破碎機(jī)等設(shè)備的磨損類型—機(jī)械磨損

破碎機(jī)等設(shè)備的自然磨損根據(jù)其產(chǎn)生的原因和磨損過程的特性可以分為三種類型：機(jī)械磨損、腐蝕磨損和熱磨損。這三種類型的密損基本上包括了破碎機(jī)等設(shè)備在正常使用的條件下可能產(chǎn)生的全部主要故障。其中機(jī)械磨損是最普遍、最主要、最常見的磨損形式，它對(duì)機(jī)械設(shè)備的威脅也最大。

一、機(jī)械磨損的分子機(jī)械假說

機(jī)械磨損是由于零件的金屬表面在相對(duì)運(yùn)動(dòng)中所產(chǎn)生的摩擦和疲勞作用的結(jié)果。這種磨損在工礦企業(yè)中表現(xiàn)是相當(dāng)嚴(yán)重的，造成的備件消耗量也是相當(dāng)驚人的。

目前，關(guān)于零件在干摩擦情況下磨損過程的研究還不完善。一般地講，因摩擦作用而引起的磨損大體可以分為三類：第一類的理論認(rèn)為摩擦是粗糙的金屬表面彈性的交互作用，結(jié)果產(chǎn)生磨損；第三類的理論認(rèn)為摩擦是配合表面分子的交互作用，因分子間的吸引和粘附現(xiàn)象而產(chǎn)生磨損；第三類的理論認(rèn)為摩擦同時(shí)是粗糙表面彈性的交互作用和表面分子間吸引、粘附作用，二者同時(shí)作用而產(chǎn)生磨損。第一類的理論稱作機(jī)械假說，第二類的理論稱作分子假說，第三類的理論稱作分子機(jī)械假說。分子機(jī)械假說比較完備地解釋了摩擦和磨損的過程。

機(jī)械假說是根據(jù)零件經(jīng)過加工以后，表面總是不平滑的，布滿著凹凸而成為谷蜂狀，當(dāng)零件之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，峰與蜂之間發(fā)生碰擊而產(chǎn)生阻力，表面凹凸不平的谷峰間的嚙合則在表面上產(chǎn)生彈性和塑性交形，為了克服這種谷峰嚙合時(shí)的彈性和剪切作用力而產(chǎn)生的反作用力和隨同發(fā)生的物理現(xiàn)象即是磨損的過程。根據(jù)機(jī)械假說的解釋，零件表面的粗隨度愈大則表面摩擦力應(yīng)相應(yīng)增大。但在實(shí)際上這僅適合于比較粗橫的表面，而在比較平滑的表面上隨表面平滑度的增加，摩擦力不但不減小反而有增加，在十分光滑的表面上，摩擦力增加得更大。因此用機(jī)械假說還不能很完全地解釋摩擦和磨損的性質(zhì)。

分子假說認(rèn)為，在相對(duì)運(yùn)動(dòng)的零件相接觸或十分貼近的配合表面上，存在著分子的相互吸引和排斥作用。兩個(gè)摩擦表面愈接近，則分子間吸引和排斥的作用愈大，為克服這種作用所消耗的功能也愈大，功轉(zhuǎn)變?yōu)闊崃肯�耗在彈性的塑性變形上。結(jié)果在金屬的接觸表面上，有些晶體因晶格的歪扭而被破壞并隨滑動(dòng)面而移動(dòng)，同時(shí)不斷發(fā)生焊接以及隨即撕裂的現(xiàn)象，造成了零件的磨損。分子假說忽視了粗糙度的影響，也不能解釋摩擦力隨表面粗隧度的增加而增加的現(xiàn)象，故分子假說也不能完善地解釋摩擦和磨損。

分子機(jī)械假說認(rèn)為，摩擦具有混合的特性，它既受機(jī)械作用的影響，也受分子相互作用的影響，金屬表面在相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)所發(fā)生的摩擦過程，是兩種影響的綜合。這種假說比較完整地解釋了摩擦和磨損的過程。

根據(jù)分子機(jī)械假說的理論，破碎機(jī)等設(shè)備的自然磨損可以分為四種形式：  (1)氧化狀磨損；(2)熱狀磨損；  (3)磨科狀磨損；  (4)斑點(diǎn)狀磨損。

