铸造耐磨材料的磨损
2021-07-05 16:49
山西中重
对于材料磨损，目前尚无统一的定义。一般认为磨损是摩擦副的两对偶表面因相对运动而出现材料不断迁移或损失的现象。机械设备中的磨损通常是有害的，会损伤零件工作表面，影响机械设备性能，消耗材料和能源，并使设备使用寿命缩短。因此，避免和控制有害的磨损是十分必要的。但磨损有时却是有益的，如新机器的磨合以及机械加工中的磨削、研磨等。
磨损的实质与分类
磨损是零件失效的主要形式之一。零部件磨损造成了能源和原材料的大量消耗，严重影响了工程机械的可靠性和使用寿命。统计分析结果表明，大多数机械设备零部件是由于表面过度磨损而失效的。机械设备零部件的耐磨性差，会导致其精度很快下降，影响工作效率。修复和更换磨损的零部件需要花费大量的人力和髙昂的资金，造成巨大的损失。随着科学技术的进步和社会生产力的提高，对机械设备可靠性的要求越来越高，而机械设备的可靠性又取决于其零部件的质量，因此，提高机械设备零部件的耐磨性和对其磨损进行有效控制已成为现代生产技术中一个十分重要的问题。
机械零部件磨损失效过程是材料不断地从零件表面流失的过程，是渐变、逐步发展的过程。磨损是非常普遍的现象。零件的质量、尺寸和形状等物理参量均会在磨损过程中发生变化，进而影响机械设备的正常运行，甚至对机械设备造成毁灭性破坏。
磨损的实质分析
从磨损的特征与结果分析
磨损是摩擦的结果。任何一种磨损都发生在物体的工作表面上，不但物体的宏观表面发生变化，而且其微观组织结构及性,能也发生显著的变化，同时会产生一定数量的磨损产物。例如，机床导轨、齿轮、球磨机磨球与衬板、刀具等，在工作中都会产生大量的磨损，造成材料的损耗和能源的浪费，导致机械零部件的早期失效。
从物理化学观点分析
由于磨损发生在两相对运动的物体表面上，而且是很薄的一层工作表面，在磨损过程中，机械能转变为热能，加热过程和冷却过程都以非常快的速度进行，使物体表面具有相当高的活性和自由能，导致材料磨损表层与亚表层的组织和性能与材料内部的组织和性能有很大差异。对于固体金属而言，当材料磨损表面的温度较低时，原子的活性较弱，低温变形后，表面的原子数不会有大的变化；当磨损表面的温度较高时，原子的活动能力增强，材料的结构将会产生不同程度的调整与变化，结果使金属材料的性能发生变化。此外，材料表面与外界环境介质相互接触，将会产生物理吸附、化学吸附或化学反应等现象，使材料表面可能产生加工硬化层或形成特殊的表面织构，影响材料的磨损特性。
从微观原子作用力的角度分析
当两个物体相互接触时，一个物体表面的原子可能与另一个物体表面的原子靠得很近，甚至进人斥力场，在相对运动时，两表面分子就会产生能量消耗。在相对运动过程中，有些原子将不断地进人斥力场，而有些原子又会离开斥力场，这将取决于物体的接近程度。当两物体充分接近时，原子将被排斥，其自然的趋向是回到它原来的位置上去，即原子可能被撞击出去，并运动得足够远，以至于进入相对表面上的另一个原子场内，在那里重新找到其平衡位置，以此发生材料迁移，产生磨损。
