磨损的分类 
          直至目前，出现的磨损分类很多，没有完全统一的标准，比较通用的还是
J.T.Burwell 和C.D.Strange 提出的方案，他们按照磨损机理将磨损型式主要分 
为以下几种： 
1）磨粒磨损：指的是外界硬颗粒或者对磨表面上的硬突起物在摩擦过程中引起
表面材料脱落的现象。 
2）粘着磨损：当摩擦副表面相对滑动时，由于粘着效应所形成的粘着结点发生
剪切断裂，被剪切的材料或脱落成磨屑，或由一个表面迁移到另一个表面，
此类磨损统称为粘着磨损。 
3）表面疲劳磨损：两个相互滚动或者滚动兼滑动的摩擦表面，在循环变化的接
触应力作用下，由于材料疲劳脱落而形成凹坑，统称为表面疲劳磨损。 
4）腐蚀磨损：摩擦过程中，金属与周围介质发生化学或电化学反应而产 
生的表面损伤，称为腐蚀磨损。 
       一个摩擦学系统的磨损形式往往是这几种磨损形式的综合作用，一般一段时期以
某种磨损形式为主，并伴有其它形式的磨损。从第一章可知，传动用滚子链在刷油
润滑条件下，传动链铰链副的主要磨损形式是磨粒磨损，并伴有疲劳磨损，同时由
于和空气和润滑油的接触，必将发生腐蚀磨损。   
 


                                                      磨粒磨损 
一、 磨粒的种类 
      磨粒磨损有以下三种形式 
     1、  外界磨粒移动于两摩擦面之间，类似于研磨作用，此称为三粒磨粒磨损。通
常三粒磨损与金属表面产生极高的接触应力，往往超过磨粒的压溃强度。这
种压应力使韧性金属的摩擦表面产生塑性变形或疲劳；而脆性金属表面则发
生脆裂或剥落。 
     2、  磨粒沿一个固定表面相对运动产生的磨损称为二体磨粒磨损。当磨粒运动方
向与固体表面接近平行时，磨粒与表面接触处的应力较低，因此固体表面产
生擦伤或微小的犁沟痕迹。如果磨粒运动方向与固体表面接近垂直时，常称
为冲击磨损。此时磨粒与运动表面产生高应力碰撞，在表面上磨出较深的够
槽，并有大颗粒材料从表面脱落。冲击磨损量与冲击能量有关。 
     3、  在一对摩擦副中，硬表面的粗糙峰对软表面起着磨粒作用，这也是二体磨损，
这通常是低应力磨粒磨损。 
2） 影响磨粒磨损的因素 
      1、  磨粒磨损和被磨材料硬度有显著的关系。 
        当磨料硬度低于材料硬度时，不产生磨粒磨损或产生轻微磨损。而当磨
料硬度超过材料硬度以后，磨损量随硬度而增加。如果磨料硬度更高将产生
严重磨损，但磨损量不再随磨料硬度变化。提高材料硬度的方法有改善合金
成分、热处理或冷作硬化等三种。对纯金属和未经热处理的钢材，耐磨性与
材料硬度成正比关系。用热处理方法提高钢的硬度也可以使它的耐磨性沿直
线缓慢增加，通过塑性变形使钢材冷作硬化能够提高钢的硬度，但不能改善
其抗磨粒磨损的能力。 
       2、  磨粒磨损与磨料的硬度、强度、尖锐程度和颗粒大小等因素有关。 
 
       3、  载荷显著影响各种材料的磨粒磨损。 
               其磨损量和表面压力成正比，当压力达到转折值时，线磨损度（单位位
         移的磨损厚度）随压力的增加变得平缓，这是由于磨粒磨损形式转变的结果。 
 
