金屬材料磨損失效分析及防護措施

滕棟云

（蘭州蘭石換熱設備有限責任公司，甘肅 蘭州 730314）

1 磨損的基本含義及其過程

1.1 磨損的含義

金屬在進行相互接觸并產生摩擦的同時，會使得金屬表面磨損產生一些細小顆粒物，這些顆粒物是不規則不統一的，細微的顆粒物將會導致金屬表面的材料逐漸磨損，最終使得金屬材料的質量和尺寸產生變化，這樣的過程稱之為磨損。

1.2 磨損的過程

跑合階段:該階段指的是磨損行為出現的初始階段，由于磨損的物體表面是有一定粗糙度的，這導致兩個物體的摩擦，凸起地方的接觸面積相對較小，使得接觸力度大，因此在該階段的磨損程度較深，速度較快。當兩個物體的表面經過磨損，粗糙度降低，則接觸面積也相應增加，這時候會大大降低磨損速度。

穩定磨損階段:該階段在跑和階段之后，屬于物體磨損的正常運行時期，通過前期的磨損，導致物體表面加工硬化，突起物變少，粗糙度降低，導致雙方接觸面積增加，壓強減小，提供彈性接觸良好的前提條件，磨損行為進入穩定時期，該時期的磨損量取決于時間。

劇烈磨損階段:該時期是出現在摩擦行為的末期，金屬材料通過前期的磨損已經有所改變，包括內部的組織條件或者溫度等，這些因素的改變無疑提高了磨損的速度，這時候機械的運作效率大大降低，有效度也有縮減，機器的運作開始伴隨噪音和震動，最終磨損到一定階段，零件功能將會失效。

2 金屬材料磨損失效的危害

隨著金屬材料的使用，無法避免的會產生金屬之間的摩擦，不同金屬之間形成副表面的相對運動，相對運動造成運動雙方的表面出現材料耗損，這種行為產生的材料耗損就是本次課題研究的中心。材料相互運動所產生的耗損實際上就是摩擦耗損，通常會導致摩擦主體表面的結構被破壞，最終導致金屬的尺寸、外形以及性能等方面產生一定的影響。尤其是在工業設備運轉的時候，機器的摩擦耗損是最嚴重的，因為這時候機械的轉動速度較快，同時加上周圍環境中粉塵過多，還包括一些水汽和有害氣體，這些都會對機械運作過程中的損耗產生一定的影響，因為雜物會附著在機械表面，進而隨著機器運轉一起參與摩擦，若不能有效清除雜物，將加快金屬材料的磨損消耗。當雜物堆積到一定程度之后，可能會直接導致設備無法正常工作，或是會影響到設備的一些性能，可能還會引發工作事故，不僅影響到從業人員的人身安全，還不利于企業經濟效益的實現。

3 金屬材料磨損失效的基本形式

金屬磨損對企業所造成的損失是不可估量的，因此務必要對其進行重視，并設計解決方案來緩解這一問題。要想快速有效的緩解這一問題，務必要將對金屬磨損的形勢和相關特點進行把握，在當前的工業活動中，金屬材料的磨損包括如下幾種類型。

3.1 磨粒磨損失效

該類型的磨損主要指金屬摩粒進行相互運動所造成的金屬磨損，這種類型是較為普遍的。不同金屬材料，其在相互運動期間所產生的磨損消耗程度也有所差異，按照金屬磨損表面受到的應力和沖力進行分類，包括鑿屑磨損、擦傷磨損以及碾碎磨損。一般情況下，高應的狀態下，加上有一定硬度的磨粒，會提高磨損的程度，這叫做鑿屑磨粒現象；若磨粒硬度較弱，那會使得金屬表面產生刮痕，這種類型稱之為碾碎式磨損；若應力較小，屬于擦傷磨損的范疇。

3.2 黏著磨損失效

黏著磨損失效是相對復雜的一種磨損類型，其會導致金屬性能有所改變。主要指在兩個金屬設備進行相互運動的時候，由于表面粗糙程度高或是超負荷運轉，此時會導致金屬表面的應力快速提高，隨之溫度也快速上升，甚至導致金屬表面出現熔化現象。隨后溫度降低之后金屬表面會出現粘連，當相對運動再次發生之時，粘連部分將被快速切斷，進而產生一定的磨屑，這就叫做黏著磨損。

