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1、IIW Authorised Training Body磨损磨损 abrasion，wear 定定义义：物物体体表表面面相相对对运运动动时时工工作作表表面面物物质质损损失失或或产生残余变形的现象。产生残余变形的现象。磨磨损损是是零零部部件件失失效效的的一一种种基基本本类类型型。通通常常意意义义上上来讲，磨损是指零部件几何尺寸（体积）变小。来讲，磨损是指零部件几何尺寸（体积）变小。零零部部件件失失去去原原有有设设计计所所规规定定的的功功能能称称为为失失效效。失失效效包包括括完完全全丧丧失失原原定定功功能能；功功能能降降低低和和有有严严重重损损伤伤或隐患，继续使用会失去可靠性及安全性和安全性。或隐
2、患，继续使用会失去可靠性及安全性和安全性。1、金属表面的磨损、金属表面的磨损第1页/共98页IIW Authorised Training Body 通用的分类方法是按磨损机制划分，主要包括通用的分类方法是按磨损机制划分，主要包括磨粒（料）磨损、黏着磨损、疲劳磨损和腐蚀（或磨粒（料）磨损、黏着磨损、疲劳磨损和腐蚀（或称摩擦化学）磨损。称摩擦化学）磨损。正确的分类方法应当把形式与本质区分开来，正确的分类方法应当把形式与本质区分开来，即把磨损失效的形貌特征与造成这种特征的磨损机即把磨损失效的形貌特征与造成这种特征的磨损机制区别开来，明确形式制区别开来，明确形式机制机制条件三者的关系。条件三者的关系
3、。一般情况下，条件改变了，势必造成不同的磨损机一般情况下，条件改变了，势必造成不同的磨损机制，从而引起磨损形式的变化。制，从而引起磨损形式的变化。1.1 磨损的复杂性磨损的复杂性第2页/共98页IIW Authorised Training Body 磨损研究的对象虽然只是材料表面的破磨损研究的对象虽然只是材料表面的破坏失效问题，但要把这个薄层内的问题研究坏失效问题，但要把这个薄层内的问题研究清楚是非常困难的。它涉及到固体力学、润清楚是非常困难的。它涉及到固体力学、润滑力学、表面物理、表面化学、冶金学、材滑力学、表面物理、表面化学、冶金学、材料学、机械学等学科，而影响因素则包括载料学、机械学等
4、学科，而影响因素则包括载荷、速度、温度、润滑剂类型及特性、环境荷、速度、温度、润滑剂类型及特性、环境介质、结构设计、接触面粗糙度、材料类型、介质、结构设计、接触面粗糙度、材料类型、组织结构及性能等等。组织结构及性能等等。1.1 磨损的复杂性磨损的复杂性第3页/共98页IIW Authorised Training Body1.2 磨损的种类及影响因素磨损的种类及影响因素u 磨料磨损磨料磨损u 黏着磨损黏着磨损u 疲劳磨损疲劳磨损u 冲蚀磨损冲蚀磨损u 微动磨损微动磨损第4页/共98页IIW Authorised Training Body1.2 磨损的种类及影响因素磨损的种类及影响因素1.2.
5、1磨料磨损磨料磨损磨料磨损磨料磨损：当硬质颗粒或表面粗糙物体（一般称为磨：当硬质颗粒或表面粗糙物体（一般称为磨料如岩石、矿石、砂子、硬金属屑或颗粒，砂布、砂料如岩石、矿石、砂子、硬金属屑或颗粒，砂布、砂轮等）在压力的作用下，对金属表面进行显微切削，轮等）在压力的作用下，对金属表面进行显微切削，即产生了磨料磨损。即产生了磨料磨损。影响因素：影响因素：磨料特性的影响：磨料硬度和尺寸；磨料特性的影响：磨料硬度和尺寸；材料机械性能的影响：材料硬度、断裂韧性；材料机械性能的影响：材料硬度、断裂韧性；材料微观组织的影响；材料微观组织的影响；工况和环境的影响：载荷、速度、磨损距离、环境工况和环境的影响：载荷
6、、速度、磨损距离、环境温度、温度和介质等。温度、温度和介质等。第5页/共98页IIW Authorised Training Body磨料磨损磨料磨损类型类型定义定义实例实例低应力磨低应力磨料磨损料磨损松散磨料自由地在表面上滑动，磨料不产松散磨料自由地在表面上滑动，磨料不产生破碎生破碎犁地和输送过程，例犁地和输送过程，例如犁铧、溜槽、料仓、如犁铧、溜槽、料仓、漏斗、料车等。漏斗、料车等。高应力磨高应力磨料磨损料磨损磨料在两个工作表面间互相挤压和摩擦。磨料在两个工作表面间互相挤压和摩擦。磨料被不断破碎成愈来愈小的碎片。总载磨料被不断破碎成愈来愈小的碎片。总载荷可能较低而局部应力却很高。荷可能较低
