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磨料磨損 版權信息
- ISBN：9787030719102
- 條形碼：9787030719102 ; 978-7-03-071910-2
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊數：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>
磨料磨損 本書特色
本書可供流體力學等相關專業科研人員或應用數學類科研人員使用和參考。
磨料磨損 內容簡介
磨料磨損(精)屬于摩擦學范疇，涉及物理、化學、力學、材料與機械多學科的知識。磨料磨損(精)對工農業生產和人類活動除造成巨大的經濟和材料損失外，利用其有利的方面，還可幫助人類進行生產和生活。如何抵抗磨損和有效利用磨損，已成為科學家和工程師的一項重要任務。為此，本書從列舉磨料磨損的應用實例開始，重點論述磨損力學、磨料表征、二體磨料磨損(精)原理、三體磨料磨損(精)原理、納米尺度磨料磨損(精)，以及磨料流加工的基本規律。這些內容是作者幾十年來研究成果的歸納與總結。 理論上，本書涉及部分力學、物理、材料、計算方法等基礎知識在磨料磨損(精)中的應用，如接觸力學、疲勞理論、有限元方法、蒙特卡羅(MonteCarlo)方法、分子動力學等。作者期望運用這些知識對磨料磨損(精)過程的本質有一個初淺的理解，也希望借助本書能夠給研究工作者與現場工程師提供新的工作思路和幫助。 本書可供從事磨料磨損(精)理論的研究人員、機械設計師、現場工程師參考，也可作為高等院校相關專業研究生的參考用書和教材。
磨料磨損 目錄
目錄
前言
第1章 概論 1
1.1 磨料磨損的定義和分類 1
1.2 人類運用和抵抗磨料磨損的簡史 3
1.3 磨料磨損的工業應用實例 16
1.4 磨料磨損研究的價值 25
參考文獻 28
第2章 磨損力學簡介 31
2.1 磨損過程的彈性接觸 31
2.2 磨損過程的彈塑性接觸 36
2.3 磨損過程的疲勞與損傷 42
參考文獻 47
第3章 磨料幾何形狀的表達 48
3.1 引言 48
3.2 關于磨料特性描述的思考 52
3.3 磨料外形的頻域模型 53
3.4 磨料外形頻域描述的試驗方法 54
3.5 磨料外形頻域描述的計算方法 54
3.6 磨料外形頻域描述的計算結果和討論 56
參考文獻 59
第4章 二體磨料磨損 61
4.1 材料二體磨料磨損的機理 61
4.1.1 微觀切削磨損機理 61
4.1.2 低周疲勞磨損機理 61
4.1.3 微觀斷裂 (剝落) 機理 63
4.1.4 磨料磨損的影響因素 63
4.2 二體磨料磨損的經典模型 75
4.2.1 Archard模型 75
4.2.2 Rabinowicz的單顆粒切削模型 76
4.2.3 Moore模型 77
4.2.4 Garrison-Garriga模型 78
4.2.5 Zum Gahr模型 78
4.2.6 Jacobson等的統計模型及Jiang等的修正 79
4.2.7 Halling-Finkin模型 79
4.2.8 Sundararajan的塑變模型 80
4.3 材料力學性能和二體磨料磨損試驗 81
4.3.1 單軸拉伸試驗 81
4.3.2 單磨料劃痕試驗 83
4.3.3 銷盤二體磨料磨損試驗 88
4.4 磨料表面的生成 93
4.4.1 磨料模型的構建 94
4.4.2 磨料參數分布的確定 96
4.4.3 磨料面的生成 102
4.5 磨損因子估計的有限元方法 105
4.5.1 Azarkhin-Boklen脊形貌曲線擬合方程 106
