粘著磨損的含義
摩擦副相對運動時,由於固相焊合,接觸表面的材料從一個表面移到另一個表面的現象,叫做粘著磨損。
粘著磨損的體積磨損量,與滑動距離和法向載荷成正比,與較軟材料的屈服極限(或硬度)成反比,其規律可用下式表示:
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式中:W——體積磨損量;
L——滑動距離;
P0——軟材料的屈服壓力;
HB——軟材料的布氏硬度;
k,k’——磨損系數,與接觸產生的概率、摩擦副的材料等因素有關。
從式2-20及表2-4可知,k值越大,體積磨損值Wv越大。摩擦副表面間有潤滑劑時不論在空氣中,還是在真空中,Wv均小;摩擦副表面無污染膜,並在空氣中摩擦時Wv最大。
粘著磨損的分類
類別
破壞現象
損壞原因
實例
輕微磨損
剪切破壞發生在粘合面上,表面轉移的材料輕微。
粘著結合強度比磨成副的兩基體金屬都弱。
缸套-活塞環的正常磨損。
塗抹
剪切破壞發生在粘合面不遠的較軟金屬淺層內,軟金屬塗抹在硬金屬表面
黏著結合強度大於較軟金屬的剪切強度
重載渦輪副的蝸桿上常見
擦傷
剪切破壞主要發生在軟金屬的亞表層內,有時硬金屬亞表面也有
黏著結合強度比兩基體金屬都高,轉移到硬面上的黏著物質又拉削軟金屬表面
內燃機的鋁活塞與缸體常見次現象
撕脫
剪切破壞主要發生在摩擦副一方或兩方金屬較深處
黏著結合強度大於任一基體金屬的剪切強度,剪切應力高於黏著結合強度
主軸一軸承摩擦副的軸承表面
咬死
摩擦副之間咬死,不能相對運動
黏著結合強度比任一基體金屬的剪切強度都高,剪切應力低於黏著結合強度
螺母擰緊過程中的現象
粘著磨損的主要影響因素
材料特性
1. 脆性材料比塑性材料的抗粘著能力強。
2. 互溶性大的材料所組成的摩擦副,粘著傾向大;互溶性小的材料所組成的摩擦副則粘著傾向小。
3. 多相金屬比單相金屬粘著傾向小;金屬中化合物相比單相固溶體粘著傾向小;金屬與非金屬材料(石墨、塑料等)組成的摩擦副比金屬組成的摩擦副的粘著傾向小。
4. 元素周期表中B族元素與鐵不相溶或能形成化合物,它們的粘著傾向小;而鐵與A族元素組成的摩擦副粘著傾向大。
從上述可知,采用表面處理工藝,使摩擦副表面生成互溶性小、多相帶有化合物組織或采用非金屬塗層,避免同種金屬相互摩擦,均可防止粘著磨損發生。
壓力
粘著磨損量一般隨壓力增大到某一臨界值後急劇增加,如圖2-19所示。由試驗可知,當負載超過材料硬度的1/3時,磨損量增加,嚴重時咬死。故設計中選擇的許用壓力必須低於材料硬度的1/3,否則將產生粘著磨損。
滑動速度
在壓力一定的情況下,粘著磨損量隨滑動速度的增加而增加,達到某一極大值後,又隨滑動速度的增大而減小,如圖2-20所示。
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溫度
溫度升高到一定程度將加劇粘著磨損的產生。摩擦副表面溫度與PV值有關,因此,控制PV值,選用熱穩定性高的金屬材料和加強冷卻措施是防止因溫度升高而產生粘著磨損的有效方法。
表面粗糙度
一般而言,摩擦表面粗糙度愈低,則抗粘著磨損能力愈強;但過低地降低摩擦副表面粗糙度,又會促進粘著的發生。
潤滑
潤滑狀態對粘著磨損值影響比較大,邊界潤滑時粘著磨損值大於流體動壓潤滑,而流體動壓潤滑時又大於流體靜壓潤滑。