金属材料磨损失效分析及防护措施

2019-01-03滕栋云

中国金属通报 2019年5期

关键词：金属表面金属材料摩擦

滕栋云

（兰州兰石换热设备有限责任公司，甘肃兰州 730314）

1 磨损的基本含义及其过程

1.1 磨损的含义

金属在进行相互接触并产生摩擦的同时，会使得金属表面磨损产生一些细小颗粒物，这些颗粒物是不规则不统一的，细微的颗粒物将会导致金属表面的材料逐渐磨损，最终使得金属材料的质量和尺寸产生变化，这样的过程称之为磨损。

1.2 磨损的过程

跑合阶段:该阶段指的是磨损行为出现的初始阶段，由于磨损的物体表面是有一定粗糙度的，这导致两个物体的摩擦，凸起地方的接触面积相对较小，使得接触力度大，因此在该阶段的磨损程度较深，速度较快。当两个物体的表面经过磨损，粗糙度降低，则接触面积也相应增加，这时候会大大降低磨损速度。

稳定磨损阶段:该阶段在跑和阶段之后，属于物体磨损的正常运行时期，通过前期的磨损，导致物体表面加工硬化，突起物变少，粗糙度降低，导致双方接触面积增加，压强减小，提供弹性接触良好的前提条件，磨损行为进入稳定时期，该时期的磨损量取决于时间。

剧烈磨损阶段:该时期是出现在摩擦行为的末期，金属材料通过前期的磨损已经有所改变，包括内部的组织条件或者温度等，这些因素的改变无疑提高了磨损的速度，这时候机械的运作效率大大降低，有效度也有缩减，机器的运作开始伴随噪音和震动，最终磨损到一定阶段，零件功能将会失效。

2 金属材料磨损失效的危害

随着金属材料的使用，无法避免的会产生金属之间的摩擦，不同金属之间形成副表面的相对运动，相对运动造成运动双方的表面出现材料耗损，这种行为产生的材料耗损就是本次课题研究的中心。材料相互运动所产生的耗损实际上就是摩擦耗损，通常会导致摩擦主体表面的结构被破坏，最终导致金属的尺寸、外形以及性能等方面产生一定的影响。尤其是在工业设备运转的时候，机器的摩擦耗损是最严重的，因为这时候机械的转动速度较快，同时加上周围环境中粉尘过多，还包括一些水汽和有害气体，这些都会对机械运作过程中的损耗产生一定的影响，因为杂物会附着在机械表面，进而随着机器运转一起参与摩擦，若不能有效清除杂物，将加快金属材料的磨损消耗。当杂物堆积到一定程度之后，可能会直接导致设备无法正常工作，或是会影响到设备的一些性能，可能还会引发工作事故，不仅影响到从业人员的人身安全，还不利于企业经济效益的实现。

3 金属材料磨损失效的基本形式

金属磨损对企业所造成的损失是不可估量的，因此务必要对其进行重视，并设计解决方案来缓解这一问题。要想快速有效的缓解这一问题，务必要将对金属磨损的形势和相关特点进行把握，在当前的工业活动中，金属材料的磨损包括如下几种类型。

3.1 磨粒磨损失效

该类型的磨损主要指金属摩粒进行相互运动所造成的金属磨损，这种类型是较为普遍的。不同金属材料，其在相互运动期间所产生的磨损消耗程度也有所差异，按照金属磨损表面受到的应力和冲力进行分类，包括凿屑磨损、擦伤磨损以及碾碎磨损。一般情况下，高应的状态下，加上有一定硬度的磨粒，会提高磨损的程度，这叫做凿屑磨粒现象；若磨粒硬度较弱，那会使得金属表面产生刮痕，这种类型称之为碾碎式磨损；若应力较小，属于擦伤磨损的范畴。

3.2 黏着磨损失效

黏着磨损失效是相对复杂的一种磨损类型，其会导致金属性能有所改变。主要指在两个金属设备进行相互运动的时候，由于表面粗糙程度高或是超负荷运转，此时会导致金属表面的应力快速提高，随之温度也快速上升，甚至导致金属表面出现熔化现象。随后温度降低之后金属表面会出现粘连，当相对运动再次发生之时，粘连部分将被快速切断，进而产生一定的磨屑，这就叫做黏着磨损。

