金屬材料磨損失效及防護問題探析

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。為提高機械設備的安全性、運行效率以及經(jīng)濟效益，本文從金屬材料磨損的危害、原理各方面進行了分析研究，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

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

我國是制造業(yè)大國，正在向制造業(yè)強國邁進。雖然我國的制造業(yè)范圍很廣，但任何一項制造業(yè)都離不開機械。有機械就有磨損，對于一個小的的制造業(yè)來說，金屬材料磨損失效引起的損失可能不太大，但對于大的制造業(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，所以其防護研究問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動而引起的零件表面摩擦，進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、組織機構(gòu)及其性能發(fā)生變化，從而影響機械的正常運行。由于很大一部分機械是一天二十四小時運行，在高速、高溫、高負荷的工作環(huán)境下進行，又有粉塵、水汽等對零件表面的入侵，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進行零件的清潔、潤滑保養(yǎng)，就會影響機械的運轉(zhuǎn)效率及工作性能，甚至影響機械的安全性能，導致機械設備發(fā)生故障。這不僅縮短機械的使用壽命，還會引起安全事故。

2 金屬材料磨損失效的基本形式

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

（1）磨粒磨損。金屬材料磨損最常見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)突起物在相互運動過程中引起摩擦而引起零件表面的破壞。

（2）粘著磨損。粘著磨損是在相對滑動的零件之間，由于超負荷或者潤滑不好，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。冷卻后由于運動使焊接點被切斷，多次反復，就會破壞零件的摩擦表面。

（3） 疲勞磨損。零件由于長期的運行，導致金屬材料超過其疲勞度，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。 由于零件表面與周圍的介質(zhì)發(fā)生化學反應而產(chǎn)生腐蝕物，這些腐蝕物又在運動過程中磨損，零件表面再進一步腐蝕。這樣往復循環(huán)，造成零件表面的腐蝕磨損加劇。

（5）微動磨損。在相對固定的零件之間，由于振動而形成零件表面摩擦的磨損叫微動磨損。微動磨損相對來講磨損較小。

3 金屬材料磨損失效的防護措施

（1）提高零件表面的耐磨性。1）化學熱處理。化學熱處理是滲入一些外來元素改變零件表面的化學結(jié)構(gòu)以提高其硬度，這個過程一般通過固態(tài)擴散來完成。但化學熱處理需要專業(yè)人員來完成，且處理時間長，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）表面薄膜強化。表面薄膜強化是利用離子注入、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，從而提高零件的耐磨性。3）表面形變強化。利用冷擠壓、噴丸等機械方法使零件表面強度、硬度增加的方法叫表面變形強化。一般來講，這種方法效果好且操作簡單，使用頻率較高。4）表面熱處理強化。通過快速加熱、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度。該法效果好，操作簡單，是較常用的一種方法。5）表面合金強化。表面合金強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，硬化層的組織機構(gòu)和化學成分最佳化，這樣零件的表層耐磨性增強。一般通過高能量密度的快速加熱方法來實現(xiàn)。

（2）合理選擇耐磨性金屬材料及其制造工藝。隨著材料科學的迅速發(fā)展，新型耐磨性材料日益涌現(xiàn)，在制造設備時，特別是轉(zhuǎn)動有摩擦零件的制造，應緊跟科技的形勢，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，改進機械設備的切削工藝、鑄造工藝、焊接工藝、鍛造工藝，從而有效提高零件的機械性能、化學性能和物理性能。比如，改進鍛造工藝可以提高零件的抗電化學腐蝕性能。

（3）采取預防性維修方式。第一，給設備建立安全運行檔案，對零件的磨損故障后果及原因進行分析，并作相應的反饋。結(jié)合分析結(jié)果改進零件磨損防護措施。第二，將機械設備分成若干模塊，對于磨損較大的模塊要重點觀察分析，及時掌握磨損情況，及時采取磨損防護措施。第三，由機械設備操作人員或熟悉該設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性和更加有效。

（4）保證優(yōu)良的工作環(huán)境。高溫、超負荷、振動、長時間連續(xù)作業(yè)都會增加零件的磨損，應盡量避免這些情況發(fā)生。另外，粉塵、水汽、酸堿性化學物質(zhì)等會增加零件表面的磨粒磨損和腐蝕磨損，所以應盡量減少這些物質(zhì)的入侵。給機械設備提供一個好的環(huán)境會有效的提高零件的壽命。

（5）定期保養(yǎng)。定期對零件進行潤滑、保養(yǎng)和維修，提高設備的運行效率，保證機械設備的安全運行，提高其使用壽命。

4 結(jié)束語

雖然影響金屬零件磨損的因數(shù)很多，當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。材料科學一直以來是支撐工業(yè)發(fā)展、科技進步的基礎學科，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，緊跟當前科技發(fā)展的步伐，及時改進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題，以提高其防護水平。從而提高我國機械工業(yè)的發(fā)展水平，降低因金屬材料磨損失效而引起的經(jīng)濟損失。

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