影響摩擦因數(shù)的因素
2008-07-29
1.表層性質(zhì)
由于污染、化學(xué)熱處理、電鍍和潤滑劑的作用等,在金屬表面形成一層極薄的表面膜(如氧化膜、硫化膜、磷化膜、氯化膜、錮膜、鎘膜、鋁膜等),使表層具有與基體不同的性質(zhì)。若表面膜在一定厚度內(nèi),實(shí)際接觸面積仍撒于基體材料而不是表面膜,同時可使表面膜的抗剪強(qiáng)度低于基體材料的抗剪強(qiáng)度;另一方面因表面膜的存在而不易發(fā)生粘著,因此摩擦力和摩擦因數(shù)可隨之降低。
表面膜厚度對摩擦因數(shù)也有很大影響。若表面膜太薄,膜易被壓破而出現(xiàn)基體材料的直接接觸;若表面膜太厚,一方面因膜較軟而使實(shí)際接觸面積增大,另一方面兩對偶表面上的微峰在表面膜上的犁溝效應(yīng)也較為突出。可見,表面膜有一個值得尋求的Z佳厚度。
2.材料性質(zhì)
金屬摩擦副的摩擦因數(shù)隨配對材料的性質(zhì)不同而異。一般說來,相同金屬或互溶性較大的金屬摩擦副,容易發(fā)生粘著,其摩擦因數(shù)較大;反之,摩擦因數(shù)較小。不同結(jié)構(gòu)的材料具有不同的摩擦特性。如石墨因具有穩(wěn)定的層狀結(jié)構(gòu)且層間的結(jié)合力小,容易滑動,故摩擦因數(shù)較小;又如金剛石配對的摩擦副因硬度高、實(shí)際接觸面積小而不易發(fā)生粘著,其摩擦因數(shù)也較小。
3.溫度
周圍介質(zhì)溫度對摩擦因數(shù)的影響,主要是由于表層材料性質(zhì)發(fā)生變化而引起的,鮑登等人的試驗(yàn)表明,許多金屬(如鉬、鎢、欽等)及其化合物的摩擦因數(shù),在周圍介質(zhì)溫度為700~800℃時出現(xiàn)Z小值。出現(xiàn)這種現(xiàn)象是因Z初溫升使抗剪強(qiáng)度下降,進(jìn)一步溫升又使屈服點(diǎn)急劇下降而引起實(shí)際接觸面積增大許多的緣故。但高聚物摩擦副或壓力加工時,摩擦因數(shù)隨著溫度的改變將出現(xiàn)極大值。
由上述可見,溫度對摩擦因數(shù)的影響是多變的,因具體工況條件、材料特性、氧化膜變化等因素的影響而使溫度與摩擦因數(shù)的關(guān)系變得十分復(fù)雜。
4.相對運(yùn)動速度
一般情況下,滑動速度會引起表層發(fā)熱和溫升,從而改變表層的性質(zhì),因此摩擦因數(shù)必將隨之變化。
圖1是克拉蓋爾斯基等人得出的試驗(yàn)結(jié)果。對于一般彈塑性接觸狀態(tài)的摩擦副,摩擦因數(shù)隨滑動速度的增加而越過一極大值,如圖中曲線2和3,并且隨著對偶表面間法向載荷的增加,其極大值的位置向坐標(biāo)原點(diǎn)移動。當(dāng)載荷極小時,曲線只有上升部分;而載荷極大時曲線只有下降部分,如圖中曲線1和4所示。
當(dāng)摩擦副對偶表面的相對滑動速度超過50m/s時,接觸表面產(chǎn)生大量的摩擦熱。因接觸點(diǎn)的持續(xù)接觸時間短,瞬間產(chǎn)生的大量摩擦熱來不及向基體內(nèi)部擴(kuò)散,因此摩擦熱集中在表層,使表層溫度較高而出現(xiàn)熔化層,熔化了的金屬液起著潤滑作用,使摩擦因數(shù)隨速度增加而降低,如銅在滑動速度為135m/s時,其摩擦因數(shù)為0.055;而在350m/s時,則降為0.035。但有些材料(如石墨)的摩擦因數(shù)幾乎不受滑動速度的影響,其原因是這類材料的力學(xué)性能可在很寬的溫度范圍內(nèi)保持不變。
對于邊界摩擦,在速度低于0.0035m/s,即由靜摩擦向動摩擦過渡的低速度范圍內(nèi),隨著速度的加快,吸附膜的摩擦因數(shù)逐漸減小而趨于定值,反應(yīng)膜的摩擦因數(shù)也逐漸增大而趨于定值。
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圖1 滑動速度的影響
1―極小的載荷 2、3―中等的載荷 4―極大的載荷
5.載荷
