使用潤滑劑機械部件間的幾種常見磨損類型及起因

鄧廣勇 龐智勇 劉學忱

摘要:文章針對使用潤滑劑的運行機械部件間存在的磨損類型及其產生原因進行了討論,根據磨損的起因、磨損程度等將磨損分為12種類型,輕微粘著磨損、嚴重粘著磨損、磨粒磨損、腐蝕磨損、接觸疲勞磨損、拋光磨損、氣蝕損傷磨損、微振磨損、侵蝕磨損、電腐蝕磨損、放電磨損及熔蝕磨損,并根據磨損的起因從機械加工和潤滑兩方面提出了改進方法。

關鍵詞:機器;磨損;類型;起因

中圖分類號:TE626.3 文獻標識碼:A

Several Common Wear Categories of Machine Parts with Lubricant and the Reasons

DENG Guang-yong1,PANG Zhi-yong1, LIU Xue-chen2

(1.PetroChina Dalian Lubricating Oil R&D Institute, Dalian 116032, China;2.PetroChina Dalian Petrochemical Company, Dalian 116032, China)

Abstract:The wear categories of machine parts with lubricant and the reasons are described in this article. According to the wear reasons and wear degree, the wear is classified into twelve types: mild adhesion wear, severe adhesion wear, abrasion wear, corrosion wear, contact fatigue wear, polishing wear, cavitation damage wear, fretting wear, erosion wear, electro corrosion wear, electrical discharge wear, ablation wear. The corresponding improvement methods are recommended on machine work and lubrication based on the wear reasons.

Key words:machine; wear; type; reason

0 前言

磨損不僅僅增加能耗,降低經濟效益,而且降低機器精度,使其性能變差甚至報廢。對不同磨損形式進行研究,了解不同形式磨損產生原因及相應解決方法將有助于更好地解決磨損問題,提高機器使用壽命,降低運行及維護成本,增加經濟效益。

在機器實際運行過程中,磨損情況是錯綜復雜的,而且往往是幾種類型磨損同時發生,或相繼出現。如嚴重粘著磨損產生的磨屑會進一步引起磨粒磨損;微振磨損和接觸疲勞磨損可能同時發生;油中的硬磨屑壓入滾動軸承會引起疲勞磨損;有的磨損情況更加復雜,如,船舶大型二沖程柴油發動機的活塞環與氣缸套之間,含硫重油的燃燒會對其造成腐蝕磨損,而活塞環上的積炭或漆膜會對氣缸套造成拋光磨損,活塞環上的積炭會產生滲碳作用,使活塞環變脆,易折斷,折斷的活塞環會與氣缸套之間產生嚴重粘著磨損,粘接、劃傷,俗稱拉缸。

總之,對磨損不加區分或是僅借助于三四種基本磨損形式很難有效解決磨損問題,借助于詳細合理的磨損形式分類,能夠有針對性地在機器方面或潤滑方面進行改進,實現有效地控制磨損,提高設備管理水平和生產效率。

根據磨損的起因、磨損程度等將磨損分為12種類型,以下分別討論了各類磨損產生原因、導致結果、易損部件、改進辦法。

1 輕微粘著磨損

(1)產生原因

使用中的機器如具有良好的表面光潔度,負荷、速度和溫度都適中并使用優質、清潔、干燥的潤滑劑,則會產生輕微粘著磨損。

(2)導致結果

由于輕微粘著,材料會從摩擦副的一個表面轉移到摩擦副的另一個表面,并隨著機件的相對運動而脫落。輕微粘著磨損僅涉及機件表面膜的轉移和脫落。輕微粘著磨損的磨損率很低,能夠看到機件上較深的原始磨痕,對機器無損害。

(3)易損部件

所有產生相對運動互為摩擦副的部件。

(4)改進方法

此類磨損為正常磨損,是理想的磨損狀態,對機器進行正常的維護保養即可。

2 嚴重粘著磨損

(1)產生原因

機器未經磨合或磨合不當;高溫、高速、高負荷下運行;不適當的采用了不銹鋼或鋁等材質;潤滑劑性能滿足不了使用要求,粘度太低或抗磨添加劑含量不足均會造成嚴重粘著磨損。

(2)導致結果

嚴重粘著磨損會使金屬與金屬直接接觸,表面發生冷燒結,產生粗糙的、熔融的或塑性變形的金屬條紋。造成高溫氧化、高磨損率,有的還會發生卡咬,或稱咬合、膠合。如有磨粒存在將會引起擦傷或劃傷及深溝。

(3)易損部件

各種齒輪,活塞環和氣缸套,閥片組,滾動和滑動軸承,金屬密封件,切削刀具,傳動鏈。

(4)改進方法

①機械方面

(a)科學合理的磨合機器;

