機(jī)械設(shè)備金屬材料的磨損失效及防范策略研究

王宏宙

（青島西海岸新區(qū)市場監(jiān)督管理局，山東 青島 266500）

在日常的使用過程中，機(jī)械設(shè)備金屬材料發(fā)生的磨損是一種常見現(xiàn)象，我們需要對此進(jìn)行認(rèn)真分析，并采取相應(yīng)的有效措施來減少其磨損，進(jìn)而減少由此而來的經(jīng)濟(jì)損失。

1 關(guān)于機(jī)械設(shè)備金屬材料磨損的主要危害

所謂機(jī)械設(shè)備金屬材料的磨損是指，在運(yùn)動(dòng)過程中機(jī)械設(shè)備金屬材料的各個(gè)組成部分由于互相的作用發(fā)生摩擦，并導(dǎo)致不斷磨損金屬材料的表面，使其原本的質(zhì)量和形態(tài)以及尺寸等重要要素發(fā)生了改變，進(jìn)而損害了機(jī)械的性能以及材料的耐用度。只要運(yùn)行的時(shí)間較長，機(jī)械設(shè)備金屬材料都會(huì)發(fā)生磨損，這是必然的自然規(guī)律，此外，在日常運(yùn)行中，機(jī)械金屬設(shè)備往往處于各種不同的環(huán)境中，在工作過程中其周圍可能會(huì)長時(shí)間存在各種物質(zhì)比如細(xì)小的固體顆粒，空氣中也有水汽或其他化學(xué)氣體也會(huì)腐蝕機(jī)械金屬設(shè)備，時(shí)間長了就會(huì)損害金屬設(shè)備。對于機(jī)械設(shè)備金屬材料來說，它的磨損是不可避免的，過多過大的磨損會(huì)對機(jī)械金屬設(shè)備的工作效率產(chǎn)生嚴(yán)重的影響，甚至?xí)箼C(jī)械金屬設(shè)備發(fā)生報(bào)廢，進(jìn)而影響到日常生產(chǎn)，也會(huì)讓經(jīng)濟(jì)上出現(xiàn)了大量的損失。由于我國開始工業(yè)科技革命的時(shí)間較晚，在將西方先進(jìn)科技引入后，自身的技術(shù)發(fā)展一直處于世界發(fā)達(dá)國家之后，在日常的生產(chǎn)工作中就直接體現(xiàn)出了先進(jìn)技術(shù)的差距，相比于先進(jìn)的工業(yè)化國家，我國的機(jī)械設(shè)備金屬材料發(fā)生磨損的程度要更高。這一問題也直接阻礙了我國制造業(yè)發(fā)展水平的提高，也使經(jīng)濟(jì)方面出現(xiàn)了較大的損失。

2 金屬材料磨損失效的主要類型

2.1 磨粒磨損

所謂磨粒磨損，是指金屬材料表面的硬質(zhì)顆?；蛴操|(zhì)突出物之間發(fā)生摩擦，而使金屬材料表面出現(xiàn)的一種磨損。按照金屬材料摩擦表面承受的不同應(yīng)力以及沖擊力的情況，可以把磨粒磨損分為擦傷式磨損和鑿屑式磨損以及碾碎式磨損三種形式。鑿屑式磨損是指金屬材料能承受較大的應(yīng)力且有著硬磨粒；碾碎式磨損是指金屬材料能承受較大的應(yīng)力，而磨粒的硬度減少；擦傷磨損是指金屬材料表面能承受較小的應(yīng)力而發(fā)生的磨損。其中，如果發(fā)生碾碎式磨損，金屬材料表面會(huì)形成劃傷，造成金屬材料表面光度降低且會(huì)形成溝痕。

2.2 腐蝕磨損

所謂腐蝕磨損，是在相互摩擦的過程中，金屬材料表面和周圍環(huán)境中的介質(zhì)出現(xiàn)了化學(xué)反應(yīng)或者電化學(xué)反應(yīng)，而讓金屬表面出現(xiàn)的一種物質(zhì)損失。一般在特殊情況下才會(huì)出現(xiàn)腐蝕磨損，在腐蝕磨損的過程中，金屬材料的表面會(huì)出現(xiàn)腐蝕，進(jìn)而會(huì)形成磨粒磨道。腐蝕物在腐蝕磨損中會(huì)繼續(xù)帶來其他的磨損，造成重疊磨損現(xiàn)象，從而進(jìn)一步加劇金屬材料的磨損程度，導(dǎo)致更為嚴(yán)重的失效。

2.3 黏著磨損

所謂黏著磨損，是指金屬材料互相接觸的表面在出現(xiàn)摩擦副相對運(yùn)動(dòng)過程中，由于固相焊合作用造成接觸面出現(xiàn)的一種磨損。黏著磨損會(huì)讓金屬材料出現(xiàn)磨屑，進(jìn)而影響設(shè)備的性能。相對滑動(dòng)距離和負(fù)載以及金屬材料本身的硬度等都會(huì)導(dǎo)致黏著磨損的發(fā)生。其中，相對滑動(dòng)有著越大的距離，越大的負(fù)載，就會(huì)出現(xiàn)越嚴(yán)重的黏著磨損度。就金屬材料的硬度而言，其有著越高的硬度，就會(huì)有越小的黏著磨損度。

