磨损及耐磨材料-复习课-长安大学.pptx

Changan UniversityChangan University2012-5-15张凤英磨磨 损损 及及 耐耐 磨磨 材材 料料 复复 习习 课课Changan UniversityChangan University2012-5-15第一章第一章 固体的表面与接触特性固体的表面与接触特性Changan UniversityChangan University2012-5-15固体表面包括哪几方面的特性固体的表面固体的表面及接触特性及接触特性几何特性物理化学特性接触特性物理机械特性化学特性 表面波纹度 表面粗糙度 支承面积曲线描述高度方向的偏差反映表面凸峰形状大小和分布内表层外表层接触面积接触力学3Changan UniversityChangan University2012-5-15第二章第二章 摩擦及其理论摩擦及其理论Changan UniversityChangan University2012-5-15古典摩擦定律古典摩擦定律-实用而并不严密的定律实用而并不严密的定律现代滑动摩擦理论机械啮合理论分子理论分子理论分子机械理论分子机械理论粘着理论粘着理论能量理论第二章第二章 摩擦及其理论摩擦及其理论摩擦定义：摩擦定义：抵抗两物体表面发生切向相对运动的现象抵抗两物体表面发生切向相对运动的现象摩擦分类：摩擦分类：5Changan UniversityChangan University2012-5-15机械啮合理论机械啮合理论(18(18世纪以前）世纪以前）理论内容及建立基础理论内容及建立基础：建立在纯几何概念上，将固体看作刚体来研究结论：结论：m只取决于q局限性：局限性：无法解释当两接触表面过于光滑时，m m反而增大的现象反而增大的现象 第二章第二章 摩擦及其理论摩擦及其理论6Changan UniversityChangan University2012-5-15分子理论分子理论基本假说：基本假说：当两个物体接触时，一个物体的原子可能和另外一个物体的原子足够近以至于进入斥力场中，此时，两表面分开就会造成能量损失，并以摩擦力的形式存在。m的大小与摩擦副材料本身的性质有关m与正压力大小无关第二章第二章 摩擦及其理论摩擦及其理论7Changan UniversityChangan University2012-5-15分子机械理论分子机械理论 (1939,(1939,克拉盖尔斯基）克拉盖尔斯基）1其中：23当摩擦表面十分光滑时，机械分量可忽略不计4核心观点：核心观点：外摩擦具有双重特性，即：摩擦力由机械分量和分子分量组成第二章第二章 摩擦及其理论摩擦及其理论8Changan UniversityChangan University2012-5-15粘着理论粘着理论核心观点：核心观点：摩擦力是由剪切力和微凸体在较软材料表层内的犁削力所组成1简单粘着理论简单粘着理论忽略犁沟阻力P，对理想弹塑性材料2存在问题存在问题：对大多数金属，计算得m约为0.2，与实验测量结果不符第二章第二章 摩擦及其理论摩擦及其理论9Changan UniversityChangan University2012-5-15修正的粘着理论修正的粘着理论考虑粘着接点长大考虑粘着接点长大-m m增大增大考虑污染膜的影响考虑污染膜的影响-m m减小减小考虑犁沟分量考虑犁沟分量-m m增大增大第二章第二章 摩擦及其理论摩擦及其理论10Changan UniversityChangan University2012-5-15能量理论能量理论核心观点：核心观点：在一个摩擦学系统中，输入的能量总是大于输出能量，损失能量即为摩擦过程中力学、物理和化学的变化能量消耗的总和第二章第二章 摩擦及其理论摩擦及其理论11Changan UniversityChangan University2012-5-15影响滑动影响滑动摩擦的因素摩擦的因素金属性质金属性质 粗粗 糙糙 度度温温 度度环境气氛环境气氛速速 度度第二章第二章 摩擦及其理论摩擦及其理论12Changan UniversityChangan University2012-5-15滚动摩擦滚动摩擦p 定义:在力矩作用下，物体沿接触表面滚动时产生的摩擦为滚动摩擦滚动摩擦系数2 自由滚动(纯滚动）：传递小切向力的滚动 