影響材料耐磨性的主要因素有:
硬度
金屬材料的耐磨性可以由材料的硬度來衡量。這主要是因?yàn)椴牧系挠捕确从沉瞬牧系挚刮锪蠅喝氡砻娴哪芰Γ捕雀呶锪蠅喝瞬牧媳砻娴纳疃染蜏\,切削產(chǎn)生的磨屑體積就小,即磨損就小,耐磨性就高。因此,導(dǎo)致材料硬度提高的金屬組織,一般也能提高材料的耐磨性。但是,由于材料的成分和組織有差別,材料組織可能不適應(yīng)某一種特定的磨損條件,硬度大小不能成為比較材料耐磨性的充分基礎(chǔ)。
晶體結(jié)構(gòu)和晶體的互溶性
密排六方點(diǎn)陣金屬材料,即使摩擦面在非常干凈的情況下,其摩擦因數(shù)仍為0.2一0.4,磨損率也較低。鈷就屬于這種典型的材料,因此鈷可以作為硬度高的耐磨合金的重要組成元素。冶金上互溶性較差的一對(duì)金屬摩擦副可以獲得較低的摩擦因數(shù)和磨損率。如與鋼形成一對(duì)摩擦副的材料在鐵中的溶解度很小,或者這種材料是一種金屬間化合物,則這對(duì)摩擦副表面的耐磨性就較好。
溫度
溫度主要是通過對(duì)硬度、晶體結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變、互溶性以及增加氧化速率的影響來改變金屬材料的耐磨性的。金屬的硬度通常隨溫度的上升而下降,所以溫度升高,磨損率增加。有些摩擦零件(如高溫軸承、刀具)就要求采用熱硬性高的材料。材料中應(yīng)含有鈷、鉻、鎢和鉬等合金元素。摩擦副的互溶性可以看做是溫度的函數(shù)。如果溫度上升,則材料易于互溶.影響材料的磨損率。此外,溫度的升高對(duì)增加氧化速率起著促進(jìn)作用,而且對(duì)生成氧化物的種類有顯著的影響,所以對(duì)摩擦和金屬的磨損性能也有重要的作用。
塑性和韌性
塑性和韌性高說明材料可吸收的能量大,裂紋不易形成和擴(kuò)展,材料承受反復(fù)變形能力大,不易形成疲勞剝落,即耐磨性好。試驗(yàn)表明,硬度相同的不同材料其耐磨性是有差異的。同樣,韌性相同的不同材料耐磨性也不相同。如淬火態(tài)的試樣和淬火+回火的試樣相比較,硬度可能相當(dāng),但由于韌性不同而造成耐磨性的不同。其實(shí)質(zhì)是顯微組織的不同而導(dǎo)致的耐磨性不同。但如果耐磨材料的顯微組織相同,則可以以硬度的高低來衡量耐磨性的高低。
強(qiáng)度
磨損過程中,金屬基體強(qiáng)度高,可以對(duì)抗磨硬質(zhì)相提供良好的支撐,充分發(fā)揮抗磨硬質(zhì)相抵抗磨損的能力,使耐磨材料表現(xiàn)出優(yōu)異的耐磨性,在相同硬度下,高強(qiáng)度耐磨材料具有更好的耐磨性。
夾雜物等冶金缺陷
鋼中的非塑性夾雜物等冶金缺陷,對(duì)疲勞磨損有嚴(yán)重的影響。如鋼中的氮化物、氧化物、硅酸鹽等帶棱角的質(zhì)點(diǎn),在受力過程中,其變形不能與基體協(xié)調(diào)而形成空隙,構(gòu)成應(yīng)力集中源,在交變應(yīng)力作用下出現(xiàn)裂紋并擴(kuò)展,最后導(dǎo)致疲勞磨損早期出現(xiàn)。因此,選擇含有害夾雜物少的鋼(如軸承常用凈化鋼),對(duì)提高摩擦副抗疲勞磨損的能力有重要的意義。在某些情況下,鑄鐵的抗疲勞磨損能力優(yōu)于鋼,這是因?yàn)殇撝形⒘鸭y受摩擦力的影響具有一定的方向性,且也容易滲入油而擴(kuò)展;而鑄鐵基體組織中含有石墨,裂紋滑石墨發(fā)展且沒有方向性,潤(rùn)滑油不易滲入裂紋。
表面粗糙度
在接觸應(yīng)力一定的條件下,表面粗糙度值越小,抗疲勞磨損能力越高。當(dāng)表面粗糙度值小到一定值后,對(duì)抗疲勞磨損能力的影響將減小。如滾動(dòng)軸承,當(dāng)表面粗糙度值Ra為0. 32μm時(shí),其軸承壽命比Ra為0.63μm的高2—3倍,Ra為0.16μm比Ra為0.32μm的高l倍,Ra為0.08 μm比Ra為 D.16μm的高0.4倍,而Ra為0.08μm的以下時(shí),其變化對(duì)疲勞磨損影響甚微。如果接觸應(yīng)力太大,則無論表面粗糙度值多么小,其抗疲勞磨損能力都不高。此外,若零件表面硬度越高,其表面粗糙度值也就應(yīng)越小,否則會(huì)降低抗疲勞磨損能力。
此外,材料中的合金元素和第二相及基體組織也明顯影響其耐磨性。