磨損的基本原理

  磨損的三個(gè)階段可以簡(jiǎn)述為表面的相互影響、表面層的變化和
表面的破壞。這三個(gè)磨損階段是相關(guān)的，并發(fā)生在各個(gè)接觸斑點(diǎn)上
。接觸表面以機(jī)械方式和分子方式進(jìn)行互相作用。機(jī)械作用包含粗
糙峰頂?shù)拇┩负驼辰Y(jié)。配合表面開(kāi)始有相對(duì)運(yùn)動(dòng)后，將會(huì)發(fā)生由穿
透粗糙峰頂產(chǎn)生的材料彈性推擠和塑性推擠作用。粗糙峰頂?shù)恼辰Y(jié)
導(dǎo)致了粗糙峰頂?shù)淖冃?，在極限情況下較軟粗糙峰頂被剪切。分子
作用表現(xiàn)為配合表面上膜層的粘著。在特殊情形下，粘著作用非常
強(qiáng)烈，以至于粘著鍵斷開(kāi)時(shí)將帶出粗大的材料碎片。

  機(jī)械應(yīng)力、溫度和化學(xué)反應(yīng)均導(dǎo)致表面層的變化。發(fā)生塑性變
形的粗糙峰頂承受的正應(yīng)力接近于較軟接觸體的壓痕硬度。不過(guò)，
如果表面非常光滑、非常柔韌或承受很輕的載荷，則觸點(diǎn)發(fā)生彈性
變形。因此，作用于系統(tǒng)的正壓力決定了粗糙接觸點(diǎn)發(fā)生塑性變形
的程度。如果載荷足夠小，或者表面是柔韌的，則由于表面發(fā)生彈
性變形，磨損的發(fā)展非常緩慢。
  最大剪切應(yīng)力的大小和位置取決于摩擦系數(shù)。當(dāng)摩擦系凱≤0
．3時(shí)，最大剪切應(yīng)力和相應(yīng)的塑流發(fā)生在表層底部，每次滑動(dòng)積
累的塑性應(yīng)變很小。在潤(rùn)滑系統(tǒng)中或表面有保護(hù)層時(shí)通常發(fā)生這種
情況。不過(guò)，當(dāng)摩擦系數(shù)弘≥0．3時(shí)，最大剪切應(yīng)力發(fā)生在表面，
大量的剪切應(yīng)變被積累。已經(jīng)提出了幾種基于塑流的磨損機(jī)理，包
括粗糙峰頂粘著和剪切；次表面裂紋的成核、生長(zhǎng)并形成薄片狀的
磨損顆粒(脫層磨損)和疲勞裂縫的生長(zhǎng)。當(dāng)載荷較大或滑動(dòng)速度相
對(duì)較低時(shí)，這些塑性控制的磨損機(jī)理占主導(dǎo)作用，而導(dǎo)致了嚴(yán)重的
磨損。
  在某些情況下，由于材料結(jié)構(gòu)的非理想性，重復(fù)的彈性變形可
能導(dǎo)致滾動(dòng)表面產(chǎn)生凹痕。塑性變形改變了表面層的結(jié)構(gòu)，使金屬
次表層的位錯(cuò)和近表面的位錯(cuò)濃度增加，引起了表面層硬化。這個(gè)
過(guò)程一直持續(xù)到達(dá)到再結(jié)晶溫度和位錯(cuò)濃度急劇下降時(shí)才停止。這
導(dǎo)致了表面層的退火。應(yīng)變硬化過(guò)程和退火過(guò)程的多次重復(fù)產(chǎn)生了
磨損過(guò)程。此外，發(fā)生在摩擦表面的高溫和塑性變形加速了擴(kuò)散速
率，引起了溶質(zhì)在表面的富集。

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