第二章摩擦材料的評(píng)定與測(cè)試方法

2.1摩擦磨損試驗(yàn)方法分類(lèi)

赫魯曉夫：根據(jù)模擬條件接近使用條件的程度將磨損試驗(yàn)方法分為五類(lèi)：使用觀察試驗(yàn)，模擬機(jī)器使用條件的專(zhuān)門(mén)試驗(yàn)，模擬給定載荷的專(zhuān)門(mén)試驗(yàn)，模擬使用條件的實(shí)驗(yàn)室試樣試驗(yàn)，試驗(yàn)室給定條件的試樣試驗(yàn)。

不統(tǒng)一，不一致扎伊切夫：將磨損試驗(yàn)方法分為七類(lèi)：工廠車(chē)間檢驗(yàn)產(chǎn)品相對(duì)耐磨性的試驗(yàn)，減摩材料和軸的磨損試驗(yàn)，滾輪、凸輪、偏心輪以及鋼軌和輪箍磨損試驗(yàn)，滾動(dòng)軸承磨損試驗(yàn)，磨料磨損試驗(yàn)，腐蝕磨損試驗(yàn)。洛列茨：根據(jù)研究磨損的目的將磨損試驗(yàn)分三類(lèi)：研究性的、使用性的和檢查性的磨損試驗(yàn)方法?？死窭够簩⒛p試驗(yàn)方法分為三類(lèi)：使用試驗(yàn)、零件試驗(yàn)和試樣試驗(yàn)。根據(jù)試驗(yàn)條件和目的將摩擦磨損試驗(yàn)作如下分類(lèi)：使用運(yùn)轉(zhuǎn)磨損試驗(yàn)實(shí)驗(yàn)室磨損試驗(yàn)?zāi)p試驗(yàn)試樣磨損試驗(yàn)臺(tái)架磨損試驗(yàn)應(yīng)用性的研究性的應(yīng)用性的檢查性的使用運(yùn)轉(zhuǎn)條件下的磨損試驗(yàn)：

優(yōu)點(diǎn)：真實(shí)性和可靠性最強(qiáng)

缺點(diǎn)：試驗(yàn)周期長(zhǎng)檢測(cè)困難，精確度低運(yùn)轉(zhuǎn)條件不固定，使得磨損數(shù)據(jù)的重現(xiàn)性和可比性差，無(wú)法研究磨損規(guī)律。無(wú)法研究某一因素或幾個(gè)因素的影響統(tǒng)計(jì)工作量大試驗(yàn)所需人力、財(cái)力較大。實(shí)驗(yàn)室磨損試驗(yàn)：

是在實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)條件下模擬使用運(yùn)轉(zhuǎn)條件下的磨損。優(yōu)點(diǎn)：試驗(yàn)周期短不需要整機(jī)試驗(yàn)，可以試驗(yàn)部件或零件影響試驗(yàn)的因素易控制和選擇，試驗(yàn)數(shù)據(jù)的重現(xiàn)性、可比性和規(guī)律性強(qiáng)，易于分析對(duì)比試驗(yàn)費(fèi)用低由于試驗(yàn)時(shí)間短，費(fèi)用低等原因，可以重復(fù)地對(duì)大量試樣或零件進(jìn)行磨損試驗(yàn)缺點(diǎn)：需要精心地設(shè)計(jì)模擬，否則試驗(yàn)數(shù)據(jù)的應(yīng)用性差

實(shí)驗(yàn)室磨損試驗(yàn)分類(lèi)試樣磨損試驗(yàn)研究性的磨損試驗(yàn)應(yīng)用性的磨損試驗(yàn)臺(tái)架試驗(yàn)應(yīng)用性的臺(tái)架試驗(yàn)檢驗(yàn)性臺(tái)架試驗(yàn)試驗(yàn)研究解決生產(chǎn)任務(wù)時(shí)，一般必須經(jīng)過(guò)三個(gè)階段：1）在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行試樣磨損試驗(yàn)研究，初選研究參數(shù)；