4.5.2 磨料磨損過程的有限元法模擬 109
4.5.3 三維有限元方法模擬結果 112
4.6 材料二體磨料磨損的計算機預測 115
4.6.1 數值計算模型的原理 116
4.6.2 犁溝與變形脊的形貌處理 121
4.6.3 材料線磨損率的計算 123
4.7 考慮磨料統計規律時材料磨損的預測 127
4.7.1 磨損因子fab與壓深曲線擬合方程 127
4.7.2 考慮磨料尺寸統計分布的材料二體磨料磨損模擬 128
4.7.3 二體磨料磨損中磨料的“尺寸效應” 133
參考文獻 139
第5章 三體磨料磨損中磨料的運動方式 145
5.1 材料三體磨料磨損機理 145
5.2 磨料運動方式的直接觀察 147
5.2.1 單顆粒三體磨料磨損的試驗裝置和試驗方法 147
5.2.2 磨料顆粒運動方式的觀察及摩擦系數的測定 150
5.3 磨料運動方式的判據 154
5.4 磨料運動方式判據的驗證 159
5.5 磨料運動方式的預測 169
5.6 橢球磨料的運動方式 172
5.6.1 接觸表面壓入區域的等效圓方法 172
5.6.2 對石塚鎮夫模型的修正 174
5.6.3 磨損參數對橢球形磨料運動方式的影響 176
5.7 多邊形磨料的運動方式 185
5.7.1 基于橢圓截面的多面體磨料外形的構建 185
5.7.2 隨機多面體磨料外形的構建 190
5.7.3 多面體磨料表面壓入深度的計算 193
5.7.4 多面體磨料運動方式的判定實例 194
參考文獻 196
第6章 三體磨料磨損中的塑變和切削磨損 198
6.1 三體磨料磨損的試驗規律 198
6.1.1 試驗裝置和試驗方法 206
6.1.2 磨程對磨損的影響 211
6.1.3 金屬硬度對磨損的影響 213
6.1.4 磨損面和磨屑形貌觀察 214
6.1.5 討論 218
6.2 三體磨料磨損磨痕的統計規律 219
6.2.1 表面磨痕的統計模型 221
6.2.2 試驗裝置和試驗方法 226
6.2.3 試驗參數的確定 229
6.2.4 表面磨痕統計的試驗依據 232
6.3 三體磨料磨損中的切削磨損 234
6.3.1 表面粗糙度的影響 234
6.3.2 磨料顆粒尖銳度的影響 235
6.3.3 金屬硬度的影響 235
6.3.4 短程磨損中金屬切削磨損概率 236
6.4 三體磨料磨損中切削磨損的模擬 238
6.4.1 模擬試驗的依據和技術路線 239
6.4.2 模擬過程 240
6.4.3 模擬結果 245
6.5 三體磨料磨損中的塑性變形磨損 248
6.5.1 試驗方法 249
6.5.2 試驗結果和討論 249
6.5.3 塑變磨損的數學模型 254
6.6 三體磨料磨損的物理模型 258
6.6.1 磨損物理模型的提出 259
6.6.2 金屬硬度與磨損體積關系的解釋 260
6.6.3模型的試驗驗證 262
參考文獻 263
第7章 三體磨料磨損的計算機模擬 266
7.1 低周疲勞的基本概念和計算方法 266
7.2 拉伸試驗 269
7.3 使用近似圓球形磨料的三體磨料磨損試驗 271
7.3.1 磨料顆粒分布測定試驗 271
7.3.2 試驗的方法及測量 271
7.3.3 磨料顆粒分布的確定 272
7.3.4 磨料磨損試驗 276
7.3.5 試驗結果及分析 277
7.4 模擬的基本假設和Monte Carlo方法 283
7.4.1 [0-1]均勻分布的偽隨機數的生成和檢驗 284
7.4.2 正態分布N(μ，σ2)及(a，b)區間均勻分布偽隨機數的產生 287
7.4.3 模擬過程的基本假設 289
7.5 關于磨料的Monte Carlo模擬 290
