汽车修理的基本知识

汽车修理的基本知识第三节零件的磨损及其特性主要内容概述摩擦磨损润滑概述•摩擦学是研究相对运动的作用表面间的摩擦、磨损和润滑，以及三者间相互关系的理论与应用的一门边缘学科。摩擦两个接触的物体在相互运动过程中，表面之间所产生的阻碍运动的效应；磨损由于摩擦而造成的物体表面材料的损失或转移；润滑减轻摩擦和磨损所应采取的措施。关于摩擦、磨损与润滑的学科构成了摩擦学。世界上使用的能源大约有1/3~1/2消耗于摩擦。•机械产品的易损零件大部分是由于磨损超过限度而报废和更换的。减少摩擦节省能源减少磨损降低设备维修次数和费用，节省制造零件及其所需材料的费用一、零件的摩擦与磨损零件的磨损是指配合件在工作过程中相互摩擦，使其表面尺寸，形状和表面质量发生变化，这种变化叫磨损在动配合件中，相对运动的两零件表面存在摩擦。摩擦产生的摩擦力就是配合件运动的阻力。这个处理所做的功，破坏零件的表面状况而使零件产生磨损。零件的磨损是摩擦的结果。零件磨损的直接原因是摩擦力对其表面的破坏（一）摩擦•摩擦的概念及其影响概念：两个相互配合的零件，在外力作用下发生相对运动或具有相对运动的趋势时，在其配合面间陈胜切向阻力的现象叫做摩擦。这个切向阻力叫做摩擦力•摩擦的影响1、摩擦消耗大量能量：据估计，世界能源的三分之一左右消耗在各种形式的摩擦中。2、摩擦产生磨损，是及其一批一批报废，造成经济上的严重损失。在工业中，大约有百分之八十的机器是由磨损而报废的。3、利用摩擦传递动力或使物体保持稳定。例如离合器，制动器摩擦不仅会使材料磨耗，而且还会发热，导致接触表面瞬时温度升高，降低工件的机械效率，加重材料磨耗，故生产中总是力图减少摩擦，降低摩擦系数。只有某些情况才需增大摩擦力，如车辆制动器、摩擦离合器等。•摩擦力---两个相互接触物体在外力作用下发生相对运动或具有相对运动的趋势时，在接触面间产生切向的运动阻力，这一阻力称为摩擦力。•摩擦的大小一般用摩擦系数μ来表示，其值等于摩擦力F（切向力）与法向力N（载荷）的比值，即μ=F/Nμ有动静区分，μ静＞μ动。（二）摩擦的种类按摩擦副的运动状态分类静摩擦----仅有相对运动趋势时的摩擦动摩擦----在相对运动进行中的摩擦按摩擦副的运动形式分类滑动摩擦—物体表面间的运动形式是相对滑动滚动摩擦—物体表面间的运动形式是相对滚动按发生部位分类内摩擦—在物质的内部发生的阻碍分子之间相对运动的现象外摩擦—在相对运动的物体表面间发生的相互阻碍作用现象。按摩擦副表面的润滑状况分类纯净摩擦—摩擦表面没有任何吸附膜或化合物存在时的摩擦干摩擦（无润滑摩擦）—在大气条件下，摩擦表面之间名义上没有润滑剂存在时的摩擦边界润滑摩擦—摩擦表面间有一层极薄的润滑膜存在的摩擦流体润滑摩擦—相对运动的两物体表面完全被流体隔开时的摩擦固体润滑摩擦—相对运动的两物体表面间有固体润滑存在时的摩擦混合摩擦—介于上述各摩擦之间，即接触表面间同时出现干摩擦、边界摩擦、流体润滑摩擦和固体润滑摩擦的一种混合摩擦状态。生产实际中最常见的一种摩擦状态。按摩擦副所处的工况条件分类正常摩擦—机械设备的摩擦副在正常温度、压力、速度等工况条件下的摩擦特殊工况条件下的摩擦—摩擦副处于高速、高温、低温等特殊环境条件下工作时产生的摩擦摩擦的机理“机械说”—摩擦原因是表面微凸体的相互阻碍作用；“分子说”—摩擦原因是表面材料分子间的吸力作用；“机械-分子说”—两种作用均有影响摩擦的因素1.材料性能---当摩擦副是同一种金属或是非常类似的金属，或这两种金属有可能形成固溶合金时，则摩擦较严重。2.表面膜的存在---基建在空气中总有一层氧化膜，可以使摩擦系数降低。3、速度和温度的影响4、载荷的影响---对大多数物质来说，载荷的变化会直接影响到摩擦系数。