第五章 减摩、耐磨及摩阻材料

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1、第五章第五章 耐磨、减摩及耐磨、减摩及摩阻材料摩阻材料一、概述一、概述l摩擦副的摩擦副的摩擦与磨损，是摩擦与磨损，是影响机器设备的工作效影响机器设备的工作效率和使用寿命的主要因素。率和使用寿命的主要因素。l根据摩擦副不同的工况条件根据摩擦副不同的工况条件( (速度、负荷、温度、速度、负荷、温度、介质等介质等) )和使用要求，和使用要求，从摩擦学的观点研究分析从摩擦学的观点研究分析摩擦副材料的摩擦、磨损特性摩擦副材料的摩擦、磨损特性，分别，分别采用不同的采用不同的耐磨、减摩或摩阻材料耐磨、减摩或摩阻材料，以确定相应的材质选配。，以确定相应的材质选配。 例如：例如： 在农业机械、工程机械、矿山设备

2、，摩擦副材在农业机械、工程机械、矿山设备，摩擦副材料应有料应有高的耐磨性高的耐磨性。 各类轴承、齿轮、蜗轮运动副、机床导轨等要各类轴承、齿轮、蜗轮运动副、机床导轨等要求摩擦副材料有求摩擦副材料有低的摩擦系数和高的耐磨性低的摩擦系数和高的耐磨性。 运输和工程机械运输和工程机械( (如汽车、火车、拖拉机、飞机、如汽车、火车、拖拉机、飞机、起重机、提升和卷扬机等起重机、提升和卷扬机等) )，制动摩擦副材料应制动摩擦副材料应有高而稳定的摩擦系数和耐磨性。有高而稳定的摩擦系数和耐磨性。二、耐磨材料二、耐磨材料1 1、材料耐磨性的定义、材料耐磨性的定义 材料的耐磨性通常是指在材料的耐磨性通常是指在一定的工

3、况条件下一定的工况条件下，摩擦副，摩擦副材料在摩擦过程中材料在摩擦过程中抵抗磨损的能力抵抗磨损的能力。l材料的耐磨性离不开工况条件材料的耐磨性离不开工况条件( (速度、载荷、温度、介速度、载荷、温度、介质等质等) )。同一种材料，在不同的工况条件下其耐磨性相。同一种材料，在不同的工况条件下其耐磨性相差很大。差很大。如，高锰钢。如，高锰钢。高硬度的材料具有好的抗磨料磨损性能，而在交变高硬度的材料具有好的抗磨料磨损性能，而在交变接触应力作用下抗疲劳磨损的能力却不好。接触应力作用下抗疲劳磨损的能力却不好。l材料的配对、摩擦副的结构形状、磨损的形式、维护条材料的配对、摩擦副的结构形状、磨损的形式、维护

4、条件件等的不同，其耐磨性也不相同。等的不同，其耐磨性也不相同。* * *因此，可以说并不存在一种材料，它在各种情况下都是因此，可以说并不存在一种材料，它在各种情况下都是耐磨耐磨( (或减摩或减摩) )的。材料的耐磨性是有条件的，也是相对的。材料的耐磨性是有条件的，也是相对的。的。2、 材料耐磨性的评定指标：材料耐磨性的评定指标：(1) 磨损量：磨损量：磨损的大小用磨损量表示，表面磨损的大小用磨损量表示，表面被磨被磨损的高度损的高度h、被磨损的体积、被磨损的体积V、被磨去的重量、被磨去的重量G或质或质量量m表示表示。(2) 磨损率：磨损率：由于磨损是一个过程，由此通常判断由于磨损是一个过程，由此

5、通常判断材料材料磨损的快慢程度，磨损的快慢程度，常采用移动单位距离产生常采用移动单位距离产生的磨损量表示，称为磨损率。的磨损量表示，称为磨损率。a. 线磨损率线磨损率KL：单位滑动距离摩擦表面单位滑动距离摩擦表面法向尺寸法向尺寸的减少量。线磨损率是一个无量纲的量，的减少量。线磨损率是一个无量纲的量，用表用表面法向尺寸变化表示磨损率，即：面法向尺寸变化表示磨损率，即：b. 体积磨损率体积磨损率KV ：单位滑动距离摩擦表面体积的减少单位滑动距离摩擦表面体积的减少量。用量。用磨损体积磨损体积V表示表示磨损率，即：磨损率，即：c. 重量磨损率重量磨损率KG ：单位滑动距离上，每单位面积摩擦单位滑动距离

