由外界硬質顆;蛴脖砻娴奈⒎逶谀Σ粮睂ε急砻嫦鄬\動過程中引起表面擦傷與表面材料脫落的現象,稱為磨粒磨損。其特征是在摩擦副對偶表面沿滑動方向形成劃痕。
1.磨損機理
關于磨粒磨損機理,現在主要有三種學說。
(1)微觀切削 赫羅紹夫等人認為,磨粒磨損主要是由子磨粒在金屬表面發生微觀切削作用引起的,法向載荷將磨粒壓入表面,相對運動時磨粒對表面產生犁刨作用,因而形成磨屑和磨痕。
(2)疲勞破壞 克拉蓋爾斯基等人認為,磨屑從金屬表面上一次被切削下來的情況是很少的,大部分是通過載荷的重復作用而導致表面疲勞破壞,使小顆粒材料從表層剝落下來而形成磨屑和磨痕。
(3)擠壓剝落 紐康姆等人認為,磨粒磨損過程好似鋼球在載荷作用下壓入軟金屬表面并在其上劃過一樣。磨粒壓入表面移動時,使表面發生嚴重的塑性變形,壓痕兩側的材料受到損傷,因而極易從表面擠出或剝落下來形成磨屑。
實際上,以上幾種現象可能同時存在,這是因為只有邊緣尖銳的磨粒才能起到切削作用。其余磨粒則發揮擠壓剝落與疲勞破壞的作用。至于哪個起主要作用,則因具體情況不同而異。
2.影響磨損的因素
(1)硬度 磨粒硬度HO與被磨材料硬度H之間的相對值會影響磨粒磨損的特性,如圖1所示。當H0<(0. 7~1) H時,將不會產生磨粒磨損或產生輕微磨損;當H0>H以后,磨損度隨H0值的增大而增大;若HO值更大時,將產生嚴重磨損,但磨損度不再隨H0值的增大而變化。
圖2所示是赫羅紹夫等人對金屬的相對耐磨性的研究結果。圖2a可以說明,純金屬及未經熱處理的鋼,其相對耐磨性與該材料的自然硬度成正比;圖2b表明,經熱處理的鋼,其相對耐磨性隨熱處理硬度的增大而線性地增大,但比未經熱處理的鋼要增大得慢一些;從圖2b還可發現,鋼的含碳量及碳化物生成元素(如錳、鉻、鉬等)的含量愈高,其相對耐磨性越大;由圖2c可知,金屬材料經不同程度的冷作硬化,可提高其硬度,但不能改善其相對耐磨性。相對耐磨性與冷作硬化的硬度無關,是因為磨粒磨損中的犁溝作用本身就是強烈的冷作硬化過程。因熱處理提高的硬度,其中一部分是因冷作硬化而得來的,故用熱處理提高材料相對耐磨性的效果不很顯著。
a)退火狀態的工業純金屬和鋼的硬度與相對耐磨性的關系
b)經熱處理所獲得的不同硬度和相對耐磨性的關系
c)加工硬化對相對耐磨性的影響
1- 黃銅 2- 鋁青銅 3-鈹青銅 4-1Cr18Ni9奧氏體不銹鋼
5-45鋼經五種熱處理制度獲得不同硬度后冷作硬化
奧勃爾試驗表明,材料硬度增大時其磨損減輕,而材料彈性模量減小時其磨損也減輕。他認為,這是因為彈性模量減小時,摩擦副對偶表面的貼合情況有所改善而使接觸應力降低,同時當表面間有磨粒時,會因彈性變形而允許其通過,因此可減輕磨損。如用于船舶螺旋槳中的水潤滑橡膠軸承,在含泥沙的水中工作時,比彈性模量較大的材料(如青銅等)制成的軸承具有更高的抗磨粒磨損能力。通常可用材料硬度與彈性模量的比值H/E的大小來估計其相對耐磨性的高低,即材料的H/E值越大,其相對耐磨性也越高。
(2)磨粒尺寸 試驗表明,一般金屬的磨損率隨磨粒平均尺寸的增大而增大,但磨粒到一定臨界尺寸后,其磨損率不再增大。磨粒的臨界尺寸隨金屬材料的性能不同而異,同時它還與工作元件的結構和精度等有關。有人試驗得出,柴油機液壓泵柱塞摩擦副在磨粒尺寸為3~6μm時磨損最大,而活塞對缸套的磨損是在磨粒尺寸20μm左右時最大。因此,當采用過濾裝置來防止雜質侵入摩擦副對偶表面間以提高相對耐磨性時,應考慮最佳效果。
(3)載荷 試驗表明,磨損度與表面平均壓力成正比,但有一轉折點,當表面平均壓力達到并超過臨界壓力pc時,線磨損度隨表面平均壓力的增加變化緩慢,對于不同材料,其轉折點也不同。
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