破碎机等设备的磨损类型—机械磨损

破碎机等设备的磨损类型—机械磨损

破碎机等设备的自然磨损根据其产生的原因和磨损过程的特性可以分为三种类型：机械磨损、腐蚀磨损和热磨损。这三种类型的密损基本上包括了破碎机等设备在正常使用的条件下可能产生的全部主要故障。其中机械磨损是最普遍、最主要、最常见的磨损形式，它对机械设备的威胁也最大。

一、机械磨损的分子机械假说

机械磨损是由于零件的金属表面在相对运动中所产生的摩擦和疲劳作用的结果。这种磨损在工矿企业中表现是相当严重的，造成的备件消耗量也是相当惊人的。

目前，关于零件在干摩擦情况下磨损过程的研究还不完善。一般地讲，因摩擦作用而引起的磨损大体可以分为三类：第一类的理论认为摩擦是粗糙的金属表面弹性的交互作用，结果产生磨损；第三类的理论认为摩擦是配合表面分子的交互作用，因分子间的吸引和粘附现象而产生磨损；第三类的理论认为摩擦同时是粗糙表面弹性的交互作用和表面分子间吸引、粘附作用，二者同时作用而产生磨损。第一类的理论称作机械假说，第二类的理论称作分子假说，第三类的理论称作分子机械假说。分子机械假说比较完备地解释了摩擦和磨损的过程。

机械假说是根据零件经过加工以后，表面总是不平滑的，布满着凹凸而成为谷蜂状，当零件之间相对运动时，峰与蜂之间发生碰击而产生阻力，表面凹凸不平的谷峰间的啮合则在表面上产生弹性和塑性交形，为了克服这种谷峰啮合时的弹性和剪切作用力而产生的反作用力和随同发生的物理现象即是磨损的过程。根据机械假说的解释，零件表面的粗随度愈大则表面摩擦力应相应增大。但在实际上这仅适合于比较粗横的表面，而在比较平滑的表面上随表面平滑度的增加，摩擦力不但不减小反而有增加，在十分光滑的表面上，摩擦力增加得更大。因此用机械假说还不能很完全地解释摩擦和磨损的性质。

分子假说认为，在相对运动的零件相接触或十分贴近的配合表面上，存在着分子的相互吸引和排斥作用。两个摩擦表面愈接近，则分子间吸引和排斥的作用愈大，为克服这种作用所消耗的功能也愈大，功转变为热量消耗在弹性的塑性变形上。结果在金属的接触表面上，有些晶体因晶格的歪扭而被破坏并随滑动面而移动，同时不断发生焊接以及随即撕裂的现象，造成了零件的磨损。分子假说忽视了粗糙度的影响，也不能解释摩擦力随表面粗隧度的增加而增加的现象，故分子假说也不能完善地解释摩擦和磨损。

分子机械假说认为，摩擦具有混合的特性，它既受机械作用的影响，也受分子相互作用的影响，金属表面在相对运动时所发生的摩擦过程，是两种影响的综合。这种假说比较完整地解释了摩擦和磨损的过程。

根据分子机械假说的理论，破碎机等设备的自然磨损可以分为四种形式：  (1)氧化状磨损；(2)热状磨损；  (3)磨科状磨损；  (4)斑点状磨损。

二、机械磨损的氧化状磨损

机械磨损的氧化状磨损是零件在摩擦的过程中，所同时产生的金属表面微细的塑性变形和氧化扩散。

零件的金属表面在工作时即被氧化，在摩擦过程中产生了极微纫的塑性变形，同时空气中的氧进入到金属表面层中并进行扩散，开始在金属表面形成氧化固溶体，然后进一步形成金属氧化物。由于固镕体和氧化物的形成使金同表面的性质迅速发生变化。

在氧化状磨损的过程中，扩散和塑性变形同时剧烈地进行。扩散的剧烈是由于金属表面层塑性变形时滑动面的增大，并促使金属内充满氧，迅速地形成了氧化固溶体和氧化物所致；塑性变形的剧烈是由于滑动面内具有大量活动的氧原子，氧原子活动的结果使塑性变形如同内润滑，使表面层金属产生很大的话动性和流动性。摩擦表面在形成固溶体时，由于经常形成和带走薄膜而破坏零件，在形成氧化曲时，由于周期的形成和剥落氧化层使零件磨损破坏。

