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零件的磨损，使零件的原有尺寸、形状和表面精度质量等发生改变，破坏了原配合副的配合特性，导致发动机零件失去了原有的工作性能和作用。易造成发动机漏油、漏气、振动过大和噪声等故障。

3.4.1　磨损的发生机理

磨损是表面的相对运动使工件的表面物质逐渐耗损的过程，是产品发生故障的基本原因之一。零件磨损，必须具备两个或两个以上的零件接触，组成摩擦副，在摩擦副的相关零件间，必须产生相对位置关系不断改变的力和相互摩擦的相对运动。摩擦副在力的作用下，产生相对运动的摩擦，在其接触表面产生金属剥落损坏。

作动筒、活塞和齿轮等有相对运动的部件，若因磨损导致油液泄漏，则影响油液的压力，从而使相关系统效率下降，操纵灵敏度和准确性降低。发动机的机体结合面若磨损，则密封性失效，就会造成漏油、漏气，甚至发生火灾。

图1-3-4所示为一简单摩擦机械系统中干磨损的情况。磨损过程中发生了一对摩擦副间的相对运动，出现材料转移造成了接触表面的材料耗损，破坏了表面精度，使结合表面间不密封。这种磨损遵循如下宏观法则：

（1）零件的磨损率W是指单位滑动距离上磨损的材料体积，如式（1-3-2）所示。

（2）磨损率W与表面接触面积无关，它正比于法向荷载FN而反比于材料的硬度H，如式（1-3-3）所示。

3.4.2　磨损过程

一般来说，磨损的发生过程可分为三个阶段，如图1-3-5所示。磨损过程中零件的相对运动类型有滑动、滚动、冲击、摆动、振动和流动等。磨损的相互作用元素有固体对固体（金属、聚合物、矿物质等）、固体对流体和固体对带颗粒的流体等。磨损率的影响因素有材料的硬度、输入功、荷载、摩擦系数和运动距离等。硬材料对硬材料时两者磨损较大；硬材料对软材料时，硬材料磨损小，软材料磨损大；软材料和软材料相互运动磨损时，两者的磨损量适中。

1.磨合（跑合）

新的摩擦副表面比较粗糙，有许多显微凸起。运动时，真实接触面小，磨合使显微凸起的部分磨平，使摩擦增大，此阶段磨损率逐步下降。

配合零件经过磨合阶段后，接触表面的接触性能更好，接触更平稳，受力更均匀。配合零件相互运动时，磨损率变化很小，称为稳定磨损阶段，此阶段是机件磨损寿命的主要部分。

剧烈磨损阶段是磨损率急剧增大的阶段。经历这一阶段后，零件精度丧失，易导致噪声、振动和摩擦副温度升高等现象，直至最后失效。

3.4.3　磨损分类

磨损按运动形式可分为滑动磨损、滚动磨损、冲击磨损和微动磨损；按损失方式可分为表面疲劳磨损、磨粒磨损、黏附磨损、腐蚀磨损和合成磨损。

1.表面疲劳磨损

在零件滚动或滑动接触过程中，由于交变接触应力的作用，接触区形成的循环应力超过材料的疲劳强度，使表面产生疲劳裂纹，并不断发展，裂纹上的材料断裂剥落，有时表面出现麻点的现象称为表面疲劳磨损。表面疲劳是滚动接触的典型失效方式，常发生于轴承的滚动体和轴承圈上。

零件发生表面疲劳磨损后的外观主要为裂纹、点蚀和剥落。点蚀一般从表面开始向内倾斜扩展，最后二次裂纹折向表面，裂纹以上的材料折断脱落下来形成点蚀，单个点蚀坑的表面形貌常表现为“扇形”。点蚀如图1-3-6～图1-3-8所示，作用在零件表面的剪应力方向和大小反复发生变化，在亚表层内将产生位错运动，位错的互相切割产生空穴，空穴的集中形成空洞，发展成裂纹。

剥落与点蚀的本质是相同的，都属于接触疲劳的一种，但特征有所区别，剥落裂纹一般起源于亚表面内部较深的层次，沿表面平行的方向发展，最后形成片状的剥落坑。剥落如图1-3-9　所示，一般认为，剥落裂纹是由亚表面层的循环应力引起的。因此，分析剥落原因时，首先应考虑脉动的最大切应力，或交变的正交切应力，以及亚表层内材料性能的变化。