7.5.1 磨料參數的選取及確定 290
7.5.2 打靶法生成磨料面 290
7.6 磨料運動方式及變形脊的確定 293
7.6.1 磨料運動方式的判定 293
7.6.2 滑動磨料顆粒滑動對象的判定 296
7.6.3 滑動磨料的磨損處理 297
7.7 材料塑性變形磨損量的計算 300
7.7.1 滑動磨料塑變疲勞磨損 300
7.7.2 滾動磨料的塑變疲勞磨損 302
7.7.3 磨損量的計算 303
7.8 模擬的基本流程和結果 303
7.8.1 接觸計算前的預備工作 304
7.8.2 模擬結果與試驗驗證 308
參考文獻 315
第8章 納米尺度的磨料磨損 317
8.1 引言：納米磨料磨損的例子 317
8.2 分子動力學模擬方法簡介 320
8.2.1 勢函數 320
8.2.2 晶體缺陷識別與可視化方法 322
8.3 納米尺度的二體磨料磨損 327
8.3.1 模擬假定與原子模型 327
8.3.2 模擬方法與勢函數 328
8.3.3 納米二體磨料磨損中的摩擦 329
8.3.4 納米二體磨料磨損中的磨損 330
8.3.5 銅納米晶的二體磨料磨損 331
8.4 納米尺度的三體磨料磨損 339
8.4.1 磨料運動方式的預測 339
8.4.2 摩擦機理 344
8.4.3 磨損機理 346
8.5 硅材料在納米尺度下對磨損的響應 347
8.5.1 相識別和表征方法 348
8.5.2 算法的實現 350
8.5.3 納米壓痕中單晶硅的相變 351
8.5.4 納米磨料磨損中單晶硅的相變 356
8.5.5 單晶硅相變的應力機理與準則 364
參考文獻 367
第9章 磨料流加工理論 372
9.1 引言 372
9.2 磨料流加工技術的現狀 373
9.2.1 加工介質的影響 373
9.2.2 加工參數的影響 374
9.2.3 AFM理論的研究現狀 375
9.3 磨料流加工中影響因素分析 377
9.3.1 試驗設備和材料選擇 377
9.3.2 試驗方案 380
9.3.3 AFM加工效率影響因素 380
9.3.4 加工介質的黏溫關系 385
9.3.5 考慮介質黏溫關系的磨損量表達式 387
9.3.6 AFM加工過程流場仿真 390
9.4 單向磨料流加工 395
9.4.1 單向AFM試驗裝置 395
9.4.2 單向短程AFM的試驗方法 397
9.4.3 單向短程AFM影響因素分析 399
9.4.4 單向短程AFM流場有限元計算的建立 402
9.4.5 加工介質黏度對流場的影響 413
9.4.6 加工壓力對流場的影響 416
9.5 磨料流加工中磨料運動方式的判斷模型 419
9.5.1 AFM中磨料滾滑方式的判斷 419
9.5.2 磨料滾滑運動方式判斷模型的試驗驗證 424
參考文獻 427
前言
第1章 概論 1
1.1 磨料磨損的定義和分類 1
1.2 人類運用和抵抗磨料磨損的簡史 3
1.3 磨料磨損的工業應用實例 16
1.4 磨料磨損研究的價值 25
參考文獻 28
第2章 磨損力學簡介 31
2.1 磨損過程的彈性接觸 31
2.2 磨損過程的彈塑性接觸 36
2.3 磨損過程的疲勞與損傷 42
參考文獻 47
第3章 磨料幾何形狀的表達 48
3.1 引言 48
3.2 關于磨料特性描述的思考 52
3.3 磨料外形的頻域模型 53
3.4 磨料外形頻域描述的試驗方法 54
3.5 磨料外形頻域描述的計算方法 54
3.6 磨料外形頻域描述的計算結果和討論 56
參考文獻 59
第4章 二體磨料磨損 61
4.1 材料二體磨料磨損的機理 61
4.1.1 微觀切削磨損機理 61
