機(jī)械類畢業(yè)論文--零件表面常見磨損機(jī)理的研究

1、<p>　　課題名稱：零件表面常見磨損機(jī)理的研究</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　磨損的分類---------------------------------------------------------------------------------------------1</p><p>　　磨損

2、的分類----------------------------------------------------------------------------------1</p><p>　　典型的磨損過程----------------------------------------------------------------------------3</p><p>　　磨損的成

3、因----------------------------------------------------------------------------------------------4</p><p>　　磨損形成的因素----------------------------------------------------------------------------4</p><p

4、>　　磨損表面形態(tài)分析-------------------------------------------------------------------------5</p><p>　　磨損避免方法-------------------------------------------------------------------------------------------6</p>

5、<p>　　潤滑---------------------------------------------------------------------------------------------6</p><p>　　選用耐磨材料--------------------------------------------------------------------------------6&l

6、t;/p><p>　　進(jìn)行表面改性--------------------------------------------------------------------------------6</p><p>　　結(jié)束語--------------------------------------------------------------------------------------

7、---------------10</p><p>　　參考文獻(xiàn)--------------------------------------------------------------------------------------------------11</p><p><b>　　內(nèi)容摘要</b></p><p>　　自然界中不論機(jī)

8、械零件, 還是人造關(guān)節(jié)都存在著磨損。可以說, 磨損無處不在。它直接影響著機(jī)器的運(yùn)轉(zhuǎn)精度和壽命。而磨損實(shí)際是接觸表面隨著時(shí)間增加和載荷作用損傷的累積過程，據(jù)相關(guān)資料顯示，每年全世界近五分之二的生產(chǎn)被摩擦磨損消耗掉。由此可見研究分析磨損機(jī)理對(duì)社會(huì)生產(chǎn)和人類發(fā)展有著重大意義，因此,本文就磨損的分類、磨損的形成因素、磨損的避免方法三個(gè)方面展開系統(tǒng)的研究與分析。</p><p><b>　　。</b>

9、</p><p>　　關(guān)鍵詞： 磨損的分類、磨損的形成因素、磨損的避免方法</p><p><b>　?。ㄒ唬┠p的分類</b></p><p>　　磨損是零部件失效的一種基本類型。通常意義上來講，磨損是指零部件幾何尺寸（體積）變小。 零部件失去原有設(shè)計(jì)所規(guī)定的功能稱為失效。</p><p><b>　　①磨損

10、的分類</b></p><p>　　根據(jù)近年來的研究，人們普遍認(rèn)為按照不同的磨損機(jī)理來分類是比較恰當(dāng)?shù)?，通常將磨損劃分為四個(gè)基本類型：粘著磨損；磨粒磨損；表面疲勞磨損；腐蝕磨損；微動(dòng)磨損。</p><p>　　雖然這種分類還不十分完善，但它概括了各種常見的磨損形式。例如：腐蝕磨損是表面和含有固體顆粒的液體相摩擦而形成的磨損，它可以歸入磨粒磨損。微動(dòng)磨損的主要原因是接觸表面的氧化

11、作用，可以將它歸納在腐蝕磨損之內(nèi)。</p><p>　?。?）粘著磨損:粘著磨損是指在相互摩擦的兩表面之間，由于溫度較高，使摩擦表面的金屬局部熔化發(fā)生轉(zhuǎn)移粘附在相接觸的零件表面的現(xiàn)象。粘著磨損將會(huì)在零件表面形成麻點(diǎn)或鱗尾狀磨痕。嚴(yán)重的粘著磨損會(huì)產(chǎn)生零件表層金屬內(nèi)部撕裂，引起摩擦表面咬粘，即兩摩擦表面粘附在一起，導(dǎo)致相對(duì)運(yùn)動(dòng)中止，造成機(jī)械事故，曲軸燒瓦和發(fā)動(dòng)機(jī)拉缸即屬此類。減少粘著磨損的主要措施包括采用科學(xué)的磨合工

12、藝、按規(guī)定要求強(qiáng)化材料表面、選擇合適的表面粗糙度、保持良好的潤滑等。</p><p>　?。?）磨粒磨損：磨粒磨損是指在相互摩擦的兩表面間，由于硬質(zhì)顆粒的存在而引起零件表面磨損的現(xiàn)象。磨粒磨損將會(huì)在材料表面劃出溝槽，其磨損程度隨運(yùn)動(dòng)速度、載荷、磨損硬度等的增大而加劇。減小磨粒磨損的主要措施是防止外來磨粒進(jìn)人和防止摩擦表面間產(chǎn)生磨粒。</p><p>　　(3)疲勞磨損:疲勞磨損是指在周期性

