1、金属材料的磨损失效和防护措施摘 要:金属材料在工业产品中难免出现磨损失效。但是研究磨损的机理，有效的利用抗磨材料和抗磨技术，建立科学合理的生产管理制度，努力降低磨损损耗，提高金属材料的使用寿命，减少企业不必要的损失，是我们研究的重点所在。本文以金属材料的磨损为研究对象,并运用相关原理进行分析,最终提出合适的防护措施。 关键词:金属材料 磨损失效 防护措施 中图分类号：TB31 文献标识码： A 工业生产过程中，材料科学的地位无疑是举足轻重，金属材料的磨损失效现象往往会引起从业者的格外关注。由于金属材料的磨损大大降低了金属的使用可靠性,同时减少了金属材料的使用寿命。因此，如何通过分析金属材料的磨
2、损形式及磨损机理,解决金属材料的磨损失效是金属工业中的重中之重,是工业发展不可缺少的组成部分。 1 金属材料磨损失效的危害 在金属材料的使用过程中,两个互相接触的金属材料表面之间由于相互接触摩擦和相互运动会引起材料表面的损耗,摩擦损耗往往会对金属材料的尺寸、外形、结构及性能造成不同程度的影响。在工业机械设备的运转过程中，由于工作环境差，工作强度高，工作时间长，维护不及时等原因，机械设备在实际工作中经常处在较大负载、冲击、振动的工况下，部分设备基本上日夜连续进行高强度运行，使得机械设备容易产生疲劳磨损，加剧了关键部件的老化磨损速度。再加上煤矿中可能含有矸石等硬的成分，更加重了设备的磨损。这种磨损
3、积累到一定程度，就会影响到设备各零部件的机械性能，甚至会发生意外事故，危及职工的人身安全，影响企业的经济效益和企业形象。因此有效的减少磨损，降低机械的损耗，对保证企业的经济效益有一定的作用。 2 金属材料磨损失效的基本形式 金属材料的磨损失效在工业建设中是不可忽略的问题,也是亟待解决的问题。而在工业建设中,要想及时有效地解决这种金属失效问题,清楚掌握造成这种金属磨损失效的形式及机理显得尤为重要。在现代的工业建设中,金属的磨损失效主要有以下几种形式: 2.1 磨粒磨损失效 磨粒磨损失效是由于金属的磨粒磨损造成的金属材料相应性能的损失,是材料磨损失效的普遍形式。根据磨粒磨损过程中金属材料磨损表面所
4、受的应力和冲击力不同,我们可将磨粒磨损分为凿屑磨损、擦伤磨损以及碾碎磨损。通常情况下,在高应力和硬磨粒的状态下,会出现凿屑磨粒现象;而在磨损过程中,如果磨粒硬度相对较小,则会划伤金属材料表面,使得金属材料上出现凸凹不平的现象,这种磨损叫做碾碎式磨损;如果造成磨粒的应力相对较小,则会出现擦伤磨损。 2 . 2 黏着磨损失效 黏着磨损失效则是由黏着磨损造成的金属性能失效,而这种黏着磨损则是一种较为复杂的磨损。一般情况下,如果两个相对滑动的金属材料表面润滑不良或者超负荷工作,这就会造成金属表面的应力过高;当相对滑动的金属表面的应力达到一定程度时,就会造成接触面温度急剧上升,致使金属局部熔化,在之后的
5、冷却过程中,接触面会固相焊接。当金属表面再次滑动时,足够的切向力会使得黏接点断开,破坏金属的摩擦表面,从而会产生金属磨屑,产生黏着磨损。 2 . 3 疲劳磨损失效 当金属材料的摩擦副表面在相对滑动过程中,往往会忽略周期负荷的作用,这在循环往复的工作回合中,会使得接触应力增大,直到超过金属材料的承受范围,最终导致金属材料的变形以及其它各种失效现象。在摩擦学中,疲劳磨损往往会被认为是由长期的周期负载造成的。长期的周期负载会使金属材料结构变形,表面塑像变形,更有甚者会使金属表面出现裂纹。在弹力学中,金属材料的疲劳磨损则是十分严重的问题,必须快速有效地解决疲劳磨损。 2 . 4 腐蚀磨损失效 在工业机