7、而局部应力却很高。研磨机中的磨杆、磨研磨机中的磨杆、磨球、衬板，滚式破碎球、衬板，滚式破碎机中的滚轮。机中的滚轮。凿削型磨凿削型磨料磨损料磨损粗糙磨料使磨损表面撕裂出很大的颗粒。粗糙磨料使磨损表面撕裂出很大的颗粒。这种磨损通常形成很高的应力，经常在输这种磨损通常形成很高的应力，经常在输送或破碎大块材料时发生。送或破碎大块材料时发生。颚式破碎机中的齿板、颚式破碎机中的齿板、碾辊。碾辊。冲击磨料冲击磨料磨损磨损磨料（通常是块状）垂直或以一定的倾角磨料（通常是块状）垂直或以一定的倾角落在材料表面上。其情况与冲蚀磨损很相落在材料表面上。其情况与冲蚀磨损很相似，但局部应力要高得多。似，但局部应力要高得多
8、。破碎机中的滑槽或锤破碎机中的滑槽或锤头。头。表表1 工业中常见的磨料磨损的一般分类方法和定义工业中常见的磨料磨损的一般分类方法和定义第6页/共98页IIW Authorised Training Body冲蚀磨损冲蚀磨损 材料同含有固体颗粒的材料同含有固体颗粒的液体作相对运动，在表面造液体作相对运动，在表面造成的损耗。成的损耗。泵中的壳体、泵中的壳体、叶轮和衬套。叶轮和衬套。气蚀气蚀-冲冲蚀磨损蚀磨损 固体同液体作相对运动，固体同液体作相对运动，在气泡破裂区产生高压或高在气泡破裂区产生高压或高温而引起的磨损，并伴有流温而引起的磨损，并伴有流体与磨料的冲蚀作用。体与磨料的冲蚀作用。泥浆泵中的零
9、件。泥浆泵中的零件。腐蚀磨料腐蚀磨料磨损磨损 因环境条件发生化学或因环境条件发生化学或电化学反应，而磨损是材料电化学反应，而磨损是材料损失的主要原因。损失的主要原因。水田拖拉机履水田拖拉机履带板，化学工业中带板，化学工业中的泵零件。的泵零件。表表1 工业中常见的磨料磨损的一般分类方法和定义工业中常见的磨料磨损的一般分类方法和定义-续续第7页/共98页IIW Authorised Training Body颚式破碎机齿板是矿山、建材部门破碎岩石的一种主要易磨颚式破碎机齿板是矿山、建材部门破碎岩石的一种主要易磨损零件，破碎物料的种类不同，齿板的使用寿命不同，如石灰损零件，破碎物料的种类不同，齿板的
10、使用寿命不同，如石灰石的硬度低，一副齿板可用半年以上，而石英石的硬度高，一石的硬度低，一副齿板可用半年以上，而石英石的硬度高，一副齿板只能使用几天。如果磨料硬度副齿板只能使用几天。如果磨料硬度Ha材料硬度材料硬度Hm，齿，齿板的磨损机理主要是应力疲劳；如果板的磨损机理主要是应力疲劳；如果HaHm，磨损机理可能，磨损机理可能是应变疲劳、磨粒切削或是脆性断裂。是应变疲劳、磨粒切削或是脆性断裂。挖掘机斗齿是消耗量很大的易磨损件，最大的斗齿可达挖掘机斗齿是消耗量很大的易磨损件，最大的斗齿可达1t重，重，用于采掘矿石、剥离岩石、港口建设、兴修水坝、筑路工程、用于采掘矿石、剥离岩石、港口建设、兴修水坝、筑
11、路工程、国防建设等等。斗齿工作时经常受到冲击、高应力滑动磨损，国防建设等等。斗齿工作时经常受到冲击、高应力滑动磨损，还有单臂梁的弯曲作用，其工作条件比颚式破碎机齿板更恶劣，还有单臂梁的弯曲作用，其工作条件比颚式破碎机齿板更恶劣，磨损也更严重。磨损机理主要是磨粒切削，其次是冲击变形和磨损也更严重。磨损机理主要是磨粒切削，其次是冲击变形和犁沟变形。犁沟变形。典型实例典型实例第8页/共98页IIW Authorised Training Body典型实例典型实例球磨机磨球是消耗量最大的易磨损件，使用磨球最多球磨机磨球是消耗量最大的易磨损件，使用磨球最多的部门是黑色、有色冶金、矿山、建材、电力、化肥等
12、的部门是黑色、有色冶金、矿山、建材、电力、化肥等。磨球的材质可以分为两类，一类是各种成分钢的锻轧。磨球的材质可以分为两类，一类是各种成分钢的锻轧球，一类是铸铁球，包括少量铸钢球。磨球的失效形式球，一类是铸铁球，包括少量铸钢球。磨球的失效形式主要有三种：正常磨损，碎裂和失圆。磨球在工作中主主要有三种：正常磨损，碎裂和失圆。磨球在工作中主要受到反复冲击和物料的研磨作用。要受到反复冲击和物料的研磨作用。犁铧是农业机械中一种典型的易损件，主要用于耕翻犁铧是农业机械中一种典型的易损件，主要用于耕翻土地。根据土壤类型的不同，犁铧的失效形式主要是变土地。根据土壤类型的不同，犁铧的失效形式主要是变形、断裂和正