在氧化状磨损时，摩擦表面相对移动速度的变化使表面层金届塑性变形的性质和程度发生改变，主要是改变了金属中氧化扩散的速度。按其滑动速度分，氧化状磨损又分为两个阶段：小的滑动速度时为第一阶段，当滑动速度增大时则发展为第二阶段。在第一阶段中，金属表面形成不坚固的氧化固溶体和金属与氧化物的共晶体，经常带走薄膜层；第二阶段中，金属的表面形成片状的金属氧化物层，而且周期地形成和剥落这种金属氧化物层。

氧化状磨损的两个阶段，摩擦力也有较明显的变化。在第一阶段中，摩擦力的数值较小，并且增加的速度比较缓慢；当由第一阶段转入第二阶段时，摩擦力以跃进式的速度增加；当达到第二阶段时，摩擦力的数值较第一阶段时已大为增加，而其增长的速度又趋缓慢了。

氧化状磨损在单位压力不变而零件的速度较低时，由第一阶段转入第二阶段较为缓慢，随着速度的增大，由第一阶段转第二阶段的速度就加快了，当单位压力增大时摩擦力也会随之增大。

氧化状磨损在滑动摩擦和波动摩擦时都会产生，但主要在滑动摩擦时产生，在滚动摩擦时氧化状磨损通常随同斑点状磨损产生。

三、机械磨损的热状磨损

机械磨损的热状磨损是由于零件在摩擦过程中产生了热量，金局表面依摩擦产生的不同热量作用的结果引起的再结晶、回火、淬火和软化等现象，并随同产生了零件接触表面金届的凝固、折皱和饶损等破坏现象。

当零件表面的显微体积在高速和大的单位压力下进行摩擦时即产生大量的热，使金属的表面产生高温和形成热区，这种金属表层在摩擦时所产生的特殊热过程，是根据受热的速度、达到的温度、冷却的条件、表面的结构、表面受热的分布深度及强烈程度等条件而决定的。

金属表面显微结构的变化使金属表面强度降低，而温度的作用使金属内部原于接合力减弱和使金相组织产生相交。摩擦产生的热量在金属表面形成了热区，热区的强度和深度同摩擦表面的裁荷条件相适应。当滑动速度增大时(压力不变)，热区呈现大量的热量集中和显微结构的急剧变化；当滑动速度较小时，则热区热量集中亦小，其显微结构变化亦比较乎稳，同时摩擦力也陋滑动速度的增大而增大。但当滑动速度继续增大时，金属表面团热量集中而发生的塑性和熔化使摩擦力逐渐减小。当单位压力增大时(滑动速度不变)，热区的温度增长较为缓慢，但摩接力的增长近似成直线，当单位压力增大到一定程度时，摩擦力的增长又趋乎稳。

热状磨损的发展分三个阶段进行：

在第一阶段时，摩擦温度较低，这是热状磨损的初期阶段。此时，因温度作用使金属表面强度降低较少，表面上局部发生接触凝固现象，并产生塑性交形，表面的基体金属中开始聚集温度，金属表面层的破坏具有个别的性质，在表面上交互布满了有一定间隔的撕裂。对于钢来说这一阶段的温度低于600℃。

在第二阶段时，摩擦温度较高，使金属表面的强度有很大的降低，接触凝固的数量增多，塑性变形加剧，温度再升高时，接触凝固的面积增大，各个凝固点汇合成点群而如块状的凝固，于是在金属的表面上布满了薄膜和结疤。对于钢来说这一阶段的温度在600℃以上。

在第三阶段时，摩擦温度更高，金属表面几乎全部开始软化，塑性变形的程度更高，当温度达到熔点时，金属表面产生纫长的薄膜，摩擦的进行犹如液体金属的润滑，对于钢来说这一阶段的温度为1400-1500℃。

在热状磨损的各个阶段中摩擦力的变化各不相同，摩擦力的大小主要决定于表面接触凝固的面积和表面强度这两个因素，在开始阶段随温度的增高和接触凝固现象的增大，摩擦力随之增大，然后随接触凝固现象的继续增大，摩擦力仍然继续增大，最后因表面不断增长的理性和熔化，而摩擦力大为减小。

