车辆发动机载荷谱与摩擦磨损失效机理

摩擦磨损失效机理表现为摩擦系统中各要素之间的相互作用，一般分为磨粒磨损、黏着磨损、腐蚀磨损和表面疲劳磨损4种。

1.磨粒磨损机理

磨粒磨损是指摩擦副一方受到另一方（较硬的一方）的表面粗糙微凸体或者中间微粒物质的作用，而发生划伤和微切削的过程。由此可知，两个表面之间在接触的位置发生直接接触，且一个表面比另一个表面硬得多时，才会引起磨粒磨损。它表现为硬表面（微凸体）嵌入软表面，并在微凸体的周围出现软表面的塑性流动，当有切向运动时，硬表面通过微切削将软表面材料除去。

材料的硬度对磨损有着决定性的影响，具体来说，有以下几种情况：

（1）对于退火状态下的纯金属和退火钢，其相对耐磨性与其硬度成正比。

（2）对于非金属硬材料，相对耐磨性和硬度之间呈线性关系。

（3）对于结构钢，淬火、回火热处理可改善钢的抗磨粒磨损能力。

在发动机中，这种磨损是由进气吸入的尘沙、磨损下来的金属屑、燃油和润滑油中的杂质等所引起的，这些坚硬的杂质颗粒嵌入两个滑动面之间时，就会引起像锉刀锉东西似的磨损，造成表面的划痕，俗称“拉缸”。为了减少磨料磨损，可采取两方面措施：一方面，精细地加工摩擦表面，减少表面的粗糙度、降低负荷、减少滑动距离以及增大软材料的硬度等；另一方面，很好地滤掉空气、燃油和润滑油中的杂质，这是减少发动机磨粒磨损的有效措施。

2.黏着磨损机理

黏着磨损是指摩擦副双方间原子键的形成（显微熔接）和分离的过程。如果摩擦副之间发生如金属与金属直接接触，则在界面上会形成黏着结点；当摩擦副发生相对运动时，这种原子键的联结会脱开，这种脱开并不一定发生在原始微观接触处，而有可能在摩擦副双方表面层附近，其结果使材料从摩擦副一方转移到另一方，这个过程叫作材料转移过程。在这过程中，常常会形成磨粒脱落。(www.xing528.com)

黏着磨损始于材料黏着结点的形成，而这种形成的难易程度主要取决于材料接触时的性质，故这种磨损与一些性质有密切关系，如接触物体表面电子结构（如果一种金属作为电子施主，另一种金属作为电子得主，将会出现很强的黏着现象）、晶体结构（六方体晶体金属的黏着倾向通常比体心立方或面心立方金属的低）、晶体排列方式（高密度低表面能的排列方式黏着倾向较低）等。

发动机在正常运转中，一般不会发生黏着磨损。但是，当发动机的运转条件急剧改变时，即在负荷大、润滑和冷却不良时，就会出现局部油膜破裂，两个滑动面有极微小的金属表面直接接触，摩擦造成局部高温，使之熔融黏着、脱落，逐步扩大就会发生黏着磨损。与磨粒磨损相比，这是一种破坏性更大的异常磨损，有时发生在数分钟之内，一旦发生，就会使滑动面遭到严重损伤，以致零件很快报废。若发生黏着磨损，在气缸和活塞之间就会造成“咬缸”，在轴承和气门导管中就会产生烧损；在齿轮中就有可能使轮齿折断，在凸轮中就会使桃尖磨光等。

避免黏着磨损的基本方法是防止油膜破裂。在发动机运转中，应尽量避免突然增加负荷和转速，并保证充分供油，以便滑动面处于良好的润滑和冷却状态。此外，还要注意摩擦偶件的材料匹配，从使用工况上来看，当发动机在试车或高负荷运转而出现严重窜气现象时，常常发生黏着磨损。

3.腐蚀磨损机理

所谓腐蚀磨损，是在摩擦作用促进下，摩擦副的一方或双方与中间物质或环境介质中的某些成分发生化学反应的过程。材料表面和环境介质发生反应形成反应物后，在接触过程中，反应物促使表面裂纹形成并引起磨粒磨损，同时造成新的新鲜表面，使上述过程得以重复出现。腐蚀磨损的磨损量一般比黏着磨损的低得多，因此很多场合下宁愿设法以腐蚀磨损为代价，以防止严重的黏着磨损或由黏着引起的咬合现象发生。

发动机的腐蚀分为高温腐蚀和低温腐蚀两种。高温腐蚀是由于重油中含有的钒燃烧后，经V2O3生成V2O6所引起的腐蚀，常发生在活塞头部和排气阀及其阀座处。低温腐蚀是由燃料中所含的硫引起的，硫燃烧后生成SO2，其中一部分氧化成SO3，在露点（40～50℃）以下，SO3和气缸套壁面上的水（H2O）化合生成硫酸（H2 SO4），对气缸套表面产生酸腐蚀。特别是在劣质燃油中含硫量达2%～4%时，在低温下（低温起动、停车之后温度降低时，以及在低负荷运转时）产生的酸腐蚀磨损较为严重。

4.表面疲劳磨损机理

表面疲劳磨损是指在交变负荷作用下，在摩擦副表面形成裂纹并扩展，直至造成磨屑脱落的过程。这个过程主要是表面层上应力作用的结果，与表面间是否出现直接接触无关。例如，滑动轴承表面能够被一层油膜完全隔开，但仍然可以通过油膜传递应力，使表面发生疲劳磨损。在滑动过程中，微凸体受到循环应力作用而导致裂纹和扩展。

发动机中疲劳磨损常发生在滑动轴承、滚动轴承、齿轮、凸轮等摩擦副表面，防止产生疲劳磨损的措施是降低接触应力。