13、載荷長期作用下，相互接觸的零件表面產(chǎn)生塑性變形及應(yīng)力集中，導(dǎo)致形成微觀裂紋，隨摩擦進(jìn)程的延續(xù)，微觀裂紋進(jìn)一步擴(kuò)大并交織在一起，最后圍成面積而剝落的現(xiàn)象。疲勞磨損將在材料表面形成麻點(diǎn)、裂紋甚至微片剝落。疲勞磨損是汽車滾動(dòng)軸承、齒輪及凸輪等零件的主要磨損形式。</p><p>　　(4)腐蝕磨損:腐蝕磨損是指因材料與周圍介質(zhì)發(fā)生化學(xué)或電化學(xué)反應(yīng)而引起零部件表面材料損失的現(xiàn)象。腐蝕磨損根據(jù)其介質(zhì)性質(zhì)等的不同可分為氧化磨

14、損、特殊介質(zhì)腐蝕磨損和穴蝕等3種形式。減小腐蝕磨損的主要措施包括選用耐腐蝕性強(qiáng)的材料、對(duì)材料表面進(jìn)行不同的處理(如表面擠壓、表面淬火、碳氮共滲、表面噴錮)及正確的使用維護(hù)等。</p><p>　　以上介紹的為磨損的四種基本類型，但實(shí)際中表現(xiàn)出的磨損，常不能單純地納入上述四類基本形式。有許多是以上基本類型的轉(zhuǎn)化或復(fù)合。如圖（1）、圖（2）所示隨速度及載荷的變化，磨損類型也在變化。這說明，磨損類型可以隨工作條件的變化

15、而發(fā)生轉(zhuǎn)化。</p><p>　　著名科學(xué)家查爾德（Child）研究了載荷與速度對(duì)軟鋼-軟鋼無潤滑條件下的磨損狀態(tài)（見圖3），表明磨損隨工作條件的改變而發(fā)生轉(zhuǎn)化。</p><p>　?、诘湫偷哪p過程（三階段） </p><p><b>　　1、磨合磨損過程 </b></p><p>　　在一定載荷作用下形成一

16、個(gè)穩(wěn)定的表面粗糙度，且在以后過程中，此粗糙度不會(huì)繼續(xù)改變，所占時(shí)間比率較小。</p><p><b>　　2、穩(wěn)定磨損階段 </b></p><p>　　經(jīng)磨合的摩擦表面加工硬化，形成了穩(wěn)定的表面粗糙度，摩擦條件保持相對(duì)穩(wěn)定，磨損較緩，該段時(shí)間長短反映零件的壽命。</p><p><b>　　3、劇烈磨損階段 </b>&l

17、t;/p><p>　　經(jīng)穩(wěn)定磨損后，零件表面破壞，運(yùn)動(dòng)副間隙增大→動(dòng)載、振動(dòng)→潤滑狀態(tài)改變→溫升↑→磨損速度急劇上升→直至零件失效。</p><p>　?。ǘ┠p的形成因素</p><p>　　（1）磨損形成的因素</p><p>　　影響磨損的因素很多，但并非都可控制。對(duì)于摩擦副的設(shè)計(jì)者，首先應(yīng)保證工作參量不致引起磨損由穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)向嚴(yán)重。也即應(yīng)當(dāng)

18、盡可能使?jié)櫥せ蛭侥?、反?yīng)膜等將固體接觸表面分隔開。把穩(wěn)態(tài)時(shí)的磨損率限制在一定范圍內(nèi)，以滿足設(shè)計(jì)的工作壽命。</p><p>　　常用有效的控制因素有下列多種：</p><p><b>　?、俨牧系倪x擇</b></p><p>　　包括配對(duì)材料的組分、結(jié)構(gòu)、金相組織和物理、化學(xué)性質(zhì)等。對(duì)于不同的磨損類型有不同的要求。表1列出了不同磨損類型選擇

19、材料的要求。</p><p>　　表.1 各種磨損類型對(duì)材料性能的要求</p><p><b>　?、跐櫥瑒┑倪x擇</b></p><p>　　潤滑的主要作用之一是降低磨損，所以要針對(duì)可能存在的磨損狀況選擇合適的潤滑劑。應(yīng)當(dāng)提醒注意的是：有的潤滑劑可能對(duì)抗粘著磨損有利，但卻會(huì)引起更嚴(yán)重的氧化磨損。如含極壓添加劑的潤滑劑。因此選用時(shí)一定要權(quán)衡利