4.1.2 低周疲勞磨損機理 61
4.1.3 微觀斷裂 (剝落) 機理 63
4.1.4 磨料磨損的影響因素 63
4.2 二體磨料磨損的經典模型 75
4.2.1 Archard模型 75
4.2.2 Rabinowicz的單顆粒切削模型 76
4.2.3 Moore模型 77
4.2.4 Garrison-Garriga模型 78
4.2.5 Zum Gahr模型 78
4.2.6 Jacobson等的統計模型及Jiang等的修正 79
4.2.7 Halling-Finkin模型 79
4.2.8 Sundararajan的塑變模型 80
4.3 材料力學性能和二體磨料磨損試驗 81
4.3.1 單軸拉伸試驗 81
4.3.2 單磨料劃痕試驗 83
4.3.3 銷盤二體磨料磨損試驗 88
4.4 磨料表面的生成 93
4.4.1 磨料模型的構建 94
4.4.2 磨料參數分布的確定 96
4.4.3 磨料面的生成 102
4.5 磨損因子估計的有限元方法 105
4.5.1 Azarkhin-Boklen脊形貌曲線擬合方程 106
4.5.2 磨料磨損過程的有限元法模擬 109
4.5.3 三維有限元方法模擬結果 112
4.6 材料二體磨料磨損的計算機預測 115
4.6.1 數值計算模型的原理 116
4.6.2 犁溝與變形脊的形貌處理 121
4.6.3 材料線磨損率的計算 123
4.7 考慮磨料統計規律時材料磨損的預測 127
4.7.1 磨損因子fab與壓深曲線擬合方程 127
4.7.2 考慮磨料尺寸統計分布的材料二體磨料磨損模擬 128
4.7.3 二體磨料磨損中磨料的“尺寸效應” 133
參考文獻 139
第5章 三體磨料磨損中磨料的運動方式 145
5.1 材料三體磨料磨損機理 145
5.2 磨料運動方式的直接觀察 147
5.2.1 單顆粒三體磨料磨損的試驗裝置和試驗方法 147
5.2.2 磨料顆粒運動方式的觀察及摩擦系數的測定 150
5.3 磨料運動方式的判據 154
5.4 磨料運動方式判據的驗證 159
5.5 磨料運動方式的預測 169
5.6 橢球磨料的運動方式 172
5.6.1 接觸表面壓入區域的等效圓方法 172
5.6.2 對石塚鎮夫模型的修正 174
5.6.3 磨損參數對橢球形磨料運動方式的影響 176
5.7 多邊形磨料的運動方式 185
5.7.1 基于橢圓截面的多面體磨料外形的構建 185
5.7.2 隨機多面體磨料外形的構建 190
5.7.3 多面體磨料表面壓入深度的計算 193
5.7.4 多面體磨料運動方式的判定實例 194
參考文獻 196
第6章 三體磨料磨損中的塑變和切削磨損 198
6.1 三體磨料磨損的試驗規律 198
6.1.1 試驗裝置和試驗方法 206
6.1.2 磨程對磨損的影響 211
6.1.3 金屬硬度對磨損的影響 213
6.1.4 磨損面和磨屑形貌觀察 214
6.1.5 討論 218
6.2 三體磨料磨損磨痕的統計規律 219
6.2.1 表面磨痕的統計模型 221
6.2.2 試驗裝置和試驗方法 226
6.2.3 試驗參數的確定 229
6.2.4 表面磨痕統計的試驗依據 232
6.3 三體磨料磨損中的切削磨損 234
6.3.1 表面粗糙度的影響 234
6.3.2 磨料顆粒尖銳度的影響 235
6.3.3 金屬硬度的影響 235
6.3.4 短程磨損中金屬切削磨損概率 236
6.4 三體磨料磨損中切削磨損的模擬 238
6.4.1 模擬試驗的依據和技術路線 239
6.4.2 模擬過程 240
6.4.3 模擬結果 245
6.5 三體磨料磨損中的塑性變形磨損 248
