金屬材料磨損問題及其防護(hù)探討

趙陽

摘 要：目前，在國(guó)內(nèi)的材料工業(yè)中，金屬材料磨損是材料工業(yè)發(fā)展的一個(gè)很大的問題，它關(guān)乎整個(gè)工業(yè)產(chǎn)品的質(zhì)量與經(jīng)濟(jì)效益，材料磨損過大的話一方面直接降低產(chǎn)品的質(zhì)量，另一方面也會(huì)對(duì)整個(gè)企業(yè)的信譽(yù)造成傷害。所以務(wù)必要對(duì)金屬材料的磨損形式及磨損原理進(jìn)行具體的分析，再尋找出相應(yīng)的解決措施來降低金屬材料磨損對(duì)材料工業(yè)造成的經(jīng)濟(jì)損失。本文通過對(duì)金屬材料的磨損問題進(jìn)行探討，并提出了一些可行的應(yīng)對(duì)措施。

關(guān)鍵詞：金屬材料 磨損 防護(hù)

中圖分類號(hào)：TO407 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）04（a）-0080-01

材料科學(xué)是眾多基礎(chǔ)科學(xué)里面的重中之重，材料科學(xué)的健康推動(dòng)著工業(yè)企業(yè)的正常發(fā)展，然而金屬材料又是材料科學(xué)里的最重要的材料之一，所以金屬材料的磨損問題一直受到相關(guān)行業(yè)的青睞，磨損、斷裂與腐蝕是金屬材料失效的三種主要形式，然而磨損失效又是這三種形式當(dāng)中最常出現(xiàn)的，因此，怎么樣來應(yīng)對(duì)金屬材料的磨損失效是金屬材料防護(hù)的關(guān)鍵，同時(shí)也成為工業(yè)領(lǐng)域發(fā)展的不可或缺的一部分。

1 磨損的基本含義及其過程

1.1 磨損的含義

構(gòu)件表面相接觸并作相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，表面逐漸有微小的顆粒物分離出來形成松散的尺寸與形狀均不相同的碎屑，使表面材料逐漸損失，即導(dǎo)致機(jī)件尺寸變化和質(zhì)量的損失，這一表面損失的過程就是磨損。

1.2 磨損的過程

跑合階段：出現(xiàn)在摩擦副的初始運(yùn)動(dòng)階段，由于物體的表面存在著粗糙度，微凸體的接觸面小，接觸應(yīng)力較大，磨損速度則快；在一定程度的載荷作用力下，摩擦表面漸漸磨平，實(shí)際的接觸面積逐步增大，磨損速度則變慢。

穩(wěn)定磨損階段：出現(xiàn)在磨損副的正常運(yùn)行階段，經(jīng)過了跑合之后，摩擦表面加工硬化，微型幾何形狀改變，實(shí)際接觸面積增大，壓強(qiáng)減小，從而創(chuàng)造了彈性接觸的條件，磨損初步穩(wěn)定，其磨損量與時(shí)間成正比，隨時(shí)間的增長(zhǎng)而緩慢增多。

劇烈磨損階段：出現(xiàn)在摩擦副的后期運(yùn)動(dòng)階段，由于摩擦條件發(fā)生了很大的變化，比如金屬自身的組織條件發(fā)生變化或者是溫度在短期內(nèi)迅速升高，這樣直接加劇的了材料磨損的速度，此時(shí)機(jī)械效率降低，精度下降，機(jī)體出現(xiàn)非正常的噪音或者是振動(dòng)，最終導(dǎo)致零件完全失效。

2 金屬材料磨損的利弊

總的來說磨損的壞處遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于好處，金屬材料磨損的好處主要體現(xiàn)在“研磨”，這種磨損可以使零件表面的粗糙度降低，使刀刃變得鋒利，又如大部分機(jī)動(dòng)型摩托車的發(fā)動(dòng)機(jī)也必須在一段磨合時(shí)期過后，發(fā)動(dòng)機(jī)的馬力才能發(fā)揮到最大。

實(shí)際上，不同金屬材料副表面之間的相互摩擦和相互運(yùn)動(dòng)時(shí)無法避免的，其危害主要有以下幾個(gè)方面：第一就是破壞材料的美觀度，材料在磨損過后直接發(fā)生了物體形變，變得扭曲，其美觀度下降；第二就是加速材料的腐蝕，磨損后殘留的大量碎屑如果尚未及時(shí)清除會(huì)與金屬發(fā)生一系列的化學(xué)反應(yīng)進(jìn)而加快材料的腐蝕；第三就是影響成品的質(zhì)量，即成品的尺寸精度和表面質(zhì)量等；第四就是耗費(fèi)了大量的材料，增大了成品的成本，浪費(fèi)了國(guó)家資源，原本可用的材料在經(jīng)過磨損后大大降低了其可用性；第五就是減少機(jī)器的使用壽命，降低其安全可靠性，很多機(jī)器在劇烈磨損后報(bào)廢，影響了工業(yè)的正常運(yùn)行，嚴(yán)重的還會(huì)導(dǎo)致意外事故的發(fā)生，影響人身安全，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。

3 金屬材料磨損失效的主要形式

3.1 磨粒磨損失效

由于金屬的磨粒磨損導(dǎo)致金屬材料的相應(yīng)性能失效，這是材料磨損失效的普遍形式。磨粒沿著一個(gè)固體表面相對(duì)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生磨損，當(dāng)磨粒運(yùn)動(dòng)方向與固體表面平行時(shí)，磨粒與表面接觸處的應(yīng)力較低，固體表面將會(huì)留下擦傷及微小的犁溝印跡；當(dāng)磨粒運(yùn)動(dòng)方向與固體表面處于垂直狀態(tài)時(shí)，這時(shí)將會(huì)產(chǎn)生高應(yīng)力碰撞，在固體表面會(huì)留下深深的溝槽。

