破碎機等設備的磨損類型—機械磨損

破碎機等設備的自然磨損根據其產生的原因和磨損過程的特性可以分為三種類型：機械磨損、腐蝕磨損和熱磨損。這三種類型的密損基本上包括了破碎機等設備在正常使用的條件下可能產生的全部主要故障。其中機械磨損是最普遍、最主要、最常見的磨損形式，它對機械設備的威脅也最大。

一、機械磨損的分子機械假說

機械磨損是由于零件的金屬表面在相對運動中所產生的摩擦和疲勞作用的結果。這種磨損在工礦企業(yè)中表現(xiàn)是相當嚴重的，造成的備件消耗量也是相當驚人的。

目前，關于零件在干摩擦情況下磨損過程的研究還不完善。一般地講，因摩擦作用而引起的磨損大體可以分為三類：第一類的理論認為摩擦是粗糙的金屬表面彈性的交互作用，結果產生磨損；第三類的理論認為摩擦是配合表面分子的交互作用，因分子間的吸引和粘附現(xiàn)象而產生磨損；第三類的理論認為摩擦同時是粗糙表面彈性的交互作用和表面分子間吸引、粘附作用，二者同時作用而產生磨損。第一類的理論稱作機械假說，第二類的理論稱作分子假說，第三類的理論稱作分子機械假說。分子機械假說比較完備地解釋了摩擦和磨損的過程。

機械假說是根據零件經過加工以后，表面總是不平滑的，布滿著凹凸而成為谷蜂狀，當零件之間相對運動時，峰與蜂之間發(fā)生碰擊而產生阻力，表面凹凸不平的谷峰間的嚙合則在表面上產生彈性和塑性交形，為了克服這種谷峰嚙合時的彈性和剪切作用力而產生的反作用力和隨同發(fā)生的物理現(xiàn)象即是磨損的過程。根據機械假說的解釋，零件表面的粗隨度愈大則表面摩擦力應相應增大。但在實際上這僅適合于比較粗橫的表面，而在比較平滑的表面上隨表面平滑度的增加，摩擦力不但不減小反而有增加，在十分光滑的表面上，摩擦力增加得更大。因此用機械假說還不能很完全地解釋摩擦和磨損的性質。

分子假說認為，在相對運動的零件相接觸或十分貼近的配合表面上，存在著分子的相互吸引和排斥作用。兩個摩擦表面愈接近，則分子間吸引和排斥的作用愈大，為克服這種作用所消耗的功能也愈大，功轉變?yōu)闊崃肯�耗在彈性的塑性變形上。結果在金屬的接觸表面上，有些晶體因晶格的歪扭而被破壞并隨滑動面而移動，同時不斷發(fā)生焊接以及隨即撕裂的現(xiàn)象，造成了零件的磨損。分子假說忽視了粗糙度的影響，也不能解釋摩擦力隨表面粗隧度的增加而增加的現(xiàn)象，故分子假說也不能完善地解釋摩擦和磨損。

分子機械假說認為，摩擦具有混合的特性，它既受機械作用的影響，也受分子相互作用的影響，金屬表面在相對運動時所發(fā)生的摩擦過程，是兩種影響的綜合。這種假說比較完整地解釋了摩擦和磨損的過程。

根據分子機械假說的理論，破碎機等設備的自然磨損可以分為四種形式：  (1)氧化狀磨損；(2)熱狀磨損；  (3)磨科狀磨損；  (4)斑點狀磨損。

二、機械磨損的氧化狀磨損

機械磨損的氧化狀磨損是零件在摩擦的過程中，所同時產生的金屬表面微細的塑性變形和氧化擴散。

零件的金屬表面在工作時即被氧化，在摩擦過程中產生了極微紉的塑性變形，同時空氣中的氧進入到金屬表面層中并進行擴散，開始在金屬表面形成氧化固溶體，然后進一步形成金屬氧化物。由于固镕體和氧化物的形成使金同表面的性質迅速發(fā)生變化。

在氧化狀磨損的過程中，擴散和塑性變形同時劇烈地進行。擴散的劇烈是由于金屬表面層塑性變形時滑動面的增大，并促使金屬內充滿氧，迅速地形成了氧化固溶體和氧化物所致；塑性變形的劇烈是由于滑動面內具有大量活動的氧原子，氧原子活動的結果使塑性變形如同內潤滑，使表面層金屬產生很大的話動性和流動性。摩擦表面在形成固溶體時，由于經常形成和帶走薄膜而破壞零件，在形成氧化曲時，由于周期的形成和剝落氧化層使零件磨損破壞。

