摩擦襯墊磨損機(jī)理的微觀分析

2023-05-04 09:26 作者:酥慕糖膩歪膩歪 0人讀過 | 我要投稿

摩擦襯墊磨損機(jī)理的微觀分析

1.試驗(yàn)材料及試驗(yàn)臺(tái)

1.1試驗(yàn)材科

本次試驗(yàn)所用的襯墊材料為聚氨醋。聚氨酷屬于高分子化合物，一般情況下，總是處于高彈態(tài)，它的力學(xué)特性表現(xiàn)在:當(dāng)外力剛施加上時(shí)，聚氨酷有一個(gè)瞬間變形，之后，雖然外載荷不再增加，但其變形量卻繼續(xù)增加，最后達(dá)到一個(gè)穩(wěn)定值;當(dāng)外力去除后，聚氨有一個(gè)瞬間回彈，之后，有一個(gè)緩慢的蠕變回彈過程，但最后不能恢復(fù)到原始尺寸即殘存有永久變形。

聚氨酷襯墊的這些性質(zhì)決定了它和鋼絲繩之間的真實(shí)接觸面積比一般摩擦副的真實(shí)接觸面積要大得多。本次試驗(yàn)所用鋼絲繩為直徑 7.7 mm的雙搶圓形股鋼絲繩、規(guī)格為 6《19型，繩表面上有一層薄薄的戈培油。

1.2 試驗(yàn)臺(tái)

試驗(yàn)設(shè)備為自行設(shè)計(jì)的試驗(yàn)臺(tái)，其工作簡(jiǎn)圖如圖1所示,通過在杠桿上懸掛不同的砝碼來調(diào)節(jié)村墊和鋼絲繩之間的壓力。鋼絲繩的滑動(dòng)速度可在5~80 mm/s 之間調(diào)節(jié)，運(yùn)動(dòng)方式為往復(fù)運(yùn)動(dòng)。成驗(yàn)時(shí)鋼絲繩被拉緊，拉緊力由拉力傳感器測(cè)得。試驗(yàn)砍數(shù)由計(jì)數(shù)器測(cè)得，并換算為磨損路程。

2.試驗(yàn)結(jié)果

摩擦后的村墊表面在 S250MK3型掃描電子顯微鏡下進(jìn)行了顯微照相,得二次電子像如圖 2所示(為防止圖像質(zhì)量下降，在把樣品粘貼到樣品座之后，在其表面噴鍍了一層二次電子發(fā)射系數(shù)比較高的金)。

從圖上可以看出整個(gè)摩擦區(qū)域大致分為兩種類型，即貝殼狀組織和方向性較強(qiáng)的區(qū)域。為了更清楚地觀察不同磨損類型的微觀形貌，對(duì)方向性較強(qiáng)的區(qū)域進(jìn)行了局部放大，可以看出在磨損后的表面上形成了一條條的凸峰利凹谷方向性強(qiáng)是和該摩擦面上的其它組織相比較而言，如果和金屬摩擦副比起來則方向性和整齊性都較差。

對(duì)其中的凸峰和凹谷進(jìn)一步放大，可以清楚地看出在谷中存在著很多裂紋，這些裂紋的尺寸從2pm到8pm 不等分布沒有方向性，看起來象于裂的土地--樣此外，沿著凸峰的走向，在凸峰的根部存在著較長(zhǎng)的裂紋，這些裂紋的尺寸可達(dá)到 40~50pm。且其深度比小裂紋要深，對(duì)貝殼狀組織也進(jìn)行了局部放大，可看出該組織底部很光滑，邊緣也很整齊,整個(gè)形貌呈不規(guī)則多邊形分布，分布面積超過了1mm ylmm。

摩擦面上方向性較強(qiáng)的部分無疑是磨料磨損的結(jié)果。在摩擦過程中,鋼絲繩上的凸出體在正壓力的作用下壓入村墊一定深度，并沿村墊滑動(dòng)而引起微觀切削和犁溝效應(yīng)。微凸體作用在襯墊上的力可分為切向力和法向力，當(dāng)迎角的角度合適時(shí),微凸體在法向力的作用下壓入襯墊并在切向力的作用下對(duì)其表面進(jìn)行切削，并產(chǎn)生切屑,另外一部分微凸4因接觸角度不合適而只是把材料推向前邊和兩旁，材料未被切削而只產(chǎn)生塑性變形，經(jīng)反復(fù)塑變而造成斷裂,引起犁溝效應(yīng)磨損。

村墊材料因其分子鏈結(jié)構(gòu)形式的原因使彈性較大，在受力時(shí)產(chǎn)生很大的變形，當(dāng)鋼絲繩上的微凸體以一定的壓力壓在村墊表面上時(shí)，襯墊表面的大部分只是向下變形而沒有破裂微凸體僅僅是“陷人”而不是”切人”村墊表面，當(dāng)微凸體滑過時(shí)，襯墊表面又反彈回來，所以微觀切削的形成很困難,即使在局部存在切削也是斷續(xù)的而非連續(xù)的，這使得切削后的表而雖然有方向性但方向性和整齊性都比金屬摩擦副要差。當(dāng)鋼絲繩上的微凸體從村墊表面滑過時(shí)，大部分材料未被切削而只是被推向兩旁，并發(fā)生了彈、塑性變形，微凸體滑過后這些材料又要恢復(fù)到原來的位置但由于發(fā)生了一定程度的塑性變形，所以不能恢復(fù)到原始位置。

