[科普中國]-磨耗試驗

原理磨耗機構(gòu)磨耗是兩固體表面互相接觸，經(jīng)摩擦而使表層材料脫落的現(xiàn)象。磨耗依其發(fā)生原因可分類為四種機構(gòu)：

1.黏著磨耗

固體表面接觸時，其高高低低的峰端，會妨礙兩個固體表面百分之百的接觸。突出部分彼此接觸，因承受大的壓力而產(chǎn)生塑性變形，而起冷焊作用，如圖1所示之黏著現(xiàn)象。黏著部分因摩擦滑動而使較弱材料之一側(cè)發(fā)生剪斷，導致材料從較弱的一側(cè)被黏著到較強的一側(cè)，如圖2所示。圖1：黏著1

圖2：黏著部弱材料被剪斷

2.刮除磨耗

兩個硬度不同的固體表面相接觸時，較硬固體表面的峰端刺入較軟物體的表面，經(jīng)磨耗作用而刮除較軟固體的表面而形成坑孔，如圖3所示，此種磨耗稱為刮除磨耗。在兩個接觸面間，如果有外界的硬質(zhì)顆粒（如砂）介入也會引起刮除磨耗。1

圖3：刺傷與刮除

3.表面疲勞磨耗

疲勞所導致的磨耗常發(fā)生于滾動接觸的場合，這是反覆的周期變化應(yīng)力作用在一固體表面，經(jīng)連續(xù)操作后，微小的裂縫在物體表面或內(nèi)層產(chǎn)生，并且繼續(xù)擴大，當裂縫延伸至表面后，致使材料成碎塊而脫落。此種磨損常在表面留下大小不一的坑孔。此類疲勞磨耗的型式經(jīng)常發(fā)生在齒輪、軸承等機件上。1

圖4：表面疲勞磨損的過程

4.腐蝕磨耗

兩固體接觸面暴露在腐蝕性氣體或液體的環(huán)境下，表面因受到腐蝕而產(chǎn)生硬脆的氧化物，這些氧化物與母材的結(jié)合力較弱，在磨耗時很容易被剝離，此種現(xiàn)象稱為腐蝕磨耗，如圖1

5所示。

圖5：磨蝕膜被剝離的情形

影響耐磨耗性的因素1.黏著性不易黏著的材料組合耐磨性較大。2.表面氧化膜氧化膜可防止黏著者較好，若易黏著或脫落，則磨耗增多。3.化學安定性易腐蝕者容易引起腐蝕磨損。4.熱傳導性摩擦熱散熱較快者較不易磨損。5.硬度與強度硬材料接觸點變形少，耐磨耗性好，但接觸不良時，不易牢貼，會增加磨耗量。6.表面粗糙度粗糙度大時，易引起刮除作用，故磨耗量大。7.潤滑劑潤滑劑可以形成油膜，減少磨耗量，但接觸壓力大時，油膜破裂，金屬會因黏著而增加磨耗量。1

概況大家都知道汽車引擎在跑完數(shù)萬公里后，必需進廠搪缸，否則汽車將極耗油，而且馬力輸出會大不如昔。原因是引擎的汽缸壁和活塞環(huán)之間經(jīng)年累月的對磨導致二者之間的間隙變大，燃燒不完全所排出的廢氣亦對環(huán)境造成污染。只要是相對運動的機械組件都有可能發(fā)生機件磨耗。如何減少機件磨耗，除了從機械設(shè)計著手之外，對磨材料的選擇是不可或缺的。盡管磨耗科學（Tribology）的發(fā)展已臻完整，對于任何一種對磨系統(tǒng)的磨耗特性。磨耗科學為摩擦（Friction）與磨耗Wear)的科學。摩擦是兩相對運動物體之接觸面發(fā)生之阻力，磨耗則是物體因兩面間的相對運動造成材料畫漸流失。有兩種方法從材料表面移去材料，其一是藉由化學反應(yīng)的方法使材料溶解，其二是從表面破裂而流失，也就是機械力作用產(chǎn)生的磨耗。大多數(shù)的磨耗機構(gòu)包含后者。依此觀之，磨耗過程是漸進的、跟系統(tǒng)有關(guān)的。磨耗可能發(fā)生在引擎汽缸、先進的渦輪葉片、農(nóng)具、軸承、齒輪、刀具、皮鞋、甚至人體的關(guān)節(jié)等。這些可稱之為不同氣態(tài)的對磨系統(tǒng)（Tribosystem）。對磨系統(tǒng)間的差異如此之大。造成的磨耗型態(tài)也有所不同?；旧峡煞殖伤拇箢悾篈.研磨磨耗（Abrasion）－是由硬顆?；蛲怀鑫飶娦性诠腆w表面移動所致，由于較硬的物質(zhì)迫使被磨物體表面造成傷害。見圖一所示。一般而言，是俱有銳角的。1

實驗方法材料AISI 1020低碳鋼板在不同測試圈數(shù)下試驗十根試片。1

實驗條件磨耗量=試驗前重量一試驗后重量（a）干燥無潤滑狀態(tài)（b）磨輪：H－18（c）荷重（砝碼重量）：1000g(或500g)1

實驗步驟(1)將主機及吸塵器電源打開（ON）。(2)設(shè)定測試參數(shù)：測試圈數(shù)、吸塵器抽風速度等。a.測試圈數(shù)的設(shè)定：按下“SELECT TEST CYCLES” 鍵，輸入測試圈數(shù)，再按“ENTER”鍵。b.吸塵器抽風速度的設(shè)定：儀器內(nèi)設(shè)值為100，若要更改則按下“SET VACUUM LEVEL”鍵，輸入抽風速度值，再按“ENTER”鍵。(3)將試片用電子天平秤其重量，量測精度到1mg。(4)將試片置于試片架并用試片夾夾緊。(5)將磨輪安裝于磨輪架上旋緊，接著裝上砝碼并放下磨輪架， 然后放下吸塵器吸嘴。(6)按“START”鍵開始進行測試，直至試片架停止轉(zhuǎn)動。若試驗中要終止試驗可按下“STOP”鍵（緊急停止鍵）。(7)測試完成后，取下試片觀察并用電子天平秤其重量，而磨耗量則以試驗前后重量的改變決定。(8)若要繼續(xù)下一個測試，則按下“RESET CYCLES COMPLETED“鍵歸零，再依上述程序操作。1

注意事項(1)準備試片須注意事項a.試片若經(jīng)一般硬化處理者，則先車制成毛胚，經(jīng)處理后，再進一步精磨成標準尺寸。b.實驗前試片先以丙酮清洗油污，并用干燥器保管，手不可接觸摩擦面。1

(2)磨輪若發(fā)生偏磨耗，則使用所附砂紙置于試片架上當試片做修正。1

(3)吸塵器抽風速度須能吸取磨耗顆粒，一般設(shè)定在70。1

實驗結(jié)果1.結(jié)果記錄

材料種類

熱處理方式

荷重(砝碼重量)

編號 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

測試圈數(shù)

試驗前重量(g)

試驗后重量(g)

磨耗量(mg)1