材料磨損降底
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【論文摘要】：材料的磨損，往往與經(jīng)濟(jì)效益與工程質(zhì)量掛鉤，文章從我國材料失效的研究現(xiàn)狀、磨損失效的模式、磨損失效的原因和預(yù)防四個(gè)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(shù)的發(fā)展直接關(guān)系到國家經(jīng)濟(jì)、科技的發(fā)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(chǎn)品的質(zhì)量,關(guān)系到企業(yè)的信譽(yù)和生存。材料失效分析的建立是發(fā)達(dá)國家工業(yè)革命的一個(gè)重要起點(diǎn),材料的失效分析和預(yù)測(cè)預(yù)防工作在經(jīng)濟(jì)發(fā)展中占有十分重要的地位,對(duì)于材料失效問題的判斷和解決能力,代表了一個(gè)國家的科學(xué)技術(shù)發(fā)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(dǎo)致的磨損失效是包括航空材料在內(nèi)的機(jī)電材料失效的主要原因,約有70%~80%的設(shè)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(fèi),而且可能直接導(dǎo)致災(zāi)難性后果,如機(jī)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(jìn)展
(1)耐磨材料的生產(chǎn)品種日趨完善和標(biāo)準(zhǔn)化
生產(chǎn)工藝不斷改進(jìn)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(yīng)用。特別是國內(nèi)研制成功了一些符合國情的耐磨材料及產(chǎn)品。其中,用量較大的磨球等產(chǎn)品已相應(yīng)制定了建材、冶金、電力部門的專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)以及國家標(biāo)準(zhǔn)。
(2)研究耐磨材料的規(guī)模和數(shù)量大大增加
據(jù)初步統(tǒng)計(jì),我國研究磨損和耐磨材料的機(jī)構(gòu)和生產(chǎn)企業(yè)已有好幾百家,耐磨易損件的總產(chǎn)量每年可達(dá)幾百萬噸。其中,有的生產(chǎn)企業(yè)年產(chǎn)量已超過四萬多噸,產(chǎn)值在2億元以上。所以,耐磨材料行業(yè)已在工業(yè)中占有相當(dāng)?shù)谋戎亍?/p>
(3)耐磨材料新技術(shù)、新工藝和新產(chǎn)品正在不斷開發(fā)和應(yīng)用
近年來,已從國外引進(jìn)和自制了幾條生產(chǎn)線并采用了一些先進(jìn)的設(shè)備,一些傳統(tǒng)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(jìn)的VRH法鑄鋼生產(chǎn)線;馬鞍山東友集團(tuán)與東洋鐵球公司合資引進(jìn)的金屬模磨球生產(chǎn)線。這種金屬模磨球生產(chǎn)線也已在我國自行研制成功并在江西東鄉(xiāng)銅礦得到成功應(yīng)用。這使耐磨產(chǎn)品的生產(chǎn)效率大大提高,質(zhì)量更加穩(wěn)定并為我國的耐磨材料產(chǎn)品走向國外市場(chǎng)打下了基礎(chǔ)。
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(dǎo)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(fā)生了粘著剪切效應(yīng),使摩擦表面材料發(fā)生脫落或向?qū)ε急砻孓D(zhuǎn)移而導(dǎo)致的失效。三是疲勞磨損失效，它是指摩擦副表面在循環(huán)變化的接觸應(yīng)力作用下,由于材料疲勞剝落形成凹坑而導(dǎo)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(zhì)發(fā)生了化學(xué)或電化學(xué)相互作用,這種作用加劇了材料的磨損過程而導(dǎo)致的失效。五是微動(dòng)磨損失效，它是指相對(duì)固定的摩擦副材料(在設(shè)計(jì)上大多為靜接觸)表面之間,由于環(huán)境因素所帶來的振幅很小的相對(duì)振動(dòng)而產(chǎn)生磨損所導(dǎo)致的失效。
確定了磨損失效的模式并不等于找到了導(dǎo)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(gè)摩擦學(xué)系統(tǒng)的性質(zhì)。材料的磨損過程往往是多因素共同作用的系統(tǒng)過程和動(dòng)態(tài)過程,有其特殊性和復(fù)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(zhì)和表面處理);②潤滑技術(shù)(包括潤滑劑和潤滑方式);③環(huán)境條件(包括溫度、氣氛和介質(zhì));④摩擦條件(包括接觸形式、運(yùn)動(dòng)形式、負(fù)荷以及速度);⑤結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);⑥潤滑管理。對(duì)一個(gè)具體的磨損失效問題而言,如何透過現(xiàn)象看本質(zhì),在上述諸多影響因素中,找到起主導(dǎo)作用的因素,并提出合理的預(yù)防應(yīng)對(duì)措施,是解決問題的難點(diǎn)和關(guān)鍵所在。
4.材料失效的預(yù)防
我們應(yīng)針對(duì)具體的磨損失效問題,收集已磨損報(bào)廢的零件及其磨屑,并進(jìn)一步查明該部件的摩擦工況,包括摩擦副的接觸形式、運(yùn)動(dòng)形式、載荷、速度、介質(zhì)、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(zhì)并檢查潤滑系統(tǒng)的工作情況,了解失效發(fā)生時(shí)設(shè)備的使用情況及日常維護(hù)保養(yǎng)情況。在充分掌握情況的基礎(chǔ)上,應(yīng)對(duì)磨損失效表面和磨屑進(jìn)行仔細(xì)分析,檢查磨損失效前后表面形貌和硬度等物理機(jī)械性能的變化,根據(jù)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(fù)載、斷油等)引起的突發(fā)過程還是在設(shè)計(jì)工況條件下運(yùn)行后的累計(jì)結(jié)果。對(duì)于后者,還需對(duì)磨損次表層進(jìn)行分析,了解裂紋的形成部位及擴(kuò)展方向,并由此確定磨損的發(fā)生和發(fā)展過程。對(duì)于有可能發(fā)生化學(xué)腐蝕磨損的部件,則需要對(duì)磨損失效表面和磨屑進(jìn)行化學(xué)分析。如有必要,還應(yīng)進(jìn)行零件磨損失效的模擬試驗(yàn)。只有認(rèn)真獲取上述信息,并進(jìn)一步結(jié)合失效零件摩擦學(xué)設(shè)計(jì)的合理性進(jìn)行綜合分析,才能對(duì)導(dǎo)致磨損失效的過程本質(zhì)和主要原因有深入的認(rèn)識(shí);在此基礎(chǔ)上,才有可能為磨損失效的預(yù)防提出合理的改進(jìn)措施。一般而言,除了外界因素、設(shè)備管理和潤滑劑變質(zhì)等非設(shè)計(jì)因素之外,引起機(jī)械零部件磨損失效的設(shè)計(jì)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(dāng);②零件的摩擦學(xué)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)(含潤滑系統(tǒng))不合理;③零件的加工或安裝精度未達(dá)到要求。
對(duì)于磨損材料失效的分析和預(yù)防對(duì)我們國家整個(gè)國民建設(shè)都有著至關(guān)重要的作用。我們應(yīng)該加大材料失效分析的力度，推進(jìn)耐磨材料的進(jìn)一步研究。
參考文獻(xiàn)
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