13、常磨损，有时出现腐蚀磨损。形、断裂和正常磨损，有时出现腐蚀磨损。第9页/共98页IIW Authorised Training Body根据磨损程度，常把黏着磨损分为以下四种：根据磨损程度，常把黏着磨损分为以下四种：涂料涂料氧化氧化、擦伤、擦伤、粘焊（胶合）、咬卡。粘焊（胶合）、咬卡。1.2.2黏着磨损黏着磨损 又称金属间磨损：是指金属与金属之间相又称金属间磨损：是指金属与金属之间相对运动时，由于两接触面凹凸不平，引起表面对运动时，由于两接触面凹凸不平，引起表面金属变形，局部高温焊合而撕裂式转移结合到金属变形，局部高温焊合而撕裂式转移结合到另一表面的一种表面破坏形式。如轴、轴承、另一表面的一种
14、表面破坏形式。如轴、轴承、刀具、模具、制动轮、阀门密封面。刀具、模具、制动轮、阀门密封面。第10页/共98页IIW Authorised Training Body 金属互溶性的影响；金属互溶性的影响；金属显微组织的影响；金属显微组织的影响；载荷及滑动速度的影响；载荷及滑动速度的影响；环境气氛的影响。环境气氛的影响。黏着磨损的影响因素：黏着磨损的影响因素：第11页/共98页IIW Authorised Training Body 凸轮挺杆的黏着磨损：凸轮挺杆的黏着磨损：凸轮和挺杆摩擦副有三种主凸轮和挺杆摩擦副有三种主要的磨损形式：点蚀、胶合和光面磨损。胶合特征是要的磨损形式：点蚀、胶合和光面磨
15、损。胶合特征是两个表面局部焊合在一起，然后焊合点被撕开形成磨两个表面局部焊合在一起，然后焊合点被撕开形成磨损。相对滑动速度大而润滑条件不好的情况损。相对滑动速度大而润滑条件不好的情况/新工件在新工件在粗糙度较大的表面微凸体处开始。粗糙度较大的表面微凸体处开始。T200黏着。黏着。典型实例：典型实例：刀具的黏着磨损刀具的黏着磨损 典型代表。在切削加工过程中，典型代表。在切削加工过程中，由于接触面上的压力高、滑动速度大以及被切削材料由于接触面上的压力高、滑动速度大以及被切削材料发生的剧烈塑性变形，结果使刀具表面产生极高的温发生的剧烈塑性变形，结果使刀具表面产生极高的温度，可达度，可达1000以上。
16、黏着磨损成为刀具磨损的主要以上。黏着磨损成为刀具磨损的主要形式，刀尖上积屑瘤的形成是被切削材料向刀具表面形式，刀尖上积屑瘤的形成是被切削材料向刀具表面黏着转移的明显例证。黏着转移的明显例证。第12页/共98页IIW Authorised Training Body典型实例：典型实例：气气缸缸套套与与活活塞塞环环 典典型型易易发发生生黏黏着着磨磨损损的的摩摩擦擦副副。常常用用各各种种含含石石墨墨的的灰灰口口铸铸铁铁制制造造活活塞塞环环，因因为为它它们们的抗黏着性和耐磨性较好。的抗黏着性和耐磨性较好。齿轮的黏着磨损齿轮的黏着磨损 以接触疲劳和黏着磨损为主。齿以接触疲劳和黏着磨损为主。齿轮的允许转矩
17、是由黏着作用引起的轮的允许转矩是由黏着作用引起的“胶合负荷极限胶合负荷极限”所决定。在相对速度很低时，齿轮是在混合润滑条件所决定。在相对速度很低时，齿轮是在混合润滑条件下工作的，磨损机制主要是黏着和磨料磨损，这时存下工作的，磨损机制主要是黏着和磨料磨损，这时存在一个临界速度，在这种速度下，允许的载荷特别低。在一个临界速度，在这种速度下，允许的载荷特别低。渗碳淬火渗碳淬火第13页/共98页IIW Authorised Training Body1.2.3疲劳磨损疲劳磨损 或称接触磨损，其基本过程为摩擦副表或称接触磨损，其基本过程为摩擦副表面相对滚动或滑动时，周期性的载荷使接触面相对滚动或滑动时，
18、周期性的载荷使接触区受到很大应力，当超过材料强度时，将在区受到很大应力，当超过材料强度时，将在表层的薄弱点处引起裂纹，逐渐扩展，最后表层的薄弱点处引起裂纹，逐渐扩展，最后金属断裂剥落下来，造成点蚀或剥落。如滚金属断裂剥落下来，造成点蚀或剥落。如滚动轴承、齿轮、车轮、轧辊等。动轴承、齿轮、车轮、轧辊等。第14页/共98页IIW Authorised Training Body 材料纯度的影响；材料纯度的影响；材料微观组织的影响；材料微观组织的影响；材料硬度的影响；材料硬度的影响；表面粗糙度的影响；表面粗糙度的影响；润滑油及环境的影响。润滑油及环境的影响。影响因素：影响因素：第15页/共98页II
19、W Authorised Training Body 钢轨的剥离与擦伤钢轨的剥离与擦伤 典型疲劳磨损现象。前兆典型疲劳磨损现象。前兆钢轨表面出现鱼鳞状裂纹，强度越高，抗剥钢轨表面出现鱼鳞状裂纹，强度越高，抗剥离能力越强，典型的应力疲劳机制。离能力越强，典型的应力疲劳机制。擦伤：在机车启动时擦伤：在机车启动时/大坡道爬坡时车轮空转大坡道爬坡时车轮空转/轴重大，轴重大，速度高，坡度大的区段抱闸行驶时引起的钢轨踏面上速度高，坡度大的区段抱闸行驶时引起的钢轨踏面上的损伤，在擦伤部位，由于轮轨摩擦产生大量热，使的损伤，在擦伤部位，由于轮轨摩擦产生大量热，使表面温度达到相变温度以上并急速冷却，而形成或部表