在氧化狀磨損時，摩擦表面相對移動速度的變化使表面層金屆塑性變形的性質和程度發(fā)生改變，主要是改變了金屬中氧化擴散的速度。按其滑動速度分，氧化狀磨損又分為兩個階段：小的滑動速度時為第一階段，當滑動速度增大時則發(fā)展為第二階段。在第一階段中，金屬表面形成不堅固的氧化固溶體和金屬與氧化物的共晶體，經常帶走薄膜層；第二階段中，金屬的表面形成片狀的金屬氧化物層，而且周期地形成和剝落這種金屬氧化物層。

氧化狀磨損的兩個階段，摩擦力也有較明顯的變化。在第一階段中，摩擦力的數值較小，并且增加的速度比較緩慢；當由第一階段轉入第二階段時，摩擦力以躍進式的速度增加；當達到第二階段時，摩擦力的數值較第一階段時已大為增加，而其增長的速度又趨緩慢了。

氧化狀磨損在單位壓力不變而零件的速度較低時，由第一階段轉入第二階段較為緩慢，隨著速度的增大，由第一階段轉第二階段的速度就加快了，當單位壓力增大時摩擦力也會隨之增大。

氧化狀磨損在滑動摩擦和波動摩擦時都會產生，但主要在滑動摩擦時產生，在滾動摩擦時氧化狀磨損通常隨同斑點狀磨損產生。

三、機械磨損的熱狀磨損

機械磨損的熱狀磨損是由于零件在摩擦過程中產生了熱量，金局表面依摩擦產生的不同熱量作用的結果引起的再結晶、回火、淬火和軟化等現(xiàn)象，并隨同產生了零件接觸表面金屆的凝固、折皺和饒損等破壞現(xiàn)象。

當零件表面的顯微體積在高速和大的單位壓力下進行摩擦時即產生大量的熱，使金屬的表面產生高溫和形成熱區(qū)，這種金屬表層在摩擦時所產生的特殊熱過程，是根據受熱的速度、達到的溫度、冷卻的條件、表面的結構、表面受熱的分布深度及強烈程度等條件而決定的。

金屬表面顯微結構的變化使金屬表面強度降低，而溫度的作用使金屬內部原于接合力減弱和使金相組織產生相交。摩擦產生的熱量在金屬表面形成了熱區(qū)，熱區(qū)的強度和深度同摩擦表面的裁荷條件相適應。當滑動速度增大時(壓力不變)，熱區(qū)呈現(xiàn)大量的熱量集中和顯微結構的急劇變化；當滑動速度較小時，則熱區(qū)熱量集中亦小，其顯微結構變化亦比較乎穩(wěn)，同時摩擦力也陋滑動速度的增大而增大。但當滑動速度繼續(xù)增大時，金屬表面團熱量集中而發(fā)生的塑性和熔化使摩擦力逐漸減小。當單位壓力增大時(滑動速度不變)，熱區(qū)的溫度增長較為緩慢，但摩接力的增長近似成直線，當單位壓力增大到一定程度時，摩擦力的增長又趨乎穩(wěn)。

熱狀磨損的發(fā)展分三個階段進行：

在第一階段時，摩擦溫度較低，這是熱狀磨損的初期階段。此時，因溫度作用使金屬表面強度降低較少，表面上局部發(fā)生接觸凝固現(xiàn)象，并產生塑性交形，表面的基體金屬中開始聚集溫度，金屬表面層的破壞具有個別的性質，在表面上交互布滿了有一定間隔的撕裂。對于鋼來說這一階段的溫度低于600℃。

在第二階段時，摩擦溫度較高，使金屬表面的強度有很大的降低，接觸凝固的數量增多，塑性變形加劇，溫度再升高時，接觸凝固的面積增大，各個凝固點匯合成點群而如塊狀的凝固，于是在金屬的表面上布滿了薄膜和結疤。對于鋼來說這一階段的溫度在600℃以上。

在第三階段時，摩擦溫度更高，金屬表面幾乎全部開始軟化，塑性變形的程度更高，當溫度達到熔點時，金屬表面產生紉長的薄膜，摩擦的進行猶如液體金屬的潤滑，對于鋼來說這一階段的溫度為1400-1500℃。

在熱狀磨損的各個階段中摩擦力的變化各不相同，摩擦力的大小主要決定于表面接觸凝固的面積和表面強度這兩個因素，在開始階段隨溫度的增高和接觸凝固現(xiàn)象的增大，摩擦力隨之增大，然后隨接觸凝固現(xiàn)象的繼續(xù)增大，摩擦力仍然繼續(xù)增大，最后因表面不斷增長的理性和熔化，而摩擦力大為減小。

熱狀磨損通常在滑動摩擦具有較大的速度和較大的單位壓力時產生。這種磨損是零件在工作中十分嚴重的磨損現(xiàn)象，熱狀磨損的破壞程度較氧化磨損大10-100倍，我們在實際工作中決不可忽視熱狀磨損。

