磨损的基本原理

  磨损的基本原理

  磨损的三个阶段可以简述为表面的相互影响、表面层的变化和
表面的破坏。这三个磨损阶段是相关的，并发生在各个接触斑点上
。接触表面以机械方式和分子方式进行互相作用。机械作用包含粗
糙峰顶的穿透和粘结。配合表面开始有相对运动后，将会发生由穿
透粗糙峰顶产生的材料弹性推挤和塑性推挤作用。粗糙峰顶的粘结
导致了粗糙峰顶的变形，在极限情况下较软粗糙峰顶被剪切。分子
作用表现为配合表面上膜层的粘着。在特殊情形下，粘着作用非常
强烈，以至于粘着键断开时将带出粗大的材料碎片。

  机械应力、温度和化学反应均导致表面层的变化。发生塑性变
形的粗糙峰顶承受的正应力接近于较软接触体的压痕硬度。不过，
如果表面非常光滑、非常柔韧或承受很轻的载荷，则触点发生弹性
变形。因此，作用于系统的正压力决定了粗糙接触点发生塑性变形
的程度。如果载荷足够小，或者表面是柔韧的，则由于表面发生弹
性变形，磨损的发展非常缓慢。
  最大剪切应力的大小和位置取决于摩擦系数。当摩擦系凯≤0
．3时，最大剪切应力和相应的塑流发生在表层底部，每次滑动积
累的塑性应变很小。在润滑系统中或表面有保护层时通常发生这种
情况。不过，当摩擦系数弘≥0．3时，最大剪切应力发生在表面，
大量的剪切应变被积累。已经提出了几种基于塑流的磨损机理，包
括粗糙峰顶粘着和剪切；次表面裂纹的成核、生长并形成薄片状的
磨损颗粒(脱层磨损)和疲劳裂缝的生长。当载荷较大或滑动速度相
对较低时，这些塑性控制的磨损机理占主导作用，而导致了严重的
磨损。
  在某些情况下，由于材料结构的非理想性，重复的弹性变形可
能导致滚动表面产生凹痕。塑性变形改变了表面层的结构，使金属
次表层的位错和近表面的位错浓度增加，引起了表面层硬化。这个
过程一直持续到达到再结晶温度和位错浓度急剧下降时才停止。这
导致了表面层的退火。应变硬化过程和退火过程的多次重复产生了
磨损过程。此外，发生在摩擦表面的高温和塑性变形加速了扩散速
率，引起了溶质在表面的富集。

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