20、面温度达到相变温度以上并急速冷却，而形成或部分形成马氏体层，其厚度可达分形成马氏体层，其厚度可达0.5mm左右，严重擦伤左右，严重擦伤时，会在擦伤区出现很多裂纹，表面有明显的马氏体时，会在擦伤区出现很多裂纹，表面有明显的马氏体层剥落特征。层剥落特征。疲劳磨损典型实例：疲劳磨损典型实例：第16页/共98页IIW Authorised Training Body 凸凸轮轮与与挺挺杆杆的的点点蚀蚀与与擦擦伤伤 凸凸轮轮挺挺杆杆是是发发动动机机中中一一对对主主要要的的摩摩擦擦副副，由由于于工工作作条条件件比比较较苛苛刻刻，在在接接触触区区域域经经常常处处于于边边界界润润滑滑状状态态。凸凸轮轮挺挺杆杆的
21、的主主要要磨磨损损形形式式是是点点蚀与擦伤，均属于疲劳磨损机制。蚀与擦伤，均属于疲劳磨损机制。疲劳磨损典型实例：疲劳磨损典型实例：第17页/共98页IIW Authorised Training Body1.2.4冲蚀磨损冲蚀磨损 指材料受到小而松散的流动粒子冲击时出现破坏指材料受到小而松散的流动粒子冲击时出现破坏的一种磨损形式。的一种磨损形式。表表2 冲蚀现象的分类及工程实例冲蚀现象的分类及工程实例冲蚀类型冲蚀类型介质介质第二相第二相工程实例工程实例喷砂冲蚀喷砂冲蚀气体气体固体粒子固体粒子烟气轮机，锅炉管道烟气轮机，锅炉管道雨蚀水滴冲蚀雨蚀水滴冲蚀气体气体液滴液滴高速飞行器，汽轮机叶片高速飞
22、行器，汽轮机叶片泥浆冲蚀泥浆冲蚀液体液体固体粒子固体粒子水轮机叶片，泥浆泵叶轮水轮机叶片，泥浆泵叶轮气蚀（汽蚀）气蚀（汽蚀）液体液体气泡气泡水轮机叶片，船用螺旋桨水轮机叶片，船用螺旋桨第18页/共98页IIW Authorised Training Body冲蚀磨损影响因素：冲蚀磨损影响因素：攻角（入射角）的影响，攻角（入射角）的影响，塑性材料塑性材料20-30，脆性材料脆性材料90攻角时冲蚀率最大；攻角时冲蚀率最大；粒子速度的影响，粒子速度的影响，=kn（k、n为常数）；为常数）；冲蚀时间的影响；冲蚀时间的影响；环境温度的影响；环境温度的影响；入射粒子性能的影响。入射粒子性能的影响。第19页
23、/共98页IIW Authorised Training Body冲蚀磨损典型实例：冲蚀磨损典型实例：水轮机叶片：水轮机叶片：黄河流域最大泥沙量可达黄河流域最大泥沙量可达530kg/m3，黄河上的水，黄河上的水轮机都在严重的泥沙冲蚀条件下运行。如刘家峡水电轮机都在严重的泥沙冲蚀条件下运行。如刘家峡水电站经过一个汛期运行，导水叶片立面间隙被冲蚀成锯站经过一个汛期运行，导水叶片立面间隙被冲蚀成锯齿状大缺口，水轮机叶片及下环发现大面积鱼鳞坑，齿状大缺口，水轮机叶片及下环发现大面积鱼鳞坑，上下抗磨板被磨穿。八盘峡水电站上下抗磨板被磨穿。八盘峡水电站/三门峡水电站。由三门峡水电站。由于泥沙冲蚀磨损与气蚀
24、的联合作用，水轮机叶片的破于泥沙冲蚀磨损与气蚀的联合作用，水轮机叶片的破坏往往以大面积的鱼鳞坑为特征，坑的周围界限明显，坏往往以大面积的鱼鳞坑为特征，坑的周围界限明显，在凹坑边缘有塑性变形挤出的堆积物，有的沙粒压入在凹坑边缘有塑性变形挤出的堆积物，有的沙粒压入材料表面。材料表面。第20页/共98页IIW Authorised Training Body冲蚀磨损典型实例：冲蚀磨损典型实例：风扇磨煤机打击板：风扇磨煤机打击板：制备煤粉的设备，它同时具有粉碎、干燥和输制备煤粉的设备，它同时具有粉碎、干燥和输送的功能。由于我国电厂使用煤种繁多，有烟煤和贫送的功能。由于我国电厂使用煤种繁多，有烟煤和贫煤
25、，煤中经常含有相当数量高硬度的煤，煤中经常含有相当数量高硬度的SiO2或或Al2O3颗粒，颗粒，这些硬粒子对打击板造成了严重的冲蚀磨损，从而使这些硬粒子对打击板造成了严重的冲蚀磨损，从而使其寿命仅有其寿命仅有300-600h，致使材料消耗大，备件供应紧，致使材料消耗大，备件供应紧张，检修量增大，制粉效率降低。张，检修量增大，制粉效率降低。第21页/共98页IIW Authorised Training Body 微动磨损是指两个固体接触面上因出现周微动磨损是指两个固体接触面上因出现周期性小振幅振动造成损伤的一种特殊磨损形式，期性小振幅振动造成损伤的一种特殊磨损形式，也可以认为是疲劳磨损、黏着磨