        4、  如果滑动速度不大，不至于使金属发生退火效应时，线磨损度将与滑动速度
          无关。 
        5、在磨损开始时，由于磨合作用使线磨损度随摩擦次数而下降，同时表面粗糙
          度得到改善，随后磨损趋于平缓。 
3）磨粒磨损机理 
     目前主要有三种磨粒磨损机理，即： 
     1、  微观切削 
        法向载荷将磨粒压入摩擦表面，而滑动时的摩擦力通过磨粒的犁沟作用使表
面剪切、犁皱和切削，产生槽状磨痕。 
       2、  挤压破坏 
      磨料在载荷的作用下压入摩擦表面而产生压痕，将塑性材料的表面挤压出层
状或鳞状的剥落碎屑。 
     3、  疲劳破坏 
摩擦表面在磨料产生的循环接触应力作用下，使表面材料因疲劳而剥落。 
        总之，磨粒磨损的机理是磨粒的犁沟作用，即微观切削过程。显然材料的相对
磨粒的硬度和载荷起着重要的作用。为了提高磨粒磨损的耐磨性  必须减少微观切削
作用。例如降低磨粒对表面的作用力并使载荷均匀分布，提高材料表面硬度，降低
表面粗糙度，增加润滑膜厚度，以及采用防尘或过滤装置保证摩擦表面清洁等等。 
 
 
 
 
                                                  粘着磨损 

二、 粘着磨损 
1）   粘着磨损的种类 
按照磨损严重程度、粘着磨损可分为： 
1、轻微粘着磨损。当粘结点的强度低于摩擦副两金属的强度时，剪切发生在结 
合面上。此时虽然摩擦系数增大，但是磨损却很小，材料迁移也不显著。通
常在金属表面具有氧化膜、硫化膜或其它涂层时发生此种粘着磨损。 
2、一般粘着磨损。粘结点的强度高于摩擦副中的软金属的剪切强度时，破坏
将发生在离结合面不远的软金属表层内，因而软金属粘着在硬金属表面上。
这种磨损的摩擦系数与轻微磨损差不多，但磨损程度加剧。 
3、擦伤磨损。当粘结强度高于两金属材料强度时，剪切破坏主要发生在软金
属的表层内，有时候也发生在硬金属表层内。迁移到硬金属上的粘着物又
使软金属出现划痕，所以擦伤主要发生在软金属表面。 
4、胶合磨损。如果粘结点强度比两金属的剪切强度高的多，而且粘结点面积
较大时，剪切破坏发生在一个或两个金属表层较深的地方。此时，两表面
出现严重磨损，甚至使摩擦副之间咬死而不能相对滑动。在高速重载摩擦
副中，由于接触峰点的塑性变形大和表面温度高，使粘着结点的强度和面
积增大，通常产生胶合磨损。 
 
2）粘着磨损机理 
          通常摩擦表面的实际接触面积只有表观面积的0.1%~0.01%。对于高速重载摩
擦副，接触峰点的表面压力有时候可达5000Mpa，并产生1000 度以上的瞬时温度。
而由于摩擦副体积远大于接触峰点，一旦脱离接触，峰点温度便迅速下降，一般局
部高温持续时间只有几个毫秒。摩擦表面处于这种状态下，润滑油膜、吸附膜或其
它表面膜发生破裂，使接触峰点产生粘着，随后在滑动中粘着结点破坏。这种粘着、
破坏、再粘着就构成了粘着磨损。 
粘着结点的破坏情况十分复杂，它与摩擦副和粘结点的相对强度以及粘结点的
分布有关。 
 