二、機(jī)械磨損的氧化狀磨損

機(jī)械磨損的氧化狀磨損是零件在摩擦的過程中，所同時(shí)產(chǎn)生的金屬表面微細(xì)的塑性變形和氧化擴(kuò)散。

零件的金屬表面在工作時(shí)即被氧化，在摩擦過程中產(chǎn)生了極微紉的塑性變形，同時(shí)空氣中的氧進(jìn)入到金屬表面層中并進(jìn)行擴(kuò)散，開始在金屬表面形成氧化固溶體，然后進(jìn)一步形成金屬氧化物。由于固镕體和氧化物的形成使金同表面的性質(zhì)迅速發(fā)生變化。

在氧化狀磨損的過程中，擴(kuò)散和塑性變形同時(shí)劇烈地進(jìn)行。擴(kuò)散的劇烈是由于金屬表面層塑性變形時(shí)滑動(dòng)面的增大，并促使金屬內(nèi)充滿氧，迅速地形成了氧化固溶體和氧化物所致；塑性變形的劇烈是由于滑動(dòng)面內(nèi)具有大量活動(dòng)的氧原子，氧原子活動(dòng)的結(jié)果使塑性變形如同內(nèi)潤滑，使表面層金屬產(chǎn)生很大的話動(dòng)性和流動(dòng)性。摩擦表面在形成固溶體時(shí)，由于經(jīng)常形成和帶走薄膜而破壞零件，在形成氧化曲時(shí)，由于周期的形成和剝落氧化層使零件磨損破壞。

在氧化狀磨損時(shí)，摩擦表面相對(duì)移動(dòng)速度的變化使表面層金屆塑性變形的性質(zhì)和程度發(fā)生改變，主要是改變了金屬中氧化擴(kuò)散的速度。按其滑動(dòng)速度分，氧化狀磨損又分為兩個(gè)階段：小的滑動(dòng)速度時(shí)為第一階段，當(dāng)滑動(dòng)速度增大時(shí)則發(fā)展為第二階段。在第一階段中，金屬表面形成不堅(jiān)固的氧化固溶體和金屬與氧化物的共晶體，經(jīng)常帶走薄膜層；第二階段中，金屬的表面形成片狀的金屬氧化物層，而且周期地形成和剝落這種金屬氧化物層。

氧化狀磨損的兩個(gè)階段，摩擦力也有較明顯的變化。在第一階段中，摩擦力的數(shù)值較小，并且增加的速度比較緩慢；當(dāng)由第一階段轉(zhuǎn)入第二階段時(shí)，摩擦力以躍進(jìn)式的速度增加；當(dāng)達(dá)到第二階段時(shí)，摩擦力的數(shù)值較第一階段時(shí)已大為增加，而其增長的速度又趨緩慢了。

氧化狀磨損在單位壓力不變而零件的速度較低時(shí)，由第一階段轉(zhuǎn)入第二階段較為緩慢，隨著速度的增大，由第一階段轉(zhuǎn)第二階段的速度就加快了，當(dāng)單位壓力增大時(shí)摩擦力也會(huì)隨之增大。

氧化狀磨損在滑動(dòng)摩擦和波動(dòng)摩擦?xí)r都會(huì)產(chǎn)生，但主要在滑動(dòng)摩擦?xí)r產(chǎn)生，在滾動(dòng)摩擦?xí)r氧化狀磨損通常隨同斑點(diǎn)狀磨損產(chǎn)生。

三、機(jī)械磨損的熱狀磨損

機(jī)械磨損的熱狀磨損是由于零件在摩擦過程中產(chǎn)生了熱量，金局表面依摩擦產(chǎn)生的不同熱量作用的結(jié)果引起的再結(jié)晶、回火、淬火和軟化等現(xiàn)象，并隨同產(chǎn)生了零件接觸表面金屆的凝固、折皺和饒損等破壞現(xiàn)象。

當(dāng)零件表面的顯微體積在高速和大的單位壓力下進(jìn)行摩擦?xí)r即產(chǎn)生大量的熱，使金屬的表面產(chǎn)生高溫和形成熱區(qū)，這種金屬表層在摩擦?xí)r所產(chǎn)生的特殊熱過程，是根據(jù)受熱的速度、達(dá)到的溫度、冷卻的條件、表面的結(jié)構(gòu)、表面受熱的分布深度及強(qiáng)烈程度等條件而決定的。

