金属材料磨损失效及防护的探讨

金属材料磨损失效及防护的探讨

任剑

重庆热展建筑工程咨询服务中心任剑

摘要：本论文首先对磨损的基本含义及其过程进行了说明，然后分析了金属材料磨损失效的基本形式，最后论文详细阐述了金属材料磨损失效的有效防护措施。

关键词：金属材料；磨损失效；防护

一、前言随着当今社会的不断发展，生产和生活中对金属材料磨损防护工作的要求也日益渐高。因此，积极采用科学的方法，不断完善金属材料磨损防护工作就成为当前一项十分紧迫的问题。

二、磨损的基本含义及其过程1、磨损的含义构件表面相接触并作相对运动时，表面逐渐有微小的颗粒物分离出来形成松散的尺寸与形状均不相同的碎屑，使表面材料逐渐损失，即导致机件尺寸变化和质量的损失，这一表面损失的过程就是磨损。

2、磨损的过程（一）、跑合阶段出现在摩擦副的初始运动阶段，由于物体的表面存在着粗糙度，微凸体的接触面小，接触应力较大，磨损速度则快；在一定程度的载荷作用力下，摩擦表面渐渐磨平，实际的接触面积逐步增大，磨损速度则变慢。

（二）、稳定磨损阶段：出现在磨损副的正常运行阶段，经过了跑合之后，摩擦表面加工硬化，微型几何形状改变，实际接触面积增大，压强减小，从而创造了弹性接触的条件，磨损初步稳定，其磨损量与时间成正比，随时间的增长而缓慢增多。

（三）、剧烈磨损阶段：出现在摩擦副的后期运动阶段，由于摩擦条件发生了很大的变化，比如金属自身的组织条件发生变化或者是温度在短期内迅速升高，这样直接加剧的了材料磨损的速度，此时机械效率降低，精度下降，机体出现非正常的噪音或者是振动，最终导致零件完全失效。

三、金属材料磨损失效的基本形式1、磨粒磨损失效磨粒磨损失效是由于金属的磨粒磨损造成的金属材料相应性能的损失，是材料磨损失效的普遍形式。根据磨粒磨损过程中金属材料磨损表面所受的应力和冲击力不同，我们可将磨粒磨损分为凿屑磨损、擦伤磨损以及碾碎磨损。通常情况下，在高应力和硬磨粒的状态下，会出现凿屑磨粒现象；而在磨损过程中，如果磨粒硬度相对较小，则会划伤金属材料表面，使得金属材料上出现凸凹不平的现象，这种磨损叫做碾碎式磨损；如果造成磨粒的应力相对较小，则会出现擦伤磨损。

2、黏着磨损失效黏着磨损失效则是由黏着磨损造成的金属性能失效，而这种黏着磨损则是一种较为复杂的磨损。一般情况下，如果两个相对滑动的金属材料表面润滑不良或者超负荷工作，这就会造成金属表面的应力过高；当相对滑动的金属表面的应力达到一定程度时，就会造成接触面温度急剧上升，致使金属局部熔化，在之后的冷却过程中，接触面会固相焊接。当金属表面再次滑动时，足够的切向力会使得黏接点断开，破坏金属的摩擦表面，从而会产生金属磨屑，产生黏着磨损。

3、疲劳磨损失效当金属材料的摩擦副表面在相对滑动过程中，往往会忽略周期负荷的作用，这在循环往复的工作回合中，会使得接触应力增大，直到超过金属材料的承受范围，最终导致金属材料的变形以及其它各种失效现象。在摩擦学中，疲劳磨损往往会被认为是由长期的周期负载造成的。长期的周期负载会使金属材料结构变形，表面塑像变形，更有甚者会使金属表面出现裂纹。

在弹力学中，金属材料的疲劳磨损则是十分严重的问题，必须快速有效地解决疲劳磨损。

4、腐蚀磨损失效在工业机械设备工作的过程中，其中的金属材料难免会和空气及水汽等介质接触，而金属的活泼性又使得金属极易和这些介质发生相应的化学或电化学反应，这就会造成金属的腐蚀磨损。在腐蚀磨损中，腐蚀物是不可避免的，而这些腐蚀物则会继续产生其他磨损，使得磨损重叠，加剧金属材料的磨损程度，产生更严重的失效。