(b)降低機器負荷、速度或溫度;

(c)提高設備冷卻效果;

(d)使用合適的金屬材質。

②油品方面

(a)使用性能更好的潤滑油;

(b)提高潤滑油的粘度;

(c)使用足夠的抗磨添加劑;

(d)如有必要應在潤滑油中添加極壓添加劑。

3 磨粒磨損

(1)產生原因

機器未經磨合或磨合不當;機件的硬度不高,滿足不了使用要求;具有粗糙表面的硬金屬與軟金屬對磨;用于機器潤滑的油品含有硬顆粒物。磨粒磨損俗稱劃痕、劃傷、起毛、切削,是最常見的磨損形式。

(2)導致結果

這種磨損會導致機件的切削或變形,機件表面出現清晰的溝槽、毛刺或碎屑,硬顆粒物會被壓入金屬表面或軟涂層中改變材質性質,會造成更大損傷。

(3)易損部件

所有相對運動的摩擦副金屬表面。

(4)改進方法

①機械方面

(a)科學合理的磨合機器;

(b)提高空氣和油過濾器的效果;

(c)對油采取凈化處理;

(d)改善密封;

(e)提高金屬表面的硬度。

②油品方面

(a)使用高粘度潤滑油;

(b)提高潤滑油清潔度。

4 腐蝕磨損

(1)產生原因

機器在高溫、高濕環境下運行或機器使用的潤滑油防銹能力差或含有腐蝕性物質造成與機件發生了化學反應,形成氧化、腐蝕的松軟表層,極易磨損脫落。腐蝕磨損又稱腐蝕膜磨損,在實際中較常見。

(2)導致結果

腐蝕磨損使機件表層被氧化,腐蝕物磨掉、脫落。

(3)易損部件

所有齒輪,軸承,氣缸套內壁,閥片組,金屬密封件和傳動鏈。

(4)改進方法

①機械方面

(a)使用抗腐蝕能力強的材質;

(b)改善腐蝕性環境;

(c)降低操作溫度。

②油品方面

(a)使用防銹能力強的潤滑油;

(b)避免使用腐蝕性強的極壓添加劑;

(c)避免使用過度氧化的油品,及時換油。

5 接觸疲勞磨損

(1)產生原因

部件在滾動和滑動過程中,如果機器使用的潤滑油中含水和污垢,部件材質中有夾雜物而且部件受到長期的周期性應力的作用則會產生接觸疲勞磨損。

(2)導致結果

由于長期的周期性應力的作用使部件開裂和起點蝕坑(起麻點)使金屬脫落,形成裂紋,凹坑和剝落碎屑。因此接觸疲勞磨損,又稱疲勞、起麻點、表面疲勞、剝落磨損。當有潤滑油擠進裂紋時,如果裂紋隨運動閉合,將促使裂紋中的油壓增高,從而又加速了裂紋的擴展和蔓延。如此反復作用,最終使接觸表面金屬一小塊一小塊地剝落下來。

(3)易損部件

齒輪,滾動和滑動軸承,閥片組。

(4)改進方法

①機械方面

(a)降低接觸壓力;

(b)降低周期性應力的頻率;

(c)采用高質量的部件材質。

②油品方面

(a)提高油品的清潔度;

(b)提高油品的粘度及粘度指數。

6 拋光磨損

(1)產生原因

細顆粒物和油中腐蝕性物質是其產生的原因。

(2)導致結果

由于細顆粒物的作用使機件表面膜被不斷磨掉,機件表面嚴重磨損但呈光亮的鏡面狀,有的出現波紋狀。由于磨損的結果使機件表面潤滑油附著變差,因此會使磨損加速。

(3)易損部件

閥門挺桿,齒輪輪齒,特別是柴油機氣缸套。因此這種磨損常被稱為氣缸套拋光,柴油機氣缸套之所以極易產生這種磨損是由于柴油燃燒易產生顆粒物。

(4)改進方法

①機械方面

(a)調整機器避免產生過多顆粒物;

(b)提高空氣、燃油的過濾效果;

(c)提高潤滑油的凈化效果。

②油品方面

(a)使用高質量的潤滑油;

(b)選擇活性較低的抗磨劑;

(c)提高油品的清潔度。

7 氣蝕損傷磨損

(1)產生原因

由于液體中存在氣泡,當液體流速或機件形狀發生變化,使其中的氣泡破裂,導致機件表面液體壓力突然改變并強烈沖擊機件表面。

(2)導致結果

存在氣穴的液體中氣泡破裂使液體沖擊機件表面致使金屬脫落,使機件露出無光澤、粗糙的凹坑或溝槽。油中的腐蝕物和磨粒會增加氣蝕損傷磨損。

(3)易損部件

液壓泵,液壓閥,齒輪輪齒,氣缸套,活塞環,滑動軸承。

(4)改進方法

①機械方面

(a)液壓系統裝油后穩定足夠的時間;