3.3 疲勞磨損失效

金屬設備摩擦過程中，很容易產生對周期負荷的忽略，長此以往，容易導致接觸應力的提高，若一旦應力提高到臨界值，將導致金屬材料無法繼續承重，使得金屬材料出現變形或是性能改變的現象。很多時候，疲勞磨損都是因為長時間出現周期負荷現象所產生的，過度的承重會導致金屬材料結構產生變化，表面狀態有所轉變，甚至出現裂痕。就彈力學角度分析，金屬材料的疲勞磨損將會帶來嚴重的后果，因此要引起重視。

3.4 腐蝕磨損失效

在工業設備運行的過程中，難以避免會產生金屬材料暴露在空氣中的現象，因此設備同空氣中的水汽以及其他雜質直接接觸現象常有發生，對于一些活動性較強的金屬，可能會與空氣中的物質發生化學反應，最終導致金屬的腐蝕磨損。在這過程中，腐蝕物是缺少不了的，這些腐蝕物也會與其他的物質進行磨損，最終磨損效果會進行疊增，使得金屬的磨損更加嚴重。

3.5 微動磨損失效

對于工業中的一些機械設備而言，若金屬的滑動性較強，其磨損發生的概率較強，而固定的金屬器械其磨損程度相對弱化，對于這些固定的金屬器械，在其運轉的過程中，會和副材料進行表面接觸運動，產生摩擦，還會因為與周圍環境的微小接觸運動產生振動幅度較小的摩擦震動，這種摩擦稱之為微動磨損。

4 金屬材料磨損失效的有效防護措施

通過調查發現，若是不對金屬材料的磨損加以控制，會導致企業的生產效率降低7.68%。為此，加強企業對金屬材料磨損的有效防護，能夠通過提高生產效率，為企業創造更多的經濟效益，具體的金屬磨損控制措施包括以下幾點。

4.1 提高金屬材料表面的耐磨性

①化學熱處理：化學熱處理主要是借助固態擴散的方式來將一些外來元素滲透到金屬材料內部，實現其化學成分的調整，旨在提高金屬表面的性能。應該強調的是，化學熱處理的一個弊端在于所消耗的成果較高，操作難度大，所用時間長，還具有一定的專業性，對設備和操作人員的專業性要求高。因此無法普及使用。②表面形變強化：表面形變強化主要是通過冷擠壓、噴丸等物理方法來對金屬材料的表面性能進行強化，通過塑性變形來使得出現硬化層，以此來提高金屬材料表面的耐摩性，該方法的操作難度較小。③表面熱處理強化：表面熱處理強化主要指基于固態相變的原則，通過高溫加熱的方式來對金屬進行處理，金屬在通過高溫加熱操作后，會使得內部疲勞強度和耐磨性有所提高，是當前工業上較為普及的一種方式。

4.2 定期維修保養

金屬設備很難避免產生摩擦損耗，但是可以通過定期的維護來緩解這一現象的提出，包括對潤滑油的使用來進行保養。如此，除了可以優化金屬材料的性能，還可以適當延長金屬設備的使用壽命。其次，還可以通過預防性的維修方式來進行維護。首先，要將環境、質量、安全等因素作為基礎要素，切實的對金屬材料磨損狀況和成因進行把握，其次，還要對磨損現象進行反饋，通過分析來降低磨損所造成的損失，制定相應的預防工作。再次，可以對機械設備進行分類，進而更深層次的分析磨損情況。最后，機械設備的維護管理應該由專業的人員進行。

4.3 改善金屬材料的制造工藝

可以通過相應的方式對金屬材料的制造工藝進行優化，從而來強化金屬材料的相關性能，包括耐磨力等。通過促進表面的光滑性來降低磨損。其次，還可以對機械設備的其他工藝進行優化，比如切削、鑄造、焊接等，這些都可以有效提升機械的相關屬性，比如，旨在優化機械設備的抗電化學腐蝕以及抗化學腐蝕的性能，就可以適當對設備的鍛造工藝進行優化。除此之外，還可以對設備的日常應用進行考察，分析應用過程中出現的弊端并進行優化，比如選擇耐磨性好的副材料等。以上都可以促進設備運作的穩定性。

5 結語

對于工業發展而言，金屬材料是其中至關重要的一部分，直接影響了行業發展和社會經濟進步。因此對于金屬材料的防護也是必要的，通過本文的論述可知，對于金屬材料的磨損防范要基于實踐，只有切實降低金屬材料的磨損，才可以推動工業穩定發展。