传递很大切向力的滚动第二章第二章 摩擦及其理论摩擦及其理论13Changan UniversityChangan University2012-5-15润润 滑滑润滑剂分类润滑剂分类润滑方式分类润滑方式分类润滑的目的、作用润滑的目的、作用润滑理论润滑理论液体液体半固体半固体固体固体气气 体体第二章第二章 摩擦及其理论摩擦及其理论14Changan UniversityChangan University2012-5-15润滑方式 流体润滑边界润滑 无润滑或干摩擦状态流体动压润滑弹性流体动压润滑流体静压润滑如何判断润滑状态润滑方式分类第二章第二章 摩擦及其理论摩擦及其理论15Changan UniversityChangan University2012-5-15采用膜厚比并借助斯特里贝 克(Stribeck)摩擦曲线来判断润滑状态，膜厚比的定义为：hmin-最小油膜厚度R-综合粗糙度值，R1，R2为两对偶表面的相应粗糙度值Ra或RzStribeck 摩擦曲线I区hRII区hRIII区h-0第二章第二章 摩擦及其理论摩擦及其理论16Changan UniversityChangan University2012-5-15第三章第三章 磨损及其理论磨损及其理论Changan UniversityChangan University2012-5-15定义：定义：由于机械作用，间或伴有化学或电的作用，物体工件表面材料在相对运动中不断损耗的现象材料材料磨损磨损粘着磨损粘着磨损 磨料磨损磨料磨损腐蚀磨损腐蚀磨损冲蚀磨损冲蚀磨损 疲劳磨损疲劳磨损 微动磨损微动磨损 评定方法磨损量耐磨性磨损比第三章第三章 磨损及其理论磨损及其理论18Changan UniversityChangan University2012-5-15 定义 过程特点 分类涂抹擦伤粘焊粘着磨损咬卡 模型及机理Tomlinson理论 Archard理论第三章第三章 磨损及其理论磨损及其理论19Changan UniversityChangan University2012-5-15阿查德(Archard)理论1L运动方向212运动方向施加载荷的结果，首先使上半球体压入下半球体中，并使下半球体发生塑性流动，设接触面积的直径为2a，并加一切向力使粘附的软金属切断，在下微凸体上留下一个干净的圆形表面，表面2上消耗损失材料为Wv，第三章第三章 磨损及其理论磨损及其理论20Changan UniversityChangan University2012-5-15磨料磨损磨料磨损定义模型机理 坚硬粒子 坚硬表面 微观切削机理 多次塑变机理 疲劳磨损机理 微观断裂机理第三章第三章 磨损及其理论磨损及其理论21Changan UniversityChangan University2012-5-15粘着磨损：大小不等的结疤磨料磨损：有擦伤或因明显 犁皱形成的沟槽第三章第三章 磨损及其理论磨损及其理论22Changan UniversityChangan University2012-5-15两体磨料式两体磨料式:磨料与一个零件表面接触 三体磨料式三体磨料式:磨粒介于两滑动或滚动表面间 接触条件第三章第三章 磨损及其理论磨损及其理论23Changan UniversityChangan University2012-5-15低应力划伤式磨料磨损低应力划伤式磨料磨损高应力碾碎式磨料磨损高应力碾碎式磨料磨损凿削式磨料磨损凿削式磨料磨损第三章第三章 磨损及其理论磨损及其理论24Changan UniversityChangan University2012-5-15微观切削磨损机理核心观点：核心观点：磨料磨损是由磨粒的尖峰对金属表面的微切削造成的多次塑变磨损机理 核心观点：核心观点：形成犁沟或犁皱，形成犁沟或犁皱，当和其他磨粒多次接触时金属脱落而形成磨屑疲劳磨损机理 核心观点：核心观点：磨粒使金属表面产生交变接触应力，导致材料表面产生疲劳破坏微观断裂机理 核心观点：核心观点：对脆性材料，磨损是由于断裂发生时压痕周围的材料剥落而导致第三章第三章 磨损及其理论磨损及其理论25Changan UniversityChangan University2012-5-15微观犁沟微观犁沟微观切屑微观切屑微观断裂微观断裂第三章第三章 磨损及其理论磨损及其理论26Changan