在材料工業(yè)中，金屬材料磨損是材料工業(yè)發(fā)展的重大問題，其關(guān)乎整個工業(yè)產(chǎn)品的質(zhì)量與經(jīng)濟效益。對于企業(yè)而言最直接的損害：
1.破壞美觀，材料在磨損后會發(fā)生物體形變，美觀度下降；
2.加速材料的腐蝕，磨損后殘留的碎屑如若不及時清除會與金屬發(fā)生化學(xué)反應(yīng)加速腐蝕；
3.影響成品的質(zhì)量（尺寸精度、表面質(zhì)量）；
4.影響設(shè)備成品的使用壽命和降低可靠性；
5.摩擦消耗全球1/3的一次性能源，80％的機械零件因磨損而失效。
磨損是由于表面相對運動而使物體工作表面的物質(zhì)連續(xù)、有規(guī)律的損失的現(xiàn)象。產(chǎn)生磨損的根本原因在于, 受摩擦負荷作用的物件與摩擦系統(tǒng)中其它要素之間發(fā)生了相互作用的結(jié)果。
至于出現(xiàn)什么樣的相互作用, 則取決于負荷集和所有參與磨損過程的各個要素的性質(zhì)。磨損是材料和設(shè)備破壞性失效的三種主要方式之一，其占據(jù)總百分比的60％。
圖1：機械材料失效的三種模式
金屬材料常見磨損形式有以下五種：
1. 粘著磨損
又稱為咬合磨損，是指滑動摩擦?xí)r摩擦副接觸面局部發(fā)生金屬粘著，在隨后相對滑動中粘著處被破壞，有金屬屑粒從零件表面被拉拽下來或零部件表面被擦傷的一種磨損形式。
圖2：磨損產(chǎn)品的碎片
金屬表面特點是：金屬表面常粘附一層很薄的轉(zhuǎn)移膜伴有化學(xué)成分變化。
2 . 磨料磨損
由硬質(zhì)物體或顆粒的切削或刮擦作用引起表面材料脫落的現(xiàn)象。磨料磨損可分為鑿削式、高應(yīng)力碾碎式和低應(yīng)力擦傷式3 種形式。
由于硬質(zhì)物體或顆粒可能是中間物質(zhì), 或者是摩擦副本身, 切削或刮擦作用在單一摩擦行程中就能發(fā)生, 因此磨損量往往是很高的, 在工業(yè)中最常見。機械零件大約有50%是由于磨料磨損而損壞的。
磨料磨損的形貌特征：摩擦面上有明顯犁皺形成的溝槽。
圖3：磨粒推擠材料模型
圖4：微觀犁溝
3 . 疲勞磨損
兩接觸面作滾動或滾動滑動復(fù)合摩擦?xí)r, 在交變接觸壓應(yīng)力作用下使材料表面疲勞斷裂而形成點蝕或剝落的現(xiàn)象。由于接觸壓應(yīng)力的大小是隨時間或位置的不同而不斷改變的, 所以在很多磨損過程中都伴隨有表面疲勞磨損。
齒輪副、凸輪副、滾動軸承、鋼軌與輪箍等都能產(chǎn)生表面疲勞磨損。
形貌特征：表現(xiàn)為裂紋的漸漸形成和擴展、表面顆粒脫落、留下麻點和孔穴。
4 . 腐蝕磨損
在摩擦過程中, 金屬同時與周圍介質(zhì)發(fā)生化學(xué)或電化學(xué)反應(yīng), 產(chǎn)生物質(zhì)損失的現(xiàn)象。由于介質(zhì)的性質(zhì)、介質(zhì)作用在摩擦面上的狀態(tài), 以及摩擦材料性能的不同, 腐蝕磨損出現(xiàn)的狀態(tài)也不同。
形貌特征：表面沖蝕坑(魚鱗狀)和短程溝槽變形層有微小裂紋。
圖5：金屬表面沖蝕形貌特征
5 . 微動磨損