相对于摩擦而言，对磨损过程的研究起步较晚，并且对许多磨损问题的研究还很不够，对磨损的定义和分类尚不统一。但有一点是可以肯定的，磨损是相互接触的物体在相对运动时表层材料不断损伤的过程，是伴随摩擦而产生的必然结果。磨损问题之所以引起人们极大的重视，是由于磨损所造成的损失十分惊人。根据统计，机械零件的失效主要有磨损、断裂和腐蚀三种方式，其中磨损失效占到60%〜80%。因此，研究磨损机理和提高材料耐磨性的措施，将有效地节约材料和能源，提高机械设备的使用性能和寿命，减少维修费用。这对国民经济具有重大的意义。由于科学技术的迅速发展，20世纪30年代以后，磨损问题已成为机械设备正常工作的薄弱环节，特别是在高速、重载、精密和特殊工况下工作的机械设备，对磨损研究提出了迫切的要求。20世纪60年代以来，其他科学技术（如材料科学、表面物理与化学、表面测试技术等）的发展，促进了对磨损机理的研究。研究磨损的目的在于通过对各种磨损现象的考察和特征分析，找出它们的变化规律和影响因素，从而寻求控制磨损和提髙耐磨性的措施。
磨损的分类
为了解决金属材料的磨损失效问题，避免或消除金属材料磨损失效带来的危害，就必须对材料的磨损形式进行分析研究，了解金属材料的磨损机理，找出防止或抑制金属材料磨损的解决对策。对磨损进行分类的目的就是将实际存在的各式各样的磨损现象归纳为几个基本类型。合理的分类能够使研究工作简化，更好地认识磨损的实质。磨损的分类方法表达了人们对磨损机理的认识，但不同的学者提出了不同的分类观点，至今还没有普遍公认的统一分类方法。
早期人们根据摩擦表面的作用将磨损分为以下三大类.：
机械类由摩擦过程中物体表面的机械作用而产生的磨损，包括磨粒磨损、表面塑性变形、脆性剥落等。其中，磨粒磨损是最普遍的机械磨损形式。
分子-机械类由于分子力作用形成表面粘着结点，再经机械作用使粘着结点剪切 所产生的磨损，即粘着磨损。
腐蚀-机械类这类磨损是指由介质的化学作用引起的表面腐蚀，而摩擦中的机械作用加速腐蚀过程。它包括氧化磨损和化学腐蚀磨损。
显然，上述分类虽然在一定程度上能够阐明各类磨损产生的原因，但却过于笼统。
现代机械工程界常按照摩擦表面破坏的机理和特征，将磨损分为磨粒磨损、粘着磨损、 疲劳磨损、腐蚀磨损和微动磨损等。这种分类方法揭示了各种类型磨损的过程和本质，对采取相应的耐磨措施有很大的指导意义。
磨粒磨损
外界硬颗粒或者对磨表面上的硬突起物或粗糙峰在摩擦过程中引起表面材料脱落的现象称为磨粒磨损。例如，掘土机铲齿、犁耙、球磨机衬板等的磨损都是典型的磨粒磨损。机床导轨面上的切屑也会引起磨粒磨损。水轮机叶片和船舶螺旋桨等与含泥沙的水之间的磨损也 属于磨粒磨损。
按照摩擦表面所受应力的大小，磨粒磨损又可分为凿削式磨粒磨损、低应力磨粒磨损和高应力磨粒磨损三种类型。
凿削式磨粒磨损磨粒与表面产生高应力碰撞，造成表面宏观变形，在表面上磨出较深的沟槽和压痕，并有大颗粒材料从表面脱落。这类磨损的特征是冲击力大，磨料以很大的冲击力切入金属表面。挖掘机的斗齿、矿石破碎机锤头等零部件表面的磨损都属于此类磨损。
低应力磨粒磨损在一对摩擦副中，硬表面的粗糙峰对软表面起着磨粒作用，并且磨料作用于摩擦表面的应力不超过它本身的压溃强度，造成材料表面有擦伤并有微小的切削痕迹。这也是一种二体磨损，如泥沙泵叶轮的磨损。
