機械零件常見磨損機理及減緩措施分析

趙在勝 蔣晶

摘 要：隨著現(xiàn)代社會的進步和發(fā)展，無論是工程應(yīng)用中還是我們的生活中，機械設(shè)備都占據(jù)著不可替代的重要位置。但是，各種機械設(shè)備的工作效率及其可靠性都深受機械零件的磨損的影響。本文主要概況分析了機械零件常見的各類磨損及其機理，并且分析列舉了幾種減緩各類磨損的有效措施。

關(guān)鍵詞：機械零件磨損;磨損機理

1 引言

在機械設(shè)備實現(xiàn)其必要功能時，相接觸兩表面會產(chǎn)生相互作用，如果同時存在相對運動或相對運動趨勢，則在兩接觸表面上會產(chǎn)生阻止其相對運動的摩擦力。摩擦力作用過程中產(chǎn)生的影響是不可逆的，必然產(chǎn)生兩摩擦表面的物質(zhì)隨運動而遷移或者喪失，這就產(chǎn)生了機械零件的磨損。磨損會使設(shè)備零件的表面特性遭到破環(huán)，從而使零件不能完成特定的功能，進而對機械設(shè)備的功能特性產(chǎn)生影響，比如產(chǎn)生震動和噪聲進而影響其它工作性能，甚至會使設(shè)備喪失它原有的功能而威脅到人們的生命財產(chǎn)安全。如果能了解磨損產(chǎn)生的機理和減緩磨損的措施，我們就可以在設(shè)計和使用維護時采取相應(yīng)的措施以減緩零件的磨損，提高機械設(shè)備的可靠性，保證人們的生命財產(chǎn)安全。所以，研究磨損機理和減緩磨損的措施具有重大的意義。

2 機械零件常見磨損機理

關(guān)于磨損的分類，各方有不同的見解，本文主要根據(jù)磨損的機理來分類，以便于說明各種磨損產(chǎn)生的原因。按照磨損機理分類，磨損主要分為黏附磨損、磨粒磨損、疲勞磨損、沖蝕磨損、腐蝕磨損、微動磨損，接下來對每一類磨損進行分析說明。

2.1 黏附磨損

當兩個接觸摩擦表面的輪廓峰接觸到原子間距離時，在足夠大壓力與溫度的作用下，會產(chǎn)生塑性變形而發(fā)生“冷焊“現(xiàn)象。當兩摩擦表面的冷焊點相對滑動時，接觸表面的材料會從一個表面遷移到另一個表面，便形成了黏附磨損。產(chǎn)生遷移的材料在之后的相互作用中可能產(chǎn)生逆遷移或脫落形成微小游離顆粒，而加速零件表面的磨損。零件材料的組織不均勻、殘余應(yīng)力等也會導致零件表面發(fā)生破裂，破裂的部分會被另一表面粘離而產(chǎn)生黏附磨損。當作用表面溫度升高時，兩表面的粘結(jié)強度會增加得很快，使黏附磨損程度急劇增大。當黏附磨損較為嚴重時，會導致兩個相互運動的零件之間的摩擦力急劇增大而導致出現(xiàn)卡死現(xiàn)象，使設(shè)備無法正常工作。

2.2 磨粒磨損

磨粒磨損是一種微切削的過程。制造零件的材料中含有的雜質(zhì)，材料基體中含有的碳化物、氮化物和氧化物等硬質(zhì)點，外部進入摩擦面間的硬質(zhì)顆粒，較軟表面上被另一表面較硬的尖峰劃出一條條溝紋時被移走的部分形成的小碎片，這些微粒都成為了兩個摩擦表面之間磨粒，在兩表面相互運動時產(chǎn)生微小的切削，隨著時間的推移，微小磨損會成為嚴重磨損而使機械零件失效。例如，在列車制動過程中，閘瓦與制動盤界面之間的硬質(zhì)磨粒，會對制動盤造成磨粒磨損，當磨損達到一定程度時，將會失去制動效果。

2.3 疲勞磨損

兩個接觸表面做純滾動或滾滑復合摩擦時，在多次較高的循環(huán)接觸壓應(yīng)力的作用下，摩擦表面的微小體積產(chǎn)生多次重復變形從而導致表面局部產(chǎn)生小塊材料剝落，形成小凹坑，稱為疲勞磨損。例如，在齒輪副傳動中，當所受應(yīng)力高于齒輪材料的允許表面接觸疲勞強度時，齒輪表面或其下面一定深度處就會產(chǎn)生微裂紋，在持續(xù)的應(yīng)力作用下，微裂紋不斷擴張，使多個微裂紋連接形成較大裂紋，裂紋處的材料不斷脫落，從而使齒輪表面逐漸出現(xiàn)小凹坑并不斷擴大，形成疲勞磨損或疲勞點蝕。

