使用润滑剂机械部件间的几种常见磨损类型及起因

邓广勇 庞智勇 刘学忱

摘要:文章针对使用润滑剂的运行机械部件间存在的磨损类型及其产生原因进行了讨论,根据磨损的起因、磨损程度等将磨损分为12种类型,轻微粘着磨损、严重粘着磨损、磨粒磨损、腐蚀磨损、接触疲劳磨损、抛光磨损、气蚀损伤磨损、微振磨损、侵蚀磨损、电腐蚀磨损、放电磨损及熔蚀磨损,并根据磨损的起因从机械加工和润滑两方面提出了改进方法。

关键词:机器;磨损;类型;起因

中图分类号:TE626.3 文献标识码:A

Several Common Wear Categories of Machine Parts with Lubricant and the Reasons

DENG Guang-yong1,PANG Zhi-yong1, LIU Xue-chen2

(1.PetroChina Dalian Lubricating Oil R&D Institute, Dalian 116032, China;2.PetroChina Dalian Petrochemical Company, Dalian 116032, China)

Abstract:The wear categories of machine parts with lubricant and the reasons are described in this article. According to the wear reasons and wear degree, the wear is classified into twelve types: mild adhesion wear, severe adhesion wear, abrasion wear, corrosion wear, contact fatigue wear, polishing wear, cavitation damage wear, fretting wear, erosion wear, electro corrosion wear, electrical discharge wear, ablation wear. The corresponding improvement methods are recommended on machine work and lubrication based on the wear reasons.

Key words:machine; wear; type; reason

0 前言

磨损不仅仅增加能耗,降低经济效益,而且降低机器精度,使其性能变差甚至报废。对不同磨损形式进行研究,了解不同形式磨损产生原因及相应解决方法将有助于更好地解决磨损问题,提高机器使用寿命,降低运行及维护成本,增加经济效益。

在机器实际运行过程中,磨损情况是错综复杂的,而且往往是几种类型磨损同时发生,或相继出现。如严重粘着磨损产生的磨屑会进一步引起磨粒磨损;微振磨损和接触疲劳磨损可能同时发生;油中的硬磨屑压入滚动轴承会引起疲劳磨损;有的磨损情况更加复杂,如,船舶大型二冲程柴油发动机的活塞环与气缸套之间,含硫重油的燃烧会对其造成腐蚀磨损,而活塞环上的积炭或漆膜会对气缸套造成抛光磨损,活塞环上的积炭会产生渗碳作用,使活塞环变脆,易折断,折断的活塞环会与气缸套之间产生严重粘着磨损,粘接、划伤,俗称拉缸。

总之,对磨损不加区分或是仅借助于三四种基本磨损形式很难有效解决磨损问题,借助于详细合理的磨损形式分类,能够有针对性地在机器方面或润滑方面进行改进,实现有效地控制磨损,提高设备管理水平和生产效率。

根据磨损的起因、磨损程度等将磨损分为12种类型,以下分别讨论了各类磨损产生原因、导致结果、易损部件、改进办法。

1 轻微粘着磨损

(1)产生原因

使用中的机器如具有良好的表面光洁度,负荷、速度和温度都适中并使用优质、清洁、干燥的润滑剂,则会产生轻微粘着磨损。

(2)导致结果

由于轻微粘着,材料会从摩擦副的一个表面转移到摩擦副的另一个表面,并随着机件的相对运动而脱落。轻微粘着磨损仅涉及机件表面膜的转移和脱落。轻微粘着磨损的磨损率很低,能够看到机件上较深的原始磨痕,对机器无损害。

(3)易损部件

所有产生相对运动互为摩擦副的部件。

(4)改进方法

此类磨损为正常磨损,是理想的磨损状态,对机器进行正常的维护保养即可。

2 严重粘着磨损

(1)产生原因

机器未经磨合或磨合不当;高温、高速、高负荷下运行;不适当的采用了不锈钢或铝等材质;润滑剂性能满足不了使用要求,粘度太低或抗磨添加剂含量不足均会造成严重粘着磨损。

(2)导致结果

严重粘着磨损会使金属与金属直接接触,表面发生冷烧结,产生粗糙的、熔融的或塑性变形的金属条纹。造成高温氧化、高磨损率,有的还会发生卡咬,或称咬合、胶合。如有磨粒存在将会引起擦伤或划伤及深沟。

(3)易损部件

各种齿轮,活塞环和气缸套,阀片组,滚动和滑动轴承,金属密封件,切削刀具,传动链。

(4)改进方法

①机械方面

(a)科学合理的磨合机器;