3） 影响粘着磨损的因素     
1、表面载荷。 
当载荷达到一定值时，磨痕直径骤然增大，这个载荷称为胶合载荷。 
2、表面温度。 
摩擦过程中产生的热量使表面温度升高，在表面接触点附近形成半球形的
等温面，在表层一定深度处各接触点的等温面将汇合成共同的等温面。最外层
是变形区，产生热量，因此表面温度最高，又因热传导作用造成变形区非常大
的温度梯度，变形区以内为基体温度，变化平缓。当表面温度达到临界值时，
磨损量和摩擦系数都急剧增加。影响温度特性的重要因素是表面压力P 和滑动
速度V，其中速度的影响更大，因此限制PV 值是减少粘着磨损和防止胶合发生
的有效方法。 
3、摩擦副材料。 
脆性材料的抗粘着磨损的能力比塑性材料高。塑性材料形成的粘着结点的
破坏以塑性流动为主，它发生在离表面一定深度处，磨屑较大，有时长达3mm，
深达 0.2mm。而脆性材料粘结点的破坏主要的剥落，损伤深度较浅，同时磨屑
容易脱落，不堆积在表面上。根据强度理论：脆性材料的破坏由正应力引起，
而塑性材料的破坏决定于剪切应力。而表面接触中的最大正应力作用在表面，
最大剪切应力却出现在离表面一定深度。所以材料塑性越高，粘着磨损越严重。 
相同金属或者互溶性大的材料组成的摩擦副粘着效应较强，容易发生粘着磨损，
异性金属或者互溶性小的材料组成的摩擦副抗粘着磨损的能力较高。而金属和非金
属组成的摩擦副的抗粘着磨损能力高于异种金属组成的摩擦副。从材料的组织结构
而论，多相金属比单相金属的抗粘着磨损的能力高。 
通过表面处理方法在金属表面上生成硫化物，磷化物等薄膜将减少粘着效应，
同时表面膜也限制了破坏深度，从而提高抗粘着磨损能力。此外，改善润滑条件，
在润滑油中加入油性和极压添加剂，选用热传导性高的摩擦材料或加强冷却以降低
表面温度，改善表面形貌以减少接触压力等都可以提高抗粘着磨损能力。 
 
 
 
                                             表面疲劳磨损               
1）表面疲劳磨损的种类 
1、表层萌生与表面萌生疲劳磨损   
表层萌生的疲劳磨损主要发生在以滚动为主的摩擦副，在循环接触应力
的作用下，这种磨损的疲劳裂纹发源于材料表层内部的应力集中源，例如非
金属夹杂物或空穴，通常裂纹萌生点局限在一狭窄区域，典型深度为0.3mm
左右，与表层内最大剪应力的位置相符合，裂纹产生后，首先顺滚动方向平
行于表面扩展，然后分叉延伸到表面，使磨屑剥落后形成凹坑，其断口比较
光滑，这种疲劳磨损的裂纹萌生所需时间较短，但裂纹扩展速度缓慢。 
表面萌生的疲劳磨损主要发生在以滑动为主的摩擦副中，裂纹发生在摩
擦表面上的应力集中源，例如切削痕、碰伤、腐蚀或其它磨损的痕迹等。此
时，裂纹由表面出发以与滑动方向成20 度~40 度角向表层内部扩展，到一
定深度后分叉形成脱落凹坑，其断口比较粗糙，这种磨损的裂纹形成时间痕
长，但扩展速度十分迅速，介质和润滑对裂痕扩展有影响。 
由于表层萌生疲劳破坏坑的边缘可以构成表面萌生裂纹的发源点，所以
这两种疲劳磨损是同时存在的。 
2、按照磨屑和疲劳坑的形状，通常将表面疲劳磨损分为鳞剥和点蚀两种，前者
磨屑成片状，坑浅而面积大；后者磨屑多为扇形颗粒，凹坑为许多小而深的
麻点。 
        试验表明，无论是退火钢或调质钢、纯滚动或滚动兼滑动的摩擦副，点蚀
疲劳裂纹起源于表面，再顺滚动方向向表层内扩展，并形成扇形的疲劳坑。鳞
剥疲劳裂纹始于表层内，随后裂纹与表面平行向两端扩展，最后在两端断裂，
形成整个试件宽度上的浅坑。 
 
 
 
 
 
2.4.3.2   影响疲劳磨损的因素 
1、载荷性质。 
首先载荷大小决定了摩擦副的宏观应力场，直接影响疲劳裂纹的萌生和扩
展，通常认为是决定疲劳磨损寿命的基本因素。此外，载荷的性质也有巨大的
影响，试验表明，短期的高峰载荷周期性地加在基本载荷上，不仅不降低反而
会提高接触疲劳寿命，进一步的试验还表明，只有当高峰载荷作用时间接近循
 
