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李和宾
摘 要：金属材料失效有磨损、断裂和腐蚀。其中磨损失效是金属材料失效的主要形式。为提高机械设备的安全性、运行效率以及经济效益，本文从金属材料磨损的危害、原理各方面进行了分析研究，提出了降低金属材料磨损的措施。
关键词：金属材料磨损；失效；防护
DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.17.012
我国是制造业大国，正在向制造业强国迈进。虽然我国的制造业范围很广，但任何一项制造业都离不开机械。有机械就有磨损，对于一个小的的制造业来说，金属材料磨损失效引起的损失可能不太大，但对于大的制造业，金属材料磨损引起的损失就比较大。大部分制造业都是二十四小时工作，三班倒，金属材料磨损失效一年所引起的损失就大了。放眼全国的制造业，可以想象金属材料磨损失效引起的损失有多大，所以其防护研究问题也同样变得十分重要。
1 金属材料磨损失效的危害
金属材料的磨损主要是由于金属零件之间的相互运动而引起的零件表面摩擦，进而引起零件表面的损耗，最终使得零件的尺寸、外形、表面质量、组织机构及其性能发生变化，从而影响机械的正常运行。由于很大一部分机械是一天二十四小时运行，在高速、高温、高负荷的工作环境下进行，又有粉尘、水汽等对零件表面的入侵，所以零件表面的磨损很大。如果零件的材料选择不合适及不及时进行零件的清洁、润滑保养，就会影响机械的运转效率及工作性能，甚至影响机械的安全性能，导致机械设备发生故障。这不仅缩短机械的使用寿命，还会引起安全事故。
2 金属材料磨损失效的基本形式
为了对金属材料磨损进行有效的防护，就必须对金属材料的磨损形式进行分析研究，从机理上找出减少金属材料磨损的方法。常见的金属材料磨损有磨粒磨损、黏着磨损、疲劳磨损、腐蚀磨损及振动磨损。
（1）磨粒磨损。金属材料磨损最常见的的磨损是磨粒磨损，它是金属材料磨损失效的主要成因。磨粒磨损主要是由于外部硬质颗粒或者零件表面硬质突起物在相互运动过程中引起摩擦而引起零件表面的破坏。
（2）粘着磨损。粘着磨损是在相对滑动的零件之间，由于超负荷或者润滑不好，使得零件表面温度急剧升高而引起塑性变形，引起零件表面金属融化而焊接。冷却后由于运动使焊接点被切断，多次反复，就会破坏零件的摩擦表面。
（3） 疲劳磨损。零件由于长期的运行，导致金属材料超过其疲劳度，从而零件表面凹坑、脱落、裂纹等，引起零件表面的磨损和破坏。
（4）腐蚀磨损。 由于零件表面与周围的介质发生化学反应而产生腐蚀物，这些腐蚀物又在运动过程中磨损，零件表面再进一步腐蚀。这样往复循环，造成零件表面的腐蚀磨损加剧。
（5）微动磨损。在相对固定的零件之间，由于振动而形成零件表面摩擦的磨损叫微动磨损。微动磨损相对来讲磨损较小。
3 金属材料磨损失效的防护措施
（1）提高零件表面的耐磨性。1）化学热处理。化学热处理是渗入一些外来元素改变零件表面的化学结构以提高其硬度，这个过程一般通过固态扩散来完成。但化学热处理需要专业人员来完成，且处理时间长，成本较高。这种方法仅适用于一些特殊的零件处理，使用较少。
2）表面薄膜强化。表面薄膜强化是利用离子注入、电镀、气相沉积等方法在零件表面形成覆盖膜，这层膜硬度高，抗腐蚀性强，从而提高零件的耐磨性。3）表面形变强化。利用冷挤压、喷丸等机械方法使零件表面强度、硬度增加的方法叫表面变形强化。一般来讲，这种方法效果好且操作简单，使用频率较高。4）表面热处理强化。通过快速加热、高温等方式热处理零件表面，使其发生固态相变，以提高零件的耐磨性以及抗疲劳强度。该法效果好，操作简单，是较常用的一种方法。5）表面合金强化。表面合金强化是指将覆盖在零件表层的合金材料融化，然后快速冷却，从而形成硬化层，硬化层的组织机构和化学成分最佳化，这样零件的表层耐磨性增强。一般通过高能量密度的快速加热方法来实现。
（2）合理选择耐磨性金属材料及其制造工艺。随着材料科学的迅速发展，新型耐磨性材料日益涌现，在制造设备时，特别是转动有摩擦零件的制造，应紧跟科技的形势，选择耐磨性好的材料制造零件，以有效减少零件的磨损。另外，改善零件的制造工艺，提高零件表面的光滑度，降低其摩擦系数，以减少零件的磨损。同时，改进机械设备的切削工艺、铸造工艺、焊接工艺、锻造工艺，从而有效提高零件的机械性能、化学性能和物理性能。比如，改进锻造工艺可以提高零件的抗电化学腐蚀性能。
（3）采取预防性维修方式。第一，给设备建立安全运行档案，对零件的磨损故障后果及原因进行分析，并作相应的反馈。结合分析结果改进零件磨损防护措施。第二，将机械设备分成若干模块，对于磨损较大的模块要重点观察分析，及时掌握磨损情况，及时采取磨损防护措施。第三，由机械设备操作人员或熟悉该设备的专家选择具体的维修方式，使所选择的维修方式更有针对性和更加有效。
（4）保证优良的工作环境。高温、超负荷、振动、长时间连续作业都会增加零件的磨损，应尽量避免这些情况发生。另外，粉尘、水汽、酸碱性化学物质等会增加零件表面的磨粒磨损和腐蚀磨损，所以应尽量减少这些物质的入侵。给机械设备提供一个好的环境会有效的提高零件的寿命。
（5）定期保养。定期对零件进行润滑、保养和维修，提高设备的运行效率，保证机械设备的安全运行，提高其使用寿命。
4 结束语
虽然影响金属零件磨损的因数很多，当前使用的措施也不少。但最关键的是材料的选择和加工工艺的改进。材料科学一直以来是支撑工业发展、科技进步的基础学科，所以为有效的降低零件的磨损，必须从材料选择和加工入手，紧跟当前科技发展的步伐，及时改进材料及改善其加工工艺，从根本上解决金属材料磨损失效问题，以提高其防护水平。从而提高我国机械工业的发展水平，降低因金属材料磨损失效而引起的经济损失。
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