26、损、磨料磨损也可以认为是疲劳磨损、黏着磨损、磨料磨损与腐蚀磨损兼而有之的综合磨损形式。与腐蚀磨损兼而有之的综合磨损形式。如铆接件、螺栓连接件、滚动轴承、齿轮、如铆接件、螺栓连接件、滚动轴承、齿轮、键轮、人工关节、钢丝绳等。键轮、人工关节、钢丝绳等。1.2.5 微动磨损微动磨损第22页/共98页IIW Authorised Training Body表表3 磨损的种类、定义、分类及介绍磨损的种类、定义、分类及介绍种类种类定义定义具体分类具体分类粘着粘着磨损磨损是指金属与金属之间相对运动是指金属与金属之间相对运动时，由于两接触面凹凸不平，时，由于两接触面凹凸不平，引起表面金属变形，局部高温引起表面
27、金属变形，局部高温焊合而撕裂式转移结合到另一焊合而撕裂式转移结合到另一表面的一种表面破坏形式，又表面的一种表面破坏形式，又称金属间磨损。如轴、轴承、称金属间磨损。如轴、轴承、刀具、模具、制动轮、阀门密刀具、模具、制动轮、阀门密封面。封面。氧化氧化磨损磨损金属性金属性磨损磨损撕脱和撕脱和咬死咬死第23页/共98页IIW Authorised Training Body粘着磨损粘着磨损氧化磨损氧化磨损氧化磨损表面呈匀细磨痕，磨屑细小，磨损速氧化磨损表面呈匀细磨痕，磨屑细小，磨损速度小，故又称轻微磨损。如滚动轴承间，缸套度小，故又称轻微磨损。如滚动轴承间，缸套活塞环间的正常磨损。活塞环间的正常磨损。
28、金属性磨损金属性磨损磨损表面形成细而浅的犁痕式破坏，磨屑为较磨损表面形成细而浅的犁痕式破坏，磨屑为较大的碎片或颗粒，因而磨损速度大，又叫严重大的碎片或颗粒，因而磨损速度大，又叫严重磨损。如内燃机的铝活塞壁与缸体表面，重载磨损。如内燃机的铝活塞壁与缸体表面，重载蜗轮副的蜗杆表面的磨损。蜗轮副的蜗杆表面的磨损。撕脱和咬死撕脱和咬死撕脱表面出现宽而深的犁痕式破坏，最严重时撕脱表面出现宽而深的犁痕式破坏，最严重时使相对运动停止，称使相对运动停止，称“咬死咬死”。如高压闸阀，。如高压闸阀，由于应力太大使配合表面产生焊合，使用时就由于应力太大使配合表面产生焊合，使用时就易出现撕脱，而不锈钢螺栓与螺母扭紧过
29、程中易出现撕脱，而不锈钢螺栓与螺母扭紧过程中常常发生常常发生“咬死咬死”。第24页/共98页IIW Authorised Training Body磨料磨料磨损磨损 当硬质颗粒或表面粗糙当硬质颗粒或表面粗糙物体（一般称为磨料如岩物体（一般称为磨料如岩石、矿石、砂子、硬金属石、矿石、砂子、硬金属屑或颗粒、砂布、砂轮等）屑或颗粒、砂布、砂轮等）在压力的作用下，对金属在压力的作用下，对金属表面进行显微切削，即产表面进行显微切削，即产生了磨料磨损。生了磨料磨损。低应力擦伤式低应力擦伤式磨料磨损磨料磨损高应力碾碎式高应力碾碎式磨料磨损磨料磨损凿削式凿削式磨料磨损磨料磨损表表3 磨损的种类、定义、分类及介
30、绍磨损的种类、定义、分类及介绍第25页/共98页IIW Authorised Training Body低应力擦伤式低应力擦伤式磨料磨损磨料磨损 作用应力小于磨料的压溃强度，材料表作用应力小于磨料的压溃强度，材料表面产生微小切削痕。如犁、铧、运输槽板面产生微小切削痕。如犁、铧、运输槽板的表面磨损。的表面磨损。高应力碾碎式高应力碾碎式磨料磨损磨料磨损 磨料与金属表面接触处的最大压力大于磨料与金属表面接触处的最大压力大于磨料的压溃强度，一般金属材料被拉伤，磨料的压溃强度，一般金属材料被拉伤，韧性材料产生塑性变形或疲劳，而脆性材韧性材料产生塑性变形或疲劳，而脆性材料则发生碎裂或剥落。如球磨机衬板与钢
31、料则发生碎裂或剥落。如球磨机衬板与钢球，轧碎机滚筒等零件的表面磨损。球，轧碎机滚筒等零件的表面磨损。凿削式凿削式磨料磨损磨料磨损 磨料对材料表面产生高应力碰撞时工磨料对材料表面产生高应力碰撞时工件表面被凿削下大颗粒的金属，出现较深件表面被凿削下大颗粒的金属，出现较深的沟槽。如挖掘机斗齿，破碎机锤头等零的沟槽。如挖掘机斗齿，破碎机锤头等零件的表面破坏。件的表面破坏。磨料磨损磨料磨损第26页/共98页IIW Authorised Training Body浸蚀冲击浸蚀含有硬颗粒的流体相对于固体运动时使固体表面产生的磨损叫冲击浸蚀。冲击角的大小对磨损影响大。当冲击角小时又称磨料浸蚀。如水轮机叶片中的
