金屬材料磨損失效及防護(hù)問(wèn)題探析

李和賓

摘 要：金屬材料失效有磨損、斷裂和腐蝕。其中磨損失效是金屬材料失效的主要形式。為提高機(jī)械設(shè)備的安全性、運(yùn)行效率以及經(jīng)濟(jì)效益，本文從金屬材料磨損的危害、原理各方面進(jìn)行了分析研究，提出了降低金屬材料磨損的措施。

關(guān)鍵詞：金屬材料磨損；失效；防護(hù)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.17.012

我國(guó)是制造業(yè)大國(guó)，正在向制造業(yè)強(qiáng)國(guó)邁進(jìn)。雖然我國(guó)的制造業(yè)范圍很廣，但任何一項(xiàng)制造業(yè)都離不開(kāi)機(jī)械。有機(jī)械就有磨損，對(duì)于一個(gè)小的的制造業(yè)來(lái)說(shuō)，金屬材料磨損失效引起的損失可能不太大，但對(duì)于大的制造業(yè)，金屬材料磨損引起的損失就比較大。大部分制造業(yè)都是二十四小時(shí)工作，三班倒，金屬材料磨損失效一年所引起的損失就大了。放眼全國(guó)的制造業(yè)，可以想象金屬材料磨損失效引起的損失有多大，所以其防護(hù)研究問(wèn)題也同樣變得十分重要。

1 金屬材料磨損失效的危害

金屬材料的磨損主要是由于金屬零件之間的相互運(yùn)動(dòng)而引起的零件表面摩擦，進(jìn)而引起零件表面的損耗，最終使得零件的尺寸、外形、表面質(zhì)量、組織機(jī)構(gòu)及其性能發(fā)生變化，從而影響機(jī)械的正常運(yùn)行。由于很大一部分機(jī)械是一天二十四小時(shí)運(yùn)行，在高速、高溫、高負(fù)荷的工作環(huán)境下進(jìn)行，又有粉塵、水汽等對(duì)零件表面的入侵，所以零件表面的磨損很大。如果零件的材料選擇不合適及不及時(shí)進(jìn)行零件的清潔、潤(rùn)滑保養(yǎng)，就會(huì)影響機(jī)械的運(yùn)轉(zhuǎn)效率及工作性能，甚至影響機(jī)械的安全性能，導(dǎo)致機(jī)械設(shè)備發(fā)生故障。這不僅縮短機(jī)械的使用壽命，還會(huì)引起安全事故。

2 金屬材料磨損失效的基本形式

為了對(duì)金屬材料磨損進(jìn)行有效的防護(hù)，就必須對(duì)金屬材料的磨損形式進(jìn)行分析研究，從機(jī)理上找出減少金屬材料磨損的方法。常見(jiàn)的金屬材料磨損有磨粒磨損、黏著磨損、疲勞磨損、腐蝕磨損及振動(dòng)磨損。

（1）磨粒磨損。金屬材料磨損最常見(jiàn)的的磨損是磨粒磨損，它是金屬材料磨損失效的主要成因。磨粒磨損主要是由于外部硬質(zhì)顆粒或者零件表面硬質(zhì)突起物在相互運(yùn)動(dòng)過(guò)程中引起摩擦而引起零件表面的破壞。

（2）粘著磨損。粘著磨損是在相對(duì)滑動(dòng)的零件之間，由于超負(fù)荷或者潤(rùn)滑不好，使得零件表面溫度急劇升高而引起塑性變形，引起零件表面金屬融化而焊接。冷卻后由于運(yùn)動(dòng)使焊接點(diǎn)被切斷，多次反復(fù)，就會(huì)破壞零件的摩擦表面。

（3） 疲勞磨損。零件由于長(zhǎng)期的運(yùn)行，導(dǎo)致金屬材料超過(guò)其疲勞度，從而零件表面凹坑、脫落、裂紋等，引起零件表面的磨損和破壞。

（4）腐蝕磨損。 由于零件表面與周?chē)慕橘|(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生腐蝕物，這些腐蝕物又在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中磨損，零件表面再進(jìn)一步腐蝕。這樣往復(fù)循環(huán)，造成零件表面的腐蝕磨損加劇。

（5）微動(dòng)磨損。在相對(duì)固定的零件之間，由于振動(dòng)而形成零件表面摩擦的磨損叫微動(dòng)磨損。微動(dòng)磨損相對(duì)來(lái)講磨損較小。

