材料磨損降底

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【論文關鍵詞】：材料失效；磨損；預防

【論文摘要】：材料的磨損，往往與經濟效益與工程質量掛鉤，文章從我國材料失效的研究現狀、磨損失效的模式、磨損失效的原因和預防四個方面分析了材料的磨損失效。

1.前言

作為科技支柱之一的材料技術的發展直接關系到國家經濟、科技的發展水平,材料失效問題普遍存在于各類材料中,它直接影響著產品的質量,關系到企業的信譽和生存。材料失效分析的建立是發達國家工業革命的一個重要起點,材料的失效分析和預測預防工作在經濟發展中占有十分重要的地位,對于材料失效問題的判斷和解決能力,代表了一個國家的科學技術發展水平和管理水平。磨損、腐蝕和斷裂是材料失效的3種主要形式,其中由摩擦所導致的磨損失效是包括航空材料在內的機電材料失效的主要原因,約有70%~80%的設備損壞是由于各種形式的磨損而引起的。磨損失效不僅造成大量的材料和部件浪費,而且可能直接導致災難性后果,如機毀人亡等。文章主要講解材料磨損失效。

2.我國材料磨損失效的研究以及進展

(1)耐磨材料的生產品種日趨完善和標準化

生產工藝不斷改進目前,高錳鋼,低合金鋼,抗磨白口鑄鐵,高、中、低鉻合金鑄鐵,貝氏體、馬氏體球鐵等耐磨材料都得到了成功的應用。特別是國內研制成功了一些符合國情的耐磨材料及產品。其中,用量較大的磨球等產品已相應制定了建材、冶金、電力部門的專業標準以及國家標準。

(2)研究耐磨材料的規模和數量大大增加

據初步統計,我國研究磨損和耐磨材料的機構和生產企業已有好幾百家,耐磨易損件的總產量每年可達幾百萬噸。其中,有的生產企業年產量已超過四萬多噸,產值在2億元以上。所以,耐磨材料行業已在工業中占有相當的比重。

(3)耐磨材料新技術、新工藝和新產品正在不斷開發和應用

近年來,已從國外引進和自制了幾條生產線并采用了一些先進的設備,一些傳統工藝正在逐步被更換和改變。例如,寧國耐磨材料總廠從日本新東公司引進的VRH法鑄鋼生產線;馬鞍山東友集團與東洋鐵球公司合資引進的金屬模磨球生產線。這種金屬模磨球生產線也已在我國自行研制成功并在江西東鄉銅礦得到成功應用。這使耐磨產品的生產效率大大提高,質量更加穩定并為我國的耐磨材料產品走向國外市場打下了基礎。

3.磨損失效的模式以及原因

磨損一般有四種模式：一是磨粒磨損失效，它是指由外界硬顆粒或偶件表面的硬突起物在摩擦過程中引起的摩擦表面材料脫落或塑性變形所導致的失效。二是粘著磨損失效，它是指在摩擦過程中,摩擦副材料表面之間由于發生了粘著剪切效應,使摩擦表面材料發生脫落或向對偶表面轉移而導致的失效。三是疲勞磨損失效，它是指摩擦副表面在循環變化的接觸應力作用下,由于材料疲勞剝落形成凹坑而導致的失效。四是腐蝕磨損失效，它是指在摩擦過程中,摩擦副材料與周圍介質發生了化學或電化學相互作用,這種作用加劇了材料的磨損過程而導致的失效。五是微動磨損失效，它是指相對固定的摩擦副材料(在設計上大多為靜接觸)表面之間,由于環境因素所帶來的振幅很小的相對振動而產生磨損所導致的失效。

確定了磨損失效的模式并不等于找到了導致磨損失效的原因,這是由于材料的磨損特性并不僅僅由摩擦副材料所決定,而是整個摩擦學系統的性質。材料的磨損過程往往是多因素共同作用的系統過程和動態過程,有其特殊性和復雜性。影響材料磨損性能的各種因素包括:①摩擦副材料(包括材質和表面處理);②潤滑技術(包括潤滑劑和潤滑方式);③環境條件(包括溫度、氣氛和介質);④摩擦條件(包括接觸形式、運動形式、負荷以及速度);⑤結構設計;⑥潤滑管理。對一個具體的磨損失效問題而言,如何透過現象看本質,在上述諸多影響因素中,找到起主導作用的因素,并提出合理的預防應對措施,是解決問題的難點和關鍵所在。

4.材料失效的預防

我們應針對具體的磨損失效問題,收集已磨損報廢的零件及其磨屑,并進一步查明該部件的摩擦工況,包括摩擦副的接觸形式、運動形式、載荷、速度、介質、溫度、濕度、潤滑方式以及潤滑劑種類等,確定潤滑劑有無變質并檢查潤滑系統的工作情況,了解失效發生時設備的使用情況及日常維護保養情況。在充分掌握情況的基礎上,應對磨損失效表面和磨屑進行仔細分析,檢查磨損失效前后表面形貌和硬度等物理機械性能的變化,根據表面磨損特征和磨屑形狀判定磨損失效模式,確定失效是由外界偶然因素(如不期而至的磨粒或雜物、沖擊負載、斷油等)引起的突發過程還是在設計工況條件下運行后的累計結果。對于后者,還需對磨損次表層進行分析,了解裂紋的形成部位及擴展方向,并由此確定磨損的發生和發展過程。對于有可能發生化學腐蝕磨損的部件,則需要對磨損失效表面和磨屑進行化學分析。如有必要,還應進行零件磨損失效的模擬試驗。只有認真獲取上述信息,并進一步結合失效零件摩擦學設計的合理性進行綜合分析,才能對導致磨損失效的過程本質和主要原因有深入的認識;在此基礎上,才有可能為磨損失效的預防提出合理的改進措施。一般而言,除了外界因素、設備管理和潤滑劑變質等非設計因素之外,引起機械零部件磨損失效的設計和工藝方面的原因主要有:①摩擦副材料或表面處理(含熱處理)工藝選擇不當;②零件的摩擦學結構設計(含潤滑系統)不合理;③零件的加工或安裝精度未達到要求。

對于磨損材料失效的分析和預防對我們國家整個國民建設都有著至關重要的作用。我們應該加大材料失效分析的力度，推進耐磨材料的進一步研究。

參考文獻

[1]鐘群鵬,田永江.失效分析基礎.北京:機械工業出版社,1989.

[2]張劍鋒,周志芳.摩擦磨損與抗磨技術[M].天津:天津科技翻譯出版公司,1993.