20、弊。</p><p><b>　　③表面粗糙度</b></p><p>　　根據(jù)潤滑狀態(tài)（如流體潤滑、邊界潤滑、固體潤滑）的不同，選擇合適的粗糙度。</p><p>　?、軝C(jī)械結(jié)構(gòu)和尺寸設(shè)計(jì)、安裝調(diào)試等方面控制磨損</p><p>　　如設(shè)計(jì)盡量用大面積接觸，減小接觸應(yīng)力、減少磨損。</p><p&g

21、t;<b>　?、荼砻鏈厣屠鋮s</b></p><p>　　材料的溫升是導(dǎo)致摩擦副失效的重要原因，因此改善冷卻條件，盡快降低摩擦面的溫度是十分重要的。如選用導(dǎo)熱性能良好的材料，加大潤滑劑流量，增大強(qiáng)制散熱面積和增添散熱裝置等。</p><p>　?。?）摩擦表面的形態(tài)分析　　 </p><p>　　由于摩擦現(xiàn)象發(fā)生在表面層，表層組織結(jié)構(gòu)的變化

22、是研究摩擦磨損規(guī)律和機(jī)理的關(guān)鍵，現(xiàn)代表面測試技術(shù)已先后用來研究摩擦表面的各種現(xiàn)象。 </p><p>　　1、摩擦磨損表面形貌的分析 </p><p>　　摩擦過程中表面形貌的變化可以采用表面輪廓儀和電子顯微鏡來進(jìn)行分析。 </p><p>　　表面輪廓儀是通過測量觸針在表面上勻速移動(dòng)，將觸針隨表面輪廓的垂直運(yùn)動(dòng)檢測、放大，并且描繪出表面的輪廓曲線。再經(jīng)過微處理機(jī)的

23、運(yùn)算還可以直接測出表面形貌參數(shù)的變化。 </p><p>　　目前常用的表面微觀形貌分析設(shè)備為掃描電子顯微鏡。電子掃描的圖像清晰度好，并有立體感，放大倍數(shù)變化范圍寬(20-20000倍)，檢測范圍亦較大。</p><p>　　2、摩擦磨損表面結(jié)構(gòu)的分析 </p><p>　　金屬表面在摩擦磨損過程中表層結(jié)構(gòu)的變化通常用衍射技術(shù)來分析，常用的有電子衍射法、 X射線衍射

24、法 。 </p><p>　　1）電子衍射的穿透能力小，散射厚度僅為10-7～10-8 cm。電子衍射可用來進(jìn)行薄層的摩擦表面分析， 例如研究金屬的粘著磨損和摩擦副材料遷移現(xiàn)象。</p><p>　　2）X 射線穿透能力大, 散射層厚度可達(dá)到10-4～10-2 cm。X 射線衍射常用來對(duì)較厚的摩擦表面的結(jié)構(gòu)分析。例如，此法常用于研究發(fā)動(dòng)機(jī)活塞環(huán)與缸套表面摩擦磨損后晶體尺寸的變化，單晶鐵板在

25、磨料磨損后由α鐵向γ鐵的轉(zhuǎn)變以及潤滑油添加劑在金屬表面上的潤滑機(jī)理。</p><p>　?。ㄈ┠p的避免方法</p><p><b>　?、贊櫥?lt;/b></p><p>　　潤滑是防磨的有效手段。改善潤滑技術(shù)，包括正確運(yùn)用潤滑原理，合理設(shè)計(jì)潤滑方式和潤滑系統(tǒng)，研制開發(fā)新型有效的潤滑材料等等。</p><p>　　但必須

26、注意的是：某種手段對(duì)某工況下適用、有效，并不等于它對(duì)任何工況都適用。</p><p><b>　?、谶x用耐磨材料</b></p><p>　　根據(jù)不同的磨損類型來選擇耐磨材料和摩擦副配對(duì)。</p><p><b>　?、圻M(jìn)行表面改性</b></p><p>　　使用整體耐磨材料通常比較昂貴，另外，有