(b)降低机器负荷、速度或温度;

(c)提高设备冷却效果;

(d)使用合适的金属材质。

②油品方面

(a)使用性能更好的润滑油;

(b)提高润滑油的粘度;

(c)使用足够的抗磨添加剂;

(d)如有必要应在润滑油中添加极压添加剂。

3 磨粒磨损

(1)产生原因

机器未经磨合或磨合不当;机件的硬度不高,满足不了使用要求;具有粗糙表面的硬金属与软金属对磨;用于机器润滑的油品含有硬颗粒物。磨粒磨损俗称划痕、划伤、起毛、切削,是最常见的磨损形式。

(2)导致结果

这种磨损会导致机件的切削或变形,机件表面出现清晰的沟槽、毛刺或碎屑,硬颗粒物会被压入金属表面或软涂层中改变材质性质,会造成更大损伤。

(3)易损部件

所有相对运动的摩擦副金属表面。

(4)改进方法

①机械方面

(a)科学合理的磨合机器;

(b)提高空气和油过滤器的效果;

(c)对油采取净化处理;

(d)改善密封;

(e)提高金属表面的硬度。

②油品方面

(a)使用高粘度润滑油;

(b)提高润滑油清洁度。

4 腐蚀磨损

(1)产生原因

机器在高温、高湿环境下运行或机器使用的润滑油防锈能力差或含有腐蚀性物质造成与机件发生了化学反应,形成氧化、腐蚀的松软表层,极易磨损脱落。腐蚀磨损又称腐蚀膜磨损,在实际中较常见。

(2)导致结果

腐蚀磨损使机件表层被氧化,腐蚀物磨掉、脱落。

(3)易损部件

所有齿轮,轴承,气缸套内壁,阀片组,金属密封件和传动链。

(4)改进方法

①机械方面

(a)使用抗腐蚀能力强的材质;

(b)改善腐蚀性环境;

(c)降低操作温度。

②油品方面

(a)使用防锈能力强的润滑油;

(b)避免使用腐蚀性强的极压添加剂;

(c)避免使用过度氧化的油品,及时换油。

5 接触疲劳磨损

(1)产生原因

部件在滚动和滑动过程中,如果机器使用的润滑油中含水和污垢,部件材质中有夹杂物而且部件受到长期的周期性应力的作用则会产生接触疲劳磨损。

(2)导致结果

由于长期的周期性应力的作用使部件开裂和起点蚀坑(起麻点)使金属脱落,形成裂纹,凹坑和剥落碎屑。因此接触疲劳磨损,又称疲劳、起麻点、表面疲劳、剥落磨损。当有润滑油挤进裂纹时,如果裂纹随运动闭合,将促使裂纹中的油压增高,从而又加速了裂纹的扩展和蔓延。如此反复作用,最终使接触表面金属一小块一小块地剥落下来。

(3)易损部件

齿轮,滚动和滑动轴承,阀片组。

(4)改进方法

①机械方面

(a)降低接触压力;

(b)降低周期性应力的频率;

(c)采用高质量的部件材质。

②油品方面

(a)提高油品的清洁度;

(b)提高油品的粘度及粘度指数。

6 抛光磨损

(1)产生原因

细颗粒物和油中腐蚀性物质是其产生的原因。

(2)导致结果

由于细颗粒物的作用使机件表面膜被不断磨掉,机件表面严重磨损但呈光亮的镜面状,有的出现波纹状。由于磨损的结果使机件表面润滑油附着变差,因此会使磨损加速。

(3)易损部件

阀门挺杆,齿轮轮齿,特别是柴油机气缸套。因此这种磨损常被称为气缸套抛光,柴油机气缸套之所以极易产生这种磨损是由于柴油燃烧易产生颗粒物。

(4)改进方法

①机械方面

(a)调整机器避免产生过多颗粒物;

(b)提高空气、燃油的过滤效果;

(c)提高润滑油的净化效果。

②油品方面

(a)使用高质量的润滑油;

(b)选择活性较低的抗磨剂;

(c)提高油品的清洁度。

7 气蚀损伤磨损

(1)产生原因

由于液体中存在气泡,当液体流速或机件形状发生变化,使其中的气泡破裂,导致机件表面液体压力突然改变并强烈冲击机件表面。

(2)导致结果

存在气穴的液体中气泡破裂使液体冲击机件表面致使金属脱落,使机件露出无光泽、粗糙的凹坑或沟槽。油中的腐蚀物和磨粒会增加气蚀损伤磨损。

(3)易损部件

液压泵,液压阀,齿轮轮齿,气缸套,活塞环,滑动轴承。

(4)改进方法

①机械方面

(a)液压系统装油后稳定足够的时间;