2）在試驗(yàn)臺(tái)架上進(jìn)行零件磨損試驗(yàn)研究，精選或初校研究參數(shù)；

3）進(jìn)行使用運(yùn)轉(zhuǎn)磨損試驗(yàn)，校驗(yàn)和選擇最佳的研究參數(shù)。根據(jù)問(wèn)題的復(fù)雜程度和模擬試驗(yàn)的正確程度，在一般情況下可以①③或②③階段結(jié)合使用，在個(gè)別情況下，如模擬試驗(yàn)已經(jīng)過(guò)使用試驗(yàn)的考驗(yàn)，可以①或②階段單獨(dú)使用；如使用條件簡(jiǎn)單，可以③階段單獨(dú)使用。2.2實(shí)驗(yàn)室摩擦試驗(yàn)的模擬如何模擬磨損試驗(yàn)?兩種意見(jiàn)：實(shí)驗(yàn)室模擬磨損試驗(yàn)必須使試驗(yàn)的所有條件接近于機(jī)器零件實(shí)際使用運(yùn)轉(zhuǎn)條件，但是這樣的模擬要求是不合理的，必然導(dǎo)致取消在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行磨損試驗(yàn)的可能性。實(shí)驗(yàn)室模擬磨損試驗(yàn)必須使磨損試驗(yàn)獲得的磨損形式與使用運(yùn)轉(zhuǎn)條件下的磨損形式一致，而實(shí)驗(yàn)室試樣運(yùn)轉(zhuǎn)試驗(yàn)條件與使用零件運(yùn)轉(zhuǎn)條件接近毫無(wú)必要。實(shí)驗(yàn)室條件下如何模擬機(jī)器零件使用運(yùn)轉(zhuǎn)條件下的摩擦是十分復(fù)雜的問(wèn)題，因?yàn)槟Σ痢⒛p現(xiàn)象很復(fù)雜，影響的因素也很多，稍許改變其中某一影響因素，可能導(dǎo)致磨損量成倍地、幾十倍地甚至上千倍地變化。3.3摩摩擦擦形形式式與與條條件件材料料的的磨磨損損特特征征與與材材料料的的強(qiáng)強(qiáng)度度和和硬硬度度不不同同，，它它不不是是材材料料所所固固有有的的特特性性，，而而是是系系統(tǒng)統(tǒng)的的特特性性。。磨損損的的實(shí)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)影影響響因因素素滑動(dòng)動(dòng)速速度度61001000434100472515610.060.120.180.360.600.902.405.00磨損率，毫克/（公里·厘米2）滑移速度，米/秒圖6-1滑移速度對(duì)磨損影響1－正火У8鋼（吹干燥空氣）；2－正火碳鋼（0.64%C）；3－У8鋼（不吹空氣）；克力力∣齊齊伯伯力力效效應(yīng)應(yīng)（1））滑滑移移速速度度對(duì)對(duì)磨磨損損量量和和磨磨損損形形式式有有很很大大的的影影響響，，可可以以使使磨磨損損從從一一種種形形式式變變?yōu)闉榱砹硪灰环N種形形式式。。（2））滑滑移移速速度度對(duì)對(duì)磨磨損損的的影影響響與與其其它它參參數(shù)數(shù)如如摩摩擦擦副副材材料料，，壓壓力力等等等等有有關(guān)關(guān)，，其其它它參參數(shù)數(shù)不不同同，，滑滑移移速速度度對(duì)對(duì)磨磨損損的的影影響響也也就就不不同同。。載荷荷1））載載荷荷對(duì)對(duì)磨磨損損量量和和磨磨損損形形式式有有很很大大影影響響，，可可以以使使磨磨損損從從一一種種形形式式轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變變?yōu)闉榱砹硪灰环N種形形式式；；2））載載荷荷對(duì)對(duì)磨磨損損的的影影響響與與其其它它參參數(shù)數(shù)如如摩摩擦擦副副材材料料，，速速度度等等等等有有關(guān)關(guān)，，其其它它參參數(shù)數(shù)不不同同，，載載荷荷對(duì)對(duì)磨磨損損的的影影響響也也就就不不同同。。煤油潤(rùn)滑P＝10公斤汽車(chē)潤(rùn)滑油潤(rùn)滑P＝10公斤磨損，×108毫米/米壓力，公斤/厘米2圖6-5a磨損（鑄鐵）與壓力的關(guān)系臨界界壓壓力力點(diǎn)點(diǎn)環(huán)境境氣氣氛氛同一一材材料料在在不不同同環(huán)環(huán)境境氣氣氛氛中中摩摩擦擦，，其其磨磨損損率率及及其其隨隨速速度度和和壓壓力力變變化化而而變變化化的的規(guī)規(guī)律律不不同同，，且且相相差差很很大大，，同同時(shí)時(shí)其其磨磨損損形形式式可可能能不不同同，，磨磨損損形形式式轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變變的的參參數(shù)數(shù)也也不不同同。。