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金属材料磨损试验及磨损性能详解

返回列表来源:天氏库力 发布日期 2020-09-21 浏览:

在材料工业中,金属材料磨损是材料工业发展的重大问题,其关乎整个工业产品的质量与经济效益。对于企业而言最直接的损害:
 
1.破坏美观,材料在磨损后会发生物体形变,美观度下降;
 
2.加速材料的腐蚀,磨损后残留的碎屑如若不及时清除会与金属发生化学反应加速腐蚀;
 
3.影响成品的质量(尺寸精度、表面质量);
 
4.影响设备成品的使用寿命和降低可靠性;
 
5.摩擦消耗全球1/3的一次性能源,80%的机械零件因磨损而失效。
 
磨损是由于表面相对运动而使物体工作表面的物质连续、有规律的损失的现象。产生磨损的根本原因在于, 受摩擦负荷作用的物件与摩擦系统中其它要素之间发生了相互作用的结果。
 
至于出现什么样的相互作用, 则取决于负荷集和所有参与磨损过程的各个要素的性质。磨损是材料和设备破坏性失效的三种主要方式之一,其占据总百分比的60%。
 
图1:机械材料失效的三种模式
图1:机械材料失效的三种模式
 
金属材料常见磨损形式有以下五种:
 
1. 粘着磨损
又称为咬合磨损,是指滑动摩擦时摩擦副接触面局部发生金属粘着,在随后相对滑动中粘着处被破坏,有金属屑粒从零件表面被拉拽下来或零部件表面被擦伤的一种磨损形式。
 
图2:磨损产品的碎片
图2:磨损产品的碎片
 
金属表面特点是:金属表面常粘附一层很薄的转移膜伴有化学成分变化。
 
2 . 磨料磨损
由硬质物体或颗粒的切削或刮擦作用引起表面材料脱落的现象。磨料磨损可分为凿削式、高应力碾碎式和低应力擦伤式3 种形式。
 
由于硬质物体或颗粒可能是中间物质, 或者是摩擦副本身, 切削或刮擦作用在单一摩擦行程中就能发生, 因此磨损量往往是很高的, 在工业中最常见。机械零件大约有50%是由于磨料磨损而损坏的。
 
磨料磨损的形貌特征:摩擦面上有明显犁皱形成的沟槽。
 
图3:磨粒推挤材料模型
图3:磨粒推挤材料模型
 
图4:微观犁沟
图4:微观犁沟
 
3 . 疲劳磨损
两接触面作滚动或滚动滑动复合摩擦时, 在交变接触压应力作用下使材料表面疲劳断裂而形成点蚀或剥落的现象。由于接触压应力的大小是随时间或位置的不同而不断改变的, 所以在很多磨损过程中都伴随有表面疲劳磨损。
 
齿轮副、凸轮副、滚动轴承、钢轨与轮箍等都能产生表面疲劳磨损。
 
形貌特征:表现为裂纹的渐渐形成和扩展、表面颗粒脱落、留下麻点和孔穴。
 
4 . 腐蚀磨损
在摩擦过程中, 金属同时与周围介质发生化学或电化学反应, 产生物质损失的现象。由于介质的性质、介质作用在摩擦面上的状态, 以及摩擦材料性能的不同, 腐蚀磨损出现的状态也不同。
 
形貌特征:表面冲蚀坑(鱼鳞状)和短程沟槽变形层有微小裂纹。
 
图5:金属表面冲蚀形貌特征
图5:金属
表面冲蚀形貌特征
 
5 . 微动磨损
在两个相互接触的金属表面间伴有小振幅的振动作用, 由于零件的振动和周期性变形, 使表面的氧化膜破裂, 材料发生粘着; 进而氧化物的脱落和粘着结点剪切, 产生的金属微粒变成了摩擦面之间的磨料; 新生成的金属表面又会与大气中的氧反应, 生成氧化物, 因此在摩擦表面间同时存在粘着、磨料、疲劳和腐蚀磨损现象的磨损称为微动磨损。
 
形貌特征:经氧化作用在结合部位产生红褐色微粉积聚,这就是微动磨损的最初特征,出去不易发现,发现不及时,就有可能扩展成较明显的相对滑动,甚至“烧伤”(粘着磨损)。
 
实际上, 上述各种磨损机理是很少单独出现的。一般是同时起作用或交替发生作用。所有这些作用总的情况是很复杂。
 
金属材料磨损性能试验介绍
 
测定材料抵抗磨损(Wear test)能力的一种材料试验。通过这种试验可以比较材料的耐磨性优劣。
 
磨损试验比常规的材料试验要复杂。首先需要考虑零部件的具体工作条件并确定磨损形式,然后选定合适的试验方法,以便使试验结果与实际结果较为吻合。
 
1. 磨损性能曲线
 
图6:磨损性能曲线
图6:磨损性能曲线
 
2. 测试标准:GB/T 12444  金属材料磨损试验方法试环—试块滑动磨损试验
 
本标准规定了金属试环—试块磨损试验的术语及定义、试验原理、试样、试验设备及仪器、试验方法、试验结果处理及试验报告。
 
本标准适用于金属材料在滑动摩擦条件下磨损量及摩擦系数的测定。
 
3. 试验原理
试块与规定转速的试环相接触,并承受一定试验力,经规定转数后,用磨痕宽度计算试块的体积磨损,用称重法测定试环的质量磨损,试验中连续测量试块上的摩擦力和正压力,计算摩擦系数。
 
4.试验结果
磨损试验时,经常指定某材料作为对比材料,然后在同样条件下将被测材料与它进行对比试验。试验结果用相对耐磨性系数或磨损系数表示,磨损系数则为相对耐磨性系数的倒数。
 
看了这么多磨损,来点干货降低损失。以下是金属材料磨损防护方法:
 
1. 提高金属材料自身的耐磨性
(1)表面形变强化;
(2)表面热处理强化;
(3)化学热处理强化;
(4)表面合金化;
(5)表面薄膜强化。
 
2. 改善机械工作环境
改善机器运行的工作条件,优化设备运行结构,适当合理的控制好机械运行时间,及时清除金属磨损的碎屑物;提高材料使用的针对性。
 
3. 定期维护保养金属材料
以此提高整体金属材料的使用期限,提高机械设备的可靠性安全性。
 
尽管,金属材料的磨损不可避免,但只要我们通过相应的磨损性能试验了解金属材料的磨损成因,而后采取针对性的措施来增强金属材料的抗磨性和使用寿命,相信能够帮助企业提升产品质量,减少经济损失。

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【本文标签】:金属材料磨损试验,金属材料磨损性能

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