2.4 微動(dòng)磨損

對于機(jī)械設(shè)備的金屬材料來說，相對滑動(dòng)的金屬材料很容易發(fā)生磨損，相對固定的金屬材料也會(huì)出現(xiàn)一些磨損，然而這些是比較輕微的磨損。在相對固定的金屬材料和副材料的表面出現(xiàn)摩擦?xí)r，受周圍環(huán)境的影響會(huì)出現(xiàn)一些細(xì)微的相對運(yùn)動(dòng)，這種較小幅度的相對振動(dòng)會(huì)形成一些輕微的磨損，就是一種微動(dòng)磨損。

2.5 疲勞磨損

所謂疲勞磨損，是指在交變接觸壓應(yīng)力的作用下，相互接觸的金屬材料部件表面由于疲勞而出現(xiàn)的一種物質(zhì)損失。就摩擦學(xué)理論而言，之所以出現(xiàn)疲勞磨損，主要是在周期性負(fù)載作用下，金屬材料出現(xiàn)了重復(fù)變形，這樣就會(huì)讓金屬材料表面形成硬化以及塑性變形。金屬材料發(fā)生疲勞磨損會(huì)讓其表面出現(xiàn)裂紋，進(jìn)而影響金屬機(jī)械部件使其出現(xiàn)嚴(yán)重的損壞以及碎裂等現(xiàn)象。

3 對機(jī)械設(shè)備金屬材料磨損失效的相關(guān)分析

3.1 關(guān)于磨損的表面

很多因素會(huì)導(dǎo)致金屬表面發(fā)生磨損，比如出現(xiàn)相對運(yùn)動(dòng)的金屬表面的運(yùn)動(dòng)形式（滾動(dòng)、滑動(dòng)、沖擊以及往復(fù)運(yùn)動(dòng)），各種金屬表面的加工工藝，環(huán)境條件（濕度、溫度、真空度以及介質(zhì)性質(zhì)等）以及工況條件（連續(xù)工作或間歇式工作），不同的載荷以及運(yùn)動(dòng)的速度，表面材料的類型和機(jī)械性能以及化學(xué)活潑性還有加工處理方式等。這些因素的相互影響，讓金屬材料出現(xiàn)磨損的過程十分復(fù)雜。摩擦表面由于凹凸不平，金屬表面在出現(xiàn)相對運(yùn)動(dòng)時(shí)，這些凸體就會(huì)互相摩擦，進(jìn)而致使接觸表面形成物理損傷，越粗糙的摩擦表面，會(huì)出現(xiàn)越嚴(yán)重的磨損。如果金屬摩擦面之間進(jìn)入了一些固體雜質(zhì)顆粒，在金屬面相互運(yùn)動(dòng)時(shí)這些微粒就會(huì)進(jìn)行刨槽，從而讓磨損更為嚴(yán)重。

3.2 關(guān)于磨損的亞表面

金屬材料表面在出現(xiàn)一定程度的磨損時(shí)，一些大小不同的磨痕和腐蝕痕跡以及裂痕會(huì)出現(xiàn)在磨損的表面。如果機(jī)械設(shè)備不斷繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，就會(huì)不斷出現(xiàn)磨損現(xiàn)象，通過產(chǎn)生的磨痕固體顆?；蚱渌矬w會(huì)直接損害金屬的亞表面，這不但會(huì)進(jìn)一步加深磨痕，還會(huì)在各種載荷的作用下進(jìn)一步磨損金屬的亞表面。

4 有效防護(hù)金屬材料磨損失效的相關(guān)措施

4.1 使零件表面提高耐磨性

第一進(jìn)行化學(xué)熱處理。化學(xué)熱處理是將一些外來元素滲入進(jìn)來，進(jìn)而對零件表面的化學(xué)結(jié)構(gòu)進(jìn)行改變從而使其硬度增加，一般是采用固態(tài)擴(kuò)散來將這個(gè)過程完成。然而要完成化學(xué)熱處理，就要專業(yè)人員來操作，有著較長的處理時(shí)間和較高的成本。這種方法通常較少使用，只是在對一些特殊的零件進(jìn)行處理時(shí)會(huì)使用。第二，強(qiáng)化表面薄膜。表面薄膜強(qiáng)化是通過注入離子和電鍍以及氣相沉積等方式，形成覆蓋膜在零件表面，這層膜有著較高的硬度和較強(qiáng)的抗腐蝕性，從而可以讓零件的耐磨性增加。第三，強(qiáng)化表面形變。通過冷擠壓和噴丸等機(jī)械方法，來增加零件的表面強(qiáng)度和硬度的方法就是表面變形強(qiáng)化。一般而言，這種方法有著較好的效果，且操作比較簡單，有著較高的使用頻率。第四，強(qiáng)化表面熱處理。利用快速加熱和高溫等方式對零件表面進(jìn)行熱處理，讓其出現(xiàn)固態(tài)相變，以便讓零件的耐磨性和抗疲勞強(qiáng)度增加。該法具有較好的效果，操作也比較簡單，使用的頻率也比較多。第五，強(qiáng)化表面合金。該方法是指融化在零件表層覆蓋的合金材料，而后將其快速冷卻，使其形成硬化層，這樣就能增加零件的表層耐磨性。