在不斷有微凸體捐過的作用下，襯墊表面逐漸形成了一條條的“凸脊”,當(dāng)微凸體滑過來時(shí)，凸資被擠向兩側(cè)，而微凸體滑過去后它們又要恢復(fù)到原位置，即在微凸體的反復(fù)作用下凸脊將沿著相對(duì)運(yùn)動(dòng)的垂直方向不斷擺動(dòng)，這將在凸脊的根部起疲勞應(yīng)力和裂紋，隨著循環(huán)次數(shù)的增加，裂紋逐漸擴(kuò)展，本次試驗(yàn)中在凸脊根部發(fā)現(xiàn)的長(zhǎng)達(dá)40~50um 的大裂紋就是由于這種疲勞應(yīng)力引起的。對(duì)于在凸脊之間的凹谷中出現(xiàn)的雜亂無章的小裂紋、經(jīng)分析認(rèn)為也是由于鋼絲繩上的微凸體在村墊表面上反復(fù)作用而引起的疲勞應(yīng)力的結(jié)果。

當(dāng)微凸體在凹谷的表面滑過時(shí)，雖然沒有造成切削，但在村墊表層中引起了變形和應(yīng)力，而鋼絲繩的運(yùn)動(dòng)是往復(fù)式的，當(dāng)微凸體向相反方向運(yùn)動(dòng)時(shí)在表層中引起的應(yīng)力與前一運(yùn)動(dòng)時(shí)引起的應(yīng)力方向正好相反，在這些方向相反的交變應(yīng)力的作用下，在凹谷表面的次表層中將產(chǎn)生裂紋，并且隨著應(yīng)力循環(huán)次數(shù)的增加而導(dǎo)致裂紋向表面擴(kuò)展，最終在表面形成了很多小裂紋。

貝殼狀結(jié)構(gòu)是大的顆粒脫落之后造成的結(jié)果。做村墊所用的材料并不是純凈的聚氨醋，在生產(chǎn)的過程中加入了各種填料以改善其性能.這些填料以很細(xì)的顆粒形態(tài)分布于襯墊材料之中。

在摩擦的過程中極易在其周圍形成應(yīng)力源。當(dāng)這些顆粒半裸露在摩擦面上時(shí)，在鋼絲繩上的微凸體的反復(fù)作用下，它們和基體材料之間將產(chǎn)生疲勞應(yīng)力和裂紋，并且隨著循環(huán)次數(shù)的增加而引起裂紋的擴(kuò)展，最終造成顆粒的脫落。

脫落后的襯墊表面由于是凹陷下去的，所以沒有受到鋼絲繩的進(jìn)一步磨損而保持了光滑的形貌對(duì)于磨損后的鋼絲繩表面同樣使用了掃描電鏡進(jìn)行顯微分析所得的顯微照片如圖3 所示,圖3的放大倍數(shù)為200 倍從上可以看出在鋼絲的表面上存在著由于摩擦而造成的酸裂層。需要指出的是，鋼絲在鋼絲繩中處于空間螺旋形態(tài)，所以沿著鋼絲的方向并不是相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向，圖中磨痕的方向才是運(yùn)動(dòng)方。

向。對(duì)圖3放大1500 倍時(shí)，可清楚地看出在鋼絲繩上存在著一層薄膜，在摩擦過程中由于受壓力的作用而造成了薄膜的破裂，破裂后的膜堆積在裂口周圍,形成很多片狀的“剝皮”。對(duì)圖3放大7.5<10 倍時(shí)、從中可測(cè)出膜的厚度約為 0.2fm，并可清晰地看到薄膜之下的鋼絲繩基體。

分析認(rèn)為該膜的形成與摩擦過程中的粘著現(xiàn)象有關(guān)當(dāng)鋼絲繩與襯墊接觸時(shí)，鋼絲繩的繩股壓人襯墊的繩槽之中，負(fù)荷所產(chǎn)生的法向力由襯墊表面上凹凸不平的頂端承受.在這些接觸點(diǎn)上·局部應(yīng)力很大。以致于兩表面靠得很近，由于范德華力的存在、兩表面的原子互相吸引，產(chǎn)生粘結(jié)點(diǎn)，而鋼絲繩要相對(duì)于襯墊運(yùn)動(dòng)，就必須破壞這些粘結(jié)點(diǎn)。

鋼絲繩的強(qiáng)度和硬度都比村墊大得多，故磨損僅在襯墊一側(cè)。磨損下來的物質(zhì)粘附于鋼絲繩之上，并向接觸點(diǎn)外的區(qū)域轉(zhuǎn)移、最終在鋼絲繩面向襯墊的一側(cè)形成一層不規(guī)則的粘附膜。文中提到的疲勞磨損造成的磨屑也會(huì)由于分子間吸引力的作用也粘附于鋼絲繩之上.這是形成粘附膜的另一個(gè)原因。粘附膜依附在鋼絲繩表面,在摩擦的過程中由于摩擦力和正壓力的作用還會(huì)破裂但是破裂后的粘附膜碎片中的一部分會(huì)二次粘附在鋼絲繩上，并且在摩擦?xí)r還會(huì)有新的襯墊材料被吸引而轉(zhuǎn)移到鋼絲繩表面，所以酸裂的部分很快又被粘附層覆蓋。

3、結(jié)語

在鋼絲繩與聚氨村熱的座擦過程中存在著磨料磨損、疲勞磨損和粘著磨損 3種磨損形式。在磨料磨損中由于犁溝作用而在襯墊表面上形成了“凸脊”,在“凸肯”之間的凹谷中由疲勞應(yīng)力形成了微裂紋，“凸脊”由于受到鋼絲繩上微凸體的往復(fù)作用而在根部產(chǎn)生了較長(zhǎng)的疲勞裂紋:在摩擦的過程中存在著襯墊材料向鋼絲繩上轉(zhuǎn)移的現(xiàn)象、并最終在鋼絲繩上形成了一層約厚 0.2 pm 的粘附膜。所得這此結(jié)果將為進(jìn)一步的研究襯墊。