6.5.1 試驗方法 249
6.5.2 試驗結果和討論 249
6.5.3 塑變磨損的數學模型 254
6.6 三體磨料磨損的物理模型 258
6.6.1 磨損物理模型的提出 259
6.6.2 金屬硬度與磨損體積關系的解釋 260
6.6.3模型的試驗驗證 262
參考文獻 263
第7章 三體磨料磨損的計算機模擬 266
7.1 低周疲勞的基本概念和計算方法 266
7.2 拉伸試驗 269
7.3 使用近似圓球形磨料的三體磨料磨損試驗 271
7.3.1 磨料顆粒分布測定試驗 271
7.3.2 試驗的方法及測量 271
7.3.3 磨料顆粒分布的確定 272
7.3.4 磨料磨損試驗 276
7.3.5 試驗結果及分析 277
7.4 模擬的基本假設和Monte Carlo方法 283
7.4.1 [0-1]均勻分布的偽隨機數的生成和檢驗 284
7.4.2 正態分布N(μ，σ2)及(a，b)區間均勻分布偽隨機數的產生 287
7.4.3 模擬過程的基本假設 289
7.5 關于磨料的Monte Carlo模擬 290
7.5.1 磨料參數的選取及確定 290
7.5.2 打靶法生成磨料面 290
7.6 磨料運動方式及變形脊的確定 293
7.6.1 磨料運動方式的判定 293
7.6.2 滑動磨料顆粒滑動對象的判定 296
7.6.3 滑動磨料的磨損處理 297
7.7 材料塑性變形磨損量的計算 300
7.7.1 滑動磨料塑變疲勞磨損 300
7.7.2 滾動磨料的塑變疲勞磨損 302
7.7.3 磨損量的計算 303
7.8 模擬的基本流程和結果 303
7.8.1 接觸計算前的預備工作 304
7.8.2 模擬結果與試驗驗證 308
參考文獻 315
第8章 納米尺度的磨料磨損 317
8.1 引言：納米磨料磨損的例子 317
8.2 分子動力學模擬方法簡介 320
8.2.1 勢函數 320
8.2.2 晶體缺陷識別與可視化方法 322
8.3 納米尺度的二體磨料磨損 327
8.3.1 模擬假定與原子模型 327
8.3.2 模擬方法與勢函數 328
8.3.3 納米二體磨料磨損中的摩擦 329
8.3.4 納米二體磨料磨損中的磨損 330
8.3.5 銅納米晶的二體磨料磨損 331
8.4 納米尺度的三體磨料磨損 339
8.4.1 磨料運動方式的預測 339
8.4.2 摩擦機理 344
8.4.3 磨損機理 346
8.5 硅材料在納米尺度下對磨損的響應 347
8.5.1 相識別和表征方法 348
8.5.2 算法的實現 350
8.5.3 納米壓痕中單晶硅的相變 351
8.5.4 納米磨料磨損中單晶硅的相變 356
8.5.5 單晶硅相變的應力機理與準則 364
參考文獻 367
第9章 磨料流加工理論 372
9.1 引言 372
9.2 磨料流加工技術的現狀 373
9.2.1 加工介質的影響 373
9.2.2 加工參數的影響 374
9.2.3 AFM理論的研究現狀 375
9.3 磨料流加工中影響因素分析 377
9.3.1 試驗設備和材料選擇 377
9.3.2 試驗方案 380
9.3.3 AFM加工效率影響因素 380
9.3.4 加工介質的黏溫關系 385
9.3.5 考慮介質黏溫關系的磨損量表達式 387
9.3.6 AFM加工過程流場仿真 390
9.4 單向磨料流加工 395
9.4.1 單向AFM試驗裝置 395
9.4.2 單向短程AFM的試驗方法 397
9.4.3 單向短程AFM影響因素分析 399
9.4.4 單向短程AFM流場有限元計算的建立 402
9.4.5 加工介質黏度對流場的影響 413
