概念簡介
機械磨損磨損是零部件失效的一種基本類型。通常意義上來講，磨損是指零部件幾何尺寸（體積）變小。
零部件失去原有設計所規定的功能稱為失效。失效包括完全喪失原定功能；功能降低和有嚴重損傷或隱患，繼續使用會失去可靠性及安全性和安全性。
對於磨損現象，以及磨損與摩擦、磨損與材料之間的某些關係，人們通過實驗早已有所認識，但系統地科學地研究各種磨損機理則是到 20世紀 50年代才開始的。1953年，美國的J.F.艾查德提出了簡單的磨損計算公式。1957年，蘇聯的И.Β.克拉格利斯基提出了磨損疲勞理論和計算方法。1973年，美國的徐楠朴提出磨損的剝層理論。60年代以後,電子顯微鏡和光譜、能譜、俄歇譜、Ｘ射線衍射等分析儀器以及放射性示蹤技術、鐵譜技術的大量綜合使用，使得磨損研究在力學、機理、失效分析、監測和維修等方面有了較快的發展。有人在電子顯微鏡下觀察磨損試驗並進行電視錄像，以便了解磨損的動態過程，不僅研究已磨損的表面、磨損過程，而且研究磨屑的形狀、成分和組織，以便弄清磨損機理、分析和監視磨損進程，從而尋求提高零件壽命的可能途徑。
磨損一般來源於摩擦，但磨損與摩擦力、摩擦係數之間的關係卻很複雜。在具體工作條件下影響磨損的因素很多，其中有環境因素（濕度、溫度和介質等）、潤滑條件、工作條件（載荷、速度和運動方式等）、零件材料的成分、組織以及工作表面的物理化學性質等。每一因素稍有變化都會使磨損量改變，並可能改變磨損機理。因此，系統地研究磨損機理是提高磨損研究水平的途徑。結合試驗掌握磨損機理，就可求得磨損變數和摩擦學系統參量間的定量關係。一般說來，磨損隨著載荷和滑動時間的增加而增加，但也有例外。硬的材料一般比軟的材料磨損較少。
防止或減少磨損須從設計、選材、潤滑和加工工藝等方面來綜合採取措施。因為磨損發生在表層，最經濟有效的方法是提高零件表面的耐磨性，如採用表面熱處理、化學熱處理、電鍍、噴塗、堆焊、表面覆膜技術和離子注入技術等。此外，在選材時也應當重視非金屬材料，如聚合物和橡膠等，並要注意與工況適應，與材料匹配。
分類
按照表面破壞機理特徵，磨損可以分為磨料磨損、粘著磨損、表面疲勞磨損、腐蝕磨損和微動磨損等。前三種是磨損的基本類型，後兩種只在某些特定條件下才會發生。
磨料磨損：物體表面與硬質顆粒或硬質凸出物（包括硬金屬）相互摩擦引起表面材料損失。
粘著磨損：摩擦副相對運動時，由於固相焊合作用的結果，造成接觸面金屬損耗。
表面疲勞磨損：兩接觸表面在交變接觸壓應力的作用下，材料表面因疲勞而產生物質損失。
腐蝕磨損：零件表面在摩擦的過程中，表面金屬與周圍介質發生化學或電化學反應，因而出現的物質損失。
微動磨損：兩接觸表面間沒有巨觀相對運動，但在外界變動負荷影響下，有小振幅的相對振動（小於100μm），此時接觸表面間產生大量的微小氧化物磨損粉末，因此造成的磨損稱為微動磨損 .
