衝擊磨料磨損

概述

其過程為：在衝擊瞬間，兩對磨麵在摩擦界面間有硬質磨粒存在的情況下發生相互碰撞，接著兩界面進入高應力磨粒磨損階段；隨後，兩對磨麵脫離接觸，不發生磨損。這兩個過程周而復始地交替進行。衝擊磨料磨損是一種極惡劣的磨損工況,，在該工況下工作的零件都表現出極短的壽命。

國內冶金、電力、建材、建築、化工、煤炭和機械行業的機械設備因受強烈的磨料磨損而年耗鋼鐵易損件數量巨大。根據中國鑄造耐磨材料產業技術路線圖中數據顯示，2009年我國耐磨鑄件年用量約350餘萬噸，折合人民幣400 余億元。其中嚴酷複雜、易損件消耗最快的是衝擊磨料磨損工況，例如，國民經濟和工業發展中不可或缺的挖掘和裝載礦、石、沙、土的工程機械工況年耗高錳鋼和低合金鋼易磨損件30 萬噸。

衝擊磨料磨損的特點

通過與滑動磨料磨損進入比較，可分析衝擊磨料磨損過程具有如下特點：（1）法向載荷為能量載荷，不同於一般的靜載荷和交變載荷，載入和卸載過程是瞬間完成。（2）磨粒對摩擦副的作用具有鑿削( 衝擊力大) 和碾碎( 應力超過磨粒壓潰強度) 式磨料磨損的雙重特點，工況惡劣。（3）在衝擊瞬間，伴隨有快速能量轉換，從能量角度看，衝擊動能Ed 可能轉變為如下幾部分：a) 塑性變形能E s，b) 彈性波動能E b，c) 磨粒破碎所能消耗的能E k，d ) 熱能Er ，e) 其它能Eo，如聲能等。即:

Ed= Es+ Eb+ Ek+ Er+ Eo

在相同的試驗條件下，Ek、Eo 相對穩定，不隨摩擦副材料而變化。衝擊動能Ed將主要在Es、E b、Er 中分配。對於塑性好、硬度低的材料，Es 很大，Eb 則相對較小，這時主要表現為材料表面的塑性破壞，對於硬度高，脆性大的材料，Es 較小，E b 則相對較大，這時彈性波動能將主要促使材料內部裂紋的萌生和發展，巨觀上表現為疲勞剝落和脆性脫落。

試驗及設備

目前，對於乾態衝擊磨料磨損試驗而言，能夠進行高中低衝擊功可調節的衝擊磨料磨損試驗設備僅有MLD-10動載磨料磨損試驗機。各機構根據各自的研究特點，在此基礎上有所改裝。根據廣東省耐磨及特種功能材料工程技術研究開發中心提供的相關資料可知，衝擊磨料磨損試驗機的工作原理為：上試樣安裝在沖錘上，與其構成摩擦副的下試樣安裝固定在下中軸上隨攪拌葉片一起轉到，實驗進行時，沖錘被提到對應衝擊功設定的高度，隨後自由下落，衝擊下試樣，與此同時石英砂被攪拌葉片揚起進入上下試樣之間。上試樣除反覆衝撞旋轉中的被磨料（石英砂）覆蓋的下試樣外，在每個衝擊周期內，上、下試樣與磨料三者間還發生一段時間的滑動摩擦磨損接觸，形成三體磨料磨損。一段時間後，上下試樣都形成磨料磨損，產生失重，即試樣的磨損量。