9.4.6 加工壓力對流場的影響 416
9.5 磨料流加工中磨料運動方式的判斷模型 419
9.5.1 AFM中磨料滾滑方式的判斷 419
9.5.2 磨料滾滑運動方式判斷模型的試驗驗證 424
參考文獻 427
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磨料磨損 節選
第1章 概論 1.1 磨料磨損的定義和分類 摩擦學是研究相對運動的相互作用表面間的摩擦、潤滑和磨損，以及三者間相互關系的基礎理論和實踐的一門學科，是涵蓋機械工程、材料科學、化學和力學等學科的交叉學科。經濟合作與發展組織(OECD)將磨損定義為：由物體操作表面相對運動引起的物質逐漸損失的現象。其中，磨料磨損是摩擦學的一個重要分支，是一種由硬顆粒或硬的凸起物對摩擦表面產生相對運動而引起的材料表面產生塑性變形或脫落的現象，是在接觸條件下相對運動的物體產生的材料脫離母體的流失過程[1]，是材料的三種主要失效形式之一。 現今世界能源消耗的1/3～1/2是由摩擦和磨損造成的，每年由磨損而造成的損失高達1000億美元，其中材料消耗約為200億美元，相當于材料年產值的7％[2]。磨損一般可分為磨料磨損、黏著磨損、沖刷磨損、微動磨損、腐蝕磨損和疲勞磨損幾種類型。Eyre[3-5]估計了各類磨損造成的損失的百分比：磨料磨損約50％；黏著磨損約15％；沖刷磨損約8％；微動磨損約7％；腐蝕磨損約6％；疲勞磨損約14％？梢，磨料磨損在幾種類型的磨損中，帶來的損害*為嚴重，它的廣泛存在使工業國家每年經濟損失達到國民生產總值的1％～4％[6]。根據我國有關部門的統計，僅1985年，在冶金礦山、建材、電力、煤炭和農機等五個行業中，設備構件與砂土、礦石、水泥、煤炭等物料接觸而導致的磨料磨損就消耗了約200萬 t 鋼材，價值數十億元人民幣之巨。從研究內容及所用研究方法來看，磨料磨損是傳統材料科學中不可分割的重要組成部分，而從服務對象及與摩擦學系統之間的密切關系來看，磨料磨損又是摩擦學學科中的一個重要分支。由于磨料磨損問題的復雜性，其無論是在材料科學中還是在摩擦學學科中，都還是比較年輕和遠不夠成熟的領域。世界上對材料磨損進行廣泛和深入的研究，僅始于電子顯微鏡及各種表面分析技術開始成為商品的20世紀60年代后期，到現在不過五十余年的歷史。目前磨料磨損理論的發展尚處于不成熟的階段，對磨料磨損機理的研究也不夠深入和全面。所以，對磨料磨損理論的研究，有助于提高人們對磨損這一復雜現象的正確認識，有助于改善摩擦學設計中磨損理論方面的基礎薄弱局面。 關于磨料磨損的分類，有不同的方法。較早階段，在1961年，Avery[7-9]根據耐磨部件磨損時的應力情況，將磨料磨損分為以下三類。 (1)鑿削磨損：它通過從金屬表面上削除大塊顆粒，在磨損表面產生嚴重的鑿削溝。鑿削磨損是指，在一個較大范圍內存在高的應力；并在實際使用中還帶有一定的沖擊載荷。它很像是用切削工具或砂輪來進行切削加工。挖掘機的斗齒和顎式破碎機的顎板是鑿削式磨料磨損的典型例子。 (2)高應力磨損：發生于使磨料不斷碎化的零件表面上。這類磨損可被認為是，磨料接觸處存在集中壓應力，并使金屬表面上的韌性相發生塑性流變及疲勞，而硬性相則產生斷裂，說明材料所受應力已超過磨料的破碎強度。磨料的破碎在兩個表面間進行，即磨料被夾在兩個表面間，本身被碾碎，同時對零件表面產生磨損。這類磨損的典型例子是研磨機的磨球和襯板。 (3)低應力或沖蝕磨損：在金屬表面產生輕微擦傷的磨損形式，磨料顆粒上所承載的應力不超過磨料的壓碎強度。沖蝕(erosion)磨損則是指當松散的磨料以一定的速度和動量沖擊一個表面時所產生的磨損。