机械零件常见磨损机理及减缓措施分析

赵在胜 蒋晶

摘 要：随着现代社会的进步和发展，无论是工程应用中还是我们的生活中，机械设备都占据着不可替代的重要位置。但是，各种机械设备的工作效率及其可靠性都深受机械零件的磨损的影响。本文主要概况分析了机械零件常见的各类磨损及其机理，并且分析列举了几种减缓各类磨损的有效措施。

关键词：机械零件磨损;磨损机理

1 引言

在机械设备实现其必要功能时，相接触两表面会产生相互作用，如果同时存在相对运动或相对运动趋势，则在两接触表面上会产生阻止其相对运动的摩擦力。摩擦力作用过程中产生的影响是不可逆的，必然产生两摩擦表面的物质随运动而迁移或者丧失，这就产生了机械零件的磨损。磨损会使设备零件的表面特性遭到破环，从而使零件不能完成特定的功能，进而对机械设备的功能特性产生影响，比如产生震动和噪声进而影响其它工作性能，甚至会使设备丧失它原有的功能而威胁到人们的生命财产安全。如果能了解磨损产生的机理和减缓磨损的措施，我们就可以在设计和使用维护时采取相应的措施以减缓零件的磨损，提高机械设备的可靠性，保证人们的生命财产安全。所以，研究磨损机理和减缓磨损的措施具有重大的意义。

2 机械零件常见磨损机理

关于磨损的分类，各方有不同的见解，本文主要根据磨损的机理来分类，以便于说明各种磨损产生的原因。按照磨损机理分类，磨损主要分为黏附磨损、磨粒磨损、疲劳磨损、冲蚀磨损、腐蚀磨损、微动磨损，接下来对每一类磨损进行分析说明。

2.1 黏附磨损

当两个接触摩擦表面的轮廓峰接触到原子间距离时，在足够大压力与温度的作用下，会产生塑性变形而发生“冷焊“现象。当两摩擦表面的冷焊点相对滑动时，接触表面的材料会从一个表面迁移到另一个表面，便形成了黏附磨损。产生迁移的材料在之后的相互作用中可能产生逆迁移或脱落形成微小游离颗粒，而加速零件表面的磨损。零件材料的组织不均匀、残余应力等也会导致零件表面发生破裂，破裂的部分会被另一表面粘离而产生黏附磨损。当作用表面温度升高时，两表面的粘结强度会增加得很快，使黏附磨损程度急剧增大。当黏附磨损较为严重时，会导致两个相互运动的零件之间的摩擦力急剧增大而导致出现卡死现象，使设备无法正常工作。

2.2 磨粒磨损

磨粒磨损是一种微切削的过程。制造零件的材料中含有的杂质，材料基体中含有的碳化物、氮化物和氧化物等硬质点，外部进入摩擦面间的硬质颗粒，较软表面上被另一表面较硬的尖峰划出一条条沟纹时被移走的部分形成的小碎片，这些微粒都成为了两个摩擦表面之间磨粒，在两表面相互运动时产生微小的切削，随着时间的推移，微小磨损会成为严重磨损而使机械零件失效。例如，在列车制动过程中，闸瓦与制动盘界面之间的硬质磨粒，会对制动盘造成磨粒磨损，当磨损达到一定程度时，将会失去制动效果。

2.3 疲劳磨损

两个接触表面做纯滚动或滚滑复合摩擦时，在多次较高的循环接触压应力的作用下，摩擦表面的微小体积产生多次重复变形从而导致表面局部产生小块材料剥落，形成小凹坑，称为疲劳磨损。例如，在齿轮副传动中，当所受应力高于齿轮材料的允许表面接触疲劳强度时，齿轮表面或其下面一定深度处就会产生微裂纹，在持续的应力作用下，微裂纹不断扩张，使多个微裂纹连接形成较大裂纹，裂纹处的材料不断脱落，从而使齿轮表面逐渐出现小凹坑并不断扩大，形成疲劳磨损或疲劳点蚀。