性能參量
為了反映零件的磨損，常常需要用一些參量來表征材料的磨損性能。常用的參量有以下幾種：
(1)磨損量 由於磨損引起的材料損失量稱為磨損量，它可通過測量長度、體積或質量的變化而得到，並相應稱它們為線磨損量、體積磨損量和質量磨損量。
(2)磨損率 以單位時間內材料的磨損量表示，即磨損率I=dV /dt (V為磨損量,t為時間）。
(3)磨損度 以單位滑移距離內材料的磨損量來表示，即磨損度E=dV/dL (L為滑移距離）。
(4)耐磨性 指材料抵抗磨損的性能，它以規定摩擦條件下的磨損率或磨損度的倒數來表示，即耐磨性=dt/dV或dL/dV。 (5)相對耐磨性 指在同樣條件下，兩種材料（通常其中一種是Pb-Sn合金標準試樣）的耐磨性之比值，即相對耐磨性εw=ε試樣／ε標樣。
失效過程
磨損過程機械零件的磨損失效常經歷一定的磨損階段。根據磨損率曲線，可以將磨損失效過程分為三個階段。
(1)跑合磨損階段 新的摩擦副在運行初期，由於對偶表面的表面粗糙度值較大，實際接觸面積較小，接觸點數少而多數接觸點的面積又較大，接觸點粘著嚴重，因此磨損率較大。但隨著跑合的進行，表面微峰峰頂逐漸磨去，表面粗糙度值降低，實際接觸面積增大，接觸點數增多，磨損率降低，為穩定磨損階段創造了條件。為了避免跑合磨損階段損壞摩擦副，因此跑合磨損階段多採取在空車或低負荷下進行；為了縮短跑合時間，也可採用含添加劑和固體潤滑劑的潤滑材料，在一定負荷和較高速度下進行跑合。跑合結束後，應進行清洗並換上新的潤滑材料。
(2)穩定磨損階段 這一階段磨損緩慢且穩定，磨損率保持基本不變，屬正常工作階段，圖中相應的橫坐標就是摩擦副的耐磨壽命。
(3)劇烈磨損階段 經過長時間的穩定磨損後，由於摩擦副對偶表面間的間隙和表面形貌的改變以及表層的疲勞，其磨損率急劇增大，使機械效率下降、精度喪失、產生異常振動和噪聲、摩擦副溫度迅速升高，最終導致摩擦副完全失效。 有時也會出現下列情況：
(1)在跑合磨損階段與穩定磨損階段無明顯磨損。當表層達到疲勞極限後，就產生劇烈磨損，滾動軸承多屬於這種類型。
(2)跑合磨損階段磨損較快，但當轉入穩定磨損階段後，在很長的一段時間內磨損甚微，無明顯的劇烈磨損階段。一般特硬材料的磨損（如刀具等）就屬於這一類。
(3)某些摩擦副的磨損，從一開始就存在著逐漸加速磨損的現象，如閥門的磨損就屬於這種情況。
機理
摩擦副兩對偶表面作滾動或滾滑複合運動時，由於交變接觸應力的作用，使表面材料疲勞斷裂而形成點蝕或剝落的現象，稱為表面疲勞磨損（或接觸疲勞磨損）。
如前所述，粘著磨損和磨粒磨損，都起因於固體表面間的直接接觸。如果摩擦副兩對偶表面被一層連續不斷的潤滑膜隔開，而且中間沒有磨粒存在時，上述兩種磨損則不會發生。但對於表面疲勞磨損來說，即使有良好的潤滑條件，磨損仍可能發生。因此，可以說這種磨損一般是難以避免的。
表面疲勞磨損形成的原因，按照疲勞裂紋產生的位置，目前存在兩種解釋。
(1)裂紋從表面上產生
摩擦副兩對偶表面在接觸過程中，由於受到法向應力和切應力的反覆作用，必然引起表層材料塑性變形而導致表面硬化，最後在表面的應力集中源（如切削痕、碰傷、腐蝕或其它磨損的痕跡等）出現初始裂紋，如圖1所示，該裂紋源以與滾動方向小於45°的傾角由表向內擴伸。當潤滑油楔入裂紋中後，若滾動體的運動方向與裂紋方向一致，當接觸到裂口時，裂口封住，裂紋中的潤滑油則被堵塞在裂紋內，因滾動使裂紋內的潤滑油產生很大壓力將裂紋擴展，經交變應力重複作用，裂紋發展到一定深度後則成為懸臂樑形狀，在油壓作用下材料從根部斷裂而在表面形成扇形的疲勞坑，造成表面疲勞磨損，這種磨損稱為點蝕。點蝕主要發生在高質量鋼材以滑動為主的摩擦副中，這種磨損的裂紋形成時間很長，但擴展速度十分迅速。