热状磨损通常在滑动摩擦具有较大的速度和较大的单位压力时产生。这种磨损是零件在工作中十分严重的磨损现象，热状磨损的破坏程度较氧化磨损大10-100倍，我们在实际工作中决不可忽视热状磨损。

四、机械磨损的磨料状磨损

机械磨损的磨料状磨损是零件在相对运动摩掐时，因金属表面细微的塑性变形和被剪切下细小坚硬的磨辑微粒，而产生的擦伤过程。磨转在摩擦的作用下对金属表面进行切割和刨削，并使表面强化。由于磨拉形状、金属表面强度、表面的粗粮度和表面强化的分布情况等因素的不同，磨料状磨损的程度也不同。有时磨粒是由零件的外部落入的，特别在那些灰尘大，环境恶劣的工厂中，这种现象更为严重。

磨料状磨损的摩擦力是随着不同的滑动速度而变化的，当滑动速度增大时，摩擦力随之降低。摩擦力同样也受单位压力的影响，当单位压力增大时，摩擦力随同按比例直线增长。

因磨料状磨损发展的性质比较单一，并不随同发生很复杂的物理化学过程，在磨损中机械作用是主要的，并且在磨损过程中所发生的热现象对磨损的特性影响很小，所以这种形式的磨损在发展过程中，不容易分出明显的阶段。

磨料状磨损在滑动摩擦和滚动摩擦中都同样发生。

五、机械磨损的斑点状磨损

机械磨损的斑点状磨损主要是在滚动摩擦时发生，它是一种复杂的显微塑性交形、金属表面复杂的应力状态和重复载荷时的特殊疲劳现象。

在滚动摩擦时，金属表面层的显微塑性交形引起了金届的强化，并随之产生压缩残余应力。在重复交变的裁荷作用下，因超过屈服极限引起了疲劳现象，这时磨损表现为细微裂纹形成并继续发展成斑点状的凹坑，而使零件损坏。

斑点状磨损主要依单位压力的大小、裁荷的循环振幅、零件的尺寸形状和材料的机械性能而定。这种磨损主要表现在摩擦表面塑性变形层的深度和塑性变形的强度，而塑性变形层的深度确定于裂纹的分布和斑坑的深度，塑性变形的强度象征着斑点状磨损的发展速度。

斑点状磨损通常发生于滚动轴承的工作表面和齿轮齿痛的节圆以下区域。

斑点状磨损不单纯是机械的作用，滚动摩擦表面由于不均匀的显傲塑性变形而进行不同程度的氧化，因此斑点状磨损常伴随发生氧化状磨损。在封闭条件下的齿轮传动、润滑油的粘度和油量的多少直接影响齿面斑点状磨损的程度。实践证明，润滑油的粘度愈低、油量愈大，则由于斑点状磨损而引起的零件破坏现象就愈严重。

六、区分破碎机等设备磨损的各种形式及其发展的程度

上述破碎机等设备的各种磨损是自然机械磨损的四种主要形式，也是零件在工作中的主要磨损形式。在实际上，往往是数种磨损同时进行，不过磨损的程度各有不同罢了。为了提高零件的耐磨性，降低零件的磨损，首先应判断出零件磨损的主要类型，而采取相应的有效措施。区分磨损的各种形式及其发展的程度，可根据下面两个因素来确定：

1．由于摩擦表面外部的影响所引起的磨损，主要是；摩擦是滑动的还是滚动的，摩擦表面相时运动速度的大小，摩擦时单位压力的大小和性质，摩擦表面是否带入磨粒，摩擦中严生灼热量以及摩擦零件的工作环境等。上述各种条件可以确定摩擦力的性质及其作用的程度，摩擦表面金属强化的情况或显微结构变化的程度。

2．磨损是由于金属内部的性质所引起的，主要是：金属的机械性能(如金属的强度极限、屈服极限、硬度)，金属的耐热性能(金属在高温下对氧化作用的稳定性和对机械载荷的抵抗能力)，金属的耐疲劳性能以及在摩擦温度升高时金属对接触凝固的能力。

由上述两个因素中第一个因素可以确定零件自然磨损的形式，用改变摩擦表面外部影响的特性、条件和作用程度的方法可以改变磨损的类型、形式及其发展的程度。第二个因素很明显，金属的内部性质不仅可以阻止由外部影吨历引起的磨损的发展，而且也可以改变磨损的类型和形式。