2.4 沖蝕磨損

零件表面因不斷受到流動粒子沖擊而產(chǎn)生破損的現(xiàn)象，稱為沖蝕磨損。根據(jù)產(chǎn)生沖擊的粒子的不同，沖蝕磨損可以分為兩種。一種是由流動流體中存在的硬質(zhì)物或硬質(zhì)顆粒沖擊零件表面而產(chǎn)生裂紋，裂紋不斷擴展形成表面損壞，稱為流體磨粒磨損。例如，利用高壓水輸送礦石時，礦石對管道內(nèi)壁的沖擊導致的管道內(nèi)壁破損。另一種是流體直接作用在零件表面產(chǎn)生的磨損，稱為流體侵蝕磨損。例如，燃氣渦輪機中的葉片被氣流侵蝕破壞。

2.5 腐蝕磨損

腐蝕磨損又名機械化學磨損，是指機械運動副在相對運動時，零件表面材料與周圍環(huán)境中的介質(zhì)發(fā)生的化學作用或電化學作用，與機械作用共同引起的磨損。例如，齒輪表面金屬層與空氣中的酸性物質(zhì)或與潤滑劑中硫、磷等的化合物發(fā)生化學反應(yīng)生成易剝落的化合物，進而形成腐蝕點。腐蝕磨損主要分為四種，氧化腐蝕磨損、特殊介質(zhì)腐蝕磨損、氣蝕浸蝕磨損和微動磨損，其中氧化磨損和特殊介質(zhì)腐蝕磨損是最為常見的腐蝕磨損形式。

2.6 微動磨損

微動磨損是在相互壓緊的金屬表面因微小振動而產(chǎn)生的一種由黏附磨損、磨粒磨損、機械化學磨損和疲勞磨損共同作用形成的復合磨損形式。微動磨損一般發(fā)生在相互緊密配合的表面，在較大的接觸應(yīng)力下，表面的輪廓峰產(chǎn)生冷焊，在循環(huán)的微小振動下冷焊點受剪切作用而使粘結(jié)材料脫落，形成微小磨粒，產(chǎn)生磨粒磨損，又在周圍環(huán)境的影響下，兩個緊密接觸表面產(chǎn)生多種磨損形式，形成擦傷、粘著和表面微裂紋等破環(huán)形式。例如，軸與軸承孔的過盈配合就是一種微動磨損。

3 減緩磨損措施

影響零件表面磨損的因素很多，零件的材料性質(zhì)、表面質(zhì)量以及潤滑劑的使用等方面都對磨損情況有極大的影響。本文從下面三個方面來分析減緩磨損的措施。

3.1 材料選擇

零件的材料不同，在相同的工作環(huán)境和工況中磨損情況不盡相同。實驗表明，兩種材料的親和性越大，其黏性也就越大，越容易發(fā)生“冷焊”現(xiàn)象。相對于塑性材料，脆性材料具有更優(yōu)良的抗黏著性能。材料的硬度較大、疲勞強度高時，其表面更不易被破環(huán)，其耐磨性比較好。

3.2 表面處理

表面處理，減小摩擦表面的粗糙度可以減小兩摩擦面的摩擦系數(shù)，減小摩擦力，從而減緩磨損的發(fā)生。電鍍、熱處理、薄膜技術(shù)等表面處理方法可以提高零件表面的強度和抗疲勞性能，從而減輕磨損的發(fā)生。使用摩擦因數(shù)低、硬度高且與基體材料可以形成密合性較高的硬質(zhì)覆膜，可以防止微動磨損。

3.3 潤滑劑使用

潤滑是減小摩擦和減緩磨損最有效和最常用的措施之一。潤滑劑分為液體潤滑劑和固體潤滑劑，這兩種潤滑劑的使用要根據(jù)機械設(shè)備的實際要求，選擇適當?shù)臐櫥瑒?，以達到最大的潤滑效果。潤滑劑可以在摩擦表面形成一層保護膜，使兩個摩擦表面直接接觸減少，以減少粗糙表面輪廓尖峰的直接接觸，從而減少“冷焊”的發(fā)生;薄膜可以隔絕金屬材料與環(huán)境的接觸，從而減輕了環(huán)境對接觸表面的腐蝕;薄膜可以阻斷外界硬質(zhì)顆粒進入摩擦表面之間，減少磨粒磨損。潤滑劑的使用可以非常有效地減輕摩擦表面的磨損程度，提高機械設(shè)備的可靠性和安全性，延長設(shè)備的使用壽命。

4 結(jié)束語

機械零件的磨損極為復雜，實際工程中磨損往往不是單一的，要根據(jù)具體磨損情況進行分析，采取最有效的措施以減緩磨損。本文總結(jié)了機械零件常見六種磨損形式及其機理，并提出了在三個方面減緩磨損的有效措施。通過本文，可以了解磨損的基本分類和磨損機理，并了解減緩磨損可采取的幾點有效措施。

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