(2)裂紋從表層下產生
兩點（或線）接觸的摩擦副對偶表面，最大壓應力發生在表面，最大切應力發生在距表面0. 786a (a是點或線接觸區寬度的一半）處。在最大切應力處，塑性變形最劇烈，且在交變應力作用下反覆變形，使該處材料局部弱化而出現裂紋。裂紋首先順滾動方向平行於表面擴展，然後分叉延伸到表面，使表面材料呈片狀剝落而形成淺凹坑，造成表面疲勞磨損，這種磨損常稱為鱗剝。若在表層下最大切應力處附近有非塑性夾雜物等缺陷，造成應力集中，則極易早期產生裂紋而引起疲勞磨損，這種表面疲勞磨損主要發生在以滾動為主的一般質量的鋼製摩擦副中。這種磨損的裂紋形成時間較短，但裂紋擴展速度較慢。這種從表層下產生裂紋的疲勞磨損通常是滾動軸承的主要破壞形式。 滾動接觸疲勞磨損要經過一定的應力循環次數之後才發生明顯的磨損，並很快形成較大的磨屑，使摩擦副對偶表面出現凹坑而喪失其工作能力；而在此之前磨損極微，可以不計。這與粘著磨損和磨粒磨損從一開始就發生磨損並逐漸增大的情況完全不同。因此，對滾動接觸疲勞磨損來說，磨損度或磨損率似乎不是一個很有用的參數，更有意義的是表面出現凹坑前的應力循環次數。
影響因素
磨損影響(1)材料性能
鋼中的非塑性夾雜物等冶金缺陷，對疲勞磨損有嚴重的影響。如鋼中的氮化物、氧化物、矽酸鹽等帶稜角的質點，在受力過程中，其變形不能與基體協調而形成空隙，構成應力集中源，在交變應力作用下出現裂紋並擴展，最後導致疲勞磨損早期出現。因此，選擇含有害夾雜物少的鋼（如軸承常用淨化鋼），對提高摩擦副抗疲勞磨損能力有著重要意義。在某些情況下，鑄鐵的抗疲勞磨損能力優於鋼，這是因為鋼中微裂紋受摩擦力的影響具有一定方向性，且也容易滲入油而擴展；而鑄鐵基體組織中含有石墨，裂紋沿石墨發展且沒有一定方向性，潤滑油不易滲入裂紋。
(2)硬度
一般情況下，材料抗疲勞磨損能力隨表面硬度的增加而增強，而表面硬度一旦越過一定值，則情況相反。 鋼的芯部硬度對抗疲勞磨損有一定影響，在外載荷一定的條件下，芯部硬度越高，產生疲勞裂紋的危險性就越小。因此，對於滲碳鋼應合理地提高其芯部硬度，但也不能無限地提高，否則韌性太低也容易產生裂紋。此外，鋼的硬化層厚度也對抗疲勞磨損能力有影響，硬化層太薄時，疲勞裂紋將出現在硬化層與基體的連線處而易形成表面剝落。因此，選擇硬化層厚度時，應使疲勞裂紋產生在硬化層內，以提高抗疲勞磨損能力。 齒輪副的硬度選配，一般要求大齒輪硬度低於小齒輪，這樣有利於跑合，使接觸應力分布均勻和對大齒輪齒面產生冷作硬化作用，從而有效地提高齒輪副壽命。
(3)表面粗糙度
在接觸應力一定的條件下，表面粗糙度值越小，抗疲勞磨損能力越高；當表面粗糙度值小到一定值後，對抗疲勞磨損能力的影響減小。如滾動軸承，當表面粗糙度值為Ra0.32mm時，其軸承壽命比Ra0.63mm時高2～3倍,Ra0.16mm比Ra0.32mm高1倍，Ra0.08mm比Ra0.16mm高0.4倍，Ra0.08mm以下時，其變化對疲勞磨損影響甚微。如果觸應力太大，則無論表面粗糙度值多么小，其抗疲勞磨損能力都低。此外，若零件表面硬度越高，其表面粗糙度值也就應越小，否則會降低抗疲勞磨損能力。
(4)摩擦力
接觸表面的摩擦力對抗疲勞磨損有著重要的影響。通常，純滾動的摩擦力只有法向載荷的1％～2％，而引入滑動以後，摩擦力可增加到法向載荷的10％甚至更大。摩擦力促進接觸疲勞過程的原因是：摩擦力作用使最大切應力位置趨於表面，增加了裂紋產生的可能性。此外，摩擦力所引起的拉應力會促使裂紋擴展加速。