UniversityChangan University2012-5-15疲劳磨损疲劳磨损定义模型和机理疲劳裂纹扩展成为点蚀理论 摩擦温度成为点蚀的理论剪应力下的位错理论剥层理论过程特点第三章第三章 磨损及其理论磨损及其理论27Changan UniversityChangan University2012-5-15润滑油由于接触压力而产生高压油波 快速进入表面裂纹 接触面又将裂纹口堵住，裂纹内的油压增高 根部折断，表面形成小坑 疲势裂纹扩展成为点蚀的理论疲势裂纹扩展成为点蚀的理论油油v1v2第三章第三章 磨损及其理论磨损及其理论28Changan UniversityChangan University2012-5-15(a)(b)(c)(d)基体上形成了特殊结构的表面层表面层丧失稳定性而隆起表面层裂开形成裂纹表面层发生剪断第三章第三章 磨损及其理论磨损及其理论29Changan UniversityChangan University2012-5-15剪应力下的位错理论剪应力下的位错理论在次表层产生位错运动 位错在夹杂物或晶界等障碍处堆积 位错切割，形成空穴，空穴集中，进而形成空洞，成为裂纹 裂纹扩展，折向表面形成点蚀 剪应力剪应力滚动滑动滚动滑动 纯滚动纯滚动纯滑动纯滑动 表表 面面 下下 距距 离离第三章第三章 磨损及其理论磨损及其理论30Changan UniversityChangan University2012-5-15表层下一定深度处产生位错塞积 裂纹形成裂纹向前扩展，达到临界尺寸 表面材料剥落在硬质点上在硬质点上位错聚集位错聚集刚形成刚形成的空洞的空洞拉长的空穴拉长的空穴或裂纹或裂纹第三章第三章 磨损及其理论磨损及其理论31Changan UniversityChangan University2012-5-15实例：列车轮毂与钢轨实例：列车轮毂与钢轨 润滑良好且闭式传动的齿轮、滚动轴承、凸轮副润滑良好且闭式传动的齿轮、滚动轴承、凸轮副 第三章第三章 磨损及其理论磨损及其理论32Changan UniversityChangan University2012-5-15微动磨损微动磨损定义粘着磨损 氧化磨损磨料磨损疲劳磨损分类模型机理微动磨损失重微动磨损失重-循环曲线循环曲线 过程特点第三章第三章 磨损及其理论磨损及其理论33Changan UniversityChangan University2012-5-15 微动磨损定义微动磨损定义：由于机械振动或交变应力作用而引起的两个紧密配合的表面间发生微小振幅的相对滑动所产生的磨损 微动腐蚀微动腐蚀：化学或电化学反应占重要地位 微动疲劳微动疲劳:遭受微动磨损的部件，同时或者在微动过程停止后，受到循环应力，出现疲劳强度降低甚至早期断裂的现象第三章第三章 磨损及其理论磨损及其理论34Changan UniversityChangan University2012-5-15 周期性微幅摆动产生的接触变形周期性微幅摆动产生的接触变形，一方面导致零件工作表面上氧化膜的生 成一破坏一再生一再破坏的磨损过程(氧化磨损氧化磨损），另一方面，在固体表面 之间同时产生粘着一剪切一再钻着一再剪切的磨损过程(粘着磨损粘着磨损)磨损过程所产生的磨屑在零件不断产生微幅摆动的条件下，被冷作硬化，对 零件表面形成微切削研磨作用(磨料磨损磨料磨损)，同时使零件表面在循环交变接触 压应力的作用下产生裂纹，最后导致疲劳剥落或脆性破坏(表面疲劳磨损表面疲劳磨损)。磨损过程产生的微动磨屑又进一步促使第一阶段磨损的发展 第三章第三章 磨损及其理论磨损及其理论35Changan UniversityChangan University2012-5-15微动磨损失重微动磨损失重-循环曲线循环曲线循环数微动失重ABCDO第三章第三章 磨损及其理论磨损及其理论36Changan UniversityChangan University2012-5-15实例：实例：各种连接件，包括各种螺栓、铆钉、销连接和搭接置于振动环境下堆积的零件，如堆积的金属板在运输过程中在局部地区发生微动磨损，造成表面探伤、脱皮或夹沙各种人工植入件，如人工关节与骨刺处在人体运动时易发生微动磨损各种电接触部件，如部分仪器设备中的电接触件在机械振动、电磁作用、热波动下导致表面微动损伤、信号失真或失灵第三章第三章 