[科普中国]-磨耗试验

原理磨耗机构磨耗是两固体表面互相接触，经摩擦而使表层材料脱落的现象。磨耗依其发生原因可分类为四种机构：

1.黏着磨耗

固体表面接触时，其高高低低的峰端，会妨碍两个固体表面百分之百的接触。突出部分彼此接触，因承受大的压力而产生塑性变形，而起冷焊作用，如图1所示之黏着现象。黏着部分因摩擦滑动而使较弱材料之一侧发生剪断，导致材料从较弱的一侧被黏着到较强的一侧，如图2所示。图1：黏着1

图2：黏着部弱材料被剪断

2.刮除磨耗

两个硬度不同的固体表面相接触时，较硬固体表面的峰端刺入较软物体的表面，经磨耗作用而刮除较软固体的表面而形成坑孔，如图3所示，此种磨耗称为刮除磨耗。在两个接触面间，如果有外界的硬质颗粒（如砂）介入也会引起刮除磨耗。1

图3：刺伤与刮除

3.表面疲劳磨耗

疲劳所导致的磨耗常发生于滚动接触的场合，这是反覆的周期变化应力作用在一固体表面，经连续操作后，微小的裂缝在物体表面或内层产生，并且继续扩大，当裂缝延伸至表面后，致使材料成碎块而脱落。此种磨损常在表面留下大小不一的坑孔。此类疲劳磨耗的型式经常发生在齿轮、轴承等机件上。1

图4：表面疲劳磨损的过程

4.腐蚀磨耗

两固体接触面暴露在腐蚀性气体或液体的环境下，表面因受到腐蚀而产生硬脆的氧化物，这些氧化物与母材的结合力较弱，在磨耗时很容易被剥离，此种现象称为腐蚀磨耗，如图1

5所示。

图5：磨蚀膜被剥离的情形

影响耐磨耗性的因素1.黏着性不易黏着的材料组合耐磨性较大。2.表面氧化膜氧化膜可防止黏著者较好，若易黏着或脱落，则磨耗增多。3.化学安定性易腐蚀者容易引起腐蚀磨损。4.热传导性摩擦热散热较快者较不易磨损。5.硬度与强度硬材料接触点变形少，耐磨耗性好，但接触不良时，不易牢贴，会增加磨耗量。6.表面粗糙度粗糙度大时，易引起刮除作用，故磨耗量大。7.润滑剂润滑剂可以形成油膜，减少磨耗量，但接触压力大时，油膜破裂，金属会因黏着而增加磨耗量。1

概况大家都知道汽车引擎在跑完数万公里后，必需进厂搪缸，否则汽车将极耗油，而且马力输出会大不如昔。原因是引擎的汽缸壁和活塞环之间经年累月的对磨导致二者之间的间隙变大，燃烧不完全所排出的废气亦对环境造成污染。只要是相对运动的机械组件都有可能发生机件磨耗。如何减少机件磨耗，除了从机械设计着手之外，对磨材料的选择是不可或缺的。尽管磨耗科学（Tribology）的发展已臻完整，对于任何一种对磨系统的磨耗特性。磨耗科学为摩擦（Friction）与磨耗Wear)的科学。摩擦是两相对运动物体之接触面发生之阻力，磨耗则是物体因两面间的相对运动造成材料画渐流失。有两种方法从材料表面移去材料，其一是藉由化学反应的方法使材料溶解，其二是从表面破裂而流失，也就是机械力作用产生的磨耗。大多数的磨耗机构包含后者。依此观之，磨耗过程是渐进的、跟系统有关的。磨耗可能发生在引擎汽缸、先进的涡轮叶片、农具、轴承、齿轮、刀具、皮鞋、甚至人体的关节等。这些可称之为不同气态的对磨系统（Tribosystem）。对磨系统间的差异如此之大。造成的磨耗型态也有所不同。基本上可分成四大类：A.研磨磨耗（Abrasion）－是由硬颗粒或突出物强行在固体表面移动所致，由于较硬的物质迫使被磨物体表面造成伤害。见图一所示。一般而言，是俱有锐角的。1

实验方法材料AISI 1020低碳钢板在不同测试圈数下试验十根试片。1

实验条件磨耗量=试验前重量一试验后重量（a）干燥无润滑状态（b）磨轮：H－18（c）荷重（砝码重量）：1000g(或500g)1

实验步骤(1)将主机及吸尘器电源打开（ON）。(2)设定测试参数：测试圈数、吸尘器抽风速度等。a.测试圈数的设定：按下“SELECT TEST CYCLES” 键，输入测试圈数，再按“ENTER”键。b.吸尘器抽风速度的设定：仪器内设值为100，若要更改则按下“SET VACUUM LEVEL”键，输入抽风速度值，再按“ENTER”键。(3)将试片用电子天平秤其重量，量测精度到1mg。(4)将试片置于试片架并用试片夹夹紧。(5)将磨轮安装于磨轮架上旋紧，接着装上砝码并放下磨轮架， 然后放下吸尘器吸嘴。(6)按“START”键开始进行测试，直至试片架停止转动。若试验中要终止试验可按下“STOP”键（紧急停止键）。(7)测试完成后，取下试片观察并用电子天平秤其重量，而磨耗量则以试验前后重量的改变决定。(8)若要继续下一个测试，则按下“RESET CYCLES COMPLETED“键归零，再依上述程序操作。1

注意事项(1)准备试片须注意事项a.试片若经一般硬化处理者，则先车制成毛胚，经处理后，再进一步精磨成标准尺寸。b.实验前试片先以丙酮清洗油污，并用干燥器保管，手不可接触摩擦面。1

(2)磨轮若发生偏磨耗，则使用所附砂纸置于试片架上当试片做修正。1

(3)吸尘器抽风速度须能吸取磨耗颗粒，一般设定在70。1

实验结果1.结果记录

材料种类

热处理方式

荷重(砝码重量)

编号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

测试圈数

试验前重量(g)

试验后重量(g)

磨耗量(mg)1