(5)潤滑
試驗表明：潤滑油的粘度越高，抗疲勞磨損能力也越高；在潤滑油中適當加入添加劑或固體潤滑劑，也能提高抗疲勞磨損能力；潤滑油的粘度隨壓力變化越大，其抗疲勞磨損能力也越大；潤滑油中含水量過多，對抗疲勞磨損能力影響也較大。
此外，接觸應力的大小、循環速度、表面處理工藝、潤滑油量等因素，對抗疲勞磨損也有較大影響。
腐蝕磨損
摩擦副對偶表面在相對滑動過程中，表面材料與周圍介質發生化學或電化學反應，並伴隨機械作用而引起的材料損失現象，稱為腐蝕磨損。腐蝕磨損通常是一種輕微磨損，但在一定條件下也可能轉變為嚴重磨損。常見的腐蝕磨損有氧化磨損和特殊介質腐蝕磨損。
1．氧化磨損
除金、鉑等少數金屬外，大多數金屬表面都被氧化膜覆蓋著，純淨金屬瞬間即與空氣中的氧起反應而生成單分子層的氧化膜，且膜的厚度逐漸增長，增長的速度隨時間以指數規律減小，當形成的氧化膜被磨掉以後，又很快形成新的氧化膜，可見氧化磨損是由氧化和機械磨損兩個作用相繼進行的過程。同時應指出的是，一般情況下氧化膜能使金屬表面免於粘著，氧化磨損一般要比粘著磨損緩慢，因而可以說氧化磨損能起到保護摩擦副的作用。
2.特殊介質腐蝕磨損
在摩擦副與酸、鹼、鹽等特殊介質發生化學腐蝕的情況下而產生的磨損，稱為殊殊介質腐蝕磨損。其磨損機理與氧化磨損相似，但磨損率較大，磨損痕跡較深。金屬表面也可能與某些特殊介質起作用而生成耐磨性較好的保護膜。
為了防止和減輕腐蝕磨損，可從表面處理工藝、潤滑材料及添加劑的選擇等方面採取措施。
派生與複合
磨損過程十分複雜，有許多實際表現出來的磨損現象不能簡單地歸為某一種基本磨損類型，而往往是基本類型的複合或派生，如氣蝕磨損、沖蝕磨損和微動磨損等。
1.氣蝕磨損和沖蝕磨損
當零件與液體接觸並作相對運動時，在接觸面附近的局部壓力低於相應溫度液體的飽和蒸汽壓時，液體就會加速汽化而產生大量氣泡，與此同時，原混在或溶解於液體中的空氣也都游離出來形成氣泡；當氣泡流到高壓區時，因壓力超過氣泡壓潰強度而使氣泡潰滅，瞬間產生極大的衝擊力和高溫。氣泡的形成和壓潰的反覆作用，使零件表面疲勞破壞，產生麻點，隨後擴展成海綿狀空穴，這種磨損稱為氣蝕磨損。氣蝕磨損嚴重者，其擴展深度可達20mm。
當小液滴以高速（如l000m/s）落到金屬表面時，會產生很高的應力，往往一次衝擊就能造成塑性變形或破壞。如果應力較小而反覆作用，則會造成點蝕，這種由液體束衝擊固體表面所造成的磨損，稱為沖蝕磨損。含有硬質顆粒的液體束衝擊固體表面所造成的磨損，也屬沖蝕磨損。
氣蝕磨損和沖蝕磨損都稱為侵蝕磨損。它們都可以看成疲勞磨損的派生形式。因為就本質上來說，都是由於機械力造成的表面疲勞破壞，但液體的化學和電化學作用加速了它們的破壞速度。
2.微動磨損
名義上相對靜止的兩個接觸表面沿切向作微幅相對振動時所產生的磨損，稱為微動磨損。當兩接觸表面受到法向載荷時，接觸微峰產生塑性流動而發生粘著，在微幅相對振動作用下，粘著點被剪下而破壞，並產生磨屑；磨屑和被剪下形成的新表面逐漸被氧化，在連續微幅相對振動中，出現氧化磨損。由於表面緊密貼合，磨屑不易排出而在接觸表面間起磨粒作用，因而引起磨粒磨損。如此循環不止，即是微動磨損會過程。當振動應力足夠大時，微動磨損處會形成疲勞裂紋，裂紋的擴展會導致表面早期破壞。
可見，微動磨損是粘著磨損、腐蝕磨損、磨粒磨損以及疲勞、磨損複合並存的磨損形式，但起主要作用的是接觸表面間粘著處因微幅相對振動而引起的剪下以及其後的氧化過程，因此，有人將其稱為微動腐蝕磨損。