3.2 疲勞磨損失效

由于金屬材料的摩擦副表面在相對(duì)滑動(dòng)時(shí)一般會(huì)忽視周期負(fù)荷的作用，長(zhǎng)此以往的工作勢(shì)必會(huì)讓接觸應(yīng)力加大，當(dāng)這一接觸應(yīng)力過大時(shí)，則會(huì)使得金屬材料發(fā)生巨大形變，金屬材料功能由此失效?？梢娖谀p失效是一種長(zhǎng)期的不正當(dāng)負(fù)荷導(dǎo)致的失效，有著很大的安全隱患，會(huì)造成金屬材料變形或者使金屬表面出現(xiàn)裂痕。

3.3 黏著磨損失效

由于黏著磨損導(dǎo)致金屬性能失效，當(dāng)摩擦副接觸時(shí)，接觸首先發(fā)生在少數(shù)幾個(gè)獨(dú)立的微凸體上，所以在一定方向的載荷作用下，微凸體的局部壓力就可能超過材料的屈服壓力而發(fā)生塑性形變，繼而使兩摩擦表面產(chǎn)生粘著，在相對(duì)滑動(dòng)的過程中，如果粘著點(diǎn)發(fā)生在界面，則磨損輕微；要是在界面以下，則會(huì)形成游離磨粒，這兩種作用會(huì)是接觸面溫度迅速上升，導(dǎo)致金屬局部融化，而當(dāng)冷卻后，接觸面就會(huì)固相焊接，再一次的金屬表面滑動(dòng)時(shí)，切向力會(huì)斷開黏接點(diǎn)，金屬磨屑產(chǎn)生。

3.4 微動(dòng)磨損失效

微動(dòng)磨損是指在互相壓緊的金屬表面間由于小振幅產(chǎn)生的一種復(fù)合形式的磨損，大部分的機(jī)器中，容易產(chǎn)生磨損的要屬相對(duì)滑動(dòng)的金屬材料，相對(duì)固定的金屬材料則會(huì)產(chǎn)生相對(duì)輕微的磨損，被氧化的磨屑在磨損過程中起著磨粒作用，使摩擦表面形成麻點(diǎn)，這些麻點(diǎn)是應(yīng)力集中的跟云，也是零件受動(dòng)載失效的根源，透過磨屑的顏色可以判斷是不是屬于微動(dòng)磨損，鐵屑為紅色，則振動(dòng)時(shí)會(huì)引起微動(dòng)磨損。

3.5 腐蝕磨損失效

金屬在工作的過程中受與外界空氣和水汽的接觸，化學(xué)性質(zhì)相對(duì)活潑的金屬則極易與其發(fā)生反應(yīng)，這一過程會(huì)難以避免的產(chǎn)生大量的磨損物，而磨損物又與會(huì)繼續(xù)腐蝕材料，產(chǎn)生一連貫的金屬失效現(xiàn)象。

4 金屬材料磨損的防護(hù)方法

4.1 提高金屬本身的耐磨型

利用機(jī)械方法讓金屬表面層發(fā)生塑性形變，從而形成高硬度、高強(qiáng)的硬化層，或者利用固態(tài)相變，通過快速加熱的手段對(duì)零件表層進(jìn)行激光淬火、感應(yīng)淬火、火焰淬火等，這樣可以提高材料的抗疲勞性和耐磨型，另外，還可以使用外來元素的固態(tài)擴(kuò)散滲入，從而將金屬表面的成分發(fā)生根本性質(zhì)的變化，具體措施如：利用工件表層金屬的重新融化和凝固，在融化后參入合金材料后再冷凝從而加大硬度，進(jìn)而增強(qiáng)耐磨性，還有離子注入、電鍍等。

4.2 改善機(jī)械工作的環(huán)境

機(jī)器工作的環(huán)境直接影響著金屬的磨損程度，所以必須改善機(jī)器運(yùn)行的工作條件，優(yōu)化設(shè)備運(yùn)行結(jié)構(gòu)，適當(dāng)合理地控制好機(jī)械運(yùn)行時(shí)間，及時(shí)清除金屬磨損的碎屑物；在不同的工作環(huán)境中，應(yīng)該選擇不同抗磨損性質(zhì)的材料，提高材料使用的針對(duì)性，因?yàn)樵诳鼓バ再|(zhì)相差懸殊的情況下勢(shì)必會(huì)導(dǎo)致一方材料的迅速磨損，其相對(duì)磨損程度的加大，因此，相對(duì)性質(zhì)的金屬材料在相對(duì)運(yùn)動(dòng)的過程中不易被磨損。

4.3 定期維修保養(yǎng)金屬材料

除了上述措施后，還應(yīng)該對(duì)機(jī)器零件定時(shí)維修保養(yǎng)，對(duì)磨損程度大的材料進(jìn)行更換，以此提高整體金屬材料的使用期限，提高機(jī)械設(shè)備的可靠性安全性。

5 結(jié)語

總之，金屬材料磨損不可避免，但是必須采取針對(duì)性的措施來增強(qiáng)金屬的抗磨性和使用壽命，才能防止重大經(jīng)濟(jì)損失的出現(xiàn)，提高能源的可持續(xù)性發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

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[2] 李生華.摩擦對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑耐久性影響[J].機(jī)械科學(xué)與技術(shù)，2006.