磨损及其理论磨损及其理论37Changan UniversityChangan University2012-5-15 冲蚀磨损定义：冲蚀磨损定义：材料受到小而松散的流动粒子冲击时表面出现破坏的一类磨损 冲蚀磨损冲蚀磨损气固冲蚀 气蚀液固冲蚀 液滴冲蚀 喷喷砂砂型型泥泥浆浆型型雨雨滴滴第三章第三章 磨损及其理论磨损及其理论38Changan UniversityChangan University2012-5-15固体粒冲蚀磨损模型和机理固体粒冲蚀磨损模型和机理延性材料切削模型变形磨损理论局部化模型和绝热剪切理论薄片剥落和锻造挤压理论脆性材料的断裂理论第三章第三章 磨损及其理论磨损及其理论39Changan UniversityChangan University2012-5-15图图7 刚性粒子切削塑性金属刚性粒子切削塑性金属假设：假设：粒子在冲击时不开裂，不变形而且宽度不变，故可将三维问题作二维处理 作用在粒子上的力其水平分量与垂直分量比例不变 切削过程中粒子与靶面接触高度与切削深度不变 延性材料的切削模型第三章第三章 磨损及其理论磨损及其理论40Changan UniversityChangan University2012-5-15变形局部化模型：变形局部化模型：材料在粒子的冲击作用下，由于剪切变形局部集中可能导致唇的形成和断裂，从而发生材料的迁移磨损模型 绝热剪切：绝热剪切：绝热剪切带(Adiabatic shear band,ASB)是一个剪切变形高度局域化的窄带形区域,宽度一般为100mm 量级。在ASB 内应变速率可高达105107/s,温升可达102103 K,而且由于周围存在大量相对较“冷”的基体,因此ASB 内的材料还要经受极快的冷却速率(105K/s)。所谓所谓“绝热绝热”,是一个近似的说法,由于材料的高速变形,整个变形过程的时间是很短的,在如此短的时间内,绝大部分的塑性功转化为热量并且来不及散失,所以近似认为在这样高应变速率下的变形过程为绝热过程 第三章第三章 磨损及其理论磨损及其理论41Changan UniversityChangan University2012-5-15固体粒子冲击表面接近冲击表面夹杂处，空穴成核，形成显微裂纹裂纹向前扩展，达到临界尺寸 表面材料剥落刚形成刚形成的空洞的空洞拉长的空穴拉长的空穴或裂纹或裂纹图图8薄片剥落理论 第三章第三章 磨损及其理论磨损及其理论42Changan UniversityChangan University2012-5-15图图10 挤压锻造作用的示意图挤压锻造作用的示意图表面材料受到前推后挤 形成一个软的表面层 软表面层的下面，材料塑性变形而产生加工硬化区 反复的冲击和挤压变形作用下，靶材表面形成的薄片 脱落锻造挤压理论第三章第三章 磨损及其理论磨损及其理论43Changan UniversityChangan University2012-5-15图图1第三章第三章 磨损及其理论磨损及其理论44Changan UniversityChangan University2012-5-15图图2第三章第三章 磨损及其理论磨损及其理论45Changan UniversityChangan University2012-5-15v图图 3第三章第三章 磨损及其理论磨损及其理论46Changan UniversityChangan University2012-5-15v图图 4第三章第三章 磨损及其理论磨损及其理论47Changan UniversityChangan University2012-5-15图图 5v第三章第三章 磨损及其理论磨损及其理论48Changan UniversityChangan University2012-5-15液固冲蚀磨损的定义：液固冲蚀磨损的定义：液体介质携带固体粒子以一定的角度和速度对材料表面进行冲击，使材料表面产生磨损的现象称为液固(浆体)冲蚀磨损 图图1第三章第三章 磨损及其理论磨损及其理论冲蚀冲蚀速度、角度减小，参与冲蚀粒子数目减少速度、角度减小，参与冲蚀粒子数目减少与气固冲蚀磨损的区别与气固冲蚀磨损的区别1.