冲蚀磨损理论.docx

1、塑性材料的微切削理论
1958 年 Finnie I. 提出塑性材料的微切削理论。他认为当尖锐的磨粒划过靶
材表面时, 会将材料切除而产生磨损。 同时第一个给出了较完整定量表达冲蚀率
与冲蚀角和冲击速度之间的关系:材料的磨损体积与磨粒的质量和速度的平方
(即磨粒的动能 )成正比,与靶材的流动应力成反比,与冲角成一定的函数关系。
切削模型非常适用于塑性材料小冲角、 多角形磨粒的冲蚀磨损, 而对于不很典型
的延性材料 (例如一般的工程材料 ),冲角较大 (特别是冲角 α= 90°) 、非多角形
磨粒 (如球形磨粒 )的冲蚀磨损则存在较大的偏差。并且,磨粒入射速度与靶材磨
损体积之间的二次方关系也不是理想数值 2,而为 -,这已在 Finnie I. 的有关
文献中得到修正。
2、基于单点冲蚀的切削模型(绝热剪切与变形局部化磨损
理论、基于应变量的模型)
Hutchings于 1979 年在用钢球冲击低碳钢试验中对变形唇分析,认为在高
应变率下材料将产生很高的温升, 首先是使变形过程绝热化, 其次是变形的局部
化将形成绝热剪切带, 他第一次把绝热剪切与变形局部化的概念引入冲蚀磨损过
程。
3、变形磨损理论
1963年,Bitter 提出冲蚀磨损可分为变形磨损和切削磨损两部分, 90°冲击角
下的冲蚀磨损和粒子冲击时靶材的变形有关。 他认为反复冲击产生加工硬化, 并
) s)
s
提高材料的弹性极限,粒子冲击平面靶的冲击应力 ( σ小于靶材屈服强度 (σ 时,
靶材只发生弹性变形;当 σ> σ时,形成裂纹,靶材产生弹性和塑性两种变形。
他从能量的观点出发, 推导出变形磨损量 WD和切削磨损量 WC,粒子的速度 v,冲
击角度 α,变形磨损系数 ε和切削磨损系数 Q之间的代数关系式,总磨损量为两者
之和。
4、弹塑性压痕破裂理论
70年代末, Evans等人提出了弹塑性压痕破裂理论,他们认为在压痕区域下
形成了弹性变形区, 而后在负荷的作用下, 中间裂纹从弹性区向下扩展, 形成径
向裂纹。同时,在最初的负荷超过中间裂纹的门槛值时,即使没有持续负荷,材
料的残余应力也会导致横向裂纹的扩展。他们根据冲击中接触力包括动态应力,
粒子透入靶面时不产生破坏的假定,推导出的材料体积冲蚀量 V与入射粒子尺寸
r 、速度 vo 、密度 ρ、材料硬度 H 及材料临界应力强度因子 K之间存在如下关系:
V   v0  r


K c

H
0 .26
5、锻造挤压理论(薄片剥落磨损理论)
莱维 (Levy) 及其同事在使用分步冲蚀试验法和单颗粒寻迹法研究冲蚀磨损
的动态过程中发现, 冲蚀磨损不论冲角大小, 靶材表面材料在磨粒的不断冲击下
受到推挤,产生高度变形的小薄片。形成薄片的大应变出现在很薄的表面层中,
该表面层由于绝热剪切变形而被加热到 (或接近于 )金属的退火温度,于是形成一
个软的表面层, 在这个软表面层下面, 有一个由于材料塑性变形而产生的加工硬
化区,这个硬的次表面层一旦形成, 将会对表面层薄片的形成起促进作用, 在反
复的冲击和挤压变形作用下, 靶材表面形成的薄片将从材料表面上剥落下来。 冲
蚀中表面会吸收入射粒子的