5、振动的影响6、光洁度的影响磨损磨损的定义磨损（Wear）---由于摩擦而造成的物体表面材料的损失或转移的现象称为磨损。磨屑的形成是材料发生变形和断裂的结果。磨损是发生在材料表面的局部变形与断裂，这种变形与断裂是反复进行的，具有动态特征。这种动态特征的另一标志是材料表层组织经过每次循环后总要变到新的状态。所以由常规试验得到材料力学性能不一定能如实反映出材料耐磨性的优劣。材料的磨损除主要由力学因素引起外，在整个过程中材料还将发生一系列物理、化学状态的变化。如因表面材料的塑性变形引起的形变硬化及应力分布的改变，因摩擦热引起的二次相变淬火、回火及回复再结晶，因外部介质产生的吸附和腐蚀作用等都将影响材料的耐磨性能。磨损的分类磨损是多种因素相互影响的复杂过程。根据不同磨损机理，分为五个主要类别：粘着磨损磨料磨损表面疲劳磨损腐蚀磨损机械磨损粘着磨损（AdhesiveWear）(又称咬合磨损)定义---是指两个相对运动的表面发生相互焊合，在相互运动过程中焊合表面产生撕裂而发生的磨损。粘着磨损是因两种材料表面某些接触点局部压应力超过该处材料屈服强度发生粘合并拽开而产生的一种表面损伤磨损，多发生在摩擦副相对滑动速度小，接触面氧化膜脆弱，润滑条件差，以及接触应力大的滑动摩擦条件下。其磨损表面特征是机件表面有大小不等的结疤。根据摩擦表面的破坏程度，常把粘着磨损分为：1）轻微磨损2）涂抹3）擦伤（胶合或咬合）4）撕脱（或咬焊）5）咬死1）轻微磨损：往往出现在摩擦初期的比较洁净的金属表面上，这种磨损是正常的，利用这种磨损使机器达到正常跑合的目的。轻微磨损的程度决定于载荷和速度。因此在跑合阶段要特别注意选择适当的跑合规范，也就是选择适当的载荷、速度、跑合时间等参数，使跑合时间尽可能地缩短而又不会在表面上产生擦伤现象。2）涂抹：金属从一个表面离开，并以很薄的一层堆积在另一个表面上的现象，称为涂抹。一般是较软的金属涂抹在较硬的金属表面上。增加滑动面的油膜厚度、减小表面粗糙度的幅值和斜率，都可以减轻涂抹的产生。3）擦伤：沿滑动方向产生细小抓痕的现象，称为擦伤。擦伤产生的条件：有较硬的凸峰（或较硬的颗粒），且在表面之间有相对滑动。4）划伤：在滑动表面之间，局部产生固相焊合时，沿滑动方向形成较严重的抓痕的现象。5）胶合：在滑动表面之间，由于固相焊合产生局部破坏，但尚未出现局部焊熔的现象。焊合---指固体表面直接接触时的粘着，在任何温度下都可能产生。包括：冷焊和熔焊。胶合产生原因：流体动压润滑油膜的破裂；边界润滑油膜的破裂；表面局部瞬时闪发温度升高。6）咬死—是胶合最严重的表现形式由于界面的摩擦使相对运动停止的现象。磨料磨损（AbrasiveeWear）(又称磨粒磨损或研磨磨损)磨料磨损是摩擦副的一方表面存在坚硬的细微凸起或在接触面间存在硬质粒子(从外界进入或从表面剥落)时产生的磨损。依据磨粒受的应力大小，磨粒磨损可分为凿削式、高应力碾碎式、低应力擦伤式3类。磨粒磨损的主要特征是摩擦面上有擦伤或因明显犁皱形成的沟槽，如图所示。沟槽可能是因磨粒对摩擦表面产生的微切削作用、塑性变形、疲劳破坏或脆性断裂产生的，或是它们综合作用的结果。表面疲劳磨损（SurfaceFatigueWear）（又称为接触疲劳磨损）表面疲劳磨损是两接触材料作滚动或滚动加滑动摩擦时，交变接触压应力长期作用使材料表面疲劳损伤，局部区域出现小片或小块状材料剥落，而使材料磨损的现象，故又称表面疲劳磨损或麻点磨损，是齿轮、滚动轴承等工件常见的磨损失效形式。表面疲劳磨损的宏观形态特征是：接触表面出现许多痘状、贝壳状或不规则形状的凹坑(麻坑)，有的凹坑较深，底部有疲劳裂纹扩展线的痕迹，如图所示。腐蚀磨损（CorrosiveWear）---在摩擦过程中，摩擦表面与周围介质发生化学反应或电化学反应的磨损称为腐蚀磨损，腐蚀可在没有摩擦的条件下形成，而相对运动消除了化学反应的生成物，接着表面又受到腐蚀，如此不断反复。