27、些性能能滿足耐磨，但不能滿足摩擦元件對(duì)強(qiáng)度、剛度、韌性等要求。采用表面改性的方法，可以充分發(fā)揮材料表面和芯部不同的作用。</p><p>　　表面改性有兩方面用途：</p><p><b>　　a.試圖降低摩擦力</b></p><p>　　改善負(fù)荷分布及接觸狀態(tài)。改性后的表面應(yīng)具有低剪切強(qiáng)度和潤滑作用。通常用（施加）與原表面不同的各種涂（鍍）

28、層：如</p><p>　　粘結(jié)固體潤滑膜：借助于粘結(jié)劑將固體潤滑劑牢固地粘結(jié)在摩擦表面上起潤滑劑作用的涂層。</p><p>　　物理氣相沉積鍍層：在真空環(huán)境中，用物理的方法，在溫度場、電場、和／或磁場的作用下，把潤滑劑或軟金屬以氣相形式沉積到基底材料表面，得到具有潤滑性的薄膜。如濺射MoS2或離子鍍Ag膜。</p><p>　　化學(xué)氣相沉積涂層：化合物在高溫下氣

29、化，然后沉積在真空室中加熱的基底材料上?；蛟诔练e的同時(shí)通入反應(yīng)氣體，在表面上形成新的化合物。如碳膜</p><p>　　固體潤滑劑擦涂膜：將固體潤滑劑直接用軟布插涂到摩擦表面上形成的潤滑劑涂層。</p><p>　　電化學(xué)沉積膜（包括共析電鍍、電泳、化學(xué)鍍等）：通過電鍍或電解等方法將潤滑劑和金屬一起沉積在基底表面上。如Au-Cu-Ni-MoS2，Ni-石墨，電泳MoS2等。</p&g

30、t;<p>　　原位化學(xué)轉(zhuǎn)化膜：如硫化氫氣體在高溫下與鍍有MoO3表面起反應(yīng)轉(zhuǎn)化為MoS2膜。</p><p>　　摩擦聚合膜：在摩擦過程中，潤滑油脂與金屬及添加劑作用產(chǎn)生聚合反應(yīng)形成的固態(tài)潤滑膜。</p><p>　　LB膜（Langmuir-Blodgett）：是將單分子層連續(xù)轉(zhuǎn)移而構(gòu)成多層組合膜的總稱。如將長鏈化合物二十二烷酸的單分子層和MoS2一起轉(zhuǎn)移在固體基底表面上

31、起潤滑作用。</p><p><b>　　b.防止表面損傷</b></p><p>　　改性后得到耐磨的硬表面。常用的有：機(jī)械強(qiáng)化處理，表面化學(xué)處理，常規(guī)的金屬熱處理，化學(xué)熱處理，熱噴涂和等離子噴涂膜等。以及近代的物理表面強(qiáng)化技術(shù)（包括物理氣相沉積、化學(xué)氣相沉積、激光技術(shù)、等離子技術(shù)、離子注入和離子束技術(shù)等方法）。</p><p>　　現(xiàn)介紹幾

32、種常用的表面改性技術(shù)。</p><p><b>　?、艡C(jī)械強(qiáng)化處理</b></p><p>　　主要有噴砂（干噴和濕噴），噴丸，起冷作硬化作用。</p><p>　　目的與性能：達(dá)到一定的粗糙度，有利于機(jī)械嚙合或儲(chǔ)存潤滑劑的作用；提高表面硬度，暴露新鮮表面，提高表面活性。</p><p><b>　?、票砻婊瘜W(xué)

33、處理</b></p><p>　　表面化學(xué)處理是通過在表面上進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，使金屬形成一個(gè)表面層。</p><p>　　表面層具有以下不同類型：</p><p>　　多孔型表面層，便于儲(chǔ)存潤滑劑，如ZnPO3。</p><p>　　活性表面層，易于與其上的潤滑膜或邊界膜相結(jié)合，如FeS。或改變惰性材料表面的鈍化性。</p>

34、;<p>　　防腐蝕、耐磨、改變表面能等。</p><p>　　常用的表面化學(xué)處理方法有：</p><p>　　鋼鐵：磷化、硫化、氧化等?？商岣咂浔砻嫔蠞櫥さ姆栏约澳湍バ?。</p><p>　　不銹鋼：氧化、草酸鹽化?？稍鰪?qiáng)不銹鋼表面的活性。</p><p>　　鋁：陽極氧化、氯化?？商岣咪X的耐磨性。</p>

35、<p><b>　　銅：氧化。</b></p><p>　　聚合物：改變聚合物的表面能。如PTFE用四氫呋喃和精萘處理后，磨損率降低到原來的1/200。</p><p><b>　?、浅Ｒ?guī)的金屬熱處理</b></p><p><b>　　淬火、表面淬火：</b></p><