冲蚀作用减弱冲蚀作用减弱49Changan UniversityChangan University2012-5-15冲角冲角a a减小减小：冲蚀磨损过程中粒子的微切削作用所占的比例有所增大 存在液体的冲刷作用存在液体的冲刷作用:塑性变形唇被冲刷掉，变形磨损所占的比例减小，微切削所占的比例增大液体的冷却作用液体的冷却作用：固体粒子冲击过程中，会导致局部高度变形和局部高温，由于存在液体的冷却作用，使得热效应大为减小。冲蚀磨损率与冲角的关系发生变化冲蚀磨损率与冲角的关系发生变化：关系曲线上出现两个峰值冲蚀磨损率与粒子冲击速度的关系发生变化冲蚀磨损率与粒子冲击速度的关系发生变化：第三章第三章 磨损及其理论磨损及其理论2.冲蚀磨损机理发生变化冲蚀磨损机理发生变化3.存在浆体性质的影响存在浆体性质的影响50Changan UniversityChangan University2012-5-15 液滴冲液滴冲蚀：蚀：液滴或连续射流冲击材料表面造成的冲蚀 气蚀磨损气蚀磨损：溶解的气体或蒸发的汽泡形成和破灭时导致的磨损气蚀破坏开始出现的特征：气蚀破坏开始出现的特征：气蚀区内出现大量球形凹坑，凹坑的直径大小不等，呈蜂窝形点坑图图2 2第三章第三章 磨损及其理论磨损及其理论51Changan UniversityChangan University2012-5-15随气蚀的发展，坑变深变密，并逐渐出现材料剥落，随气蚀的发展，坑变深变密，并逐渐出现材料剥落，发展为蜂窝状，海绵状，表面变得疏松发展为蜂窝状，海绵状，表面变得疏松 图图3第三章第三章 磨损及其理论磨损及其理论52Changan UniversityChangan University2012-5-15液滴冲蚀液滴冲蚀：流体的断续作用导致的高流体压力是导致液滴冲蚀的原因 气蚀机理气蚀机理：气泡破裂导致了很高的射流速度，导致很高的表面压力气泡可能在表面缺口或裂纹处破裂，导致了裂纹的形成和扩展第三章第三章 磨损及其理论磨损及其理论53Changan UniversityChangan University2012-5-15冲蚀持续时间t冲蚀磨损率孕孕育育期期增增长长期期最最大大冲冲蚀蚀期期下下降降期期稳稳定定期期图图4 液滴冲蚀磨损率与时间的关系液滴冲蚀磨损率与时间的关系第三章第三章 磨损及其理论磨损及其理论54Changan UniversityChangan University2012-5-15实例：磨料射流技术实例：磨料射流技术磨料射流设备中哪部分易磨损？磨料射流是一项新技术，目前，已用于切割和清洗等作业场合。它的工作原理是通过一定的技术手段，将一定粒度的磨料粒子加入到高压水管路系统中，使高压水与磨料粒子进行充分地混合后再经喷嘴喷出，从而形成具有极高速度的磨料粒子流磨料射流。在这个过程中，磨料粒子得到了充分的加速，具有较高的动能，因而对物料进行切割或破碎时工作压力可以大大地减小，切割比能耗也极小。用途：表面清理；熔覆前的前处理；改变表面性能等第三章第三章 磨损及其理论磨损及其理论55Changan UniversityChangan University2012-5-15腐蚀磨损腐蚀磨损定义化学腐蚀 电化学腐蚀分类腐蚀与磨损的相互作用相互促进相互促进第三章第三章 磨损及其理论磨损及其理论56Changan UniversityChangan University2012-5-15疏松或脆性产物疏松或脆性产物产生晶间腐蚀产生晶间腐蚀促进磨损 腐蚀对磨损的影响腐蚀对磨损的影响表层材料表层材料图图8金属基体金属基体第三章第三章 磨损及其理论磨损及其理论57Changan UniversityChangan University2012-5-15 磨损对腐蚀的影响磨损对腐蚀的影响表面膜破坏，材料裸露出的新鲜表面直表面膜破坏，材料裸露出的新鲜表面直接与介质发生电化学反应接与介质发生电化学反应 图图9 磨损使表面膜破坏过程磨损使表面膜破坏过程第三章第三章 磨损及其理论磨损及其理论58Changan UniversityChangan University2012-5-15 材料表面产生强烈塑性变形塑性变形集中在犁沟两侧或冲蚀坑外缘，具有较高的位错密度，腐蚀过程中，成为阳极其余部位成为阴极 形成“应变差电池”，加速磨损第三章第三章 磨损及其理论磨损及其理论59Changan UniversityChangan University2012-5-15第三章第三章 