(b)减少震动,避免流速和压力波动;

(c)避免对液体节流和干扰;

(d)机件采用坚韧的材质。

②油品方面

(a)提高油品的空气释放性能;

(b)避免油中含水;

(c)提高油品的防腐蚀性能。

8 微振磨损

(1)产生原因

机件振动引起的相对运动。

(2)导致结果

低振幅振动产生相对运动的两个机件表面会产生磨损,这种磨损会导致机件表面锈蚀,周围有明显的磨屑,这种情况一般两机件都会受到损伤。

(3)易损部件

振动的机械,轴承座接触处,花键,销,联轴器,紧固件。

(4)改进方法

①机械方面

(a)完善静配合,减轻振动;

(b)提高载荷,减轻或抑制振动;

(c)提高加工精度,改善机件表面。

②油品方面

(a)降低润滑油的粘度;

(b)及时更换润滑油;

(c)提高油品的抗氧、防锈性能。

9 侵蚀磨损

(1)产生原因

含固体颗粒的高速流体冲击机件表面。

(2)导致结果

含固体颗粒的高速流体冲击机件表面使材料脱离,因此这种磨损又称固体颗粒冲击侵蚀磨损。磨损会造成机件表面沿流体方向形成沟槽,使机件表面露出清洁无光泽的金属,类似喷砂处理过的表面。

(3)易损部件

靠近油孔的轴颈,轴承,阀片,油嘴。

(4)改进方法

①机械方面

(a)提高油过滤器的效果;

(b)对油采取净化处理;

(c)提高金属表面硬度;

(d)改变流体喷射角。

②油品方面

(a)提高油品清洁度;

(b)及时更换油品。

10 电腐蚀磨损

(1)产生原因

设备系统内存在泄漏电流;高速流动的液体引起流动电动势;能产生电流的金属对。

(2)导致结果

导电液体中存在小电流对机件产生电解,产生腐蚀。

(3)易损部件

电腐蚀磨损产生于液压系统中,易损件为液压阀、泵和电机。

(4)改进方法

①机械方面

(a)消除泄漏电流;

(b)降低液体流速和速度梯度;

(c)使用抗腐蚀金属;

(d)使用不产生电流的金属对。

②油品方面

改用与产生腐蚀的液压液具有不同导电性的液压液,即降低或提高系统使用液压液的导电性。

11 放电磨损

(1)产生原因

高速转动,高速流动的两相液体混合物,高电位接触产生电火花放电。

(2)导致结果

强电流放电或电火花放电使两表面材质性质发生改变甚至引起金属脱落,使部件表面出现刻蚀或凸凹不平。

(3)易损部件

高速运转并易产生静电的压缩机及粉碎机的轴承。

(4)改进方法

①机械方面

(a)改善轴承的电绝缘性;

(b)将磁性旋转部件退磁;

(c)在轴上安装电刷;

(d)改善机器接地。

②油品方面

使用导电性能良好的油品。

12 熔蚀磨损

(1)产生原因

使用重质燃料油的船舶发动机由于所用燃料中含有金属钒元素,而燃烧生成的V2O5为中强氧化剂且熔点较低,极易同含铁部件反应造成熔蚀,特别是当燃料中含有钠元素时会加剧高温熔蚀。

(2)导致结果

在部件表面形成类似腐蚀的磨损,但这种熔蚀一般发生在高温区。

(3)易损部件

使用重质燃料油船舶发动机的气缸套内壁,阀片组及活塞环。

(4)改进方法

①机械方面

控制合适的发动机温度。

②油品方面

(a)避免使用钒含量过高的燃料油;

(b)使用能形成有效保护膜的润滑油。

13 结束语

针对使用润滑剂的运行机械部件间存在的磨损类型及其产生原因进行了讨论,并从机械加工和润滑两方面提出了改进方法。但在机器的实际运行过程中情况可能更为复杂,可能还有其他磨损类型没有分析总结到,本文提到的几种磨损类型即使是与其他文献中相同类型的磨损形式叫法也可能不相同,因此在实际分析机器磨损情况时应特别注意,只有找出造成磨损的真正原因,才能找出解决问题的方法,提出合理的解决方案。

收稿日期:2009-03-04。

作者简介:邓广勇(1964-),男,高级工程师,1983年毕业于抚顺石油学院应用化学专业,从事过油品分析、润滑油研究及技术服务工作,已公开发表论文多篇。