36、;p>　　將金屬加熱到再結(jié)晶溫度（相變）以上，突然冷卻（于水或油中），使材料發(fā)生相變。一般是由奧氏體（γ）轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體（硬）或再經(jīng)調(diào)質(zhì)處理得珠光體等。以達(dá)到提高硬度或強(qiáng)度的目的。</p><p>　　對(duì)于不同成分的金屬，可根據(jù)其各自的金屬合金平衡相圖查得合適的熱處理規(guī)程（包括溫度、升溫速度、保溫時(shí)間、冷卻速度等）。</p><p>　　普通加熱爐中對(duì)整體零件加熱后淬火，使整體硬度增加

37、；如使用高頻加熱爐快速加熱零件表面，進(jìn)行表面淬火，可提高表面硬度而保持芯部原有的金相組織。</p><p>　　尚有回火、退火等處理方法，為改善和調(diào)整材料性質(zhì)。</p><p>　　這種處理一般在機(jī)械加工過程中進(jìn)行，由摩擦副的設(shè)計(jì)及加工部門制訂和實(shí)施。</p><p>　?、然瘜W(xué)熱處理—鍍熱擴(kuò)散</p><p><b>　　鍍熱擴(kuò)散

38、</b></p><p>　　金屬表面鍍層后置于高溫下進(jìn)行熱擴(kuò)散，使鍍層中的元素或化合物擴(kuò)散到金屬基體表面，然后進(jìn)行常規(guī)的熱處理，以提高材料的摩擦學(xué)性能。</p><p>　　有報(bào)道用鹽浴對(duì)某種金屬底材上的青銅鍍層進(jìn)行熱擴(kuò)散，然后經(jīng)退火、回火、冷處理等不同的處理方法，使青銅鍍層的結(jié)構(gòu)和摩擦學(xué)表面的能量狀態(tài)發(fā)生明顯的變化，并具有良好的摩擦學(xué)性能。</p><p

39、>　　裴有福、齊毓霖等報(bào)道了一種刷鍍滲入法。在金屬底材40Cr鋼和Ly12（鋁合金）上分別用電刷鍍法制備Sn和Cu+In復(fù)合鍍層，然后在N2保護(hù)下，于密封式管狀爐中加熱。</p><p>　　用X-射線衍射及顯微分析，表明底材中滲入了鍍層的成分并形成了合金。材料的摩擦磨損性能有明顯改善。</p><p><b>　　（四）結(jié)束語 </b></p>

40、<p>　　在論文即將完成之際，感謝我的指導(dǎo)老師**張老師，他嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致、一絲不茍的工作態(tài)度是我今后學(xué)習(xí)、工作中的榜樣。他循循善誘的教導(dǎo)和不拘一格的思路給予我無盡的啟迪。這篇論文中的每個(gè)實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)和每個(gè)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，都離不開您的細(xì)心指導(dǎo)，而您開朗的個(gè)性和寬容的態(tài)度，幫助我能夠很快融入這個(gè)實(shí)驗(yàn)中去。</p><p>　　感謝父母無言的支持，焉得媛草，言樹之背，父母之恩，無以回報(bào)。您們永遠(yuǎn)開心快樂是我最大的心愿。&

41、lt;/p><p>　　在論文即將完成之際，我的心情無法平靜，從開始到論文順利完成，有多少可敬的老師、友善的同學(xué)、真摯的朋友給予我無言的幫助，在這里請(qǐng)接受我最誠摯的謝意！</p><p>　　風(fēng)雨不改凌云志，振衣灈足展襟懷。行方智圓煅內(nèi)蘊(yùn)，海闊天空鑄宏圖。</p><p><b>　?。ㄎ澹﹨⒖嘉墨I(xiàn)</b></p><p>

42、　　1.陳耕、汪一麟，《摩擦與磨損》，同濟(jì)大學(xué)出版社，1989，上海</p><p>　　2.鄭林慶，《摩擦學(xué)原理》，高等教育出版社，1994，北京</p><p>　　3.宮德利，“表面處理對(duì)PTFE和HDPE摩擦磨損的影響”，《固體潤滑》</p><p>　　4.張緒壽，冶銀平，“離子束表面改性及其在摩擦學(xué)中的應(yīng)用”，《摩擦學(xué)學(xué)報(bào)》，</p>&l