金屬表面顯微結(jié)構(gòu)的變化使金屬表面強(qiáng)度降低，而溫度的作用使金屬內(nèi)部原于接合力減弱和使金相組織產(chǎn)生相交。摩擦產(chǎn)生的熱量在金屬表面形成了熱區(qū)，熱區(qū)的強(qiáng)度和深度同摩擦表面的裁荷條件相適應(yīng)。當(dāng)滑動(dòng)速度增大時(shí)(壓力不變)，熱區(qū)呈現(xiàn)大量的熱量集中和顯微結(jié)構(gòu)的急劇變化；當(dāng)滑動(dòng)速度較小時(shí)，則熱區(qū)熱量集中亦小，其顯微結(jié)構(gòu)變化亦比較乎穩(wěn)，同時(shí)摩擦力也陋滑動(dòng)速度的增大而增大。但當(dāng)滑動(dòng)速度繼續(xù)增大時(shí)，金屬表面團(tuán)熱量集中而發(fā)生的塑性和熔化使摩擦力逐漸減小。當(dāng)單位壓力增大時(shí)(滑動(dòng)速度不變)，熱區(qū)的溫度增長較為緩慢，但摩接力的增長近似成直線，當(dāng)單位壓力增大到一定程度時(shí)，摩擦力的增長又趨乎穩(wěn)。

熱狀磨損的發(fā)展分三個(gè)階段進(jìn)行：

在第一階段時(shí)，摩擦溫度較低，這是熱狀磨損的初期階段。此時(shí)，因溫度作用使金屬表面強(qiáng)度降低較少，表面上局部發(fā)生接觸凝固現(xiàn)象，并產(chǎn)生塑性交形，表面的基體金屬中開始聚集溫度，金屬表面層的破壞具有個(gè)別的性質(zhì)，在表面上交互布滿了有一定間隔的撕裂。對(duì)于鋼來說這一階段的溫度低于600℃。

在第二階段時(shí)，摩擦溫度較高，使金屬表面的強(qiáng)度有很大的降低，接觸凝固的數(shù)量增多，塑性變形加劇，溫度再升高時(shí)，接觸凝固的面積增大，各個(gè)凝固點(diǎn)匯合成點(diǎn)群而如塊狀的凝固，于是在金屬的表面上布滿了薄膜和結(jié)疤。對(duì)于鋼來說這一階段的溫度在600℃以上。

在第三階段時(shí)，摩擦溫度更高，金屬表面幾乎全部開始軟化，塑性變形的程度更高，當(dāng)溫度達(dá)到熔點(diǎn)時(shí)，金屬表面產(chǎn)生紉長的薄膜，摩擦的進(jìn)行猶如液體金屬的潤滑，對(duì)于鋼來說這一階段的溫度為1400-1500℃。

在熱狀磨損的各個(gè)階段中摩擦力的變化各不相同，摩擦力的大小主要決定于表面接觸凝固的面積和表面強(qiáng)度這兩個(gè)因素，在開始階段隨溫度的增高和接觸凝固現(xiàn)象的增大，摩擦力隨之增大，然后隨接觸凝固現(xiàn)象的繼續(xù)增大，摩擦力仍然繼續(xù)增大，最后因表面不斷增長的理性和熔化，而摩擦力大為減小。

熱狀磨損通常在滑動(dòng)摩擦具有較大的速度和較大的單位壓力時(shí)產(chǎn)生。這種磨損是零件在工作中十分嚴(yán)重的磨損現(xiàn)象，熱狀磨損的破壞程度較氧化磨損大10-100倍，我們?cè)趯?shí)際工作中決不可忽視熱狀磨損。

四、機(jī)械磨損的磨料狀磨損

機(jī)械磨損的磨料狀磨損是零件在相對(duì)運(yùn)動(dòng)摩掐時(shí)，因金屬表面細(xì)微的塑性變形和被剪切下細(xì)小堅(jiān)硬的磨輯微粒，而產(chǎn)生的擦傷過程。磨轉(zhuǎn)在摩擦的作用下對(duì)金屬表面進(jìn)行切割和刨削，并使表面強(qiáng)化。由于磨拉形狀、金屬表面強(qiáng)度、表面的粗糧度和表面強(qiáng)化的分布情況等因素的不同，磨料狀磨損的程度也不同。有時(shí)磨粒是由零件的外部落入的，特別在那些灰塵大，環(huán)境惡劣的工廠中，這種現(xiàn)象更為嚴(yán)重。

磨料狀磨損的摩擦力是隨著不同的滑動(dòng)速度而變化的，當(dāng)滑動(dòng)速度增大時(shí)，摩擦力隨之降低。摩擦力同樣也受單位壓力的影響，當(dāng)單位壓力增大時(shí)，摩擦力隨同按比例直線增長。

因磨料狀磨損發(fā)展的性質(zhì)比較單一，并不隨同發(fā)生很復(fù)雜的物理化學(xué)過程，在磨損中機(jī)械作用是主要的，并且在磨損過程中所發(fā)生的熱現(xiàn)象對(duì)磨損的特性影響很小，所以這種形式的磨損在發(fā)展過程中，不容易分出明顯的階段。

