基本介紹
- 中文名：跑合磨損
- 外文名：run-in abrasion
- 學科：工程機械
- 領域：工程技術
簡介,磨損的分類,磨損失效過程,影響磨損的因素,腐蝕磨損,磨損的派生與複合,
簡介
跑合磨損是指新的或修理後開始投入運行的機械，在較短時間內磨損強烈，之後又趨於平緩的磨損。新加工的摩擦副表面具有一定的粗糙度，幾何形狀和裝配位置存在一定偏差，使真實接觸面積較小，而壓強加大，潤滑油易被擠出而產生乾或半乾摩擦。同時，表面微觀峰谷相嵌，在摩擦力作用下，凸峰被剪下，碎粒又混入潤滑油中。因此，機械在開始工作的一段較短時間內磨損比較嚴重。隨後摩擦表面跑合結束，表面逐漸磨平，配合間隙由原始狀態過渡到穩定狀態，磨損速度使減緩。人們有意利用跑合期的輕微磨損為正常運行時的穩定磨損創造條件。
磨損的分類
按照表面破壞機理特徵，磨損可以分為磨粒磨損、粘著磨損、表面疲勞磨損、腐蝕磨損和微動磨損等。前三種是磨損的基本類型，後兩種只在某些特定條件下才會發生。
磨粒磨損：物體表面與硬質顆粒或硬質凸出物（包括硬金屬）相互摩擦引起表面材料損失。
粘著磨損：摩擦副相對運動時，由於固相焊合作用的結果，造成接觸面金屬損耗。
表面疲勞磨損：兩接觸表面在交變接觸壓應力的作用下，材料表面因疲勞而產生物質損失。
腐蝕磨損：零件表面在摩擦的過程中，表面金屬與周圍介質發生化學或電化學反應，因而出現的物質損失。
微動磨損：兩接觸表面間沒有巨觀相對運動，但在外界變動負荷影響下，有小振幅的相對振動（小於100μm），此時接觸表面間產生大量的微小氧化物磨損粉末，因此造成的磨損稱為微動磨損。
磨損失效過程
機械零件的磨損失效常經歷一定的磨損階段。根據磨損率曲線，可以將磨損失效過程分為三個階段。
(1)跑合磨損階段：新的摩擦副在運行初期，由於對偶表面的表面粗糙度值較大，實際接觸面積較小，接觸點數少而多數接觸點的面積又較大，接觸點粘著嚴重，因此磨損率較大。但隨著跑合的進行，表面微峰峰頂逐漸磨去，表面粗糙度值降低，實際接觸面積增大，接觸點數增多，磨損率降低，為穩定磨損階段創造了條件。為了避免跑合磨損階段損壞摩擦副，因此跑合磨損階段多採取在空車或低負荷下進行；為了縮短跑合時間，也可採用含添加劑和固體潤滑劑的潤滑材料，在一定負荷和較高速度下進行跑合。跑合結束後，應進行清洗並換上新的潤滑材料。
(2)穩定磨損階段：這一階段磨損緩慢且穩定，磨損率保持基本不變，屬正常工作階段。
(3)劇烈磨損階段：經過長時間的穩定磨損後，由於摩擦副對偶表面間的間隙和表面形貌的改變以及表層的疲勞，其磨損率急劇增大，使機械效率下降、精度喪失、產生異常振動和噪聲、摩擦副溫度迅速升高，最終導致摩擦副完全失效。
有時也會出現下列情況：
(1)在跑合磨損階段與穩定磨損階段無明顯磨損。當表層達到疲勞極限後，就產生劇烈磨損，滾動軸承多屬於這種類型。
(2)跑合磨損階段磨損較快，但當轉入穩定磨損階段後，在很長的一段時間內磨損甚微，無明顯的劇烈磨損階段。一般特硬材料的磨損（如刀具等）就屬於這一類。
