第四章材料的磨损失效模式与机理 4.1概述 4.2磨粒磨损 4.3粘着磨损 4.4冲刷磨损 4.5微动磨损 4.6疲劳磨损 4.7腐蚀磨损 48气蚀 4.9耐磨耐蚀复合管道的研发及应用
4.1 概述 4.2 磨粒磨损 4.3 粘着磨损 4.4 冲刷磨损 4.5 微动磨损 4.6 疲劳磨损 4.7 腐蚀磨损 4.8 气蚀 4.9 耐磨耐蚀复合管道的研发及应用 第四章 材料的磨损失效模式与机理
第四章材料的磨损失效模式与机理 4.1磨损概述 1.磨损的定义 零部件在摩擦过程中发生表面形状变化及其物质损 耗的现象叫磨损(wear)。 磨损失效模式( wear failure mode)是指一个构件与 另一构件或介质发生相互接触并运动、导致表面不断损 耗而改变形状和尺寸所引起的失效。 磨损是材料的五大失效模式之一,造成的经济损失 是巨大的,可占到各国GDP的1%左右。它主要涉及相 对运动的构件(零件、部件),因摩擦磨损导致其过早 失效,因而受到广泛的重视和研究
4.1 磨损概述 1. 磨损的定义 零部件在摩擦过程中发生表面形状变化及其物质损 耗的现象叫磨损（wear）。 磨损失效模式 (wear failure mode)是指一个构件与 另一构件或介质发生相互接触并运动、导致表面不断损 耗而改变形状和尺寸所引起的失效。 磨损是材料的五大失效模式之一，造成的经济损失 是巨大的，可占到各国GDP的1%左右。它主要涉及相 对运动的构件（零件、部件），因摩擦磨损导致其过早 失效，因而受到广泛的重视和研究。 第四章 材料的磨损失效模式与机理
2.磨损的多学科性质 冶金学 材料科学 表面技术 生产工艺与冶金质量 材料种类选择 表面加工工艺 形变过程的摩擦磨损 微结构与性能 涂层表观质量 相变过程的组织变化 材料表面缺陷 组织结构与性能 机械学 固体力学 结构零部件的设计 磨损 接触应力及其分布 接触与运动方式 表面粗糙度与完整性 冲击塑性变形行为 裂纹萌生与扩展 润滑学 表面物理 摩擦化学 流体润滑及性质 表面吸附机理 固体表面状态 弹性润滑行为 摩擦系数与速度 润滑剂与介质的作用 混合润滑与边界润滑 摩擦热与性能 表面膜的结构与性能 图4-1磨损的多学科交叉性
2. 磨损的多学科性质 固体力学 接触应力及其分布 冲击塑性变形行为 裂纹萌生与扩展 表面物理 表面吸附机理 摩擦系数与速度 摩擦热与性能 摩擦化学 固体表面状态 润滑剂与介质的作用 表面膜的结构与性能 材料科学 材料种类选择 微结构与性能 材料表面缺陷 润滑学 流体润滑及性质 弹性润滑行为 混合润滑与边界润滑 表面技术 表面加工工艺 涂层表观质量 组织结构与性能 冶金学 生产工艺与冶金质量 形变过程的摩擦磨损 相变过程的组织变化 磨 损 图4-1 磨损的多学科交叉性 机械学 结构零部件的设计 接触与运动方式 表面粗糙度与完整性
3磨损行为 材料特性 外部条件 表面硬度、表面形貌、 载荷、滑移速度、 表面能、热导率、微结 压力、温度、介质 构、弹塑性等 结构匹配性等 磨损 磨损类型 磨粒磨损、粘肴磨损、 冲刷磨损、微动磨损、 疲劳磨损、腐蚀磨损、 气蚀空泡等 图4-2摩擦屠损的相互关系
3. 磨损行为 外部条件 载荷、滑移速度、 压力、温度、介质、 结构匹配性等 磨损类型 磨粒磨损、粘着磨损、 冲刷磨损、微动磨损、 疲劳磨损、腐蚀磨损、 气蚀(空泡)等 材料特性 表面硬度、表面形貌、 表面能、热导率、微结 构、弹塑性等 磨损 图4-2 摩擦磨损的相互关系