在兩個相互接觸的金屬表面間伴有小振幅的振動作用, 由于零件的振動和周期性變形, 使表面的氧化膜破裂, 材料發(fā)生粘著; 進而氧化物的脫落和粘著結(jié)點剪切, 產(chǎn)生的金屬微粒變成了摩擦面之間的磨料; 新生成的金屬表面又會與大氣中的氧反應(yīng), 生成氧化物, 因此在摩擦表面間同時存在粘著、磨料、疲勞和腐蝕磨損現(xiàn)象的磨損稱為微動磨損。
形貌特征：經(jīng)氧化作用在結(jié)合部位產(chǎn)生紅褐色微粉積聚，這就是微動磨損的最初特征，出去不易發(fā)現(xiàn)，發(fā)現(xiàn)不及時，就有可能擴展成較明顯的相對滑動，甚至“燒傷”(粘著磨損)。
實際上, 上述各種磨損機理是很少單獨出現(xiàn)的。一般是同時起作用或交替發(fā)生作用。所有這些作用總的情況是很復(fù)雜。
金屬材料磨損性能試驗介紹
測定材料抵抗磨損（Wear test）能力的一種材料試驗。通過這種試驗可以比較材料的耐磨性優(yōu)劣。
磨損試驗比常規(guī)的材料試驗要復(fù)雜。首先需要考慮零部件的具體工作條件并確定磨損形式，然后選定合適的試驗方法，以便使試驗結(jié)果與實際結(jié)果較為吻合。
1. 磨損性能曲線
圖6：磨損性能曲線
2. 測試標準：GB/T 12444 金屬材料磨損試驗方法試環(huán)—試塊滑動磨損試驗
本標準規(guī)定了金屬試環(huán)—試塊磨損試驗的術(shù)語及定義、試驗原理、試樣、試驗設(shè)備及儀器、試驗方法、試驗結(jié)果處理及試驗報告。
本標準適用于金屬材料在滑動摩擦條件下磨損量及摩擦系數(shù)的測定。
3. 試驗原理
試塊與規(guī)定轉(zhuǎn)速的試環(huán)相接觸，并承受一定試驗力，經(jīng)規(guī)定轉(zhuǎn)數(shù)后，用磨痕寬度計算試塊的體積磨損，用稱重法測定試環(huán)的質(zhì)量磨損，試驗中連續(xù)測量試塊上的摩擦力和正壓力，計算摩擦系數(shù)。
4.試驗結(jié)果
磨損試驗時，經(jīng)常指定某材料作為對比材料，然后在同樣條件下將被測材料與它進行對比試驗。試驗結(jié)果用相對耐磨性系數(shù)或磨損系數(shù)表示，磨損系數(shù)則為相對耐磨性系數(shù)的倒數(shù)。
看了這么多磨損，來點干貨降低損失。以下是金屬材料磨損防護方法：
1. 提高金屬材料自身的耐磨性
（1）表面形變強化；
（2）表面熱處理強化；
（3）化學(xué)熱處理強化；
（4）表面合金化；
（5）表面薄膜強化。
2. 改善機械工作環(huán)境
改善機器運行的工作條件，優(yōu)化設(shè)備運行結(jié)構(gòu)，適當合理的控制好機械運行時間，及時清除金屬磨損的碎屑物；提高材料使用的針對性。
3. 定期維護保養(yǎng)金屬材料
以此提高整體金屬材料的使用期限，提高機械設(shè)備的可靠性安全性。
盡管，金屬材料的磨損不可避免，但只要我們通過相應(yīng)的磨損性能試驗了解金屬材料的磨損成因，而后采取針對性的措施來增強金屬材料的抗磨性和使用壽命，相信能夠幫助企業(yè)提升產(chǎn)品質(zhì)量，減少經(jīng)濟損失。
來源：天氏庫力 發(fā)布日期
2020-09-21 瀏覽：