磨料狀磨損在滑動(dòng)摩擦和滾動(dòng)摩擦中都同樣發(fā)生。

五、機(jī)械磨損的斑點(diǎn)狀磨損

機(jī)械磨損的斑點(diǎn)狀磨損主要是在滾動(dòng)摩擦?xí)r發(fā)生，它是一種復(fù)雜的顯微塑性交形、金屬表面復(fù)雜的應(yīng)力狀態(tài)和重復(fù)載荷時(shí)的特殊疲勞現(xiàn)象。

在滾動(dòng)摩擦?xí)r，金屬表面層的顯微塑性交形引起了金屆的強(qiáng)化，并隨之產(chǎn)生壓縮殘余應(yīng)力。在重復(fù)交變的裁荷作用下，因超過屈服極限引起了疲勞現(xiàn)象，這時(shí)磨損表現(xiàn)為細(xì)微裂紋形成并繼續(xù)發(fā)展成斑點(diǎn)狀的凹坑，而使零件損壞。

斑點(diǎn)狀磨損主要依單位壓力的大小、裁荷的循環(huán)振幅、零件的尺寸形狀和材料的機(jī)械性能而定。這種磨損主要表現(xiàn)在摩擦表面塑性變形層的深度和塑性變形的強(qiáng)度，而塑性變形層的深度確定于裂紋的分布和斑坑的深度，塑性變形的強(qiáng)度象征著斑點(diǎn)狀磨損的發(fā)展速度。

斑點(diǎn)狀磨損通常發(fā)生于滾動(dòng)軸承的工作表面和齒輪齒痛的節(jié)圓以下區(qū)域。

斑點(diǎn)狀磨損不單純是機(jī)械的作用，滾動(dòng)摩擦表面由于不均勻的顯傲塑性變形而進(jìn)行不同程度的氧化，因此斑點(diǎn)狀磨損常伴隨發(fā)生氧化狀磨損。在封閉條件下的齒輪傳動(dòng)、潤滑油的粘度和油量的多少直接影響齒面斑點(diǎn)狀磨損的程度。實(shí)踐證明，潤滑油的粘度愈低、油量愈大，則由于斑點(diǎn)狀磨損而引起的零件破壞現(xiàn)象就愈嚴(yán)重。

六、區(qū)分破碎機(jī)等設(shè)備磨損的各種形式及其發(fā)展的程度

上述破碎機(jī)等設(shè)備的各種磨損是自然機(jī)械磨損的四種主要形式，也是零件在工作中的主要磨損形式。在實(shí)際上，往往是數(shù)種磨損同時(shí)進(jìn)行，不過磨損的程度各有不同罷了。為了提高零件的耐磨性，降低零件的磨損，首先應(yīng)判斷出零件磨損的主要類型，而采取相應(yīng)的有效措施。區(qū)分磨損的各種形式及其發(fā)展的程度，可根據(jù)下面兩個(gè)因素來確定：

1．由于摩擦表面外部的影響所引起的磨損，主要是；摩擦是滑動(dòng)的還是滾動(dòng)的，摩擦表面相時(shí)運(yùn)動(dòng)速度的大小，摩擦?xí)r單位壓力的大小和性質(zhì)，摩擦表面是否帶入磨粒，摩擦中嚴(yán)生灼熱量以及摩擦零件的工作環(huán)境等。上述各種條件可以確定摩擦力的性質(zhì)及其作用的程度，摩擦表面金屬強(qiáng)化的情況或顯微結(jié)構(gòu)變化的程度。

2．磨損是由于金屬內(nèi)部的性質(zhì)所引起的，主要是：金屬的機(jī)械性能(如金屬的強(qiáng)度極限、屈服極限、硬度)，金屬的耐熱性能(金屬在高溫下對(duì)氧化作用的穩(wěn)定性和對(duì)機(jī)械載荷的抵抗能力)，金屬的耐疲勞性能以及在摩擦溫度升高時(shí)金屬對(duì)接觸凝固的能力。

由上述兩個(gè)因素中第一個(gè)因素可以確定零件自然磨損的形式，用改變摩擦表面外部影響的特性、條件和作用程度的方法可以改變磨損的類型、形式及其發(fā)展的程度。第二個(gè)因素很明顯，金屬的內(nèi)部性質(zhì)不僅可以阻止由外部影噸歷引起的磨損的發(fā)展，而且也可以改變磨損的類型和形式。