沖蝕磨損是物料輸送中常見的一種磨損形式，它往往導致輸送過流部件產生非常嚴重的磨損，后來學者將此類磨損單獨列出來進行專門研究。 后來，Burwell[10]根據磨損時磨料的參與形式將磨料磨損分為二體磨料磨損和三體磨料磨損。他首次定義了二體磨料磨損：在兩個相互做摩擦運動的表面中，硬表面劃傷軟表面，引起軟表面磨損；以及三體磨料磨損：硬表面是第三個物體(常被稱作第三體)，通常是小的砂礫或磨料，它陷入兩個表面之間，并且比被磨的一個或兩個表面要硬，而引起一個或兩個表面的磨損。這一分類比 Avery 的分類方法更容易進行判定。在磨損系統中，如果參加的組元只有兩個，即被磨表面和磨料(或硬的凸起物)，就是二體磨料磨損；如果參加的組元有三個，即兩個被磨表面和磨料，便是三體磨損。 Misra 和 Finnie[11]在1980年，對磨料磨損的分類方法又進一步做了更明確的表述。他們認為：二體磨料磨損是當一個粗糙表面或固定的磨料滑過另一表面而造成材料去除時所發生的磨損；在三體磨損中，磨料是松散的，相互間可以做相對運動，當它們滑過磨損表面時，又有可能發生轉動。他們還提出，在許多實際場合，三體磨料磨損并不一定需要兩個表面，可能只需要一個表面與磨料接觸就夠了；于是又可以將三體磨料磨損進一步劃分為閉式三體磨損(有兩個表面參與的磨損)和開式三體磨損(僅有一個表面參與的磨損)。他們將 Avery 定義的三體磨損劃分到開式三體磨損中。 1998年，Gates[12]又認為，應根據磨損中應力大小和磨料自由運動與否來劃分磨料磨損。實際上，磨料的運動狀態是受磨損系統影響的，當系統參數或外界條件改變時，磨料運動也會相應地發生改變。比如，在閉式三體磨料磨損中，隨著外界施加的正載荷的減小，夾在兩表面間磨料的數量、厚度等均會增加。這樣，閉式三體磨料磨損自然地會向開式三體磨料磨損轉化。即使兩運動表面間磨料的厚度及數量在統計意義上保持不變，但如果兩表面硬度、硬度比、磨料外形發生改變，也會使磨料的運動狀態發生相應的改變。本書的重要學術觀點就是從磨料運動狀態出發，闡述磨料磨損的規律的。三體磨料磨損中磨料的運動狀態，后面將會在第5章詳細進行論述，可認為，三體磨料磨損中，當大多數磨料嵌入另一個較軟表面時，磨損中二體磨料磨損的比例就增加了；如果假設全部磨料均嵌入較軟表面時，三體磨料磨損就成為二體磨料磨損。因此，二體磨料磨損僅是三體磨料磨損的一個特例。 橡膠輪磨損試驗中，材料的磨損方式，屬于三體磨料磨損，但其中滑動磨料占多數，因此，是較接近二體磨料磨損的一種磨損形式。另一種是十幾年前較流行的，所謂微尺度的“球–坑(ball cratering)”磨料磨損試驗，其被磨表面磨痕往往結合了劃痕(二體磨料磨損)和塑變壓痕(三體磨料磨損)的混合形貌，當試驗條件或材料改變時，二體磨料磨損和三體磨料磨損又會相互進行轉化。所以，看起來比較確定的磨損分類方法，在一些條件下又會變得不確定了，這充分體現了磨料磨損過程的復雜性。 本書中，方便起見，仍沿用傳統的二體磨料磨損和三體磨料磨損分類方法，對磨料磨損過程進行闡述。無論怎樣分類，磨料磨損過程的物理本質都是不變的，也不影響我們對問題的討論。 1.2 人類運用和抵抗磨料磨損的簡史 **個被摩擦學家記載的例子是，公元前2400年，古埃及一個叫塞加拉的村莊為一座陵墓運輸一座叫“泰(Ti)”的雕像，質量約60 t。為避免磨損和減小摩擦，當時用了172名工匠來拉[13]。他們將雕像放置在木橇上，木橇下面也放上木塊，并在木橇下面澆上水或油作為潤滑劑，成功地實現了雕像的遠距離運送(圖1-1)。 圖1-1 古埃及工匠采用木橇加潤滑劑的方法運送雕像[13] 圖(b)為圖(a)放大部分 如果運用經典摩擦定律來計算一下總的摩擦系數，則 于是，在不加水潤滑的情況下，摩擦系數為0.23；如果加水潤滑，摩擦系數將降低至0.20。