第四章材料的磨损失效模式与机理 42磨粒磨损( abrasive wear) ●定义 运动的硬颗粒导致摩擦的构件表面产生破损、 从而分离出磨屑或划伤的磨损现象,称为磨粒磨损, 又称磨料磨损。 般而言,磨粒磨损很少是由单一磨损机制引 起的,常常是多种磨损机制的交互作用,并随磨损条 件的变化从一种磨损机制转变为另一种磨损机制
4.2 磨粒磨损（abrasive wear） ● 定义 运动的硬颗粒导致摩擦的构件表面产生破损、 从而分离出磨屑或划伤的磨损现象，称为磨粒磨损， 又称磨料磨损。 一般而言，磨粒磨损很少是由单一磨损机制引 起的，常常是多种磨损机制的交互作用，并随磨损条 件的变化从一种磨损机制转变为另一种磨损机制。 第四章 材料的磨损失效模式与机理
第四章材料的磨损失效模式与机理 ●磨粒磨损的主要机制 >平行磨粒磨损方向 °垂直磨粒磨损方向 切削 开裂 0垂直磨粒磨损方向 平行磨粒磨损方向 Repeat deformations by subsequent grits Grain about to detach 反复犁削导致的疲劳 晶粒拔出 图4-3磨粒磨损的四种机制
平行磨粒磨损方向 切削 开裂 反复犁削导致的疲劳 晶粒拔出 垂直磨粒磨损方向 垂直磨粒磨损方向 平行磨粒磨损方向 图4-3 磨粒磨损的四种机制 ● 磨粒磨损的主要机制 第四章 材料的磨损失效模式与机理
第四章材料的磨损失效模式与机理 ●磨粒磨损的主要形貌 (a)微观犁沟(b)微观切削(c)微观断裂(剥落) 图4-4三种不同形式的磨粒磨损形貌
（a）微观犁沟 （b）微观切削 （c）微观断裂(剥落) 图4-4 三种不同形式的磨粒磨损形貌 ● 磨粒磨损的主要形貌 第四章 材料的磨损失效模式与机理
第四章材料的磨损失效模式与机理 ●磨粒磨损的宏观形貌 (a)磨痕条 (b)切削犁沟 图4-5典型磨粒磨损形貌 ●预防措施 改善表面硬度与韧性的匹配性(选材) 减缓磨粒数量(工况) 降低表面的摩擦力
图4-5 典型磨粒磨损形貌 （a） 磨痕条 （b）切削犁沟 ● 磨粒磨损的宏观形貌 ● 预防措施 ■ 改善表面硬度与韧性的匹配性（选材） ■ 减缓磨粒数量（工况） ■ 降低表面的摩擦力。 第四章 材料的磨损失效模式与机理
第四章材料的磨损失效模式与机理 4.3粘着磨损( adhesive wear) ●定义:两个相对接触运动的零部件,由于分子间吸引 力作用,产生局部的固相“冷焊”或粘接,使材料从 表面转移至另一表面引起的磨损,称为粘着磨损。 滑动 粘着接触的粗糙面 放大图 滑动物体间粘着键产生的 局部剪切导致的材料断裂 拉伸应力场中的裂纹扩展 图4-6粘着磨损的机理
● 定义：两个相对接触运动的零部件，由于分子间吸引 力作用，产生局部的固相 “冷焊”或粘接，使材料从一 表面转移至另一表面引起的磨损，称为粘着磨损。 4.3 粘着磨损（adhesive wear） 滑 动 粘着接触的粗糙面 放大图 滑动物体间粘着键产生的 局部剪切导致的材料断裂 拉伸应力场中的裂纹扩展 图4-6 粘着磨损的机理 第四章 材料的磨损失效模式与机理
第四章材料的磨损失效模式与机理 ●粘着磨损的特点 磨损速度大 破坏严重 ●防止措施 用硬度差较大的异种材料 合理选材,摩擦付配对选 提高表面硬度 降低接触应力 80kv30I60 图4-7米着磨损的失效形貌 减小表面粗糙度
● 粘着磨损的特点 磨损速度大 破坏严重 ● 防止措施 合理选材，摩擦付配对选 用硬度差较大的异种材料 提高表面硬度 降低接触应力 减小表面粗糙度 图4-7 粘着磨损的失效形貌 第四章 材料的磨损失效模式与机理