腐蚀磨损有以下几种类型：氧化磨损：在摩擦过程中，金属的摩擦表面受空气或润滑剂中的氧作用形成氧化膜而发生磨损。特殊介质腐蚀磨损：在摩擦过程中，摩擦副表面与各种液体介质（酸、碱、盐等）发生作用，生成各种化学产物，并在摩擦过程中不断去除，这种磨损称为特殊介质腐蚀磨损。气蚀浸蚀磨损：在液体中的气蚀现象而产生的一种磨损。微动磨损：两个表面由于振幅很小的相对运动而产生的磨损现象。磨损过程中摩擦表面的变化摩擦过程中，两个物体的表面微凸体相互接触处会发生弹性变形或塑性变形过程，此过程将伴随着一连串的物理、化学及机械性能的变化。表面微裂纹的生成及其破坏作用化学反应过程---在磨损过程中，磨损过的新鲜材料表面会与空气和周围介质形成化合物薄膜。润滑剂的作用---润滑剂对摩擦与磨损有很大影响，很多情况下，润滑剂决定着磨损的程度。摩擦表面间材料的转移---摩擦过程中，材料会从一个材料表面转移到另一个材料表面，通常是塑性大的材料由于粘着作用而转移到较硬的材料表面而发生磨损。相反，有时由于材料转移的结果会增大摩擦副的实际接触面积，使摩擦副有较高的耐磨性。影响磨损的因素磨损种类不同，影响因素也不同，一般来说，影响因素有以下几种(1)服役条件的影响载荷---随载荷增加，摩擦副表面实际接触面积增大，从而摩擦力增大，摩擦热增加，使材料表面损伤加速速度---若滑动速度增加未引起摩擦表面温度的激增，则随滑动速度增加，摩擦时间减少，材料来不及变形，从而使磨损量减少。若滑动速度增加使摩擦副表面急剧升温而软化，则会加剧接触表面的粘着倾向，使粘着磨损增加。温度---随温度升高，材料表面的硬度降低，使实际接触面积增加，导致粘着磨损倾向上升，当温度升高到一定程度后，将使基础表面局部熔化焊合，使粘着磨损急剧增加。同时，温度升高导致摩擦副表面间润滑油氧化甚至失效，也会加剧磨损。表面粗糙度---一般情况下，表面越粗糙，摩擦阻力越大，摩擦系数也越大，磨损就愈严重。但表面太光滑又会使基础面积增加和表面的储油能力下降，从而使磨损增加。表面污染层与润滑膜---材料表面所吸附的表面污染层，在摩擦过程中可降低接触表面间的粘着倾向，起到减磨润滑作用。但是，若污染层中含有硬颗粒时，则会使磨料磨损加剧。(2)材料本身性质的影响材料的机械性能---硬度对耐磨性有很多影响。一般来说，硬度越高，耐磨性越好。塑性与韧性对硬脆材料的耐磨性影响较大。硬脆材料在磨损过程中，表层容易萌生裂纹并扩展，从而导致表层剥离，若提高材料的塑性与韧性，将增加材料阻止裂纹扩展的能力，可明显提高耐磨性。•化学成分和组织结构的影响---材料的化学成分对磨损有较大影响。对钢材而言，原子半径小的元素，如：碳、氮、磷、硼等，以间隙固溶的形式存在于钢中，使钢的硬度增加，从而提高耐磨性。材料的组织结构对磨损有较大的影响。在摩擦过程中，两种金属材料的互溶性越好，粘着磨损的倾向越大，两种材料差别越大，则它们之间的粘着磨损倾向越小。若选择同种材料做摩擦副，则在摩擦中会产生强烈的粘着磨损。机件正常运行的磨损过程如图所示，一般分为3个阶段，曲线上各点斜率即为磨损速率。图磨损量与时间的关系示意图（磨损曲线）(1)跑合(磨合)阶段。该阶段随着表面被磨平，实际接触面积不断增大，表层应变硬化，磨损速率不断减小。表面形成牢固的氧化膜，也降低了该段的磨损速率。(2)稳定磨损阶段。该段的斜率就是磨损速率，为一稳定值。实验室的磨损试验就是根据该段经历的时间、磨损速率或磨损量来评定材料耐磨性能的。大多数工件均在此阶段服役，磨合得越好，该段磨损速率就越低。(3)剧烈磨损阶段。随磨损过程的增长，磨耗增加，摩擦副接触表面间隙增大，机件表面质量恶化，润滑膜被破坏，引起剧烈振动，磨损重新加剧，机件快速失效。