如按上式估算，加水潤滑后，工匠人數可減少至169人。 再往后，到公元前2世紀，古埃及和西亞底格里斯河流域的古國亞述的工匠們，使用木橇搬運巨型石雕。不同的是，木橇下的木塊換成了木輥，使滑動摩擦轉變成滾動摩擦，摩擦系數得到進一步降低(圖1-2)。 圖1-2 古埃及和亞述的工匠們用圓木輥代替木塊搬運石雕[13] 若木頭的滾動摩擦系數按0.07計算，則**個例子所用的工匠人數可約減少至52人，節省人力的效果非常明顯，說明在當時歷史情況下有較大的進步。以上兩例雖然是人類減少摩擦的歷史記載，但減少摩擦的同時，同樣減輕了木料的磨料磨損。可想而知，如若將木撬直接放在土砂礫上，除摩擦增大外，滑動木撬的磨損相比滾動木撬也應該是非常嚴重的。 其實早在公元前3500年，輪子就在美索不達米亞(現屬伊拉克)，即底格里斯河與幼發拉底河之間的陸地上使用了。輪子**次用在雙輪運貨馬車上來運輸笨重貨物；輪子還用在雙輪馬拉戰車上，成為古埃及人和赫梯人(來自于現土耳其地區)所偏愛的軍用運輸工具。中國古代使用輪子的歷史*早大約在新石器時代的晚期(約為公元前5000年)，至青銅器時代的早期(約為公元前2000年)。據歷史記載，中國也是*早使用車的國家之一，我國的車發明于軒轅黃帝時代(約為公元前2698至公元前2599年)，當時的薛部落以造車聞名于世！蹲髠鳌氛f，薛部落的奚仲擔任夏朝(約公元前21世紀至公元前17世紀)的“車正”官職！赌印贰ⅰ盾髯印泛汀秴问洗呵铩范加浭隽宿芍僭燔嚒h安帝建光元年(121年)許慎著《說文解字》中也記載，“車，輿輪之總名，夏后時奚仲所造！薄堵肥贰肪砥摺肚凹o七》上同樣也記錄道：“軒轅氏，作于空桑之北，紹物開智，見轉風之蓬不己者，于是作制乘車，柜輪璞較，橫木為軒，直木為轅，以尊太上，故號曰軒轅氏。”中國*古老的文字甲骨文、金文和陶文中，均有“車”字出現。在殷墟(今安陽市殷都區小屯村)的發掘中，曾發現一輛四匹馬的戰車遺跡，說明早在殷代前就有車了。 西晉崔豹所著《古今注》及東晉虞喜著《志林》等古籍傳說，黃帝與蚩尤作戰時，蚩尤作大霧，黃帝造指南車為士兵領路。指南車(司南車)亦為中國古代對人類文明的一大貢獻(圖1-3)，它采用齒輪傳動機構巧妙地實現了指南的目的。Dudley[14]在分析了一些文獻記載后，認為中國的指南車發明于公元前2500年左右。到夏朝晚期，中國進入了輪子時代(圖1-4)，并因此而引發了湯武革命。 秦始皇統一中國后，實行了“車同軌”，對車輛制造的技術和工藝提出了更高的要求。秦始皇五次大規模巡游，主要的交通工具就是馬車。至今我們還可以從秦朝留下的兵馬俑中，看到當時的戰車、輦車等實物，看到與真人真馬幾乎等高的人物與馬匹形象。從秦始皇陵兵馬俑坑中，還出土了兩輛大型彩繪銅車馬(圖1-5)，其大小為真車真馬的1/2。一號車為立車，即立乘之前導車，長為2.25 m，高為1.52 m；單轅雙輪，套駕四馬，即兩驂兩服；車輿呈長方形，車上置一圓形銅傘，傘下立一御馬官俑，雙手執轡；輿內有銅方壺、弓、弩、鏃、盾等；四匹銅馬均飾金銀絡頭；鞍具上有編號文字29處，共49字，均為小篆體。二號車為安車，即坐乘之轎形車；車廂分前后兩室，前室為駕駛室，內有一跽坐的御馬官俑，腰際佩劍，執轡前視；后室為乘主坐席；車廂上有橢圓形車蓋；車亦單轅雙輪，前駕四匹銅馬。這些珍貴文物，完全模擬實物制成，是前所未有的考古發現，反映了我國2000多年前精湛的馬車制造技藝。 圖1-3 中國發明的指南車(公元前255年[1，13]) 圖1-4 中國*早使用輪車始于夏朝晚期
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