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【論文關(guān)鍵詞】：材料失效；磨損；預(yù)防

【論文摘要】：材料的磨損，往往與經(jīng)濟效益與工程質(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、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)的信譽和生存。材料失效分析的建立是發(fā)達國家工業(yè)革命的一個重要起點,材料的失效分析和預(yù)測預(yù)防工作在經(jīng)濟發(fā)展中占有十分重要的地位,對于材料失效問題的判斷和解決能力,代表了一個國家的科學(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,而且可能直接導(dǎo)致災(zāi)難性后果,如機毀人亡等。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展

(1)耐磨材料的生產(chǎn)品種日趨完善和標準化

生產(chǎn)工藝不斷改進目前,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)標準以及國家標準。

(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,我國研究磨損和耐磨材料的機構(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?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,已從國外引進和自制了幾條生產(chǎn)線并采用了一些先進的設(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的VRH法鑄鋼生產(chǎn)線;馬鞍山東友集團與東洋鐵球公司合資引進的金屬模磨球生產(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?；蚺技砻娴挠餐黄鹞镌谀Σ吝^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。五是微動磨損失效，它是指相對固定的摩擦副材料(在設(shè)計上大多為靜接觸)表面之間,由于環(huán)境因素所帶來的振幅很小的相對振動而產(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、運動形式、負荷以及速度);⑤結(jié)構(gòu)設(shè)計;⑥潤滑管理。對一個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)對措施,是解決問題的難點和關(guān)鍵所在。

4.材料失效的預(yù)防

我們應(yīng)針對具體的磨損失效問題,收集已磨損報廢的零件及其磨屑,并進一步查明該部件的摩擦工況,包括摩擦副的接觸形式、運動形式、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)生時設(shè)備的使用情況及日常維護保養(yǎng)情況。在充分掌握情況的基礎(chǔ)上,應(yīng)對磨損失效表面和磨屑進行仔細分析,檢查磨損失效前后表面形貌和硬度等物理機械性能的變化,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?；螂s物、沖擊負載、斷油等)引起的突發(fā)過程還是在設(shè)計工況條件下運行后的累計結(jié)果。對于后者,還需對磨損次表層進行分析,了解裂紋的形成部位及擴展方向,并由此確定磨損的發(fā)生和發(fā)展過程。對于有可能發(fā)生化學(xué)腐蝕磨損的部件,則需要對磨損失效表面和磨屑進行化學(xué)分析。如有必要,還應(yīng)進行零件磨損失效的模擬試驗。只有認真獲取上述信息,并進一步結(jié)合失效零件摩擦學(xué)設(shè)計的合理性進行綜合分析,才能對導(dǎo)致磨損失效的過程本質(zhì)和主要原因有深入的認識;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)計因素之外,引起機械零部件磨損失效的設(shè)計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;②零件的摩擦學(xué)結(jié)構(gòu)設(shè)計(含潤滑系統(tǒng))不合理;③零件的加工或安裝精度未達到要求。

對于磨損材料失效的分析和預(yù)防對我們國家整個國民建設(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，推進耐磨材料的進一步研究。

參考文獻

[1]鐘群鵬,田永江.失效分析基礎(chǔ).北京:機械工業(yè)出版社,1989.

[2]張劍鋒,周志芳.摩擦磨損與抗磨技術(shù)[M].天津:天津科技翻譯出版公司,1993.