面的摩擦力对抗疲劳磨损有着重要的影响。通常，纯滚动的摩擦力只有法向载荷的1％～2％，而引入滑动以后，摩擦力可增加到法向载荷的10％甚至更大。摩擦力促进接触疲劳过程的原因是：摩擦力作用使最大切应力位置趋于表面，增加了裂纹产生的可能性。此外，摩擦力所引起的拉应力会促使裂纹扩展加速。
四、腐蚀磨损
零件表面在摩擦的过程中，表面金属与周围介质发生化学或电化学反应，因而出现的物质损失。
五、微动磨损
两接触表面间没有宏观相对运动，但在外界变动负荷影响下，有小振幅的相对振动（小于100μm），此时接触表面间产生大量的微小氧化物磨损粉末，因此造成的磨损称为微动磨损。
后面两种磨损发生的条件较为苛刻，因此不做详细介绍。

从磨损的类型和机理来看，解决磨损最主要的两个途径就是提升材料的硬度和磨损面光滑度。常见的耐磨材料中，金属材料的硬度达到HRA75之后再往上成本就会快速提高，不适合重磨损领域大范围使用。相比较而言，耐磨陶瓷的硬度可以很轻松的达到HRA88乃至于HRA90，对于磨粒磨损和表面疲劳磨损都有非常好的抵抗能力，而精城耐磨陶瓷还加入了自润滑成分，对于黏着磨损也有很强的抗性，耐磨陶瓷的主要成分是氧化铝，α氧化铝的化学稳定性使得它抵抗磨蚀磨损的能力也很出色。综合来说，耐磨陶瓷是工业生产中非常理想的耐磨材料。
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