金屬材料磨損失效分析及防護(hù)措施

滕棟云

（蘭州蘭石換熱設(shè)備有限責(zé)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(jìn)行相互接觸并產(chǎn)生摩擦的同時(shí)，會(huì)使得金屬表面磨損產(chǎn)生一些細(xì)小顆粒物，這些顆粒物是不規(guī)則不統(tǒng)一的，細(xì)微的顆粒物將會(huì)導(dǎo)致金屬表面的材料逐漸磨損，最終使得金屬材料的質(zhì)量和尺寸產(chǎn)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(xiàn)的初始階段，由于磨損的物體表面是有一定粗糙度的，這導(dǎo)致兩個(gè)物體的摩擦，凸起地方的接觸面積相對(duì)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(dāng)兩個(gè)物體的表面經(jīng)過磨損，粗糙度降低，則接觸面積也相應(yīng)增加，這時(shí)候會(huì)大大降低磨損速度。

穩(wěn)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(yùn)行時(shí)期，通過前期的磨損，導(dǎo)致物體表面加工硬化，突起物變少，粗糙度降低，導(dǎo)致雙方接觸面積增加，壓強(qiáng)減小，提供彈性接觸良好的前提條件，磨損行為進(jìn)入穩(wěn)定時(shí)期，該時(shí)期的磨損量取決于時(shí)間。

劇烈磨損階段:該時(shí)期是出現(xiàn)在摩擦行為的末期，金屬材料通過前期的磨損已經(jīng)有所改變，包括內(nèi)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(shí)候機(jī)械的運(yùn)作效率大大降低，有效度也有縮減，機(jī)器的運(yùn)作開始伴隨噪音和震動(dòng)，最終磨損到一定階段，零件功能將會(huì)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(huì)產(chǎn)生金屬之間的摩擦，不同金屬之間形成副表面的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，相對(duì)運(yùn)動(dòng)造成運(yùn)動(dòng)雙方的表面出現(xiàn)材料耗損，這種行為產(chǎn)生的材料耗損就是本次課題研究的中心。材料相互運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的耗損實(shí)際上就是摩擦耗損，通常會(huì)導(dǎo)致摩擦主體表面的結(jié)構(gòu)被破壞，最終導(dǎo)致金屬的尺寸、外形以及性能等方面產(chǎn)生一定的影響。尤其是在工業(yè)設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)候，機(jī)器的摩擦耗損是最嚴(yán)重的，因?yàn)檫@時(shí)候機(jī)械的轉(zhuǎn)動(dòng)速度較快，同時(shí)加上周圍環(huán)境中粉塵過多，還包括一些水汽和有害氣體，這些都會(huì)對(duì)機(jī)械運(yùn)作過程中的損耗產(chǎn)生一定的影響，因?yàn)殡s物會(huì)附著在機(jī)械表面，進(jìn)而隨著機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)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(dāng)雜物堆積到一定程度之后，可能會(huì)直接導(dǎo)致設(shè)備無法正常工作，或是會(huì)影響到設(shè)備的一些性能，可能還會(huì)引發(fā)工作事故，不僅影響到從業(yè)人員的人身安全，還不利于企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的實(shí)現(xiàn)。

3 金屬材料磨損失效的基本形式

金屬磨損對(duì)企業(yè)所造成的損失是不可估量的，因此務(wù)必要對(duì)其進(jìn)行重視，并設(shè)計(jì)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(wù)必要將對(duì)金屬磨損的形勢(shì)和相關(guān)特點(diǎn)進(jìn)行把握，在當(dāng)前的工業(yè)活動(dòng)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(jìn)行相互運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)期間所產(chǎn)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(yīng)力和沖力進(jìn)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(yīng)的狀態(tài)下，加上有一定硬度的磨粒，會(huì)提高磨損的程度，這叫做鑿屑磨?，F(xiàn)象；若磨粒硬度較弱，那會(huì)使得金屬表面產(chǎn)生刮痕，這種類型稱之為碾碎式磨損；若應(yīng)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(duì)復(fù)雜的一種磨損類型，其會(huì)導(dǎo)致金屬性能有所改變。主要指在兩個(gè)金屬設(shè)備進(jìn)行相互運(yùn)動(dòng)的時(shí)候，由于表面粗糙程度高或是超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，此時(shí)會(huì)導(dǎo)致金屬表面的應(yīng)力快速提高，隨之溫度也快速上升，甚至導(dǎo)致金屬表面出現(xiàn)熔化現(xiàn)象。隨后溫度降低之后金屬表面會(huì)出現(xiàn)粘連，當(dāng)相對(duì)運(yùn)動(dòng)再次發(fā)生之時(shí)，粘連部分將被快速切斷，進(jìn)而產(chǎn)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(shè)備摩擦過程中，很容易產(chǎn)生對(duì)周期負(fù)荷的忽略，長此以往，容易導(dǎo)致接觸應(yīng)力的提高，若一旦應(yīng)力提高到臨界值，將導(dǎo)致金屬材料無法繼續(xù)承重，使得金屬材料出現(xiàn)變形或是性能改變的現(xiàn)象。很多時(shí)候，疲勞磨損都是因?yàn)殚L時(shí)間出現(xiàn)周期負(fù)荷現(xiàn)象所產(chǎn)生的，過度的承重會(huì)導(dǎo)致金屬材料結(jié)構(gòu)產(chǎn)生變化，表面狀態(tài)有所轉(zhuǎn)變，甚至出現(xiàn)裂痕。就彈力學(xué)角度分析，金屬材料的疲勞磨損將會(huì)帶來嚴(yán)重的后果，因此要引起重視。