磨損率，（克/厘米2）/106厘米壓力，公斤/厘米2圖6-11軟鋼對(duì)硬鉻鋼在各種介質(zhì)中的磨損Ⅰ－一般大氣中，濕度4克/米3；Ⅱ－氮?dú)庵?；Ⅲ－氧氣中；Ⅳ－空氣中，壓力?毫米汞柱。時(shí)間間磨損時(shí)間（或摩擦行程）圖6-12磨損與時(shí)間的關(guān)系曲線跑合期正常工作期試樣樣尺尺寸寸摩擦擦副副的的動(dòng)動(dòng)件件和和靜靜件件的的相相對(duì)對(duì)運(yùn)運(yùn)動(dòng)動(dòng)的的面面積積之之比比稱(chēng)稱(chēng)之之為為重重疊疊系系數(shù)數(shù)，，試試樣樣尺尺寸寸的的變變化化會(huì)會(huì)影影響響到到重重疊疊系系數(shù)數(shù)的的變變化化，，影影響響其其磨磨損損特特性性的的變變化化。。（1））摩摩擦擦副副的的尺尺寸寸對(duì)對(duì)磨磨損損有有很很大大影影響響，，隨隨著著摩摩擦擦條條件件和和摩摩擦擦副副尺尺寸寸的的變變化化，，磨磨損損值值在在很很大大范范圍圍內(nèi)內(nèi)變變化化。。（2））摩摩擦擦副副尺尺寸寸不不僅僅影影響響磨磨損損值值，，而而且且還還影影響響磨磨損損形形式式，，使使磨磨損損從從一一種種形形式式轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變變?yōu)闉榱砹硪灰环N種形形式式。。（3））磨磨損損形形式式轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變變臨臨界界點(diǎn)點(diǎn)隨隨摩摩擦擦副副尺尺寸寸變變化化而而變變化化，，摩摩擦擦副副尺尺寸寸增增大大，，臨臨界界點(diǎn)點(diǎn)相相應(yīng)應(yīng)的的滑滑動(dòng)動(dòng)速速度度降降低低。。（4））磨磨損損量量和和磨磨損損形形式式與與摩摩擦擦副副尺尺寸寸的的關(guān)關(guān)系系還還與與摩摩擦擦副副材材料料有有關(guān)關(guān)。。溫度度（1））溫溫度度對(duì)對(duì)磨磨損損值值和和磨磨損損形形式式有有很很大大影影響響。?？煽墒故鼓ツp損從從一一種種形形式式轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變變?yōu)闉榱砹硪灰环N種形形式式。。（2））滑滑動(dòng)動(dòng)速速度度對(duì)對(duì)磨磨損損的的影影響響實(shí)實(shí)際際上上是是溫溫度度對(duì)對(duì)磨磨損損的的影影響響。。（3））溫溫度度對(duì)對(duì)磨磨損損的的影影響響與與其其它它參參數(shù)數(shù)如如介介質(zhì)質(zhì)、、摩摩擦擦副副材材料料等等有有關(guān)關(guān)。。摩擦擦摩擦擦?xí)r時(shí)產(chǎn)產(chǎn)生生磨磨損損，，磨磨損損與與摩摩擦擦過(guò)過(guò)程程的的摩摩擦擦力力似似乎乎有有相相應(yīng)應(yīng)關(guān)關(guān)系系，，但但有有時(shí)時(shí)有有定定性性關(guān)關(guān)系系，，有有時(shí)時(shí)卻卻沒(méi)沒(méi)有有定定性性關(guān)關(guān)系系。。研究究表表明明：：磨磨損損隨隨滑滑移移速速度度的的增增大大而而減減少少的的速速度度比比摩摩擦擦系系數(shù)數(shù)隨隨滑滑移移速速度度的的增增大大而而減減少少的的速速度度快快得得多多。。總結(jié)結(jié)：：從上上述述討討論論可可以以看看出出，，影影響響磨磨損損形形式式的的因因素素很很多多，，而而且且這這些些因因素素之之間間又又是是互互相相影影響響的的，，但但是是，，其其中中最最主主要要的的因因素素可可能能有有兩兩個(gè)個(gè)：：（1））溫溫度度規(guī)規(guī)范范（（表表面面溫溫度度和和溫溫度度梯梯度度））。。它它影影響響分分子子相相互互作作用用的的特特性性；；（2）粗糙相相互作用深度度，它影響機(jī)機(jī)械相互作用用特性。因?yàn)闉槟Σ粮背叽绱?、速度、壓壓力等的影響響也可歸納為為溫度和粗糙糙相互作用深深度的影響。。顯然，這兩兩主要影響因因素在不同摩摩擦條件下可可能起的作用用也不同。