20世纪50年代F.P.Bowdon提出了黏着理论,由于复杂性较高,目前其理论仍不成熟和稳定,许多问题尚待探求。在混合润滑或边界润滑条件下,黏着机理磨损仿真的经典模型有Holm黏着磨损模型、Archard黏着磨损模型。
1.Holm黏着磨损模型
Holm黏着磨损模型假设在摩擦副面接触条件下,由于摩擦其中一侧的原子会被另一侧捕捉,这样在黏着磨损过程中形成物质的转移而产生磨损。接触发生在真实接触面积Ar中,滑动距离为L,当原子间的距离为a时,在摩擦面上相互接近的原子数N2为
磨损体积V中所包含的试样原子数N1为
根据这种分析,试样一侧的原子被另一侧捕捉的概率Z为
当载荷为P时,V可写成
式中,P=Ar·σs,σs为材料屈服强度。
Holm磨损公式的形式与Archard公式基本相同,只是提出得早一些。它能对许多磨损现象进行说明。但是大量试验也证明了,磨损并非像Holm认为的那样只是原子级的移动过程,换句话说,黏着磨损不是所谓的原子捕捉,而是更大规模的原子成片、成块的转移过程。
2.Archard黏着磨损模型
1953年,美国Archard在前人工作的基础上,提出磨损计算模型,其认为对于平滑表面而言,接触会发生在微凸体峰元,因局部集中应力的作用,在接触处发生塑性变形。假设两个微凸体为一对半径相同的半球形,下微凸体材料较软,硬度为H,该对微凸体所受法向载荷为δP,则发生变形后的接触面积为
式中,δA——该对微凸体塑性变形后的接触面积;
a——该接触面积的半径。(www.xing528.com)
若每次滑动产生一个磨损体积为δV的颗粒,则磨损体积为δV=2πa3/3。而微凸体滑动摩擦持续的行程为δL=2a,于是可以求得单个颗粒的体积磨损率δvt为
对于整个接触平面来说,体积磨损率vt为
式中,K1——比例常数,其表示一次摩擦产生一个磨损颗粒这一假设和实际情况存在的差异。
为简化起见,取K=K1/3,因而可得
式中,V——磨损体积,m3;
K——磨损系数;
P——压力,N;
L——滑动距离,m;
H——材料硬度,Pa。
Archard模型也有不足之处:它完全忽略了金属变形的物理特征;在数学推导中使用了一些假设,有些过于武断,不尽合理;而且,这个模型对不同条件下的金属磨损未能提供透彻的说明。但是该模型仍是目前应用较多的计算理论,特别是许多研究人员都是在该模型基础上,依据研究对象情况进行修正而成功解决了一些具体工程实践问题。
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