5、微动磨损失效在机械设备的金属材料中，相对滑动的金属材料很容易产生磨损，而相对固定的金属材料也会产生磨损，只不过磨损情况相对较轻。在相对固定的金属材料和副材料的摩擦表面之间，往往会因为周围环境的影响产生接触面微小的相对运动，而这种振幅较小的相对振动则是产生微动磨损的原因。

四、金属材料磨损失效的有效防护措施1、提高金属材料表面的耐磨性所谓的耐磨性具体是指金属材料在一定摩擦条件下抵抗磨损的能力。目前，较为常用的提高金属耐磨性的方法有以下几种：（一）、表面形变强化该方法主要是借助各种机械方法，如喷丸、冷挤压等，使金属材料的表面层产生塑性变形，从而使其形成硬度和强度都相对较高的硬化层。这种方法的优点是简单易行，能够有效提高金属材料的耐磨性。

（二）、表面热处理强化该方法具体是指利用固态相变的原理，通过高温、快速加热的方式，对金属材料表面进行淬火。经过淬火之后的材料，不但耐磨性能够有所提升，而且还能提高抗疲劳强度，是一种比较理想的提高金属材料耐磨性的方法。

（三）、化学热处理该方法是借助一些外来元素的固态扩散渗入，改变金属材料表面层的化学成分，从而达到表面强化的目的。由于化学处理需要使用专门的设备，并且处理时间相对较长，加之成本较高，故此在实际中应用较少，仅在比较特殊的情况下使用。

（四）、表面合金强化利用金属材料表面的重新熔化与凝固，来获得预期的成分或是组织的一种表面处理技术。该方法主要是采用高能量密度的快速加热，使金属表层熔化，或是将覆盖在金属表层上的合金材料熔化，然后通过冷却的方式进行凝固，从而获得硬化层，这样金属表层便会具有足够的耐磨性。

（五）、表面薄膜强化这是一种通过物理或是化学的方法在金属材料的表面覆盖与基体材料不同的膜层，以此来形成耐磨层和抗腐蚀膜。常用的方法有电镀、气相沉积、离子注入等等。

2、改善工作环境大量的实践表明，机械设备所在的工作环境是导致金属材料磨损失效的关键性因素之一。为此，可以通过改善工作环境来达到防护的目的。通常情况下，在机械设备处于正常工作状态时，要尽可能优化其工作环境，同时还要减少设备的超额作业时间，避免各种腐蚀性物质因操作原因进入到设备当中，给设备创造出一个最佳的工作条件。这样不但能够进一步增强金属的防护能力，而且还能保持金属材料的连续使用性，有助于延长机械设备的使用寿命。

3、优选金属材料有关文献资料记载，金属材料本身的性质是磨损的决定性因素。为此，在工作环境良好的前提下，应当选择耐磨性能较高的金属材料。同时，当材料确定之后，可以通过上文中的方法对金属材料的表面进行强化处理，这样可以进一步提高材料的耐磨性。

4、定期进行润滑保养对金属材料进行定期的润滑保养也是增强其抗磨损性能的有效途径之一。当机械设备使用一段时间之后，可以使用耐磨性较高的润滑油对金属材料进行保养，这样不但能够修复和改善金属本身的性能，从而增强其抗磨性，而且还能起到延长机械设备使用寿命的作用。

五、结束语从实践出发对当金属材料磨损失效遇到的问题以及措施等相关知识，进行了粗略的分析和研究。综上分析金属材料磨损防护工作的主要任务是运用科学的方法，促进工作的开展。

参考文献：[1]潘蕾.WC增强Cu-Mn-Ni复合涂层的磨损性能研究[J].摩擦学学报.2012[2]熊人英.李铁藩.吴杰.金花子.金属表面超声速喷丸强化方法[J].材料研究学报.2011[3]工再宙.激光处理非光滑凸包表面的耐磨性试验[J].吉林大学学报（工学版）.2012