金属材料磨损失效及防护

金属材料磨损失效及防护

刘鹏鹏

中车青岛四方机车车辆股份有限公司

摘要：随着工业的发展，金属材料作为工业的重要组成部分也得了很大的发展。金属材料由于其本身的属性，很容易出现磨损失效的问题。金属材料的磨损失效对产品的质量有很大的影响，甚至可能影响到企业的信誉，给企业造成巨大的经济损失。因此，企业应该对金属材料进行深入的分析，了解其磨损的形式与机理并找出行之有效的解决方式，把金属材料的磨损实效控制在最小的范围。

关键词：金属材料；磨损失效；防护  

一、金属材料磨损失效引发的后果

金属材料在储存和使用的过程中，由于金属材料由不同的化学成分构成，并且使用过程中材料相互之间难免发生摩擦，因此很容易出现表面磨损问题，给金属材料造成一定的损耗。金属材料的磨损会导致材料的功能、结构、尺寸产生变化，从而影响到产品的质量[1]。工业机械设备在运转的过程中，往往处于相对恶劣的工作环境，不可避免会有杂质进入到机械设备中，与金属材料发生摩擦从而导致机械零部件表面的磨损。长此以往，磨损的程度在逐渐的增加，当磨损程度较大时就会破坏各零件之间的协调性，机械设备的各项性能有所降低，甚至有可能发生意外事故，给企业带来巨大的经济损失，甚至威胁到从业人员的人身安全。

二、金属材料磨损失效问题的分析

（一）金属材料的磨损

把不同的金属材料放置一起，通过外力作用来使金属材料相互摩擦，从而发生损耗，这就是金属材料的磨损。但是金属之间的损耗不仅仅因为摩擦力，同时还有金属材料之间的化学反应以及机械作用。摩擦力是导致金属材料损耗的最主要的因素，并且摩擦系数影响摩擦力的大小，摩擦越系数越高，则摩擦力就越大，损耗也就越大[2]。在金属材料储存和使用的过程中，导致金属材料磨损失效的原因很多，与周边环境、工作条件、润滑状况、材料组成、工件的物化性质等都有很大的关系。也就是说周边的温度、湿度、运动方式、运动条件、荷载等都会造成金属材料的磨损失效，并且随着磨损积累到一定的量，磨损机理也会发生一定的变化。

（二）金属材料的磨损失效过程

金属工件的磨损失效一般有三个阶段，首先是跑合阶段[3]。跑合阶段往往是金属材料磨损失效的起步阶段。由于各种金属材料表面存在许多凸起的小颗粒，从而导致材料表面凹凸不平，增加了金属材料之间的摩擦力。从而加速了材料的磨损速度，金属表面的凸起会被逐渐磨平。此时在负荷作用下，金属材料表明变得光滑，材料之间接触面积变大了。但是由于表明比较光滑，材料相互之间的摩擦力减少了，材料的磨损速度也随之下降。其次是稳定磨损阶段。稳定磨损阶段一般发生在摩擦副的运行过程中，经过跑合阶段后，金属材料表面得到了加工硬化。金属材料从几何形状也可能发生一些变化，材料之间的实际接触面积有所增加，这时候材料之间的压强会有所降低，有了弹性接触的调节。此时金属材料之间的磨损比较稳定，随时时间的延长，磨损量在逐渐增多。最后是剧烈磨损阶段。当金属材料之间发生摩擦条件剧烈变化时，磨损的速度也随之增加。此时机械传动效率和精度都大副降低，并且有可能伴随着异常的噪声或震动。各零件之间的协调性逐步下降，直到完全失效，也就是说发生了磨损失效。

 三、防止金属材料磨损失效的防护策略

（一）改善金属材料的工作环境

根据调查显示，机械设备发生金属材料磨损失效往往与所处的工作环境有很大的关系。因此我们可以通过改善金属材料所处的工作环境来防止金属材料的磨损失效。通常情况下，首先应该做的是改善机械设备的工作环境。确保工作环境的干净、整洁、卫生，保证金属材料表面没有发生化学反应的物质，防止金属发生化学反应而导致的磨损。其次应该做好机械设备的工作规划。规定每日机械设备的工作时长，防止机械设备由于长时间运行而摩擦发热，在超负荷情况下加大了金属材料之间的损耗。定期进行润滑保养。这样能够增加机械设备的有效使用时间，减低损耗，延长设备的使用年限。

（二）科学合理的选择金属材料

由于不同的金属材料有着不同的硬度，也就是说金属材料的性质决定了其耐磨程度。因此在保证良好的工作环境的前提下，应该科学合理的选择金属材料。首先选择具备良好耐磨性能的金属材料。同时选定金属材料后，应该对金属材料进行一系列的表面强化处理，提高金属材料的表面耐磨性能。

（三）增加金属材料的耐磨性

金属材料抵抗磨损的能力就是耐磨性，可以通过提高金属材料表面的耐磨性能来防止磨损失效。首先表面形变。也就是在各种机械方法作用下，如冷挤压、喷丸等，使金属材料的表面发生形变，在金属材料表面形成一个硬化层，从而增加了金属材料的强度与硬度，降低磨损失效。这种方法比较简单，在这种方法作用下，金属材料的耐磨性得到了有效的提升。其次表面热处理。表面热处理利用的是金属材料的固态相变的原理[4]。利用快速加热的方法使工件表面奥氏体化，然后立即淬火使表面组织转变为马氏体组织。通过表面淬火处理，不仅增加了金属材料表面的耐磨性能，同时也增加金属材料的抗疲劳强度。目前，金属材料表面热处理是一种比较理想的处理方式，能够有效增加金属材料的耐磨性能。再次化学热处理。化学热处理是通过改变金属材料表面化学成分和组织。将工件置于适当的介质中加热保温，使所需要化学成分渗透到工件的表层，从而使金属材料表层的化学成分及组织发生改变，增加金属材料表面的耐磨性能。但是这种方式需要专业的设备，并且处理成本较高，处理时间较长，因此往往适用于特殊材料的处理。此外还可以通过表面合金强化来增加金属材料的耐磨性能。也就是说通过重现溶化、凝固的方式来增加金属材料的耐磨性。另外也可以通过电镀、离子注入等方式，在金属材料表面形成薄膜，以此来增加金属材料的抗腐蚀能力以及耐磨能力。

四、结束语

   金属材料本身的性质以及工作的条件都会导致材料的磨损失效，因此企业应该通过合理改善工作环境来降低对金属材料磨损失效的影响，同时对金属材料进行各种处理来增加金属的抗腐蚀性能与耐磨性能，减少金属材料的损耗。

参考文献：

[1]郭林秀. 浅谈金属材料磨损失效及防护措施[J]. 建材发展导向,2020,18(24):25-26.

[2]张伟. 浅谈金属材料磨损失效及防护措施[J]. 科学技术创新,2020,(18):23-24.

[3]滕栋云. 金属材料磨损失效分析及防护措施[J]. 中国金属通报,2019,(05):280+282.

[4]马云飞,张旭光. 金属材料磨损失效及防护[J]. 云南化工,2017,44(09):59-60+70.