6、械设备工作的过程中,其中的金属材料难免会和空气及水汽等介质接触,而金属的活泼性又使得金属极易和这些介质发生相应的化学或电化学反应,这就会造成金属的腐蚀磨损。在腐蚀磨损中,腐蚀物是不可避免的,而这些腐蚀物则会继续产生其他磨损,使得磨损重叠,加剧金属材料的磨损程度,产生更严重的失效。 2 . 5 微动磨损失效 在机械设备的金属材料中,相对滑动的金属材料很容易产生磨损,而相对固定的金属材料也会产生磨损,只不过磨损情况相对较轻。在相对固定的金属材料和副材料的摩擦表面之间,往往会因为周围环境的影响产生接触面微小的相对运动,而这种振幅较小的相对振动则是产生微动磨损的原因。 3 金属材料磨损失效的防护措施
7、3 . 1 提供良好的工作环境 机械设备的工作环境是造成金属材料磨损的主要因素之一,因此改善机械设备的工作环境是处理金属磨损的有效方法。在机械设备的工作过程中,要最大程度的优化其工作环境,减少设备的超额工作时间,同时防止各种腐蚀性物质因操作不当而浸入机械设备中,从而营造一个良好的工作环境,增强金属的防护能力,保持金属材料的连续使用性。 3 . 2 合理选择金属材料 在良好的工作环境的前提下,合理地选择抗磨性的金属材料也是金属材料的防护手段之一。通过上文的分析,金属材料的自身性质是金属磨损的决定性因素,所以在金属材料的选择过程中,要根据金属材料的工作环境,合理的选择工作材料。同时,在选定材料后,
8、也可对金属材料进行表面强化,提高材料硬度,增强其耐磨性。 3 . 3 金属材料表面和结构强化 在金属材料相对运动的过程中,材料的表面特征则会大大影响金属的磨损;因此,改善金属材料摩擦便面的光滑程度,降低摩擦表面的摩擦系数,可大大降低金属磨损。同时,金属材料的结构也大大的影响着金属材料的磨损,合理的金属配合方式便可在很大程度上降低金属磨损。 3 . 4 定期进行金属材料保养 在做好了所有的前期处理之后,金属材料的定期保养也是非常重要的。在设备运作一段时间之后,对金属材料进行保养,可很大程度的修复和改善金属的性能,增强其抗磨性,从而提高金属材料的使用寿命。 3.5 研究新理论，设计新方案。 设计新
9、型机械设备是减少机械设备的磨损失效最有潜力的方法。这样可以促进中国企业设备升级，提前减少因为机械磨损而带来的损失，虽然更新设备需要资金花费，但是从长远来看，减少了每年的维护开支。这需要从摩擦、润滑等相关学科和理论入手，分析现有的磨损问题和失效形式，研究失效的宏观和微观机理，给设计提供足够的理论支持。然后根据这些研究结果和思路，结合现有的采矿设备，设计出可靠性更高的机械或者对现有的机械进行改造 3.6 采用新材料， 应用新工艺使用抗磨材料、提高抗磨能力是减少金属材料机械的磨损失效最有效的方法。在目前的情况下，采用新的材料，或者使用新的加工工艺，对较容易出现磨损失效的零部件进行抗磨处理，无疑能立马
10、进行替换，从而增加机械设备的可靠性。例如：我国的煤矿机械大多数都是国产的，其中的耐磨部分普遍采用低碳锰钢作为原材料。加入了其他合金元素的低碳锰钢在强度和抗磨性上跟其他碳钢相比，有很大的优越性。但是与国外的优质钢材相比，还是有很大的不足。象刮板输送机的中部槽，国产钢板就需要 45mm 厚，为达到同样的输送量和使用寿命，而使用进口的钢板只需要 30mm 的厚度即可。 结束语 我们知道，金属材料的磨损大大降低了金属的使用可靠性,同时减少了金属材料的使用寿命。所以,我们必须通过对金属材料磨损形式和机理的分析,采取合理的防护措施来增强金属材料的抗磨性,同时也要不断地研发新型耐磨金属材料,来降低金属材料磨损失效的可能性,这样才能避免工业生产中意外事故的发生,从而保证工业企业的经济效益和从业人员的人身安全。 参考文献 1 邹志芳 ,张剑锋 .磨损与抗磨技术 M.天津，天津科技翻译出版公司,2011. 2 徐松.金属材料磨损失效及防护的探讨J.现代技术信息 ,2010. 7孙志礼,陈良玉.实用机械可靠性设计理论与方法M .北京:科学出版社,2003. 8王银燕,王善.柴油机曲柄连杆机构耐磨损可靠性分析J.柴油机,1999(3):15 -18.