高应力磨粒磨损外界磨粒移动于两摩擦表面之间，类似于研磨作用，称为三体磨粒磨损。通常三体磨粒磨损的磨粒与金属表面之间产生极高的接触应力（往往超过磨粒的 压溃强度），磨料不断地被碾碎，被碾碎的磨料颗粒呈多边形，会擦伤金属，在摩擦表面留下沟槽和凹坑。这类磨损的特征是应力高，使韧性金属的摩擦表面产生塑性变形或疲劳，使脆性金属表面发生脆裂或剥落。矿石粉碎机的颚板、轧碎机滚筒等表面的磨损就属于此类磨损。
磨损是零件失效的主要形式之一。零部件磨损造成了能源和原材料的大量消耗，严重影响了工程机械的可靠性和使用寿命。统计分析结果表明，大多数机械设备零部件是由于表面过度磨损而失效的。机械设备零部件的耐磨性差，会导致其精度很快下降，影响工作效率。修复和更换磨损的零部件需要花费大量的人力和髙昂的资金，造成巨大的损失。随着科学技术的进步和社会生产力的提高，对机械设备可靠性的要求越来越高，而机械设备的可靠性又取决于其零部件的质量，因此，提高机械设备零部件的耐磨性和对其磨损进行有效控制已成为现代生产技术中一个十分重要的问题。
机械零部件磨损失效过程是材料不断地从零件表面流失的过程，是渐变、逐步发展的过程。磨损是非常普遍的现象。零件的质量、尺寸和形状等物理参量均会在磨损过程中发生变化，进而影响机械设备的正常运行，甚至对机械设备造成毁灭性破坏。
磨损的实质分析
从磨损的特征与结果分析
磨损是摩擦的结果。任何一种磨损都发生在物体的工作表面上，不但物体的宏观表面发生变化，而且其微观组织结构及性,能也发生显著的变化，同时会产生一定数量的磨损产物。例如，机床导轨、齿轮、球磨机磨球与衬板、刀具等，在工作中都会产生大量的磨损，造成材料的损耗和能源的浪费，导致机械零部件的早期失效。
从物理化学观点分析
由于磨损发生在两相对运动的物体表面上，而且是很薄的一层工作表面，在磨损过程中，机械能转变为热能，加热过程和冷却过程都以非常快的速度进行，使物体表面具有相当高的活性和自由能，导致材料磨损表层与亚表层的组织和性能与材料内部的组织和性能有很大差异。对于固体金属而言，当材料磨损表面的温度较低时，原子的活性较弱，低温变形后，表面的原子数不会有大的变化；当磨损表面的温度较高时，原子的活动能力增强，材料的结构将会产生不同程度的调整与变化，结果使金属材料的性能发生变化。此外，材料表面与外界环境介质相互接触，将会产生物理吸附、化学吸附或化学反应等现象，使材料表面可能产生加工硬化层或形成特殊的表面织构，影响材料的磨损特性。
从微观原子作用力的角度分析
当两个物体相互接触时，一个物体表面的原子可能与另一个物体表面的原子靠得很近，甚至进人斥力场，在相对运动时，两表面分子就会产生能量消耗。在相对运动过程中，有些原子将不断地进人斥力场，而有些原子又会离开斥力场，这将取决于物体的接近程度。当两物体充分接近时，原子将被排斥，其自然的趋向是回到它原来的位置上去，即原子可能被撞击出去，并运动得足够远，以至于进入相对表面上的另一个原子场内，在那里重新找到其平衡位置，以此发生材料迁移，产生磨损。