4.2 對耐磨性金屬材料及其制造工藝進(jìn)行合理選擇

現(xiàn)今，材料科學(xué)得到了迅猛發(fā)展，不斷出現(xiàn)了各種新型的耐磨性材料，在對設(shè)備進(jìn)行制造時(shí)，尤其是制造轉(zhuǎn)動(dòng)有摩擦零件的設(shè)備，要跟上科技發(fā)展的步伐，制造零件時(shí)選擇具有較好耐磨性的材料，進(jìn)而讓零件的磨損有效減少。此外，需要對零件的制造工藝進(jìn)行改善，以便讓零件表面的光滑度增加，使其摩擦系數(shù)降低，進(jìn)而讓零件的磨損減少。同時(shí)，需要對機(jī)械設(shè)備的切削工藝、鑄造工藝、焊接工藝以及鍛造工藝進(jìn)行有效改進(jìn)，從而讓零件的機(jī)械性能和化學(xué)性能以及物理性能提高。例如，對鍛造工藝進(jìn)行改進(jìn)可以讓零件的抗電化學(xué)腐蝕性能增加。

4.3 做好預(yù)防性維修工作

首先，需要建立起機(jī)械設(shè)備運(yùn)行的有關(guān)檔案，需要詳細(xì)分析金屬零部件出現(xiàn)磨損故障的后果及其原因，同時(shí)做好相應(yīng)的信息反饋，需要和分析結(jié)果相結(jié)合來對金屬零部件磨損的相關(guān)防護(hù)措施進(jìn)行科學(xué)制定。其次，需要?jiǎng)澐趾脵C(jī)械設(shè)備的金屬零部件，重點(diǎn)分析其中發(fā)生較大磨損的部分，對磨損的情況要進(jìn)行及時(shí)了解，并實(shí)施相應(yīng)的防護(hù)措施。最后，對具體的維修方式的選擇，需要由機(jī)械設(shè)備操作人員和相關(guān)的專家進(jìn)行選擇，以便讓維修工作確保其針對性與有效性。為了確保維修方式更加有效，設(shè)備管理部門要將下列文件編好：第一對最有效的維修方式進(jìn)行選擇，并做好維修工作的任務(wù)手冊；第二對設(shè)備的維修方法進(jìn)行有效分類；第三，對設(shè)備維護(hù)的邏輯判斷程序進(jìn)行有效構(gòu)建，以便來維修多種故障問題。

4.4 對機(jī)械設(shè)備的工作環(huán)境進(jìn)行有效改善

機(jī)械設(shè)備的工作環(huán)境也會(huì)對金屬材料的磨損帶來影響。因而，可以通過對設(shè)備的工作環(huán)境進(jìn)行有效改善來對金屬材料進(jìn)行保護(hù)。通常而言，如果機(jī)械設(shè)備的工作狀態(tài)處于正常工時(shí)，要對其運(yùn)行的環(huán)境盡量優(yōu)化，同時(shí)要控制好設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間，盡量避免超額工作，還要避免超負(fù)荷工作，并且盡可能防止設(shè)備中進(jìn)入各種有腐蝕性的雜質(zhì)，以便讓設(shè)備的工作環(huán)境更加良好。這樣不但能讓設(shè)備中金屬材料減少發(fā)生磨損的情況，還可以讓設(shè)備確保正常的使用。

4.5 做好預(yù)防性保養(yǎng)工作

首先，需要認(rèn)真分析環(huán)境和質(zhì)量以及安全等重要因素影響機(jī)械設(shè)備金屬材料出現(xiàn)磨損的原因，同時(shí)將相應(yīng)的反饋?zhàn)龊?，對于機(jī)械設(shè)備金屬材料出現(xiàn)的磨損情況，要利用技術(shù)上的分析來制定出適合的止損方案，并將相應(yīng)的預(yù)防性保養(yǎng)措施做好。其次，技術(shù)人員要?jiǎng)澐趾脵C(jī)械設(shè)備的各個(gè)部件，對每個(gè)部件特定的金屬材料的成分和材質(zhì)，要進(jìn)行認(rèn)真分析，對重要部件出現(xiàn)的磨損情況要進(jìn)行深入的調(diào)查分析以便更好的保養(yǎng)設(shè)備。

5 結(jié)語

金屬材料一旦發(fā)生磨損，不但會(huì)讓企業(yè)出現(xiàn)經(jīng)濟(jì)上的損失，還會(huì)使各項(xiàng)工作的進(jìn)度受到影響，甚至?xí)?dǎo)致嚴(yán)重的安全事故的發(fā)生。因而，我們必須深入分析和研究金屬材料的磨損問題，并通過有效措施來有效解決這一問題，進(jìn)而讓因設(shè)備磨損而出現(xiàn)的損失有效降低。