(3)某些摩擦副的磨損，從一開始就存在著逐漸加速磨損的現象，如閥門的磨損就屬於這種情況。
影響磨損的因素
1、材料性能
鋼中的非塑性夾雜物等冶金缺陷，對疲勞磨損有嚴重的影響。如鋼中的氮化物、氧化物、矽酸鹽等帶稜角的質點，在受力過程中，其變形不能與基體協調而形成空隙，構成應力集中源，在交變應力作用下出現裂紋並擴展，最後導致疲勞磨損早期出現。因此，選擇含有害夾雜物少的鋼（如軸承常用淨化鋼），對提高摩擦副抗疲勞磨損能力有著重要意義。在某些情況下，鑄鐵的抗疲勞磨損能力優於鋼，這是因為鋼中微裂紋受摩擦力的影響具有一定方向性，且也容易滲入油而擴展；而鑄鐵基體組織中含有石墨，裂紋沿石墨發展且沒有一定方向性，潤滑油不易滲入裂紋。
2、硬度
一般情況下，材料抗疲勞磨損能力隨表面硬度的增加而增強，而表面硬度一旦越過一定值，則情況相反。
鋼的芯部硬度對抗疲勞磨損有一定影響，在外載荷一定的條件下，芯部硬度越高，產生疲勞裂紋的危險性就越小。因此，對於滲碳鋼應合理地提高其芯部硬度，但也不能無限地提高，否則韌性太低也容易產生裂紋。此外，鋼的硬化層厚度也對抗疲勞磨損能力有影響，硬化層太薄時，疲勞裂紋將出現在硬化層與基體的連線處而易形成表面剝落。因此，選擇硬化層厚度時，應使疲勞裂紋產生在硬化層內，以提高抗疲勞磨損能力。
齒輪副的硬度選配，一般要求大齒輪硬度低於小齒輪，這樣有利於跑合，使接觸應力分布均勻和對大齒輪齒面產生冷作硬化作用，從而有效地提高齒輪副壽命。
3、表面粗糙度
在接觸應力一定的條件下，表面粗糙度值越小，抗疲勞磨損能力越高；當表面粗糙度值小到一定值後，對抗疲勞磨損能力的影響減小。如滾動軸承，當表面粗糙度值為Ra0.32mm時，其軸承壽命比Ra0.63mm時高2～3倍，Ra0.16mm比Ra0.32mm高1倍，Ra0.08mm比Ra0.16mm高0.4倍，Ra0.08mm以下時，其變化對疲勞磨損影響甚微。如果觸應力太大，則無論表面粗糙度值多么小，其抗疲勞磨損能力都低。此外，若零件表面硬度越高，其表面粗糙度值也就應越小，否則會降低抗疲勞磨損能力。
4.摩擦力
接觸表面的摩擦力對抗疲勞磨損有著重要的影響。通常，純滾動的摩擦力只有法向載荷的1%～2%，而引入滑動以後，摩擦力可增加到法向載荷的10%甚至更大。摩擦力促進接觸疲勞過程的原因是：摩擦力作用使最大切應力位置趨於表面，增加了裂紋產生的可能性。此外，摩擦力所引起的拉應力會促使裂紋擴展加速。
5.潤滑
試驗表明：潤滑油的粘度越高，抗疲勞磨損能力也越高；在潤滑油中適當加入添加劑或固體潤滑劑，也能提高抗疲勞磨損能力；潤滑油的粘度隨壓力變化越大，其抗疲勞磨損能力也越大；潤滑油中含水量過多，對抗疲勞磨損能力影響也較大。
此外，接觸應力的大小、循環速度、表面處理工藝、潤滑油量等因素，對抗疲勞磨損也有較大影響。
腐蝕磨損