2.4 冲蚀磨损

零件表面因不断受到流动粒子冲击而产生破损的现象，称为冲蚀磨损。根据产生冲击的粒子的不同，冲蚀磨损可以分为两种。一种是由流动流体中存在的硬质物或硬质颗粒冲击零件表面而产生裂纹，裂纹不断扩展形成表面损坏，称为流体磨粒磨损。例如，利用高压水输送矿石时，矿石对管道内壁的冲击导致的管道内壁破损。另一种是流体直接作用在零件表面产生的磨损，称为流体侵蚀磨损。例如，燃气涡轮机中的叶片被气流侵蚀破坏。

2.5 腐蚀磨损

腐蚀磨损又名机械化学磨损，是指机械运动副在相对运动时，零件表面材料与周围环境中的介质发生的化学作用或电化学作用，与机械作用共同引起的磨损。例如，齿轮表面金属层与空气中的酸性物质或与润滑剂中硫、磷等的化合物发生化学反应生成易剥落的化合物，进而形成腐蚀点。腐蚀磨损主要分为四种，氧化腐蚀磨损、特殊介质腐蚀磨损、气蚀浸蚀磨损和微动磨损，其中氧化磨损和特殊介质腐蚀磨损是最为常见的腐蚀磨损形式。

2.6 微动磨损

微动磨损是在相互压紧的金属表面因微小振动而产生的一种由黏附磨损、磨粒磨损、机械化学磨损和疲劳磨损共同作用形成的复合磨损形式。微动磨损一般发生在相互紧密配合的表面，在较大的接触应力下，表面的轮廓峰产生冷焊，在循环的微小振动下冷焊点受剪切作用而使粘结材料脱落，形成微小磨粒，产生磨粒磨损，又在周围环境的影响下，两个紧密接触表面产生多种磨损形式，形成擦伤、粘着和表面微裂纹等破环形式。例如，轴与轴承孔的过盈配合就是一种微动磨损。

3 减缓磨损措施

影响零件表面磨损的因素很多，零件的材料性质、表面质量以及润滑剂的使用等方面都对磨损情况有极大的影响。本文从下面三个方面来分析减缓磨损的措施。

3.1 材料选择

零件的材料不同，在相同的工作环境和工况中磨损情况不尽相同。实验表明，两种材料的亲和性越大，其黏性也就越大，越容易发生“冷焊”现象。相对于塑性材料，脆性材料具有更优良的抗黏着性能。材料的硬度较大、疲劳强度高时，其表面更不易被破环，其耐磨性比较好。

3.2 表面处理

表面处理，减小摩擦表面的粗糙度可以减小两摩擦面的摩擦系数，减小摩擦力，从而减缓磨损的发生。电镀、热处理、薄膜技术等表面处理方法可以提高零件表面的强度和抗疲劳性能，从而减轻磨损的发生。使用摩擦因数低、硬度高且与基体材料可以形成密合性较高的硬质覆膜，可以防止微动磨损。

3.3 润滑剂使用

润滑是减小摩擦和减缓磨损最有效和最常用的措施之一。润滑剂分为液体润滑剂和固体润滑剂，这两种润滑剂的使用要根据机械设备的实际要求，选择适当的润滑剂，以达到最大的润滑效果。润滑剂可以在摩擦表面形成一层保护膜，使两个摩擦表面直接接触减少，以减少粗糙表面轮廓尖峰的直接接触，从而减少“冷焊”的发生;薄膜可以隔绝金属材料与环境的接触，从而减轻了环境对接触表面的腐蚀;薄膜可以阻断外界硬质颗粒进入摩擦表面之间，减少磨粒磨损。润滑剂的使用可以非常有效地减轻摩擦表面的磨损程度，提高机械设备的可靠性和安全性，延长设备的使用寿命。

4 结束语

机械零件的磨损极为复杂，实际工程中磨损往往不是单一的，要根据具体磨损情况进行分析，采取最有效的措施以减缓磨损。本文总结了机械零件常见六种磨损形式及其机理，并提出了在三个方面减缓磨损的有效措施。通过本文，可以了解磨损的基本分类和磨损机理，并了解减缓磨损可采取的几点有效措施。

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