(b)減少震動,避免流速和壓力波動;

(c)避免對液體節流和干擾;

(d)機件采用堅韌的材質。

②油品方面

(a)提高油品的空氣釋放性能;

(b)避免油中含水;

(c)提高油品的防腐蝕性能。

8 微振磨損

(1)產生原因

機件振動引起的相對運動。

(2)導致結果

低振幅振動產生相對運動的兩個機件表面會產生磨損,這種磨損會導致機件表面銹蝕,周圍有明顯的磨屑,這種情況一般兩機件都會受到損傷。

(3)易損部件

振動的機械,軸承座接觸處,花鍵,銷,聯軸器,緊固件。

(4)改進方法

①機械方面

(a)完善靜配合,減輕振動;

(b)提高載荷,減輕或抑制振動;

(c)提高加工精度,改善機件表面。

②油品方面

(a)降低潤滑油的粘度;

(b)及時更換潤滑油;

(c)提高油品的抗氧、防銹性能。

9 侵蝕磨損

(1)產生原因

含固體顆粒的高速流體沖擊機件表面。

(2)導致結果

含固體顆粒的高速流體沖擊機件表面使材料脫離,因此這種磨損又稱固體顆粒沖擊侵蝕磨損。磨損會造成機件表面沿流體方向形成溝槽,使機件表面露出清潔無光澤的金屬,類似噴砂處理過的表面。

(3)易損部件

靠近油孔的軸頸,軸承,閥片,油嘴。

(4)改進方法

①機械方面

(a)提高油過濾器的效果;

(b)對油采取凈化處理;

(c)提高金屬表面硬度;

(d)改變流體噴射角。

②油品方面

(a)提高油品清潔度;

(b)及時更換油品。

10 電腐蝕磨損

(1)產生原因

設備系統內存在泄漏電流;高速流動的液體引起流動電動勢;能產生電流的金屬對。

(2)導致結果

導電液體中存在小電流對機件產生電解,產生腐蝕。

(3)易損部件

電腐蝕磨損產生于液壓系統中,易損件為液壓閥、泵和電機。

(4)改進方法

①機械方面

(a)消除泄漏電流;

(b)降低液體流速和速度梯度;

(c)使用抗腐蝕金屬;

(d)使用不產生電流的金屬對。

②油品方面

改用與產生腐蝕的液壓液具有不同導電性的液壓液,即降低或提高系統使用液壓液的導電性。

11 放電磨損

(1)產生原因

高速轉動,高速流動的兩相液體混合物,高電位接觸產生電火花放電。

(2)導致結果

強電流放電或電火花放電使兩表面材質性質發生改變甚至引起金屬脫落,使部件表面出現刻蝕或凸凹不平。

(3)易損部件

高速運轉并易產生靜電的壓縮機及粉碎機的軸承。

(4)改進方法

①機械方面

(a)改善軸承的電絕緣性;

(b)將磁性旋轉部件退磁;

(c)在軸上安裝電刷;

(d)改善機器接地。

②油品方面

使用導電性能良好的油品。

12 熔蝕磨損

(1)產生原因

使用重質燃料油的船舶發動機由于所用燃料中含有金屬釩元素,而燃燒生成的V2O5為中強氧化劑且熔點較低,極易同含鐵部件反應造成熔蝕,特別是當燃料中含有鈉元素時會加劇高溫熔蝕。

(2)導致結果

在部件表面形成類似腐蝕的磨損,但這種熔蝕一般發生在高溫區。

(3)易損部件

使用重質燃料油船舶發動機的氣缸套內壁,閥片組及活塞環。

(4)改進方法

①機械方面

控制合適的發動機溫度。

②油品方面

(a)避免使用釩含量過高的燃料油;

(b)使用能形成有效保護膜的潤滑油。

13 結束語

針對使用潤滑劑的運行機械部件間存在的磨損類型及其產生原因進行了討論,并從機械加工和潤滑兩方面提出了改進方法。但在機器的實際運行過程中情況可能更為復雜,可能還有其他磨損類型沒有分析總結到,本文提到的幾種磨損類型即使是與其他文獻中相同類型的磨損形式叫法也可能不相同,因此在實際分析機器磨損情況時應特別注意,只有找出造成磨損的真正原因,才能找出解決問題的方法,提出合理的解決方案。

收稿日期:2009-03-04。

作者簡介:鄧廣勇(1964-),男,高級工程師,1983年畢業于撫順石油學院應用化學專業,從事過油品分析、潤滑油研究及技術服務工作,已公開發表論文多篇。