表面疲劳磨损时，摩擦产生热量，接触压力引起应力和变形导致表面层的塑性变形。零件表面弹性应力的影响因素有材质结构、表面特征、表面缺陷、荷载分布和切向力等。材质结构包含氧化物及其硬、脆夹杂物、硫化物及其他二相颗粒，晶界、亚晶界、孪晶界及其他错位列阵。表面特征是指表面形态和纹理、残余应力、表面能级、微观结构、污染物、“线”接触几何形状的端部、接触区碎片。表面缺陷是指夹杂物及二相颗粒、刻痕及真假布氏压痕、沟槽及擦伤、腐蚀坑、锈斑、水蚀、微动磨损损伤、打滑损伤。装配原因易导致的荷载分布问题有整体滑动、移动和滑动产生的不同切向力。

这些影响因素说明滚动接触时表面接触效应的复杂性。在交变接触应力作用下，最大切应力处首先发生塑性变形，造成接触区中心部分的凹陷。这种变形随着荷载的反复作用而不断积累，在最大剪应力处形成裂纹，并沿最大剪应力方向向表面扩展。当裂纹形成封闭曲线时，曲线内的表面材料便成片剥落，所以表面疲劳磨损过程是疲劳裂纹起源、扩展和断裂的过程，是一种比较普遍的磨损形式。图1-3-10所示为表面疲劳磨损示意。

航空发动机的齿轮副、轴承、球头等经常发生表面疲劳磨损。表面疲劳磨损流程如图1-3-11所示。

整体疲劳断面如图1-3-12所示，整体疲劳都发生在表面，与外加应力呈45°，超过两三个晶粒后，转向与应力垂直。疲劳磨损一般发生在表面或亚表面层，与表面呈10°～30°或平行于表面。整体疲劳一般只受循环应力的作用，存在明显的疲劳极限。疲劳磨损除循环应力作用外，摩擦过程可以引起表面层一系列的物理化学变化。

如果运动副的一个表面明显比另外一个表面硬，或者运动副中有硬的颗粒，在两个面接触的情况下，较硬表面的微凸体嵌入较软表面，同时较硬表面微凸体周围的较软表面材料发生塑性移动。当较硬表面移动时，就会在软表面产生裂沟并切削较软的材料。磨粒磨损作用与微切削过程十分相似，如图1-3-13～图1-3-15所示。磨粒磨损外观为擦伤、沟纹和条痕。

工业上，磨粒磨损十分普遍，约有50%的磨损是磨粒磨损。在给定的磨损范围内，金属的磨粒磨损体积V在大多数情况下随荷载F及滑动距离按线性关系增加。磨粒磨损取决于磨粒硬度和零件材料硬度间的相互关系，磨粒磨损的耐磨性与材料硬度呈正比。为减少磨粒磨损，零件材料的硬度应比磨粒硬度高一定系数。磨粒磨损过程作用在外表面层，分析磨损时应考虑表面污染和环境的影响。磨粒硬度对金属磨损可分为下面三种状态：

（1）磨粒硬度＞零件材料表面硬度，高磨损状态；

（2）磨粒硬度≈零件材料表面硬度，磨损转换状态；

（3）磨粒硬度＜零件材料表面硬度，低磨损状态。

摩擦副相对运动时，两接触表面间发生固相焊合，黏着点在切应力作用下断裂，材料从摩擦副较软的一侧表面迁移到较硬的一侧，迁移的金属呈颗粒状，这种现象称为黏附磨损。黏附磨损的外观为锥刺、鳞尾和麻点状。

在机械系统中，黏附磨损易导致运动零件咬死或咬合失效。钢和钢组成的滑动副表面，因黏附磨损过程而失效的情况较多。黏附磨损与其他磨损机理有所不同，其他磨损一般都需要一些时间来扩展并达到临界破坏值，而黏附磨损相反，磨损发生得非常突然无法预测。黏附磨损包括黏附和断裂两个过程。两者均与零件的表面污染物、周围介质的影响有关。

触点黏附和触点变形过程的各种特征对黏附磨损有影响，黏附和断裂的联合作用产生松散的黏附磨损颗粒。常见的黏附磨损零件有齿轮、轴承和作动筒等。

摩擦副上的介质发生化学或电化学反应，生成反应物，反应物被磨去后，反应继续进行，生成新的反应物，这种零件表面腐蚀和磨损的反复进行过程称为腐蚀磨损，也称为摩擦化学磨损。

腐蚀磨损与表面疲劳磨损、磨粒磨损和黏附磨损之间存在着显著区别。后三者是直接接触的两个表面之间发生相互机械作用，生成磨屑，使表面发生磨耗；而腐蚀磨损是两个表面和周围介质三个元素相互作用的结果，这些相互作用可表示为两个阶段的循环过程。第一阶段，两接触表面与介质起反应，生成反应物。第二阶段，包括生成反应物在内的磨耗，接触表面在相互作用的过程中形成裂纹，发生磨粒磨损，生成新的表面。