磨损及其理论磨损及其理论腐蚀磨损加速：腐蚀磨损加速：60Changan UniversityChangan University2012-5-15机械去除模型机械去除模型-I表面形成均表面形成均匀腐蚀膜匀腐蚀膜腐蚀膜局部被腐蚀膜局部被机械破坏，再机械破坏，再形成新的腐蚀形成新的腐蚀产物产物经反复作用，此处腐蚀速度比其他腐蚀膜覆盖处快得多，腐蚀严重经反复作用，此处腐蚀速度比其他腐蚀膜覆盖处快得多，腐蚀严重第三章第三章 磨损及其理论磨损及其理论61Changan UniversityChangan University2012-5-15机械去除模型机械去除模型-II多相耐磨材料(特别是含有碳化物)基体与碳化物形成腐蚀电池，产生相间腐蚀在硬质颗粒作用下，碳化物脱落发生相界面腐蚀的腐蚀磨损模型发生相界面腐蚀的腐蚀磨损模型第三章第三章 磨损及其理论磨损及其理论62Changan UniversityChangan University2012-5-15应变差腐蚀电池模型应变差腐蚀电池模型 电偶腐蚀电池模型电偶腐蚀电池模型腐蚀去除模型腐蚀去除模型第三章第三章 磨损及其理论磨损及其理论63Changan UniversityChangan University2012-5-15 氧化磨损：氧化磨损：金属表面受空气或润滑剂中氧的作用生成氧化物，然后氧化物不断被磨去而使金属损耗的现象 特殊介质的腐蚀磨损：特殊介质的腐蚀磨损：除氧化磨损以外的其他介质的腐蚀磨损第三章第三章 磨损及其理论磨损及其理论64Changan UniversityChangan University2012-5-15实例实例1：钛合金在人工模拟体液、唾液中的腐蚀磨损研究：钛合金在人工模拟体液、唾液中的腐蚀磨损研究实例实例2：TC11钛合金在人工海水中的腐蚀磨损行为钛合金在人工海水中的腐蚀磨损行为战斗机、直升机经常在海面停靠，海洋大气中的盐尘和盐雾混在战斗机、直升机经常在海面停靠，海洋大气中的盐尘和盐雾混在金属表面产生吸湿潮解金属表面产生吸湿潮解第三章第三章 磨损及其理论磨损及其理论65Changan UniversityChangan University2012-5-15第四章第四章 减摩与摩阻材料减摩与摩阻材料Changan UniversityChangan University2012-5-15 抗磨材料抗磨材料 ：具有良好耐磨性的材料具有良好耐磨性的材料 减摩材料：减摩材料：具有低且稳定的摩擦系数的材料具有低且稳定的摩擦系数的材料 摩阻材料：摩阻材料：具有很高的摩擦系数和抗摩擦能力具有很高的摩擦系数和抗摩擦能力 第四章第四章 减摩与摩阻材料减摩与摩阻材料-减摩材料减摩材料67Changan UniversityChangan University2012-5-15减摩材料减摩材料钢铁减摩材料钢铁减摩材料 减摩铸铁减摩铸铁 滚动轴承钢滚动轴承钢 非铁合金减摩材料非铁合金减摩材料其他非金属减摩材料其他非金属减摩材料含磷、钒钛、含磷、钒钛、铌、硼铌、硼第四章第四章 减摩与摩阻材料减摩与摩阻材料-减摩材料减摩材料68Changan UniversityChangan University2012-5-15图图1 1 石墨结构俯视图石墨结构俯视图原子呈层状排列,同一层晶面上碳原子间 的距离为0.142nm，相互之间是共价键结合；层与层之间的距离为0.34nm，原子间呈分子键结合润滑时，吸附和保存润滑油；脱落后，储存润滑剂有削弱基体的作用石墨形态石墨形态第四章第四章 减摩与摩阻材料减摩与摩阻材料-减摩材料减摩材料69Changan UniversityChangan University2012-5-15铸铁中石墨铸铁中石墨润滑能力润滑能力片状石墨铸铁在滑动界面比球墨铸铁形成更厚的石墨膜 片状石墨对金属基体产生的割裂作用比球状石墨严重蠕墨铸铁兼有片状石墨铸铁和球墨铸铁的优点，可以获得优良的摩擦学性能第四章第四章 减摩与摩阻材料减摩与摩阻材料-减摩材料减摩材料70Changan UniversityChangan University2012-5-15基体组织对铸铁基体组织对铸铁减摩性的影响减摩性的影响铸铁的基体组织越硬，理论上耐磨性越好 基体组织硬度过高，不利于石墨成膜 珠光体基体是合适的铸铁基体组织。