3.4 腐蝕磨損失效

在工業(yè)設(shè)備運(yùn)行的過程中，難以避免會(huì)產(chǎn)生金屬材料暴露在空氣中的現(xiàn)象，因此設(shè)備同空氣中的水汽以及其他雜質(zhì)直接接觸現(xiàn)象常有發(fā)生，對(duì)于一些活動(dòng)性較強(qiáng)的金屬，可能會(huì)與空氣中的物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，最終導(dǎo)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(huì)與其他的物質(zhì)進(jìn)行磨損，最終磨損效果會(huì)進(jìn)行疊增，使得金屬的磨損更加嚴(yán)重。

3.5 微動(dòng)磨損失效

對(duì)于工業(yè)中的一些機(jī)械設(shè)備而言，若金屬的滑動(dòng)性較強(qiáng)，其磨損發(fā)生的概率較強(qiáng)，而固定的金屬器械其磨損程度相對(duì)弱化，對(duì)于這些固定的金屬器械，在其運(yùn)轉(zhuǎn)的過程中，會(huì)和副材料進(jìn)行表面接觸運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生摩擦，還會(huì)因?yàn)榕c周圍環(huán)境的微小接觸運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生振動(dòng)幅度較小的摩擦震動(dòng)，這種摩擦稱之為微動(dòng)磨損。

4 金屬材料磨損失效的有效防護(hù)措施

通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，若是不對(duì)金屬材料的磨損加以控制，會(huì)導(dǎo)致企業(yè)的生產(chǎn)效率降低7.68%。為此，加強(qiáng)企業(yè)對(duì)金屬材料磨損的有效防護(hù)，能夠通過提高生產(chǎn)效率，為企業(yè)創(chuàng)造更多的經(jīng)濟(jì)效益，具體的金屬磨損控制措施包括以下幾點(diǎn)。

4.1 提高金屬材料表面的耐磨性

①化學(xué)熱處理：化學(xué)熱處理主要是借助固態(tài)擴(kuò)散的方式來將一些外來元素滲透到金屬材料內(nèi)部，實(shí)現(xiàn)其化學(xué)成分的調(diào)整，旨在提高金屬表面的性能。應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是，化學(xué)熱處理的一個(gè)弊端在于所消耗的成果較高，操作難度大，所用時(shí)間長，還具有一定的專業(yè)性，對(duì)設(shè)備和操作人員的專業(yè)性要求高。因此無法普及使用。②表面形變強(qiáng)化：表面形變強(qiáng)化主要是通過冷擠壓、噴丸等物理方法來對(duì)金屬材料的表面性能進(jìn)行強(qiáng)化，通過塑性變形來使得出現(xiàn)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(qiáng)化：表面熱處理強(qiáng)化主要指基于固態(tài)相變的原則，通過高溫加熱的方式來對(duì)金屬進(jìn)行處理，金屬在通過高溫加熱操作后，會(huì)使得內(nèi)部疲勞強(qiáng)度和耐磨性有所提高，是當(dāng)前工業(yè)上較為普及的一種方式。

4.2 定期維修保養(yǎng)

金屬設(shè)備很難避免產(chǎn)生摩擦損耗，但是可以通過定期的維護(hù)來緩解這一現(xiàn)象的提出，包括對(duì)潤滑油的使用來進(jìn)行保養(yǎng)。如此，除了可以優(yōu)化金屬材料的性能，還可以適當(dāng)延長金屬設(shè)備的使用壽命。其次，還可以通過預(yù)防性的維修方式來進(jìn)行維護(hù)。首先，要將環(huán)境、質(zhì)量、安全等因素作為基礎(chǔ)要素，切實(shí)的對(duì)金屬材料磨損狀況和成因進(jìn)行把握，其次，還要對(duì)磨損現(xiàn)象進(jìn)行反饋，通過分析來降低磨損所造成的損失，制定相應(yīng)的預(yù)防工作。再次，可以對(duì)機(jī)械設(shè)備進(jìn)行分類，進(jìn)而更深層次的分析磨損情況。最后，機(jī)械設(shè)備的維護(hù)管理應(yīng)該由專業(yè)的人員進(jìn)行。

4.3 改善金屬材料的制造工藝

可以通過相應(yīng)的方式對(duì)金屬材料的制造工藝進(jìn)行優(yōu)化，從而來強(qiáng)化金屬材料的相關(guān)性能，包括耐磨力等。通過促進(jìn)表面的光滑性來降低磨損。其次，還可以對(duì)機(jī)械設(shè)備的其他工藝進(jìn)行優(yōu)化，比如切削、鑄造、焊接等，這些都可以有效提升機(jī)械的相關(guān)屬性，比如，旨在優(yōu)化機(jī)械設(shè)備的抗電化學(xué)腐蝕以及抗化學(xué)腐蝕的性能，就可以適當(dāng)對(duì)設(shè)備的鍛造工藝進(jìn)行優(yōu)化。除此之外，還可以對(duì)設(shè)備的日常應(yīng)用進(jìn)行考察，分析應(yīng)用過程中出現(xiàn)的弊端并進(jìn)行優(yōu)化，比如選擇耐磨性好的副材料等。以上都可以促進(jìn)設(shè)備運(yùn)作的穩(wěn)定性。

5 結(jié)語

對(duì)于工業(yè)發(fā)展而言，金屬材料是其中至關(guān)重要的一部分，直接影響了行業(yè)發(fā)展和社會(huì)經(jīng)濟(jì)進(jìn)步。因此對(duì)于金屬材料的防護(hù)也是必要的，通過本文的論述可知，對(duì)于金屬材料的磨損防范要基于實(shí)踐，只有切實(shí)降低金屬材料的磨損，才可以推動(dòng)工業(yè)穩(wěn)定發(fā)展。