嘉善安驰轴承制造有限公司
技术咨询:
0573-84516877

材料越硬越耐磨吗

 二维码
作者:Vincent Fu


材料越硬越耐磨吗?

对于纯物质材料来说,的确是这样的:越硬的材料越耐磨。

这里首先要了解材料的耐磨与否是如何定义的。通常情况下,实验室测量某种材料的耐磨性能会用

下面这台仪器:

v2-fec107c221dcf755ae047a0b5e08161f_hd.jpg

其基本原理也非常简单,就是用一种硬度很高的材料作为参照材料(一般用沙子),与被测材料相互摩擦,然后测量被磨掉的材料的量。当然,耐磨性很差的材料会被磨掉很多,而耐磨性能好的材料被磨掉的就会比较少。至于硬度,对于纯物质材料来说硬度越大,强度越高,微观上分子(原子)间的键接越强,那么原子被外力剥离的可能性就越低,自然就更耐磨。文献中已经对很多纯物质材料做过实验,硬度和耐磨度之间甚至存在一个完美的线性增长的关系。

然而凡事总有例外,尤其对于我们当今世界来说,纯物质材料已经远远不能满足人类社会的需要,而我们生活中的大部分材料,都是复合材料,包括高分子复材,合金等等。人类通过把不同的物质

混合在一起再进行加工,获得了纯物质材料远远无法企及的优良性能,但是在这个过程中,随着材料变得越来越复杂,从材料各种性能之间的关系就变得越来越不确定,要研究诸如耐磨性和硬度间

的关系,单单从强度方面入手就显得远远不够,还要考虑包括成分,显微结构等更多维度的变量。这里举一个非常简单且有普遍性的例子,就是钢。

首先要解释一下材料的硬度是如何测量的,比如下图:

v2-1842926bb12de363cee180f1fa36c9c5_r.jpg

通常,我们用一个压头把材料的表面压出一个压痕,测量压痕大小换算成硬度。软的材料压痕大,硬的材料压痕小,嗯~非常讲道理的一个测试方法。以上我们通常把它叫做显微硬度,但这里的测量有一个问题,就是完全没有考虑这个硬度是由材料的哪些组成部分贡献的,比如工具钢和铬合金铸铁,用这个方法测量硬度都是600 BHN,但是这两种材料的显微结构完全不同。

v2-86df8af0cd8b0b24f5b7031c76ea7f8f_r.jpg

如上图所示,左边图(a)的是工具钢的显微照片,整个材料都是等大的晶粒,而每个晶粒的硬度几乎一样,所以这个600 BHN基本就是这个材料任何一个地方的硬度;但是右边的图(b)的铬合金铸铁则完全不同,它里面均匀分布了大量的碳化铬,这些小颗粒非常的硬,可以达到1200 HBN,而铸铁的基体却及其软,只有不到200 HBN,所以对于合金铸铁来说,这600 HBN来自于基体和碳化铬的加权平均。

所以可想而知,即便硬度相同,(a)图中的材料耐磨性能只能达到(b)图中材料的1/5,因为即使(b)的基体非常软,大量分布的坚硬的碳化颗粒才是耐磨的主力军。因此,显微硬度通常也被叫做宏观硬度,反应的是材料的宏观性能而忽略了很多微观结构的信息,

这也是我们使用宏观硬度衡量不同材料间性能会出现bug的原因。

另外,对于复合材料,即便硬度能够提高耐磨性,这两者之间的关系也非常复杂,不是一两个公式就能解决的。比如一种WC-Co合金,通过处理可以获得不同大小的晶粒和硬度,这里选择四个晶粒尺寸作为比较组:

v2-1dde6126cdfee6ea655f3d75a6db5fdc_r.jpg

然后做耐磨实验,再把结果和硬度作比较,可以得到以下结果:

v2-569bbf35ba16d768fcd8e72f0be90a49_hd.jpg

可以看到硬度提高对于耐磨性的加成已经远远不像纯物质材料那样简单地呈线性关系,在低硬度范围内甚至没什么明显效果,而到了高硬度范围又变成指数级增长。而且,通过比较(a)、(b)、

c)、(d)的趋势,可以看到晶粒大小的显著影响。

另外,如之前所说,测量耐磨性能通常采用的都是ASTM的标准方法,而标准方法其实有很多种,各有各的侧重点。所以不同方法测量的出来的材料耐磨性可能都完全不一样,所以,在比较这些复杂的数据时,一定要小心。

综上,对于我们生活中的各种材料,在理论上硬度和耐磨性的确是呈正相关,当然也不乏例外。而且比较不同材料间的硬度和耐磨性时,一定要同时考虑材料成分,显微结构,处理过程,甚至是测

量方法对结果的影响。否则,直接下结论地认为越硬越耐磨,一定会出现bug


自润滑免维护
Self-lubricating bearings
——————————————————————————————————
0573-84613742
0573-84516855
anchi@chinaanchi.com
浙江省嘉善县干窑工业区潘渡浜路30号
在线客服
 
 
会员登录
登录
我的资料
我的收藏
留言
回到顶部