环周期一半时，高峰载荷才开始降低接触疲劳寿命。 
接触表面的摩擦力对于疲劳磨损有着重要的影响。少量的滑动将显著地降
低接触疲劳寿命。通常纯滚动的切向摩擦力只有法向载荷的 1~2%，而引入滑
动以后，切向摩擦力可增加到法向载荷的10%。摩擦力促进接触疲劳过程的原
因是：摩擦力作用使最大剪应力的位置趋于表面，增加了裂纹萌生的可能性。
此外，摩擦力所引起的拉应力促使裂纹扩展加速。 
应力循环速度也影响接触疲劳，由于摩擦表面在每次接触中都产生热量，
应力循环速度越大，表面积聚热量和温度就越高，使金属软化而降低机械性能，
因此加速表面疲劳磨损。 
2、材料性能 
钢材中的非金属夹杂物破坏了基体的连续性，严重降低接触疲劳寿命。
特别是脆性夹杂物，在应力循环下与基体材料脱离形成空穴，构成应力集
中源，从而导致疲劳裂纹的早期出现。 
渗碳钢或其它表面硬化钢的硬化层厚度影响抗疲劳磨损能力。硬化层太
薄时，疲劳裂纹将出现在硬化层与基体的连接处，容易形成表层脱落。选择
硬化层厚度应使疲劳裂纹产生在硬化层内。此外，合理地提高硬化钢基体的
硬度可以改善表面抗疲劳磨损性能。 
通过增加材料硬度可以提高抗疲劳磨损的能力，但硬度过高，材料脆性
增加，反而降低疲劳寿命。 
摩擦表面的粗糙度与疲劳寿命密切相关，以滚动轴承为例，粗糙度为
Ra0.2 的轴承寿命比Ra0.4 的高2~3 倍，Ra0.1 的又比Ra0.2 的高一倍，Ra0.05
的比Ra0.1 的高0.4 倍，而粗糙度低于Ra0.05 的对寿命寿命影响甚微。 
 
3、润滑剂的物理与化学作用 
试验表明，增加润滑油的粘度可以提高抗接触疲劳的能力。此外，润滑油的
化学成分不同可以影响接触疲劳寿命，一般说来，润滑剂中含氧和水分时将
剧烈的降低接触疲劳寿命，当含有对裂纹尖端有腐蚀作用的化学成分时，也
显著降低疲劳寿命。如果添加剂能够生成较强的表面膜并减少摩擦时，将提
高疲劳磨损寿命。 
综上所述，接触疲劳磨损机理可以归纳如下：在疲劳磨损的初期阶段是形 
成微裂纹，无论有无润滑油的存在，循环应力起着主要作用。裂纹萌生在表面或者
表层，但痕快扩展到表面。此后，润滑油的粘度对于裂纹扩展起重要影响。 

2） 腐蚀磨损 
腐蚀磨损常见的有氧化磨损和特殊介质腐蚀磨损。 
3）  氧化磨损 
      当金属摩擦副在氧化介质中工作时，表面所生成的氧化膜被磨掉以后，又痕快
的形成新的氧化膜，所以氧化磨损是化学氧化和机械磨损两种作用相继进行的过程。 
氧化磨损的大小取决于氧化膜连结强度和氧化速度。脆性氧化膜与基体连结的
抗剪切强度较差，或者氧化膜的生成速度低于磨损率时，它们的磨损量较大。而当
氧化膜韧性高，与基体连结处的抗剪切强度较高，或者氧化速度高于磨损率，此时
氧化膜能起到减磨的作用，所以氧化磨损量小。 
根据载荷、速度和温度的不同，可以形成氧和铁的固溶体，粒状氧化物和固溶
体的共晶，或者不同形式的氧化物如FeO,Fe2O3、Fe3O4 等等，这些氧化物硬而脆。
氧化磨损的磨屑呈暗色的片状或丝状。片状的是红褐色的 Fe2O3，而丝状磨屑是灰
黑色的Fe3O4。有时可以用磨屑的这些特征来判断氧化磨损。 
干摩擦状态下容易产生氧化磨损。施加润滑油可以减少表面氧化作用，氧化层
较薄，因而提高抗氧化磨损能力。 
 
 
 
 
                                                        特殊介质磨损 
      对于在化工设备种工作的摩擦副，由于金属表面与酸、碱、盐等介质作用而形成
腐蚀磨损。 
腐蚀磨损的机理与氧化磨损相似，但磨损痕迹较深，磨损量也较大。磨屑呈粒
状和丝状，它们是表面金属与周围介质的化合物。 
 