6、上，每单位面积摩擦表面重量的减少量。用表面重量的减少量。用磨损的重量磨损的重量G表示表示磨损率，即：磨损率，即：单位为单位为kg/(m2s2)，式中，式中Aa为名义接触面积。为名义接触面积。d. 质量磨损率质量磨损率Km ：单位滑动距离上，每单位面积摩擦单位滑动距离上，每单位面积摩擦表面质量的减少量。用表面质量的减少量。用磨损的质量磨损的质量m表示磨损率，表示磨损率， ；单位为；单位为m2；单位为；单位为kg/m3(3) 耐磨性耐磨性E：耐磨性耐磨性E为磨损率的倒数。为磨损率的倒数。对于线磨损率，耐磨性表示为：对于线磨损率，耐磨性表示为：对于体积磨损率，耐磨性表示为：对于体积磨损率，耐磨性表示

7、为：对于重量磨损率，耐磨性表示为：对于重量磨损率，耐磨性表示为：(4) 相对耐磨系数相对耐磨系数：在同一试验条件下，标准材料试样的体积或线磨在同一试验条件下，标准材料试样的体积或线磨损量损量hs (或磨损率或磨损率) 与被测材料试样的体积或线磨损与被测材料试样的体积或线磨损量量h (或磨损率或磨损率) 之比：之比：3、耐磨材料的选择原则：、耐磨材料的选择原则：一种材料对不同类型的磨损，具有不同的耐磨性，因一种材料对不同类型的磨损，具有不同的耐磨性，因此，此，在选择耐磨材料时，首先应了解磨损类型在选择耐磨材料时，首先应了解磨损类型。例如：。例如： 以疲劳磨损为主的零件以疲劳磨损为主的零件，由于它

8、的磨损与裂纹的，由于它的磨损与裂纹的形成和扩展有关，因此，材料的设计应当考虑其具形成和扩展有关，因此，材料的设计应当考虑其具有较好的组织连续性和具有抗裂纹扩展能力，要尽有较好的组织连续性和具有抗裂纹扩展能力，要尽量减少钢中的夹杂物。量减少钢中的夹杂物。 以磨料磨损为主的零件以磨料磨损为主的零件，一般是提高材料的硬度，一般是提高材料的硬度来提高它的耐磨性，但在承受载荷和冲击较大的情来提高它的耐磨性，但在承受载荷和冲击较大的情况下，则应首先考虑其韧性，然后才考虑其硬度。况下，则应首先考虑其韧性，然后才考虑其硬度。 以腐蚀磨损为主的零件以腐蚀磨损为主的零件，一般要求材料具有良好，一般要求材料具有良好

9、的抗腐蚀性能。的抗腐蚀性能。 以以粘着磨损为主的零件粘着磨损为主的零件，其主要选用原则为：，其主要选用原则为：a.a.材料的脆性特征；材料的脆性特征；b.b.材料的不互溶性特征；材料的不互溶性特征；c.c.材料的组织不连续特征材料的组织不连续特征： 由于由于多相金属的组织不连续多相金属的组织不连续，相互吸附力小，相互吸附力小，有利于控制粘着磨损的发生和扩展，故有利于控制粘着磨损的发生和扩展，故多相金属多相金属比单相金属的抗粘着磨损能力高比单相金属的抗粘着磨损能力高。4、常用的耐磨金属、常用的耐磨金属 一种材料对不同类型的磨损，具有不同的耐一种材料对不同类型的磨损，具有不同的耐磨性，因此在选择材

10、料时，首先应了解磨损类型。磨性，因此在选择材料时，首先应了解磨损类型。(1) 高锰钢高锰钢 成分：碳成分：碳1.2，锰，锰12.5。 特点：特点：既硬又韧的钢种；只有充分加工硬化才既硬又韧的钢种；只有充分加工硬化才具有优良的耐磨性。具有优良的耐磨性。 缺点：导热性差，热膨胀系数较大，无磁性；缺点：导热性差，热膨胀系数较大，无磁性；易于加工硬化，切削加工困难；屈服强度较低，易于加工硬化，切削加工困难；屈服强度较低，工作中易变形。工作中易变形。(2) 低合金耐磨钢低合金耐磨钢 高锰钢在冲击载荷不大的情况下，由于其加高锰钢在冲击载荷不大的情况下，由于其加工硬化不够，耐磨性并不高。而低合金钢在这种工硬

11、化不够，耐磨性并不高。而低合金钢在这种情况下，显示出更高的耐磨性。情况下，显示出更高的耐磨性。 低合金钢具有低合金钢具有仅次于高锰钢的高韧性仅次于高锰钢的高韧性，如果，如果合理合理选择合金成分和热处理方法选择合金成分和热处理方法，能够获得比高，能够获得比高锰钢还高的强度和比较深的表面硬化层，其适用锰钢还高的强度和比较深的表面硬化层，其适用范围较广泛。范围较广泛。 在耐磨粒磨损方面使用的低合金钢有在耐磨粒磨损方面使用的低合金钢有中碳铬中碳铬锰硅钢和高碳铬锰硅钢锰硅钢和高碳铬锰硅钢，其化学成分一般为，其化学成分一般为Cr 1-3%, Mn 1%, Si 1-3%。 (3) 石墨钢石墨钢 石墨钢综合