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TPM对于粘着磨损重要性

来源:KTPM新益为 丨 发布时间:2017-07-04 丨 浏览次数:

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  TPM咨询公司提出当摩擦副两对偶表面作相对滑动时,由于粘着致使材料从一个表面转移到另一表面或材料从表面脱落而引起的磨损现象,统称粘着磨损。
  
  1.磨损机理
  
  由于摩擦副两对偶表面间实际接触面积很小,接触点应力很高,接触点温度有时高达1000℃,甚至更高,而基体温度一般较低,因此一旦脱离接触,其接触点温度便迅速下降(一般情况下接触点高温持续时间只有几ms)。摩擦副对偶表面处于这种高温和高应力状态下,润滑油膜、吸附膜或其它表面膜则发生破裂,使接触微峰产生粘着,随后在滑动中粘着点被剪断。由于相对运动使表面膜破坏更严重、更易粘着。这种粘着、剪断、再粘着的交替过程就构成了粘着磨损。粘着点的剪断位置决定粘着磨损的严重程度,按粘着磨损的严重程度,可将粘着磨损分为以下几类(设摩擦副的两个基体A与B以及粘着点AB的抗剪强度依次为τA、τB、τAB,其中τA <τB。
  
  (1)轻微磨损  若τAB<τA<τB,则剪切发生在粘着.界面,材料转移极微,磨损很轻。通常在金属表面具有氧化膜、硫化膜以及其它表面膜时,发生此种粘着磨损,如缸套一活塞环副的正常磨损。
  
  (2)徐抹  若τA<τAB<τB ,则剪切发生在A的表面浅层内,被剪切下的材料涂抹在B的表面上,并形成很薄的涂层,随后变为A材料之间的摩擦。由于表层的冷作硬化,剪切仍发生在A的浅表层,其磨损程度比轻微磨损略大,摩擦因数与轻微磨损相当,如重载蜗杆一蜗轮副的磨损常为此种情况(蜗轮表面的铜涂抹在蜗杆表面上)。
  
  (3)擦伤  若2096τA<τB<τAB,则剪切发生在A的亚表层内(有时也发生在B的亚表层内),被剪切下的材料转移到B表面上而形成粘着物,这些粘着物又擦伤A表面,如内燃机中铝活塞一缸套副常发生这种粘着磨损。
  
  (4)胶合  若τA<τB<τAB,且接触点局部温度较高和接触应力很大,则剪切发生在一方或双方基体较深层处,这时表面将沿着滑动方向呈现明显的撕脱。这是一种危害性极大的磨损(容易发展变为咬死),有时会突然发生,所以一定要预防。通常高速重载摩擦副或相同金属材料组成的摩擦副易出现这种磨损。齿轮副、蜗杆一蜗轮副及凸轮一挺杆副等,都有可能发生这种磨损。
  
  (5)咬死  粘着点抗剪强度相当高,表面瞬时闪发温度也相当高,粘着面积很大,粘着点不能剪断而造成相对运动中止的现象。咬死现象是胶合磨损最严重的表现形式,如主轴一轴瓦副有时会发生这种现象。
 
粘着磨损
粘着磨损
  
  2.影响磨损的因素
  
  (1)材料性质 脆性材料的抗粘着磨损能力比塑性材料高。塑性材料的粘着破坏常发生在表层深处,磨屑:的颗粒大;而脆性材料的粘着破坏常发生在表层浅处,磨屑的颗粒细小。材料的屈服点或硬度愈高,其抗粘着磨损能力也愈强。
  
  不同材料或互溶性小的材料组成的摩擦副,比相同材料或互溶性大的材料组成的摩擦副的抗粘着磨损能力高,如铁与镍、铝相溶,则不能配对成摩擦副;铅、锡、银、铟与铁不相溶,所以常用这几种金属的合金作轴瓦。
  
  金属与非金属(如石墨、塑料等)组成的摩擦副比金属摩擦副的抗粘着磨损性能好。
  
  (2)表层性质 采用表面处理工艺使摩擦副对偶表面互溶性减少,从而避免同种金属相互接触,可提高抗粘着磨损能力。如电镀、表面化学热处理、表面合金沉积、喷镀、刷镀和堆焊等工艺,都可提高抗粘着磨损能力。
  
  (3)表面平均压力 表面平均压力,即法向载荷除以名义接触面积。当表面平均压力低于σs时,磨损度稳定不变;当表面平均压力超过σs时,磨损度急剧增大,由缓慢磨损转变为剧烈磨损,严重时发生咬死现象。这是因为表面平均压力低于σs时,相互接触的微峰下的塑性变形区绝大多数是相互独立的,这时实际接触面积与法向载荷成正比,而接触应力不会因法向载荷的增大而增大;当表面平均压力超过σs时,相互接触的微峰下的塑性变形区相互作用,整个表层都呈塑性流动状态,这时实际接触面积不再随法向载荷的增加而增大,极易出现胶合磨损现象。
  
  (4)滑动速度 在表面平均压力一定的情况下,粘着磨损和磨损率随滑动速度的增大而增大,到了某一极大值后,又随滑动速度的增大而减小。有时随滑动速度的变化,磨损类型也发生变化。
  
  产生上述现象是因为最初滑动速度的增大主要使表面温度升高而将部分表面膜破坏和使摩擦副的强度降低,粘着磨损增加,相应其磨损率也就增大;当因速度增大而使表面温度高于某一值后,在表面易形成一层氧化膜而阻止金属表面的大面积接触,一从而使粘着磨损减少,相应其磨损率也就减小。另一方面,因滑动速度升高而产生热量使表层软化而基体并不软化,也可使磨损减轻。
  
  (5)温度 温度对粘着磨损的影响主要表现在三个方面:一是破坏表面膜,使之产生新生面的直接接触;二是使金属处于回火状态,降低了表面硬度;三是使材料局部区域温升过高,以致该区域摩擦副对偶表面产生熔化。这三点都将2070促使粘着磨损产生并加重,故选用热稳定性高的金属材料(如硬质合金等)或加强冷却等措施,是防止因温升而产生粘着磨损的有效办法。
  
  (6)表面粗糙度 一般说来,摩擦副对偶表面粗糙度值越小,其抗粘着磨损能力就越强。但过分地降低表面粗糙度值,因润滑剂在对偶表面间难以储存又会促进粘着磨损。新机器的合理跑合是降低表面粗糙度值,减少早期粘着磨损的有效措施之一。
  
  (7)润滑 润滑状态对粘着磨损的影响很大,如边界润滑状态下的粘着磨损比液体润滑严重,而液体动压润滑状态下的粘着磨损比液体静压润滑大些。这是由于摩擦副两对偶表面间润滑膜的作用特性不同而决定的。若在润滑剂中加入极压添加剂,即使在同样的润滑状态下,也能成倍地提高相对耐磨性。

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