磨损的定义

什么是磨损？

    磨损是尽人皆知的现象，凡两个相互接触或相对运动的表面，都不免要发生摩擦，有摩擦即有磨损发生。各种机器都是由许多零件组成的，除了焊接件外，在其相互接连的地方(如齿轮与齿轮、轴与轴承、活塞环与缸套之间)以及机器在工作环境中和外界介质接触时(如犁样耕地、采煤机开采煤矿等)，总不免要产生摩擦与磨损。磨损是机器最常见也是最大量的一种失效方式。

     什么是磨损？ 虽然，磨损的研究工作正在逐步深化，但要给磨损下一个确切的定义并非易事。英国的机械工程师协会的一个委员会下的定义是“由于机械作用而造成物体表面材料的逐渐损耗”，这似乎排除了电和化学作用所产生的影响。克拉盖尔斯基的定义为“出于摩擦结合力反复扰动而造成材料的损坏”，似乎太强调疲劳的作用。

 我认为磨损的定义应为：磨损是在一个物体与另一个固体的、液体的或气体的对偶件发生接触和相对运动中，由于物理作用和化学作用而造成的表面材料不断损失、变形、变质的过程。磨损本身是一种伴随着摩擦的存在而存在的摩擦面材料的逐步损失、迁移、变形或变质的过程，有摩擦就有磨损。

关于磨损的定义，有四点需要指出：

  (1)磨损并不局限于机械作用，由于伴同化学作用而产生的腐蚀磨损、由于界面放电作用而引起物质转移的电火花磨损；以及由于伴同热效应而造成的热磨损等现象都在磨损的范围之内；

  (2)定义强调磨损是相对运动中所产生的现象，因而，橡胶表面老化、材料腐蚀等非相对运动中的现象不属于磨损研究的范畴；

  (3)磨损发生在物体工作表面材料上，其它非界面材料的损失或破坏，不包括在磨损范围之内；

  (4)磨损是不断损失或破坏的现象，损失包括直接耗失材料和材料的转移(材料从一个表面转移到另一个表面上去)，破坏包括产生残余变形，失去表面精度和光泽等。不断损失或破坏则说明磨损过程是连续的、有规律的，而不是偶然的几次。

  对机械设备来说说，磨损就是由于运动副之间的摩擦而导致零件表面材料的逐渐丧失或迁移。

  磨损会使机械零件丧失精度，影响机器的效率，降低工作的可靠性，甚至促使机器提前报废。

  磨损表现为松脱的细小颗粒（磨屑）的出现，以及表现为受摩擦学负荷表面上材料性质（化学的、物理的、金相组织的、机械工艺的）和形状的（形貌和尺寸、粗糙度、表面层厚度）变化。它是伴随摩擦而产生的必然结果，是诸多因素相互影响的复杂过程。

在机械设备中，磨损通常是不希望出现的，即它是消极的、不利的。但在某些例外情况下，例如在磨合过程中，磨损也可能是有益的；加工过程可认为是创造价值的工 艺过程，此时虽然在刀具和工件表面之间也发生与磨损过程同样的摩擦学过程，但对于被加工的工件来说，不能认为遭到磨损。

由磨损引起的材料损失的量称为磨损量，它的倒数称为耐磨性。对于耐磨性，常常有人把它看作材料的固有性质—“耐磨强度”，这是一种误解。一个作为材料固有性质的“耐磨强度”是不存在的。磨损或耐磨性是与很多因素有关的系统特性。对磨损过程进行系统分析才是科学的研究和处理磨损问题的方法。

掌握磨损规律的意义在于：

（1）了解机件一般工作在稳定磨损阶段，一旦转入急剧磨损阶段，机件必须进行修复或更换。

（2）磨损的发展过程是由自然(正常的)磨损和事故(过早的、迅速增长的或突然发生意外的)磨损组成。自然磨损是不可避免的，事故磨损可以延缓，甚至避免。我们的任务就是要采取措施减小磨损程度，尽量缩短磨合时间，增长正常工作时间，延长使用寿命。例如提高机件的强度和耐磨性，改善工作条件，提高修复、装配质量，进行良好的润滑和维护等。

