摩擦磨损失效简析

网络上到处充斥着有关摩擦磨损导致的“门事件”如：“轿车发动机凸轮轴磨损事件上演‘罗生门’”、“手机‘磨损门’”、“电脑污点门”等等，一件又一件的“门事件”接连上演，而导致问题的罪魁祸首就是摩擦和磨损。

图1 摩擦和磨损关系图

一、什么是摩擦、磨损？

什么是摩擦、磨损？摩擦是指两个物体相互接触，在一定的外力作用下，发生相对运动或者具有相对运动的趋势时，在接触面间产生切向的运动阻力，这一阻力称为摩擦力；磨损是指工作表面的物质由于表面相对运动而不断损失的现象。

摩擦与磨损是自然界存在的普遍现象，没有摩擦力，我们就抓不牢、站不稳，甚至无法生存。因此，摩擦对人类的生活和生产活动有利有弊，而磨损却是有百害无一利。根据统计80%以上的机械零件失效都是由于磨损直接或间接引起的，摩擦是磨损的原因，磨损是摩擦的结果。

二、常见的磨损失效形式

工程应用中材料、零件常见的磨损失效形式有磨粒磨损、黏着磨损、疲劳磨损、腐蚀磨损等基本类型。

1）磨粒磨损是由于硬质物体或硬质颗粒的切削或刮擦作用导致的磨损，包括二体磨损和三体磨损，典型特征为“犁沟”磨损形貌，主要的影响因素如磨粒硬度、尺寸、大小及材料的力学性能等。

2）黏着磨损发生于两个相对滑动的表面，在摩擦力作用下摩擦表面发生塑性变形，使两个表面发生焊合，剪切发生在强度较低的摩擦表面，导致强度较高的材料表面黏附对磨件的金属，形成黏着磨损，常见的形式为胶合，第一类胶合为：黏焊，第二类胶合为：热黏着。

3）疲劳磨损也称表面疲劳磨损和接触疲劳磨损，指两个接触体相对运动，在接触区形成的循环应力超过材料的疲劳强度，导致表层材料剥落下来的磨损过程，常见形式为：点蚀、剥落、剥层、擦伤。

4）在摩擦过程中，金属同时发生化学或电化学反应，产生金属迁移的过程，称为腐蚀磨损，即腐蚀和磨损相互作用的结果。

• 常见材料耐磨性和摩擦系数测试方法和标准

在产品结构设计、材质选型、对标分析、产品可靠性服役评价方面均要考虑不同材质、摩擦副间的摩擦系数、耐磨性等指标，以保证产品的使用寿命。通过对比分析不同材质的减摩、耐磨性，从而优化产品设计、材质选型以及提高服役寿命等。常见材料的摩擦系数和耐磨性测试标准如下表所示。

四、典型的失效案例

无论是金属材料，还是非金属材料在使用过程中均会与接触零件发生摩擦，随着摩擦过程不断进行，从而逐渐导致材质磨损，不同的磨损形式对应不同磨损形貌。图2a为磨粒磨损形成的“犁沟”磨损形貌；图2b为接触件间形成的接触疲劳形貌；图2c为黏着磨损形貌。

图2 不同磨损模式对应的磨损形貌

图3为磨损引发断裂的典型失效案例，机械传动轴与齿轮之间由于长期的相互作用，形成接触疲劳磨损（如图3a），导致齿轮基材不断磨损、剥落，形成磨损“凹坑”形貌（如图3c），从而使齿轮磨损面（摩擦副间接触的区域）与齿轮边缘（摩擦副未接触的边缘位置）形成高度差（如图3d）。由于摩擦力不断作用在齿轮磨损面与齿轮边缘过渡位置，导致该处应力集中加剧，逐渐形成裂纹（如图3b），引发断裂。

图3 磨损导致断裂的典型案例

虽然摩擦、磨损不可避免，但是不同材料的耐磨性能不同，通过有效的检测和测试材料的摩擦系数和耐磨性，选择摩擦系数小、耐磨性高的材料可以有效的预防和减小摩擦副间的磨损，提高产品或机械零件的使用寿命和可靠性。

信息来源：赛宝可靠性

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