3 金屬材料磨損失效的防護(hù)措施

（1）提高零件表面的耐磨性。1）化學(xué)熱處理。化學(xué)熱處理是滲入一些外來(lái)元素改變零件表面的化學(xué)結(jié)構(gòu)以提高其硬度，這個(gè)過(guò)程一般通過(guò)固態(tài)擴(kuò)散來(lái)完成。但化學(xué)熱處理需要專業(yè)人員來(lái)完成，且處理時(shí)間長(zhǎng)，成本較高。這種方法僅適用于一些特殊的零件處理，使用較少。

2）表面薄膜強(qiáng)化。表面薄膜強(qiáng)化是利用離子注入、電鍍、氣相沉積等方法在零件表面形成覆蓋膜，這層膜硬度高，抗腐蝕性強(qiáng)，從而提高零件的耐磨性。3）表面形變強(qiáng)化。利用冷擠壓、噴丸等機(jī)械方法使零件表面強(qiáng)度、硬度增加的方法叫表面變形強(qiáng)化。一般來(lái)講，這種方法效果好且操作簡(jiǎn)單，使用頻率較高。4）表面熱處理強(qiáng)化。通過(guò)快速加熱、高溫等方式熱處理零件表面，使其發(fā)生固態(tài)相變，以提高零件的耐磨性以及抗疲勞強(qiáng)度。該法效果好，操作簡(jiǎn)單，是較常用的一種方法。5）表面合金強(qiáng)化。表面合金強(qiáng)化是指將覆蓋在零件表層的合金材料融化，然后快速冷卻，從而形成硬化層，硬化層的組織機(jī)構(gòu)和化學(xué)成分最佳化，這樣零件的表層耐磨性增強(qiáng)。一般通過(guò)高能量密度的快速加熱方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。

（2）合理選擇耐磨性金屬材料及其制造工藝。隨著材料科學(xué)的迅速發(fā)展，新型耐磨性材料日益涌現(xiàn)，在制造設(shè)備時(shí)，特別是轉(zhuǎn)動(dòng)有摩擦零件的制造，應(yīng)緊跟科技的形勢(shì)，選擇耐磨性好的材料制造零件，以有效減少零件的磨損。另外，改善零件的制造工藝，提高零件表面的光滑度，降低其摩擦系數(shù)，以減少零件的磨損。同時(shí)，改進(jìn)機(jī)械設(shè)備的切削工藝、鑄造工藝、焊接工藝、鍛造工藝，從而有效提高零件的機(jī)械性能、化學(xué)性能和物理性能。比如，改進(jìn)鍛造工藝可以提高零件的抗電化學(xué)腐蝕性能。

（3）采取預(yù)防性維修方式。第一，給設(shè)備建立安全運(yùn)行檔案，對(duì)零件的磨損故障后果及原因進(jìn)行分析，并作相應(yīng)的反饋。結(jié)合分析結(jié)果改進(jìn)零件磨損防護(hù)措施。第二，將機(jī)械設(shè)備分成若干模塊，對(duì)于磨損較大的模塊要重點(diǎn)觀察分析，及時(shí)掌握磨損情況，及時(shí)采取磨損防護(hù)措施。第三，由機(jī)械設(shè)備操作人員或熟悉該設(shè)備的專家選擇具體的維修方式，使所選擇的維修方式更有針對(duì)性和更加有效。

（4）保證優(yōu)良的工作環(huán)境。高溫、超負(fù)荷、振動(dòng)、長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)作業(yè)都會(huì)增加零件的磨損，應(yīng)盡量避免這些情況發(fā)生。另外，粉塵、水汽、酸堿性化學(xué)物質(zhì)等會(huì)增加零件表面的磨粒磨損和腐蝕磨損，所以應(yīng)盡量減少這些物質(zhì)的入侵。給機(jī)械設(shè)備提供一個(gè)好的環(huán)境會(huì)有效的提高零件的壽命。

（5）定期保養(yǎng)。定期對(duì)零件進(jìn)行潤(rùn)滑、保養(yǎng)和維修，提高設(shè)備的運(yùn)行效率，保證機(jī)械設(shè)備的安全運(yùn)行，提高其使用壽命。

4 結(jié)束語(yǔ)

雖然影響金屬零件磨損的因數(shù)很多，當(dāng)前使用的措施也不少。但最關(guān)鍵的是材料的選擇和加工工藝的改進(jìn)。材料科學(xué)一直以來(lái)是支撐工業(yè)發(fā)展、科技進(jìn)步的基礎(chǔ)學(xué)科，所以為有效的降低零件的磨損，必須從材料選擇和加工入手，緊跟當(dāng)前科技發(fā)展的步伐，及時(shí)改進(jìn)材料及改善其加工工藝，從根本上解決金屬材料磨損失效問(wèn)題，以提高其防護(hù)水平。從而提高我國(guó)機(jī)械工業(yè)的發(fā)展水平，降低因金屬材料磨損失效而引起的經(jīng)濟(jì)損失。

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