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磨耗失效分析

  磨损是摩擦作用下物体相对运动时,表面逐渐分离出磨屑而不断损伤的现象。
 
  磨损失效是指由于磨损现象的发生使机械零部件不能达到原设计功效,即不能达到原设计水平。磨损失效是逐步发展、渐变的过程,短则几小时,长则几年,磨损与断裂、腐蚀并称为金属失效分析的三种形式,其危害十分惊人。
 
  按照磨损的破坏机理,磨损可分为:
 
  ①粘着磨损;
 
  ②磨粒磨损;
 
  ③表面疲劳磨损;
 
  ④腐蚀磨损。
 
  按机件表面磨损状态,又可分为:
 
  ①连续磨损;
 
  ②粘着磨损;
 
  ③疲劳磨损;
 
  ④磨粒磨损;
 
  ⑤腐蚀磨损;
 
  ⑥微动磨损;
 
  ⑦表面塑性流动。
 
  在腐蚀环境下,由于摩擦面材料起化学反应或电化学反应而引起的腐蚀和磨损称为腐蚀磨损,腐蚀磨损又分为: 氧化磨损  微动磨损  氢致磨损
 
  粘着磨损失效分析
 
  若粘着点的强度低于摩擦副两边的强度时,粘着从接触面分开,这是基体内部变形小,磨损面也显得较光滑,只有轻微的擦伤,这种情况称为外部粘着磨损;与此相反,若粘着点的强度比两边材料中一方的强度高时,这时分离面发生在较弱的金属内部,摩擦面较为粗糙,有明显的撕裂痕迹,称为内部粘着磨损。
 
  粘着习惯上称为冷焊,而实际上,磨损热的影响是不容忽视的。当线速度为0.2m/s,名义接触力为2Mpa时,磨损表面温度可达(600-700)℃.
 
  因此,典型特征是接触点局部的高温使摩擦副材料发生相互转移。
 
  磨粒磨损失效分析
 
  磨粒磨损也称为研磨磨损。它是摩擦副一方硬度远大于另一方,或者接触面之间存在硬质点发生的磨损。
 
  磨粒磨损的最显著特征是接触面上有明显的磨削痕迹。
 
  磨损量与接触压力、摩擦距离成正比,与材料的硬度成反比,同时与硬材料凸出部分尖端形状有关。
 
  磨粒磨损失效的主要方式:①切削;②堆挤;③辗压、抹平;④断裂、剥落。
 
  影响磨粒磨损失效的主要因素
 
  材料硬度的影响
 
  磨损量与材料的硬度成正比,材料的相对耐磨性与材料的硬度HV成反比。
 
  磨粒特性的影响
 
  滑动磨粒磨削过程中的主要机理是显微切削。磨粒的形状、磨粒的硬度及磨粒的粒度均对磨损过程有重要的影响。
 
  载荷大小、润滑条件、材料的显微组织、滑动速度、加工硬化等均影响磨损过程。
 
  疲劳磨损失效分析
 
  两接触面作滚动或滑动,或是滑动与滚动复合的摩擦状态,在交变接触应力的作用下,使材料表面疲劳而产生物质流失的过程,称为表面疲劳磨损,也称为接触疲劳磨损。易产生表面疲劳磨损的零件如齿轮表面、轴承表面、凸轮等。
 
  金属表面接触疲劳多发生在表面缺陷处或浅层表面缺陷处,如冷加工表面划伤处、刀痕、冶金缺陷、热加工缺陷、组织局部不均匀、流线不均匀等,也可以发生在表面晶界处或界面处。
 
  金属表面接触疲劳过程也是疲劳裂纹萌生、长大和最后断裂的过程。
 
  表面疲劳磨损是介于疲劳与磨损之间的破坏方式。
 
  表面疲劳磨损失效的另一个重要特征是疲劳裂缝在相互接触表层下面一定深度。
 
  影响疲劳磨损的因素
 
  1. 材质的影响
 
  2. 表面硬度的影响
 
  轴承钢的硬度为HRC62时,抗疲劳磨损能力最大,随着硬度的增加或降低,寿命均有较大的下降。对齿轮来说,齿轮硬度HRC58—62的范围内为最佳,一般要求小齿轮的硬度大于大齿轮。
 
  3. 表面粗糙度的影响
 
  降低表面粗糙度,可以有效地提高抗疲劳磨损的能力。
 
  4.残余内应力的影响
 
  当表面层在一定深度范围内存在有利的压应力时,可减少疲劳磨损。
 
  5.其他因素
 
  在润滑油中,适当地加入某化学添加剂,如二硫化钼、三乙醇胺等,可减缓疲劳磨损的过程。

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