摩擦副對偶表面在相對滑動過程中，表面材料與周圍介質發生化學或電化學反應，並伴隨機械作用而引起的材料損失現象，稱為腐蝕磨損。腐蝕磨損通常是一種輕微磨損，但在一定條件下也可能轉變為嚴重磨損。常見的腐蝕磨損有氧化磨損和特殊介質腐蝕磨損。
1.氧化磨損
除金、鉑等少數金屬外，大多數金屬表面都被氧化膜覆蓋著，純淨金屬瞬間即與空氣中的氧起反應而生成單分子層的氧化膜，且膜的厚度逐漸增長，增長的速度隨時間以指數規律減小，當形成的氧化膜被磨掉以後，又很快形成新的氧化膜，可見氧化磨損是由氧化和機械磨損兩個作用相繼進行的過程。同時應指出的是，一般情況下氧化膜能使金屬表面免於粘著，氧化磨損一般要比粘著磨損緩慢，因而可以說氧化磨損能起到保護摩擦副的作用。
2.特殊介質腐蝕磨損
在摩擦副與酸、鹼、鹽等特殊介質發生化學腐蝕的情況下而產生的磨損，稱為殊殊介質腐蝕磨損。其磨損機理與氧化磨損相似，但磨損率較大，磨損痕跡較深。金屬表面也可能與某些特殊介質起作用而生成耐磨性較好的保護膜。
為了防止和減輕腐蝕磨損，可從表面處理工藝、潤滑材料及添加劑的選擇等方面採取措施。
磨損的派生與複合
磨損過程十分複雜，有許多實際表現出來的磨損現象不能簡單地歸為某一種基本磨損類型，而往往是基本類型的複合或派生，如氣蝕磨損、沖蝕磨損和微動磨損等。
1.氣蝕磨損和沖蝕磨損
當零件與液體接觸並作相對運動時，在接觸面附近的局部壓力低於相應溫度液體的飽和蒸汽壓時，液體就會加速汽化而產生大量氣泡，與此同時，原混在或溶解於液體中的空氣也都游離出來形成氣泡；當氣泡流到高壓區時，因壓力超過氣泡壓潰強度而使氣泡潰滅，瞬間產生極大的衝擊力和高溫。氣泡的形成和壓潰的反覆作用，使零件表面疲勞破壞，產生麻點，隨後擴展成海綿狀空穴，這種磨損稱為氣蝕磨損。氣蝕磨損嚴重者，其擴展深度可達20mm。
當小液滴以高速（如l000m/s）落到金屬表面時，會產生很高的應力，往往一次衝擊就能造成塑性變形或破壞。如果應力較小而反覆作用，則會造成點蝕，這種由液體束衝擊固體表面所造成的磨損，稱為沖蝕磨損。含有硬質顆粒的液體束衝擊固體表面所造成的磨損，也屬沖蝕磨損。
氣蝕磨損和沖蝕磨損都稱為侵蝕磨損。它們都可以看成疲勞磨損的派生形式。因為就本質上來說，都是由於機械力造成的表面疲勞破壞，但液體的化學和電化學作用加速了它們的破壞速度。
2.微動磨損
名義上相對靜止的兩個接觸表面沿切向作微幅相對振動時所產生的磨損，稱為微動磨損。當兩接觸表面受到法向載荷時，接觸微峰產生塑性流動而發生粘著，在微幅相對振動作用下，粘著點被剪下而破壞，並產生磨屑；磨屑和被剪下形成的新表面逐漸被氧化，在連續微幅相對振動中，出現氧化磨損。由於表面緊密貼合，磨屑不易排出而在接觸表面間起磨粒作用，因而引起磨粒磨損。如此循環不止，即是微動磨損會過程。當振動應力足夠大時，微動磨損處會形成疲勞裂紋，裂紋的擴展會導致表面早期破壞。
可見，微動磨損是粘著磨損、腐蝕磨損、磨粒磨損以及疲勞、磨損複合並存的磨損形式，但起主要作用的是接觸表面間粘著處因微幅相對振動而引起的剪下以及其後的氧化過程，因此，有人將其稱為微動腐蝕磨損。