32、泥沙磨损。气蚀浸蚀固体相对于气蚀状态的流体运动而产生的表面破坏叫气蚀浸蚀。表面先产生麻点，再扩展成泡沫或海绵状穴蚀。如水泵零件、柴油机气缸壁等的表面破坏。表表3 磨损的种类、定义、分类及介绍磨损的种类、定义、分类及介绍冲蚀磨损冲蚀磨损第27页/共98页IIW Authorised Training Body微微动动磨磨损损机械零件配合较紧的部位在载荷和一定频率振动条件下，使零机械零件配合较紧的部位在载荷和一定频率振动条件下，使零件表面产生微小滑动而引起的磨损，它是磨料磨损和氧化磨损件表面产生微小滑动而引起的磨损，它是磨料磨损和氧化磨损的结合，如紧配合轴颈、铆接接头处的磨损。的结合，如紧配合轴颈
33、、铆接接头处的磨损。冲冲击击磨磨损损金属受外来物体的冲击作用而引起的磨损称冲击磨损。通常和金属受外来物体的冲击作用而引起的磨损称冲击磨损。通常和磨料磨损同时出现。冲击按金属表面所受应力的大小及造成损磨料磨损同时出现。冲击按金属表面所受应力的大小及造成损坏的情况分为三类：轻度冲击：动能被吸收，金属表面的弹性坏的情况分为三类：轻度冲击：动能被吸收，金属表面的弹性变形可恢复。中度冲击；除弹性变形外，发生部分塑性变形。变形可恢复。中度冲击；除弹性变形外，发生部分塑性变形。严重冲击：金属破裂或变形。严重冲击：金属破裂或变形。热热疲疲劳劳由于承受反复的加热和冷却作用，使金属产生裂纹，造成金属由于承受反复的
34、加热和冷却作用，使金属产生裂纹，造成金属破坏的现象称为热疲劳。如热轧辊、热锻模、压铸模、装料机破坏的现象称为热疲劳。如热轧辊、热锻模、压铸模、装料机料斗等。料斗等。表表3 磨损的种类、定义、分类及介绍磨损的种类、定义、分类及介绍第28页/共98页IIW Authorised Training Body 磨损形式很少单独出现。同时起作用或交替起作用。磨损形式很少单独出现。同时起作用或交替起作用。反映了由于黏着作用、摩擦氧化、磨料磨损和表面疲劳等反映了由于黏着作用、摩擦氧化、磨料磨损和表面疲劳等不同作用机理形成松脱磨屑的顺序过程。不同作用机理形成松脱磨屑的顺序过程。一般说来，只有磨料磨损和表面疲劳
35、才能直接产生一般说来，只有磨料磨损和表面疲劳才能直接产生磨屑。黏着磨损通常只能使摩擦副之间发生材料转移，这磨屑。黏着磨损通常只能使摩擦副之间发生材料转移，这些转移的颗粒在表面疲劳磨损或磨粒磨损作用下才能脱落些转移的颗粒在表面疲劳磨损或磨粒磨损作用下才能脱落下来。磨屑本身也能起磨料磨损的作用。下来。磨屑本身也能起磨料磨损的作用。例如：齿轮传动就同时存在疲劳磨损、黏着磨损和磨例如：齿轮传动就同时存在疲劳磨损、黏着磨损和磨粒磨损。滚动轴承也是疲劳磨损和磨粒磨损同时存在。粒磨损。滚动轴承也是疲劳磨损和磨粒磨损同时存在。实际机械零件的磨损过程非常复杂，给磨损控制和实际机械零件的磨损过程非常复杂，给磨损控
36、制和磨损预测带来巨大的困难。磨损预测带来巨大的困难。1.3 磨损的实际发生磨损的实际发生第29页/共98页IIW Authorised Training Body 断裂、磨损和腐蚀是造成金属材料及其断裂、磨损和腐蚀是造成金属材料及其制品失效的最重要的原因和形式。不同种类制品失效的最重要的原因和形式。不同种类的钢材（金属及合金）生产和使用也正是为的钢材（金属及合金）生产和使用也正是为了防止这些失效破坏，满足使用条件要求。了防止这些失效破坏，满足使用条件要求。2、金属表面的腐蚀金属表面的腐蚀3、金属的保护及磨损失效的控制金属的保护及磨损失效的控制第30页/共98页IIW Authorised Tr
37、aining Body图图1 金属及合金的抗磨损及腐蚀特性金属及合金的抗磨损及腐蚀特性 第31页/共98页IIW Authorised Training Body 材料磨损的控制通常从设计的角度和表面技术的材料磨损的控制通常从设计的角度和表面技术的角度两个方面来实现。角度两个方面来实现。设计角度设计角度控制磨损控制磨损磨料磨损的控制磨料磨损的控制材料及润滑方式的合理选择材料及润滑方式的合理选择许用载许用载荷的合理确定荷的合理确定设计加工角度的控制等方面；设计加工角度的控制等方面；黏着磨损的控制黏着磨损的控制材料及润滑方式的合理选择材料及润滑方式的合理选择 许用许用载荷的合理确定外载荷的合理确定
