金属磨损的概念和磨损过程及金属耐磨性

金属摩擦表面相对运动，表面不断发生损耗或产生塑性变形，使金属表面状态和尺寸发生改变的现象称为磨损。磨损表现为表面不断有细小颗粒被分离出来而成为磨屑，以及在摩擦载荷作用下，金属表面性质（金相组织、物理化学性能、力学性能）和形状的（形貌和尺寸、粗糙度、表面层厚度）变化。

通常磨损过程是一个渐进的过程，正常情况下磨损直接的结果也并非灾难性的。近二三十年，国外把摩擦、润滑和磨损，构成了一门独立的边缘学科叫摩擦学，但从材料学科特别是从材料的工程应用来看，人们更重视研究材料的磨损。

金属磨损并非单一的力学过程。引起磨损的原因既有力学作用，也有物理和化学作用，因此，摩擦副材料、润滑条件、加载方式和大小、相对运动特性（方式和速度）以及工作温度等诸多因素均影响磨损量的大小，所以，磨损是一个复杂的系统过程。 

在机械的正常运转中，磨损过程大致可分为三个阶段，如图1所示。

 图1 金属磨损特性曲线

（1）跑合（磨合）磨损阶段 这一阶段中，磨损速度由快变慢，而后逐渐减小到一稳定值。这是由于新加工的零件表面呈尖峰状态，使运转初期摩擦副的实际接触面积较小，单位接触面积上的压力较大，因而磨损速度较快，如图1中磨损曲线的Oa段。跑合磨损到一定程度后，尖峰逐渐被磨平，磨损速度即逐渐减慢。

（2）稳定磨损阶段 在这一阶段中磨损缓慢、磨损率稳定，零件以平稳而缓慢的磨损速度进入零件正常工作阶段，如图1中的ab段。这个阶段的长短即代表零件使用寿命的长短，磨损曲线的斜率即为磨损率，斜率越小磨损率就越低，零件的使用寿命就越长。经此磨损阶段后零件进入剧烈磨损阶段。

（3）剧烈磨损阶段 此阶段的特征是磨损速度及磨损率都急剧增大。当工作表面的总磨损量超过机械正常运转要求的某一允许值后，摩擦副的间隙增大，零件的磨损加剧，精度下降，润滑状态恶化，温度升高，从而产生振动、冲击和噪声，导致零件迅速失效，如图1中的bc段。

上述磨损过程中的三个阶段，是一般机械设备运转过程中都存在的。必须说明的是，在跑合阶段结束后应清洗零件，更换润滑油，这样才能正常地进入稳定磨损阶段。

耐磨性是材料抵抗磨损的性能，这是一个系统性质。迄今为止，还没有一个统一的、意义明确的耐磨性指标，通常用以下三种方法表征金属的耐磨性。

（1）磨损量

在规定条件下，经过规定时间的磨损后，样品表面的损耗程度称为磨损量(W)。磨损量可通过测量长度、体积或质量的变化而得到，并相应称它们为线磨损量、体积磨损量和质量磨损量。

若测量单位摩擦距离、单位压力下的磨损量等，则称为比磨损量。磨损量越小，耐磨性越高。

（2）耐磨性

磨损量的倒数称为耐磨性，即ε=1/W。ε值越大，材料的磨损抗力越大。

（3）相对耐磨性

指在同样条件下，标准试样（Pb-Sn合金）的磨损量与被测试样磨损量的比值称为相对耐磨性。相对耐磨性的倒数称为磨损系数。

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