（3）研究磨损规律，就是要掌握各种零部件磨损的特点，以便制定合理的维修策略和计划。

磨损特性曲线

   机械零件的磨损过程通常经历不同的磨损阶段，直至失效。如图给出典型的磨损特性曲线(浴盆曲线)：

图 磨损特性曲线

   图中的纵坐标表示单位时间的磨损量，称磨损率。通常在磨合期内，磨损率比较大，并是递降的。然后进入一个较长时间的稳定期，磨损率较小并保持不变。直至某一点，斜率陡升，这预兆着磨损急剧增大，失效即将发生。对于一些磨损过程，例如滚动轴承或齿轮中发生的表面疲劳磨损，开始时磨损率可能为零，当工作时间达到一定数值后，点蚀开始出现并迅速扩展，磨损率迅速上升，很快发展为大面积剥落和完全失效。

磨损阶段的描述：

 1．磨合阶段(I阶段)

 又称跑合阶段。新的摩擦副表面具有一定的表面粗糙度。在载荷作用下，由于实际接触面积较小，故接触应力很大。因此，在运行初期，表面的塑性变形与磨损的速度较快。随着磨合的进行，摩擦表面粗糙峰逐渐磨平，实际接触面积逐渐增大，表面应力减小，磨损减缓。

   一个崭新的，即加工后未经摩擦的固体表面总具有一定的表面粗糙度和比较尖锐的微凸体尖峰，实际上两个表面之间通过微凸体进入真实接触的面积是很小的。在这些接触着的微凸体之间会产生很大单位面积接触压力，乃至超过材料的屈服强度，并造成微凸体材料的迁移，以及接触面之间的变形在局部微区产生很高的温度，致使接触面发生熔焊，随即又由于表面之间的相对运动而被撕裂。同时微凸体在相对运动过程中也很容易发生碰撞、折断、划伤。因此在磨合阶段，摩擦副表面的磨损量迅速增加，并达到较高的磨损率。

另一方面由于加工和装配等工况原因，使接触表面之间的间隙不均匀，从而难以形成稳定的油膜，这时的润滑状态处于一种从边界润滑到混合润滑的过度；随着磨合阶段的结束，微凸体不断被磨平，促使它们之间的接触面积不断增大，而单位面积的接触压力随之减小，同时通过一定的磨损之后，摩擦副的间隙趋于均匀，油膜得以建立，即进一步向完全流体动力润滑过度；于是磨损率也随之减小，并向稳定磨损阶段过度。

 磨合阶段的轻微磨损为正常运行、稳定运转创造条件。通过选择合理的磨合规程、采用适当的摩擦副材料及合理的加工工艺、正确地装配与调整，使用含有活性添加剂的润滑油等措施能够缩短磨合期。上述磨合阶段最好受到监控，以免造成过度的磨损或磨合不够的情况产生。

 2．稳定磨损阶段（II阶段）

 经过磨合，摩擦表面发生加工硬化，微观几何形状改变，建立了弹塑性接触条件。这一阶段磨损趋于稳定、缓慢，工作时间可以延续很长。它的特点是磨损量与时间成正比增加，间隙缓慢增大。

稳定磨损阶段此时磨损量趋于平缓地增加，而磨损率则由高过度到低，并维持在一个比较稳定的水平上，表 明零件摩擦副表面之间已形成较为稳定的油膜，在润滑油充裕的工况下处于一种流体动力润滑状态。流体动力油膜的存在不仅在很大程度上避免了微凸体尖峰受力为 大部分表面处于一种比较均匀的受力状态。这对于减小磨损是极为有利的。特别是当油膜厚度大大超过两个接触表面的粗糙度时，摩擦副处于完 全流体动力润滑状态；这时微凸体之间几乎不接触，摩擦表面依靠油膜传递压力，故磨损量保持在一个非常低的水平上。稳定磨损阶段是机器设备的正常工作阶段， 稳定磨损阶段的长短与机器的工况有关，也与磨合阶段的磨合质量有关。这是因为机器在启动或停止的过程中，也就是摩擦副流体动力油膜建立或消除的过程，其润 滑状态也就从边界—混合—完全流体的转变过程或其逆过程。此过程摩擦表面也将发生磨损，磨合阶段磨合质量好的机器，其稳定磨损阶段将会维持一段较长的时间。反之亦然。

 3.急剧磨损阶段(III阶段)

 由于摩擦条件发生较大的变化，如温度快速增加，金居组织发生变化，使间隙，变得过大，增加了冲击，润滑油膜易破坏，磨损速度急剧增加，致使机械效率下降，精度降低，出现异常的噪声和振动，最后导致意外事故。