例例如，嚴(yán)重摩摩擦條件下可可能前者起主主導(dǎo)作用。而而在輕微摩擦擦條件下可能能后者起主導(dǎo)導(dǎo)作用。2.4滾柱剝剝蝕試驗(yàn)方法法（略）2.5摩擦擦磨損試驗(yàn)機(jī)機(jī)根據(jù)摩擦副的的接觸形式和和運(yùn)動(dòng)方式分分為六類(lèi)示意意如下：Ⅰ、端面滑動(dòng)動(dòng)摩擦；Ⅱ、球面滑動(dòng)動(dòng)摩擦；Ⅲ、母線滑動(dòng)動(dòng)摩擦；Ⅳ、往復(fù)滑動(dòng)動(dòng)摩擦；Ⅴ、滾動(dòng)摩擦擦；Ⅵ、與磨料摩摩擦。2.6研究真真實(shí)接觸表面面的方法2.6.1接接觸電阻法測(cè)量接觸電阻阻已用于兩方方面的研究：：其一是通過(guò)過(guò)測(cè)量于接觸觸金屬副之間間的電阻，來(lái)來(lái)測(cè)量其真實(shí)實(shí)接觸面積。。電阻法的另另一用途是研研究流體潤(rùn)滑滑，例如，把把電阻作為流流體動(dòng)力潤(rùn)滑滑程度的定性性指標(biāo)，完全全流體潤(rùn)滑時(shí)時(shí)電阻應(yīng)該是是無(wú)窮大，而而發(fā)生大面積積金屬接觸時(shí)時(shí)電阻應(yīng)該是是零。2.6.2光光學(xué)法光學(xué)法的原理理是光通過(guò)玻玻璃與粗糙表表面之間的接接觸區(qū)時(shí)無(wú)反反射，而通過(guò)過(guò)其間的空氣氣隙時(shí)卻產(chǎn)生生反射。該方方法的優(yōu)點(diǎn)是是可以直接觀觀察真實(shí)接觸觸面積的形成成過(guò)程，且數(shù)數(shù)據(jù)很可靠，，誤差小于±±1%，其缺缺點(diǎn)是測(cè)量結(jié)結(jié)果偏高。2.6.3放放射性同位素素法趙原用放射線線照相術(shù)研究究真實(shí)接觸表表面積，曾研研究支承面曲曲線，粗糙度度對(duì)支承表面面積曲線的影影響，載荷對(duì)對(duì)變形的影響響，粗糙度、、硬度對(duì)變形形的影響等。。認(rèn)為，放射射線照相術(shù)對(duì)對(duì)于研究實(shí)際際零件的真實(shí)實(shí)接觸面積是是最可靠和最最方便的方法法，增加表面面光潔度使塑塑性變形大量量減低，但總總變形變化不不大，增加硬硬度既降低一一些總變形，，亦降低一些些塑性變形，，材料副受載載荷后，不僅僅其較軟材料料之表面粗糙糙頂部產(chǎn)生變變形，且其很很硬的材料之之表面粗糙頂頂部亦產(chǎn)生變變形。2.7研究磨磨損量的方法法2.7.1微微觀方法研究磨損量的的微觀方法是是指測(cè)量磨痕痕尺寸或面積積和測(cè)量精密密刻痕尺寸變變化的技術(shù)。。常用的一種微微觀方法稱(chēng)為為刻痕法。即即用專(zhuān)門(mén)的金金剛石在待磨磨損表面上刻刻（打）上微微刻（印）痕痕，測(cè)量磨損損前后刻痕尺尺寸的變化以以確定磨損量量。此方法的的優(yōu)點(diǎn)是：零零件經(jīng)短期使使用就能確定定磨損量；精精確度高；能能測(cè)定不同部部位磨損的分分布；測(cè)量不不受試驗(yàn)過(guò)程程零件膨脹、、收縮或變形形的影響。2.7.2放放射性同位素素方法放射性同位素素測(cè)量磨損的的最大優(yōu)點(diǎn)是是靈敏度特高高(10-5~10-6克)，因此此適合于測(cè)量量極微量的磨磨損，其缺點(diǎn)點(diǎn)是要采取安安全措施，因因此多限于實(shí)實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用但但近年來(lái)正在在研究采用低低能量放射性性同位素，可可在不須保護(hù)護(hù)的條件下測(cè)測(cè)量磨損，這這樣便可走出出實(shí)驗(yàn)室進(jìn)入入現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用。。目前放射性同同位素測(cè)量磨磨損基本上是是三種方法，，第一種方法法是用放射性性計(jì)數(shù)器或自自照相技術(shù)測(cè)測(cè)量轉(zhuǎn)移的金金屬量；第二二種方法是測(cè)測(cè)量從零件或或試樣上磨下下來(lái)的磨屑的的放射性，例例如測(cè)量潤(rùn)滑滑油中磨屑的的放射性；第第三種方法是是測(cè)量零件或或試樣因磨損損而產(chǎn)生的放放射性下降。。2.7.3電電記錄方法用電記錄