3.3 疲劳磨损失效

金属设备摩擦过程中，很容易产生对周期负荷的忽略，长此以往，容易导致接触应力的提高，若一旦应力提高到临界值，将导致金属材料无法继续承重，使得金属材料出现变形或是性能改变的现象。很多时候，疲劳磨损都是因为长时间出现周期负荷现象所产生的，过度的承重会导致金属材料结构产生变化，表面状态有所转变，甚至出现裂痕。就弹力学角度分析，金属材料的疲劳磨损将会带来严重的后果，因此要引起重视。

3.4 腐蚀磨损失效

在工业设备运行的过程中，难以避免会产生金属材料暴露在空气中的现象，因此设备同空气中的水汽以及其他杂质直接接触现象常有发生，对于一些活动性较强的金属，可能会与空气中的物质发生化学反应，最终导致金属的腐蚀磨损。在这过程中，腐蚀物是缺少不了的，这些腐蚀物也会与其他的物质进行磨损，最终磨损效果会进行叠增，使得金属的磨损更加严重。

3.5 微动磨损失效

对于工业中的一些机械设备而言，若金属的滑动性较强，其磨损发生的概率较强，而固定的金属器械其磨损程度相对弱化，对于这些固定的金属器械，在其运转的过程中，会和副材料进行表面接触运动，产生摩擦，还会因为与周围环境的微小接触运动产生振动幅度较小的摩擦震动，这种摩擦称之为微动磨损。

4 金属材料磨损失效的有效防护措施

通过调查发现，若是不对金属材料的磨损加以控制，会导致企业的生产效率降低7.68%。为此，加强企业对金属材料磨损的有效防护，能够通过提高生产效率，为企业创造更多的经济效益，具体的金属磨损控制措施包括以下几点。

4.1 提高金属材料表面的耐磨性

①化学热处理：化学热处理主要是借助固态扩散的方式来将一些外来元素渗透到金属材料内部，实现其化学成分的调整，旨在提高金属表面的性能。应该强调的是，化学热处理的一个弊端在于所消耗的成果较高，操作难度大，所用时间长，还具有一定的专业性，对设备和操作人员的专业性要求高。因此无法普及使用。②表面形变强化：表面形变强化主要是通过冷挤压、喷丸等物理方法来对金属材料的表面性能进行强化，通过塑性变形来使得出现硬化层，以此来提高金属材料表面的耐摩性，该方法的操作难度较小。③表面热处理强化：表面热处理强化主要指基于固态相变的原则，通过高温加热的方式来对金属进行处理，金属在通过高温加热操作后，会使得内部疲劳强度和耐磨性有所提高，是当前工业上较为普及的一种方式。

4.2 定期维修保养

金属设备很难避免产生摩擦损耗，但是可以通过定期的维护来缓解这一现象的提出，包括对润滑油的使用来进行保养。如此，除了可以优化金属材料的性能，还可以适当延长金属设备的使用寿命。其次，还可以通过预防性的维修方式来进行维护。首先，要将环境、质量、安全等因素作为基础要素，切实的对金属材料磨损状况和成因进行把握，其次，还要对磨损现象进行反馈，通过分析来降低磨损所造成的损失，制定相应的预防工作。再次，可以对机械设备进行分类，进而更深层次的分析磨损情况。最后，机械设备的维护管理应该由专业的人员进行。

4.3 改善金属材料的制造工艺

可以通过相应的方式对金属材料的制造工艺进行优化，从而来强化金属材料的相关性能，包括耐磨力等。通过促进表面的光滑性来降低磨损。其次，还可以对机械设备的其他工艺进行优化，比如切削、铸造、焊接等，这些都可以有效提升机械的相关属性，比如，旨在优化机械设备的抗电化学腐蚀以及抗化学腐蚀的性能，就可以适当对设备的锻造工艺进行优化。除此之外，还可以对设备的日常应用进行考察，分析应用过程中出现的弊端并进行优化，比如选择耐磨性好的副材料等。以上都可以促进设备运作的稳定性。