38、外 正确的确定许用表面温度；正确的确定许用表面温度；冲蚀磨损的控制冲蚀磨损的控制正确选择材料正确选择材料 零件形状的正确设零件形状的正确设计计+环境温度和介质的控制环境温度和介质的控制 流体流动速度的控制等流体流动速度的控制等因素。因素。第32页/共98页IIW Authorised Training Body 从表面技术的角度来控制各种磨损失效，从表面技术的角度来控制各种磨损失效，合理采用表面加工方法：合理采用表面加工方法：表面机械加工（硬化）、热喷涂技术、堆表面机械加工（硬化）、热喷涂技术、堆焊技术、渗碳（氮）技术、表面淬火、化学和物焊技术、渗碳（氮）技术、表面淬火、化学和物理气相沉积、电
39、镀和化学镀层及深冷处理等等。理气相沉积、电镀和化学镀层及深冷处理等等。从材料的角度介绍如何使用堆焊技术和热从材料的角度介绍如何使用堆焊技术和热喷涂技术来防止磨损和腐蚀等失效破坏。喷涂技术来防止磨损和腐蚀等失效破坏。第33页/共98页IIW Authorised Training Body4、堆焊材料堆焊材料4.1 堆焊合金类型堆焊合金类型 堆焊合金可以根据它们的使用性能、合金堆焊合金可以根据它们的使用性能、合金系统、焊态组织等划分为不同的类型。根据合系统、焊态组织等划分为不同的类型。根据合金的成分和焊态组织区分不同，堆焊合金可以金的成分和焊态组织区分不同，堆焊合金可以归纳为铁基、镍基、钴基、铜
40、基、含硬质相的归纳为铁基、镍基、钴基、铜基、含硬质相的复合堆焊合金等几种类型。复合堆焊合金等几种类型。第34页/共98页IIW Authorised Training Body铁基堆焊合金铁基堆焊合金价格便宜，性能变化范围广、韧性和价格便宜，性能变化范围广、韧性和耐磨性综合指标高，能满足不同的使用要求，应用十耐磨性综合指标高，能满足不同的使用要求，应用十分广泛，品种也多。分广泛，品种也多。镍基和钴基堆焊合金镍基和钴基堆焊合金价格较高，耐高温和耐蚀性好，价格较高，耐高温和耐蚀性好，在高温磨损、高温腐蚀场合下应用较广。在高温磨损、高温腐蚀场合下应用较广。铜基合金铜基合金耐腐蚀性好，各种腐蚀介质中服
41、役零件的耐腐蚀性好，各种腐蚀介质中服役零件的堆焊。有减摩特性，耐金属间摩擦磨损条件下服役的堆焊。有减摩特性，耐金属间摩擦磨损条件下服役的零件，零件，含碳化物等硬质相的复合堆焊合金含碳化物等硬质相的复合堆焊合金价格也较高，具价格也较高，具有优异的抗磨料磨损性能，故在严重磨料磨损的工件有优异的抗磨料磨损性能，故在严重磨料磨损的工件堆焊中占有重要地位。堆焊中占有重要地位。第35页/共98页IIW Authorised Training Body表表4 常用堆焊合金的类型常用堆焊合金的类型序序号号堆焊合堆焊合金类型金类型分类分类1铁基堆铁基堆焊合金焊合金珠光体类堆焊金属珠光体类堆焊金属马氏体类堆焊金属
42、（普通马氏体钢，高速马氏体类堆焊金属（普通马氏体钢，高速钢，工具钢，高铬马氏体不锈钢）钢，工具钢，高铬马氏体不锈钢）奥氏体类堆焊金属（高锰奥氏体钢，铬锰奥氏体类堆焊金属（高锰奥氏体钢，铬锰奥氏体钢，铬镍奥氏体钢）奥氏体钢，铬镍奥氏体钢）合金铸铁类堆焊金属（马氏体合金铸铁、合金铸铁类堆焊金属（马氏体合金铸铁、奥氏体合金铸铁、高铬合金铸铁）奥氏体合金铸铁、高铬合金铸铁）第36页/共98页IIW Authorised Training Body堆焊合金堆焊合金类型类型分类分类镍基堆焊镍基堆焊合金合金镍铬硼硅型、镍铬钼钨型、镍铜型、镍铬钨硅型、镍铬硼硅型、镍铬钼钨型、镍铜型、镍铬钨硅型、镍铬铝型等镍铬
43、铝型等钴基堆焊钴基堆焊合金合金铜基堆焊铜基堆焊合金合金纯铜、青铜、白铜、黄铜纯铜、青铜、白铜、黄铜复合堆焊复合堆焊合金合金由铁基、镍基、铜基、钴基合金与碳化钨（铸造碳由铁基、镍基、铜基、钴基合金与碳化钨（铸造碳化钨或烧结碳化钨）组成的复合堆焊合金化钨或烧结碳化钨）组成的复合堆焊合金喷焊用自喷焊用自熔合金熔合金镍基、钴基、铁基及含碳化钨自熔性合金镍基、钴基、铁基及含碳化钨自熔性合金表表4 常用堆焊合金的类型常用堆焊合金的类型第37页/共98页IIW Authorised Training Body4.2 常用堆焊合金性能常用堆焊合金性能1）合金钢类堆焊合金：）合金钢类堆焊合金：铁基堆焊合金由于成
44、分（合金含量、含碳量）和冷却铁基堆焊合金由于成分（合金含量、含碳量）和冷却速度不同，堆焊层的基体组织速度不同，堆焊层的基体组织马氏体、奥氏体、珠马氏体、奥氏体、珠光体钢等几种类型。光体钢等几种类型。珠光体类堆焊合金、马氏体类堆焊合金、奥氏体类堆珠光体类堆焊合金、马氏体类堆焊合金、奥氏体类堆焊合金称为合金钢类堆焊合金，在堆焊材料中应用广焊合金称为合金钢类堆焊合金，在堆焊材料中应用广泛。泛。铁素体为基体的低碳钢，硬度太低，不能作为堆焊合铁素体为基体的低碳钢，硬度太低，不能作为堆焊合金。金。含碳量含碳量0.8%时，堆焊层组织以珠光体为主，硬度较高、时，堆焊层组织以珠光体为主，硬度较高、韧性较好，称为