珠光体数量越多，片间距越小，铸铁的摩擦磨损性能越好 第四章第四章 减摩与摩阻材料减摩与摩阻材料-减摩材料减摩材料71Changan UniversityChangan University2012-5-15基体体积(%)珠光体10090400铁素体01060100滑动磨损(g/cm3)2.2910-72.9910-72.0110-62.7310-5相对磨损比1.01.38.8119.2基体组织对铸铁磨损的影响基体组织对铸铁磨损的影响铸铁种类钒钛铸铁含磷铸铁灰铸铁磨损量(mg)0.3541.0051.940硬度(HBS)197207229241207229不同铸铁磨损量比较不同铸铁磨损量比较第四章第四章 减摩与摩阻材料减摩与摩阻材料-减摩材料减摩材料72Changan UniversityChangan University2012-5-15滚动轴承钢：滚动轴承钢：用来制造滚动轴承的内圈、外圈和滚动体的专用钢，属用来制造滚动轴承的内圈、外圈和滚动体的专用钢，属 专用结构钢专用结构钢非铁合金减摩材料非铁合金减摩材料Sn基基Pb基基Cu合金合金锡青铜锡青铜铅青铜铅青铜铝青铜铝青铜第四章第四章 减摩与摩阻材料减摩与摩阻材料-减摩材料减摩材料73Changan UniversityChangan University2012-5-15摩阻材料摩阻材料聚合物基聚合物基 金属基金属基半金属基半金属基无机非金属基无机非金属基碳碳-碳碳第四章第四章 减摩与摩阻材料减摩与摩阻材料-摩阻材料摩阻材料74Changan UniversityChangan University2012-5-15摩阻材料摩阻材料(刹车材料刹车材料)：是用于各种交通运输工具及各种机械设备的制动器、离合器和摩擦传动装置中的材料 功能：功能：摩阻材料的主要功能是将动能转变为热量，然后将热量吸收或散发掉，同时通过摩擦降低摩阻材料与其配副之间的相对运动速度 良好的导热率；良好的抗摩擦性能；良好的摩擦学性质、高且稳定的摩擦系数；一定的强度；低的弹性模量摩阻材料的性能要求摩阻材料的性能要求第四章第四章 减摩与摩阻材料减摩与摩阻材料-摩阻材料摩阻材料75Changan UniversityChangan University2012-5-15聚合物基摩阻材料聚合物基摩阻材料石墨-聚合物-摩擦性能调节剂有机基体的模量较低、摩擦时易于磨合、舒适性好、且具有摩擦系数高、耐热性好、制造工艺简单等特点 石棉摩阻材料热衰退性明显；石棉纤维影响人类健康无石棉摩阻材料研究无石棉摩阻材料研究第四章第四章 减摩与摩阻材料减摩与摩阻材料-摩阻材料摩阻材料76Changan UniversityChangan University2012-5-15无石棉摩阻材料的研究无石棉摩阻材料的研究 采用其他天然和合成纤维，如：云母纤维、玻璃纤维、碳纤维等 几种纤维混合使用，如：钢纤维和碳纤维混合，铜纤维和碳纤维混合 有机纤维表面敷一层金属，表面处理有机纤维 用填充大量无机填料的办法取代石棉第四章第四章 减摩与摩阻材料减摩与摩阻材料-摩阻材料摩阻材料77Changan UniversityChangan University2012-5-15金属基摩阻材料金属陶瓷材料：以Cu粉或Fe粉为基础金属摩阻材料：包括钢铁材料、铝基复合材料等第四章第四章 减摩与摩阻材料减摩与摩阻材料-摩阻材料摩阻材料78Changan UniversityChangan University2012-5-15半金属基摩阻材料：半金属基摩阻材料：在有机摩擦材料与常规粉末冶金摩擦材料基础上发展起来的，采用金属纤维代替石棉纤维所得的一种新型无石棉摩擦材料目前，半金属摩阻材料的替代纤维已经由最初的钢纤维发展到复合的金属纤维，包括钢纤维与铜纤维、钢纤维与碳纤维、钢纤维与玻璃纤维等耐磨性与热衰退性好，400C以下摩擦系数稳定，制动噪声低生产成本稍高，材料密度稍大第四章第四章 减摩与摩阻材料减摩与摩阻材料-摩阻材料摩阻材料79Changan UniversityChangan University2012-5-15C/C摩阻材料：摩阻材料：用碳纤维增强碳基体的一类材料重量轻、能载水平高、热强度高，摩擦磨损性能好，工作温度高，使用寿命长高温氧化、湿态刹车性能衰退、工作温度高会影响其他零件过热等；价格高价格高价格高限制了C/C复合材料在民用领域的推广使用，如果能进一步降低成本，C/C复合摩阻材料在汽车行业有广阔应用前景 