四、機械磨損的磨料狀磨損

機械磨損的磨料狀磨損是零件在相對運動摩掐時，因金屬表面細微的塑性變形和被剪切下細小堅硬的磨輯微粒，而產生的擦傷過程。磨轉在摩擦的作用下對金屬表面進行切割和刨削，并使表面強化。由于磨拉形狀、金屬表面強度、表面的粗糧度和表面強化的分布情況等因素的不同，磨料狀磨損的程度也不同。有時磨粒是由零件的外部落入的，特別在那些灰塵大，環(huán)境惡劣的工廠中，這種現(xiàn)象更為嚴重。

磨料狀磨損的摩擦力是隨著不同的滑動速度而變化的，當滑動速度增大時，摩擦力隨之降低。摩擦力同樣也受單位壓力的影響，當單位壓力增大時，摩擦力隨同按比例直線增長。

因磨料狀磨損發(fā)展的性質比較單一，并不隨同發(fā)生很復雜的物理化學過程，在磨損中機械作用是主要的，并且在磨損過程中所發(fā)生的熱現(xiàn)象對磨損的特性影響很小，所以這種形式的磨損在發(fā)展過程中，不容易分出明顯的階段。

磨料狀磨損在滑動摩擦和滾動摩擦中都同樣發(fā)生。

五、機械磨損的斑點狀磨損

機械磨損的斑點狀磨損主要是在滾動摩擦時發(fā)生，它是一種復雜的顯微塑性交形、金屬表面復雜的應力狀態(tài)和重復載荷時的特殊疲勞現(xiàn)象。

在滾動摩擦時，金屬表面層的顯微塑性交形引起了金屆的強化，并隨之產生壓縮殘余應力。在重復交變的裁荷作用下，因超過屈服極限引起了疲勞現(xiàn)象，這時磨損表現(xiàn)為細微裂紋形成并繼續(xù)發(fā)展成斑點狀的凹坑，而使零件損壞。

斑點狀磨損主要依單位壓力的大小、裁荷的循環(huán)振幅、零件的尺寸形狀和材料的機械性能而定。這種磨損主要表現(xiàn)在摩擦表面塑性變形層的深度和塑性變形的強度，而塑性變形層的深度確定于裂紋的分布和斑坑的深度，塑性變形的強度象征著斑點狀磨損的發(fā)展速度。

斑點狀磨損通常發(fā)生于滾動軸承的工作表面和齒輪齒痛的節(jié)圓以下區(qū)域。

斑點狀磨損不單純是機械的作用，滾動摩擦表面由于不均勻的顯傲塑性變形而進行不同程度的氧化，因此斑點狀磨損常伴隨發(fā)生氧化狀磨損。在封閉條件下的齒輪傳動、潤滑油的粘度和油量的多少直接影響齒面斑點狀磨損的程度。實踐證明，潤滑油的粘度愈低、油量愈大，則由于斑點狀磨損而引起的零件破壞現(xiàn)象就愈嚴重。

六、區(qū)分破碎機等設備磨損的各種形式及其發(fā)展的程度

上述破碎機等設備的各種磨損是自然機械磨損的四種主要形式，也是零件在工作中的主要磨損形式。在實際上，往往是數種磨損同時進行，不過磨損的程度各有不同罷了。為了提高零件的耐磨性，降低零件的磨損，首先應判斷出零件磨損的主要類型，而采取相應的有效措施。區(qū)分磨損的各種形式及其發(fā)展的程度，可根據下面兩個因素來確定：

1．由于摩擦表面外部的影響所引起的磨損，主要是；摩擦是滑動的還是滾動的，摩擦表面相時運動速度的大小，摩擦時單位壓力的大小和性質，摩擦表面是否帶入磨粒，摩擦中嚴生灼熱量以及摩擦零件的工作環(huán)境等。上述各種條件可以確定摩擦力的性質及其作用的程度，摩擦表面金屬強化的情況或顯微結構變化的程度。

2．磨損是由于金屬內部的性質所引起的，主要是：金屬的機械性能(如金屬的強度極限、屈服極限、硬度)，金屬的耐熱性能(金屬在高溫下對氧化作用的穩(wěn)定性和對機械載荷的抵抗能力)，金屬的耐疲勞性能以及在摩擦溫度升高時金屬對接觸凝固的能力。

由上述兩個因素中第一個因素可以確定零件自然磨損的形式，用改變摩擦表面外部影響的特性、條件和作用程度的方法可以改變磨損的類型、形式及其發(fā)展的程度。第二個因素很明顯，金屬的內部性質不僅可以阻止由外部影噸歷引起的磨損的發(fā)展，而且也可以改變磨損的類型和形式。