    稳定磨损阶段经过足够长 的时间后，或由于种种原因，如载荷的波动、润滑失效、摩擦副表面材料在长期交变应力作用下发生疲劳损伤等原因，都会导致磨损加剧。通常应该说剧烈磨损的发 生是磨损长期积累的结果。一旦发生往往是突发性的和急剧的，因此磨损量曲线和磨损率曲线均呈急剧上升。

剧烈磨损所造成的后果是严重的，不仅导致机械效率下降，粘度丧失，还可能产生异常的振动和噪声，摩擦副温度迅速上升，最终造成零件的破坏和失效，甚至导致机器的损坏。

    上述磨损过程的三个阶段都是不稳定的，不适当的磨合，非正常的磨损工况都会导致机器零件的剧烈磨损阶段的提前出现，造成机器的早期磨损失效。

磨合阶段过分轻微的磨合条件，如过小的载荷或过低的速度，甚至不适当地使用含有减磨作用的添加剂的润滑磨合油都会延长磨合期，即推迟稳定磨损期的到来，造成新设备迟迟不能投入正常运行。反之，如磨合阶段太短，未达到充分磨合的磨合质量要求，便会造成机器的早期磨损。

     金属的摩擦磨损是由力学的、物理的、化学的多个作用产生的结果 ,是机械效应、热效应、化学等效应综合作用的过程。因而产生磨损的根本原因在于受摩擦学负荷作用的物体与摩擦副系统中相关元素之间发生的机械、物理和化学作用的结果。至于出现什么样的相互作用，取决于所有参与磨损过程的各个元素的性质，如：运动类型、运动过程、法向载荷、速度、温度、表面特性和负荷期限等。

    磨屑的形成遵循摩擦时的塑性变形—裂纹萌生—裂纹扩展、断裂形屑的规律 .磨损是个动态的过程。

磨损的分类与磨损的评定方法

    磨损的分类

    因为磨损是一种十分复杂的微观动态过程，所以磨损的分类方法也较多。根据不同条件有不同的分类方法。

    最常见的磨损分类方法是按磨损机理来分类的，一般可分为；粘着磨损、磨料磨损、腐蚀磨损、接触疲劳磨损、冲蚀磨损、微动磨损和冲击磨损。

    前四种的磨损机理是各不相同的，但后三种磨损机理常与前四种有类似之处或为前四种机理中几种机理的复分。如冲蚀磨损有与磨料磨损类似之处，但也有其自身的特点；微动磨损常包含粘着、磨料、腐蚀及疲劳等四种或其中的三种综合而成。

    这里附带指出，即实际工况下，材料的磨损往往不只是一种机理在起作 用，而是几种机理同时存在，例如，磨料磨损往往伴随着粘着磨损，只不过是在不同条件下。某一种机理起主要作用而已。而当条件发生变化时，磨损也会以一种机 理为主转变为另一种机理为主。这是研究工作者和工程技术人员必须引起注意的问题。

  目前人们公认的最重要的四种基本磨损类型(机理)是：黏着磨损、磨料磨损、疲劳磨损和化学磨损。实际的磨损可能是多种机理共同作用的结果。不同磨损类型有不同的磨损表面的外观表现：

表 四种基本磨损类型

  磨损的评定方法

   磨损时零件表面的损坏是材料表面单个微观体积损坏的总和。目前对磨损评定方法还没有统一的标推。这里主要介绍三种方法：磨损量、耐磨性和磨损比。

   1、磨损量

   评定材料磨损的三个基本磨损量是长度磨损量、体积磨损量和重量磨损量。长度磨损虽是指磨损过程中零件表面尺寸的改变量，这在实际设备的磨损监测中经常使用。体积磨损量和重量磨损量是指磨损过程中零件或试样的体积或重量的改变量。

   2、耐磨性

   材料的耐磨性是指在一定工作条件下材料耐磨损的特性。我们已经知道由磨损引起的材料损失的量称为磨损量，而磨损量的倒数就称为耐磨性。材料耐磨性分为相对耐磨性和绝对耐磨性两种。

   3、磨损比

   冲蚀磨损过程中常用磨损比(也有称磨损串)来度量磨损。它必须在稳态磨损过程中测量，在其它磨损阶段中所测量的磨损比将有较大的差别。

   不论是磨损量、耐磨性和磨损比，它们都是在一定实验条件或工况下的相对指标，不同实验条件或工况下的数据是不可比较的。