45、珠光体堆焊合金。韧性较好，称为珠光体堆焊合金。第38页/共98页IIW Authorised Training Body1）合金钢类堆焊合金：）合金钢类堆焊合金：加入少量合金元素后，堆焊层中的奥氏体在加入少量合金元素后，堆焊层中的奥氏体在480以下转变以下转变成马氏体，强度和硬度都很高，耐磨性好，称为马氏体堆焊合金。成马氏体，强度和硬度都很高，耐磨性好，称为马氏体堆焊合金。合金元素含量增加，残余奥氏体比例上升，当稳定奥氏体的合金元素含量增加，残余奥氏体比例上升，当稳定奥氏体的合金元素（合金元素（Ni、Mn）含量很大时，奥氏体完全不发生转变，直至）含量很大时，奥氏体完全不发生转变，直至室温，称为
46、奥氏体堆焊合金。室温，称为奥氏体堆焊合金。碳是铁基堆焊合金中最重要的合金元素。碳是铁基堆焊合金中最重要的合金元素。Cr、Mo、W、Mn、V、Ni、Ti、B等也能作为合金元素。等也能作为合金元素。合金元素不但影响堆焊层中硬化相的形成，而且对基体组织的性能合金元素不但影响堆焊层中硬化相的形成，而且对基体组织的性能也有影响。合金元素也有影响。合金元素Cr、Mo、W、V可以使堆焊层有较好的高温强可以使堆焊层有较好的高温强度，并能在度，并能在480-650时发生二次硬化效应。时发生二次硬化效应。Cr还能使堆焊合金具还能使堆焊合金具有较好的抗氧化性能，在有较好的抗氧化性能，在1090时，含有时，含有25%
47、Cr就能提供很好的保就能提供很好的保护作用。护作用。第39页/共98页IIW Authorised Training Body 合金铸铁类堆焊合金包括马氏体合金铸铁、奥合金铸铁类堆焊合金包括马氏体合金铸铁、奥氏体合金铸铁和高铬合金铸铁三大类。高铬合金铸氏体合金铸铁和高铬合金铸铁三大类。高铬合金铸铁堆焊层的基体组织是奥氏体或马氏体，而大多数铁堆焊层的基体组织是奥氏体或马氏体，而大多数马氏体和奥氏体合金铸铁堆焊层的基体组织是莱氏马氏体和奥氏体合金铸铁堆焊层的基体组织是莱氏体碳化物。它们都含有大量的合金碳化物，因而耐体碳化物。它们都含有大量的合金碳化物，因而耐磨粒磨损性能很高。磨粒磨损性能很高。2）
48、合金铸铁类堆焊合金：）合金铸铁类堆焊合金：第40页/共98页IIW Authorised Training Body3）碳化钨堆焊合金：）碳化钨堆焊合金：碳化钨堆焊层碳化钨堆焊层胎体材料胎体材料+嵌在其中的碳化钨颗嵌在其中的碳化钨颗粒。胎体材料可由铁基、镍基、钴基和铜基合金构粒。胎体材料可由铁基、镍基、钴基和铜基合金构成。成。堆焊金属平均成分是含堆焊金属平均成分是含45%W以上、含以上、含1.5-2%C。碳化钨由。碳化钨由WC和和W2C组成（一般含组成（一般含C3.5-4.4%，含，含W95-96%），有很高的硬度和熔点。含），有很高的硬度和熔点。含C3.8%的碳化钨硬度达的碳化钨硬度达250
49、0HV，熔点接近，熔点接近2600。第41页/共98页IIW Authorised Training Body 碳化钨碳化钨铸造碳化钨和烧结碳化钨铸造碳化钨和烧结碳化钨(以钴为黏以钴为黏结金属的粉末烧结成的粒状碳化钨两类结金属的粉末烧结成的粒状碳化钨两类)。应尽量保。应尽量保持碳化钨颗粒的形状，避免其熔化持碳化钨颗粒的形状，避免其熔化(高频加热和氧高频加热和氧-乙乙炔加热炔加热)。碳化钨堆焊合金碳化钨堆焊合金非常好的抗磨料磨损性、非常好的抗磨料磨损性、很好的耐热性、良好的耐腐蚀性和抗低度冲击性。很好的耐热性、良好的耐腐蚀性和抗低度冲击性。脆性大，容易产生裂纹，对结构复杂的零件应进行脆性大，容易
50、产生裂纹，对结构复杂的零件应进行预热。预热。3）碳化钨堆焊合金：）碳化钨堆焊合金：第42页/共98页IIW Authorised Training Body4）钴基堆焊合金：）钴基堆焊合金：又称为又称为“司特立司特立-Stellite”合金，以合金，以Co为基本成分，为基本成分，加入加入Cr、W、C等元素，主要成分为：等元素，主要成分为：C0.7-3.0%，Cr25-33%，W3-25%，其余为，其余为Co。钴基合金堆焊层的基体组织是奥氏体钴基合金堆焊层的基体组织是奥氏体+共晶组织。共晶组织。含碳量低时，堆焊层由呈树枝晶的含碳量低时，堆焊层由呈树枝晶的Co-Cr-W固溶体（奥固溶体（奥氏体）初