第四章第四章 减摩与摩阻材料减摩与摩阻材料-摩阻材料摩阻材料80Changan UniversityChangan University2012-5-15第五章第五章 耐磨材料耐磨材料Changan UniversityChangan University2012-5-15耐磨材料耐磨材料耐磨铸铁耐磨铸铁耐磨钢耐磨钢冷硬铸铁低合金白口铸铁镍硬铸铁 中合金白口铸铁普通白口铸铁 高铬白口铸铁 球墨铸铁中合金耐磨钢低合金耐磨钢 石墨钢 高锰钢第五章第五章 耐磨材料耐磨材料82Changan UniversityChangan University2012-5-15图图1 灰铸铁的显微组织灰铸铁的显微组织(a)铁素体基体铁素体基体(b)铁素体铁素体+珠光体基体珠光体基体(c)珠光体基体珠光体基体(a)铁素体基体铁素体基体第五章第五章 耐磨材料耐磨材料83Changan UniversityChangan University2012-5-15(b)珠光体基体珠光体基体图图2 可锻铸铁的显微组织可锻铸铁的显微组织(a)铁素体基体铁素体基体第五章第五章 耐磨材料耐磨材料84Changan UniversityChangan University2012-5-15图图3 球墨铸铁的显微组织球墨铸铁的显微组织(a)铁素体基体铁素体基体(b)铁素体铁素体+珠光体基体珠光体基体(c)珠光体基体珠光体基体(a)铁素体基体铁素体基体第五章第五章 耐磨材料耐磨材料85Changan UniversityChangan University2012-5-15(b)铁素体铁素体+珠光体基体珠光体基体图图4 蠕墨铸铁的显微组织蠕墨铸铁的显微组织(a)铁素体基体铁素体基体第五章第五章 耐磨材料耐磨材料86Changan UniversityChangan University2012-5-15轧辊是轧钢机上的重要零件，利用一对或一组轧辊滚动时产生的压力来轧碾钢材第五章第五章 耐磨材料耐磨材料87Changan UniversityChangan University2012-5-15 第五章第五章 耐磨材料耐磨材料88Changan UniversityChangan University2012-5-15 第五章第五章 耐磨材料耐磨材料89Changan UniversityChangan University2012-5-15锤锤式式破破碎碎机机第五章第五章 耐磨材料耐磨材料90Changan UniversityChangan University2012-5-15 高锰钢水韧处理后的基体组织高锰钢水韧处理后的基体组织 第五章第五章 耐磨材料耐磨材料91Changan UniversityChangan University2012-5-15高锰钢表面层在形变后的大量滑移线高锰钢表面层在形变后的大量滑移线 位位 错错 堆堆 积积 论论大量大量Mn原子置换原子置换Fe原子，显原子，显著降低层错能，易于形变著降低层错能，易于形变 位错密度增高，形成堆垛层错位错密度增高，形成堆垛层错和形变亚结构，阻碍滑移运动和形变亚结构，阻碍滑移运动位错强化，提高钢的抗变形能位错强化，提高钢的抗变形能力和硬度力和硬度第五章第五章 耐磨材料耐磨材料92Changan UniversityChangan University2012-5-15孪晶面孪晶面两个两个晶体晶体（或一个晶体的两部分）沿一个公共（或一个晶体的两部分）沿一个公共晶面（即特定取向关系）构成镜面对称的位向晶面（即特定取向关系）构成镜面对称的位向关系，这两个晶体就称为关系，这两个晶体就称为 孪晶孪晶 高锰钢加工硬化是由于高锰钢形高锰钢加工硬化是由于高锰钢形变时是按变时是按“孪生孪生”变形形成孪晶变形形成孪晶引起的引起的 大量形变孪晶的形成将金属基体分大量形变孪晶的形成将金属基体分割成很多小块，位错被锁住，运动割成很多小块，位错被锁住，运动困难。另外，孪晶界的存在也使得困难。另外，孪晶界的存在也使得位错运动要克服势垒位错运动要克服势垒，第五章第五章 耐磨材料耐磨材料93Changan UniversityChangan University2012-5-15 谢 谢！94