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滚动磨损检测

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发布时间：2025-07-11 08:57:14 更新时间：2025-07-10 08:57:15

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作者：中科光析科学技术研究所检测中心

滚动磨损检测

滚动磨损是材料在接触表面相对滚动或滚滑复合运动时，由于循环接触应力和摩擦力的作用，导致材料表面逐渐损失的现象。这种现象广泛存在于轴承、齿轮、凸轮、轮轨系统等关键机械零部件中，是影响设备寿命和可靠性的主要因素之一。滚动磨损不仅会导致零部件尺寸精度下降、配合间隙增大、振动噪声增加，还可能引发疲劳剥落（如点蚀、片状剥落），最终导致设备失效。因此，准确、有效地评估材料或涂层在滚动接触条件下的耐磨性能，对于产品的设计选材、工艺优化、质量控制和使用寿命预测具有至关重要的意义。

主要检测项目

滚动磨损检测的核心在于评估材料或零部件在模拟工况下的耐磨性能变化，主要关注以下项目：

磨损量/磨损率： 定量测量单位时间或单位滑动距离内材料的损失量（体积或质量损失），这是最直接的耐磨性评价指标。
摩擦系数： 监测滚动或滚滑过程中的摩擦阻力变化，反映接触界面的润滑状态和摩擦特性。
表面形貌分析： 观察磨损后的表面微观形貌（如磨痕宽度、深度、犁沟、剥落坑、微裂纹等），分析磨损机理（如磨粒磨损、粘着磨损、疲劳磨损、氧化磨损）。
磨痕尺寸： 测量磨损轨迹的宽度和深度。
材料转移： 检测配对材料间是否存在物质转移及其程度。
温升： 监测接触区域的温度变化，过高温度会加速材料性能退化。
振动与噪声： 评估磨损过程引起的动力学特性变化。

常用检测仪器

专门设计的摩擦磨损试验机是进行滚动磨损检测的核心设备，常见类型包括：

滚子式（Roller-on-Roller）试验机： 两个圆柱或圆盘试样轴线平行或成一定角度安装，模拟纯滚动或带滑差的滚动接触。结构相对简单，应用广泛。
球盘式（Ball-on-Disc）试验机： 旋转的圆盘试样与静止或旋转的球试样接触。通过改变球的位置（盘中心或偏心），可轻松实现纯滚动、纯滑动或不同滑滚比的复合运动。操作灵活，试样更换方便。
四球试验机： 上方一个球与下方三个呈等边三角形固定的球接触并相对旋转。主要用于评价润滑剂的极压抗磨性能，也适用于材料的滚动/滑动复合磨损研究。
销盘式（Pin-on-Disc）试验机（用于滚滑）： 虽然主要用于滑动磨损，但通过设计特殊的销试样（如带小滚轮的销）或运动模式，也可进行滚滑复合磨损试验。
专用的轴承、齿轮试验台： 直接使用实际轴承或齿轮副进行台架试验，工况最接近实际，但成本高、周期长、影响因素复杂。
配套仪器：
- 精密电子天平： 用于称量磨损质量损失。
- 表面轮廓仪/粗糙度仪： 测量磨痕的深度、宽度、横截面形状及表面粗糙度变化。
- 光学显微镜/扫描电子显微镜： 观察磨损表面和亚表面的微观形貌。
- 能谱仪： 分析磨损区域的元素组成，研究材料转移和氧化。
- 三维形貌仪： 获取磨损区域精确的三维形貌数据。
- 摩擦力传感器/扭矩传感器： 实时监测摩擦系数。
- 温度传感器： 监测接触区或近区温度。

主要检测方法

滚动磨损检测通常在可控的实验室条件下，利用上述试验机进行：

试样准备： 按标准或要求加工试样（滚子、圆盘、球等），确保尺寸精度和表面粗糙度一致。彻底清洁试样表面。
试验参数设定： 根据模拟工况或研究目的设定关键参数：
- 载荷： 施加在接触面上的正压力（N 或 N/mm² 接触应力）。
- 速度/转速： 滚动速度或旋转速度（rpm, m/s）。
- 滑滚比： 滑动速度与滚动速度的比值，控制滚动与滑动成分的比例。
- 润滑状态： 干摩擦、边界润滑、混合润滑或流体润滑。如需润滑，选择并定量供给润滑剂。
- 运行时间/转数： 试验持续时间或累计转数。
- 环境： 温度、湿度、气氛（空气、惰性气体、真空）。
试验运行： 启动试验机，按设定参数运行。实时或定期记录摩擦力/扭矩、温度等数据。
后检测分析： 试验结束后：
- 拆卸试样，彻底清洁，去除磨屑和润滑剂残留。
- 使用精密天平称量试样质量变化，计算质量磨损量。
- 使用表面轮廓仪、显微镜等仪器观察测量磨痕形貌、尺寸。
- 对磨损表面进行SEM/EDS等微观分析，确定磨损机理。
- 分析记录的摩擦系数、温度等动态数据。
数据处理与报告： 计算磨损率、平均摩擦系数等指标，结合形貌和机理分析，综合评价材料的滚动磨损性能。与标准或对比样进行对比。