 
                                                         表面品质与磨损 
           摩擦表面经过加工成形工艺以后具有不同的几何品质，如粗糙度，波纹度，
宏观几何偏差和加工痕迹方向等，以及不同的物理品质，如冷作硬化和初应力等。
这些都对磨损有巨大的影响。 
1）  几何品质的影响 
1、许多试验表明，对于不同的磨损工况条件，表面粗糙度都具有一个最优值
HR0，此时磨损量最小。最优粗糙度的存在表明磨损过程是摩擦副表面之 
间机械的和分子的联合作用。当表面粗糙度小于最优粗糙度时，即表面过于光滑，
此时的磨损加剧是由于表面分子作用造成的，而当表面粗糙度大于最优值时，即表
面过于粗糙，因而磨损主要是由表面机械作用产生的。 
摩擦副所处的工况条件（所谓工况条件包括摩擦副的载荷和滑动速度的大小，
环境温度和润滑状况等等）不同最优粗糙度也不同。在繁重工况条件下，由于摩擦
副的磨损严重，因而最优粗糙度也相应增大。在一定的工况条件下，不论原来的粗
糙度有多大，经过磨合以后都达到相适应的的最优彻底，此后表面粗糙度就稳定在
最优值而持续工作。 
2、表面波纹度对于磨损的影响与粗糙度相类似，此外，波纹度大的表面将使相
配合表面的磨合磨损量增加，而磨合以后的稳定磨损率却趋于一致。 
3、摩擦表面的加工痕迹方向影响磨合时间的磨合磨损量，而磨合以后的痕迹方
向总是顺着摩擦方向，此后的磨损率和原来的痕迹方向无关。 
2）  物理品质的影响 
机械加工的表面由于切削变形和热影响形成表面层特定的物理品质，包括冷作
硬化，微硬度、和初应力的分布。表面层物理品质的不同，其磨损性能将有显著的
变化。 
1、在加工冷作硬化过程中，表面的塑性变形促进氧在金属中扩散，形成连结牢
固的氧化膜，因而使抗氧化磨损性能提高。表面经过冷作硬化以后塑性降低，而硬
度提高，减少了粘着磨损并提高抗胶合能力。接触疲劳裂纹在表面硬化层中的萌生
和扩展必须在较高的应力和应力循环下才能发生，因而提高了表面疲劳磨损寿命。 
总的来说，经过冷作硬化的表面对于各类磨损的耐磨性都有一定程度的提高。 
2、表面层的初应力状态对磨损性能也有痕大的影响。在切削过程中，由于切削
形变，刀具与表面的摩擦、切削热引起的相变和体积的变化等原因形成表面初应力，
而初应力的分布状态受各种因素的综合影响，情况比较复杂。试验表明：表面压缩
初应力能提高材料的抗接触疲劳磨损能力，相反拉伸初应力将降低疲劳磨损寿命。 
 
3）  磨损的转化与复合 
        实际表现出来的磨损，常不能单纯地纳入某一种基本型式。在实际机械运转中，
磨损现象是以多种形式同时发生，并且可以随着工作条件的变化而转化。 
        例如钢材干摩擦副在固定的载荷下，相对滑动速度V 在很低的情况下，主要发
生氧化磨损，磨损率很小，随着滑动速度的增加，氧化膜破裂，表面裸露金属，直
接接触，将转化为粘着磨损，磨损量明显加大，滑动速度再高，摩擦温度升高，有
利于黑灰色 Fe3O4 氧化膜，随后又转化成氧化磨损，磨损率又下降，如果滑动速度
再继续增加，再次转化成粘着磨损。 
        磨损类型的确定只有对零件磨损表面、亚表面和磨屑进行分析后，再加上环境
条件的综合分析，提出可靠的依据后才能判定。在实际过程中，零件的磨损往往是
几种类型的综合作用，以复合型式出现。微动磨损就是一种典型的复合式磨损，它
同时涉及粘着、磨料、氧化和疲劳磨损。