除变形和黏附效应外，化学反应形成反应物过程中的摩擦能对腐蚀磨损有一定影响。由于热和机械激活的作用，腐蚀磨损生成的微凸体温度升高，化学反应能力增强，表面层形成加速；微凸体表面层的机械性能发生了变化。一般来说，脆性断裂的倾向增加了。钢件在大气条件下工作，受大气腐蚀，生成黄褐色的Fe2O3和灰黑色的Fe3O4。不锈钢件在高温条件下可生成NiO和Cr2O3等。摩擦副与酸碱盐等特殊介质作用，均可生成相应的金属氧化物和新的盐类，所以腐蚀磨损表面均可发现其氧化物和盐类。

单一性质的磨损现象在零件的磨损过程极少出现。一般是多种性质的磨损过程混杂在一起的复杂过程，这种复杂的磨损过程称为合成磨损。腐蚀反应和黏附过程导致表面性能改变，从而生成反应物或把材料从一个偶件转移到另一个偶件上，这些过程又被转移和消耗在微凸体和基体材料中的机械能和热能所激化，所有这些过程都有助于生成松散的磨损微粒。生成磨损微粒的直接原因是表面疲劳磨损和微粒磨损。微动磨损、气蚀磨损和冲蚀磨损属于合成磨损。摩擦化学磨损反应物的外观为膜状微粒。

（1）微动磨损。两接触固体彼此以极小振幅的振动方式做相对运动而造成的磨损称为微动磨损。微动磨损是合成磨损的一种，也是四种基本磨损叠加而成的复杂磨损过程。航空发动机的微动磨损，可发生在各种固定接头和结合面。主要的影响是引起零件咬合松动、功率损失和噪声增加等，也会加速疲劳裂纹的产生，从而降低零件的疲劳寿命。微动磨损造成的表面损伤特点是疲劳裂纹和产生微动磨屑。由于微动的结果，疲劳强度常常降低到原来的1/6～1/3，图1-3-16所示为发生微动磨损的零件。微动磨损的发生主要有三个阶段：第一阶段，由振动接触变形导致表面裂纹的产生和扩展、表面污染物的排除以及黏附结合的形成与断裂；第二阶段，由于表面疲劳或黏附，变形过程中形成微粒摩擦，磨损微粒在摩擦化学反应中被氧化；第三阶段，已经生成的磨损微粒的研磨作用加速了第一阶段的进程。

（2）气蚀磨损。流体在高速流动和压力变化条件下，与流体接触的金属表面上发生洞穴状腐蚀破坏的现象称为气蚀，由于气蚀导致的磨损称为气蚀磨损。常发生在分油盘上和离心泵叶片叶端的高速减压区，气蚀破坏了零件表面上的保护膜，使金属表面形成许多细小的麻点并逐渐扩大成洞穴，加快了腐蚀速度。

在一些发动机机型上，气体流经发动机内部，由于发动机的振动和气体特性，气体在发动机内部与机体产生强烈的碰撞。发动机压气机机体与气体的相互作用造成气体压力不断增加，气体燃烧，形成高温高压和高速燃气，高速喷出。这一系列作用使流道表面变得粗糙。这种气蚀是机械作用，对于热端部件具有高温腐蚀的作用，图1-3-17所示为分油盘气蚀磨损。

（3）冲蚀磨损。冲蚀磨损是指固体、液体或气体向固体表面不断撞击而使固体表面材料磨损破坏的现象，如图1-3-18所示。撞击脆性材料如玻璃时，在表面和径向分布着最大拉伸应力。如果拉伸应力足够大，在接触区四周形成比接触区大的环形裂纹，并从内部向外表面张开，形成喇叭形；进一步撞击，裂纹扩展和连接，形成碎片被磨去。

如果材料是延性的，冲蚀过程是挤压、碎化和切削三者联合作用的过程。撞击时，材料表面被挤压损伤，其边缘形成翻边。撞击速度足够大时翻边被磨去。在撞击过程中，磨下的颗粒不断被磨碎，碎片擦过材料表面，颗粒的撞击角度小于90°时，锋利的颗粒把材料从表面磨去。

航空发动机滑油系统的滑油，对高温和高速旋转的承力轴承进行冷却和润滑，滑油喷嘴喷出滑油直接冲刷着转子轴承。承力大、温度高和转速快的轴承，产生了表面疲劳磨损和磨粒磨损，并伴随摩擦化学反应。因此，保持滑油的化学稳定性，有助于提高轴承的使用寿命。