相对于摩擦而言，对磨损过程的研究起步较晚，并且对许多磨损问题的研究还很不够，对磨损的定义和分类尚不统一。但有一点是可以肯定的，磨损是相互接触的物体在相对运动时表层材料不断损伤的过程，是伴随摩擦而产生的必然结果。磨损问题之所以引起人们极大的重视，是由于磨损所造成的损失十分惊人。根据统计，机械零件的失效主要有磨损、断裂和腐蚀三种方式，其中磨损失效占到60%〜80%。因此，研究磨损机理和提高材料耐磨性的措施，将有效地节约材料和能源，提高机械设备的使用性能和寿命，减少维修费用。这对国民经济具有重大的意义。由于科学技术的迅速发展，20世纪30年代以后，磨损问题已成为机械设备正常工作的薄弱环节，特别是在高速、重载、精密和特殊工况下工作的机械设备，对磨损研究提出了迫切的要求。20世纪60年代以来，其他科学技术（如材料科学、表面物理与化学、表面测试技术等）的发展，促进了对磨损机理的研究。研究磨损的目的在于通过对各种磨损现象的考察和特征分析，找出它们的变化规律和影响因素，从而寻求控制磨损和提髙耐磨性的措施。
磨损的分类
为了解决金属材料的磨损失效问题，避免或消除金属材料磨损失效带来的危害，就必须对材料的磨损形式进行分析研究，了解金属材料的磨损机理，找出防止或抑制金属材料磨损的解决对策。对磨损进行分类的目的就是将实际存在的各式各样的磨损现象归纳为几个基本类型。合理的分类能够使研究工作简化，更好地认识磨损的实质。磨损的分类方法表达了人们对磨损机理的认识，但不同的学者提出了不同的分类观点，至今还没有普遍公认的统一分类方法。
机械类由摩擦过程中物体表面的机械作用而产生的磨损，包括磨粒磨损、表面塑性变形、脆性剥落等。其中，磨粒磨损是最普遍的机械磨损形式。
分子-机械类由于分子力作用形成表面粘着结点，再经机械作用使粘着结点剪切 所产生的磨损，即粘着磨损。
腐蚀-机械类这类磨损是指由介质的化学作用引起的表面腐蚀，而摩擦中的机械作用加速腐蚀过程。它包括氧化磨损和化学腐蚀磨损。
显然，上述分类虽然在一定程度上能够阐明各类磨损产生的原因，但却过于笼统。
现代机械工程界常按照摩擦表面破坏的机理和特征，将磨损分为磨粒磨损、粘着磨损、 疲劳磨损、腐蚀磨损和微动磨损等。这种分类方法揭示了各种类型磨损的过程和本质，对采取相应的耐磨措施有很大的指导意义。
磨粒磨损
外界硬颗粒或者对磨表面上的硬突起物或粗糙峰在摩擦过程中引起表面材料脱落的现象称为磨粒磨损。例如，掘土机铲齿、犁耙、球磨机衬板等的磨损都是典型的磨粒磨损。机床导轨面上的切屑也会引起磨粒磨损。水轮机叶片和船舶螺旋桨等与含泥沙的水之间的磨损也 属于磨粒磨损。
按照摩擦表面所受应力的大小，磨粒磨损又可分为凿削式磨粒磨损、低应力磨粒磨损和高应力磨粒磨损三种类型。
凿削式磨粒磨损磨粒与表面产生高应力碰撞，造成表面宏观变形，在表面上磨出较深的沟槽和压痕，并有大颗粒材料从表面脱落。这类磨损的特征是冲击力大，磨料以很大的冲击力切入金属表面。挖掘机的斗齿、矿石破碎机锤头等零部件表面的磨损都属于此类磨损。
低应力磨粒磨损在一对摩擦副中，硬表面的粗糙峰对软表面起着磨粒作用，并且磨料作用于摩擦表面的应力不超过它本身的压溃强度，造成材料表面有擦伤并有微小的切削痕迹。这也是一种二体磨损，如泥沙泵叶轮的磨损。
高应力磨粒磨损外界磨粒移动于两摩擦表面之间，类似于研磨作用，称为三体磨粒磨损。通常三体磨粒磨损的磨粒与金属表面之间产生极高的接触应力（往往超过磨粒的 压溃强度），磨料不断地被碾碎，被碾碎的磨料颗粒呈多边形，会擦伤金属，在摩擦表面留下沟槽和凹坑。这类磨损的特征是应力高，使韧性金属的摩擦表面产生塑性变形或疲劳，使脆性金属表面发生脆裂或剥落。矿石粉碎机的颚板、轧碎机滚筒等表面的磨损就属于此类磨损。
