按照磨损机理可将磨损分为：磨料磨损、粘着磨损、接触磨损、腐蚀磨损及微动磨损等。
在这些磨损形式中，磨料磨损最普遍，约占磨损事例的50%；其次是粘着磨损，约占15%；微动磨损是复合磨损。
各种磨损失效特征见表6-40。
磨损常常是多种形式同时发生的，并非单一类型，并且在运转过程中磨损类型还可能发生转化。图6-150所示为在压力一定时滑动速度与磨损量的关系。当滑动速度很低时，摩擦在表面氧化膜间进行，此时产生的磨损为氧化磨损，磨损量小。随滑动速度增大，氧化膜破裂，便转化为粘着磨损，磨损量也随之增大。滑动速度再增加，因摩擦热增大而使接触表面温度升高，使氧化过程加快，出现了黑色氧化铁粉末，从而又转化为氧化磨损，其磨损量又变小。如果滑动速度再继续增大，将再次转化为粘着磨损，磨损剧烈，导致零件失效。
表6-40 各类磨损失效特征
图6-150 压力一定时滑动速度与磨损量的关系
因此，在实际工作中应努力找出磨损的主导形式，再采取措施，提高机件的耐磨性。
6.7.1.1 磨料磨损
一对摩擦副之间存在有硬质颗粒时，零件表面产生的磨伤称为磨料磨损。这些硬质颗粒很像许多把微小切削刀具在金属表面切削，导致表面损伤。例如矿山机械、农业机械、工程机械、建筑机械等零部件常与泥沙、矿石、渣滓等接触，发生的磨损大都是磨料磨损。
影响磨料磨损的因素，一是材料自身的特性，二是试验条件或零件服役的环境。
1.材料的硬度 硬度越高，耐磨性越好。图6-151所示为一些纯金属和工具钢的硬度与相对耐磨性ε的关系。相对耐磨性ε可用下式表示：
图6-151 一些纯金属和工具钢的硬度与相对耐磨性的关系
2.化学成分 钢中碳含量越高，硬度也越高，耐磨性越好。以固溶状态存在的合金元素对耐磨性作用不大，形成碳化物时能显著提高耐磨性。
3.显微组织 钢中组织对磨料磨损影响显著，耐磨性依铁素体、珠光体、贝氏体和马氏体顺序递增。而片状珠光体又优于球状珠光体。在相同硬度下，等温淬火得到组织的耐磨性又比回火马氏体要好。钢中残留奥氏体也影响磨损抗力，在低应力磨损条件下且残留奥氏体较多时，将降低耐磨性。在高应力条件下，残留奥氏体因能显著加工硬化而改善耐磨性。用Al2O3做磨料时，钢中不同组织与磨料磨损关系见表6-41。
试验还表明，对低应力磨料磨损，淬火马氏体的耐磨性与碳含量有关系。图6-152所示为马氏体中碳含量对耐磨性的影响。由图中看出，当w（C）低于1%时，随马氏体中碳含量增加，耐磨性增加；w（C）高于1%时，随马氏体中碳含量增加，耐磨性降低。
表6-41 钢中不同组织与磨料磨损关系
图6-152 马氏体中碳含量对耐磨性的影响
a）用Al2O3做磨料b）用SiO2做磨料注：65Г=65Mn，60C2=60Si2Mn，9FC=9SiCr，
ⅢF15=GCr15，8F3=8Cr3。
钢中碳化物对耐磨性有显著影响。在软基体上（例如铁素体等）存在碳化物，可显著提高耐磨性；但是在硬基体中（例如马氏体），碳化物像缺口一样，对提高耐磨性不但无益，反而有害。因此，只有碳化物硬度比基体硬度高得多时，才能提高耐磨性。
4.加工硬化 图6-153所示为加工硬化对低应力磨损试验时耐磨性的影响。可以看出，因塑性变形而加工硬化的材料虽然提高了材料的硬度值，但却没有使耐磨性增加。所以在低应力磨损时，并不能依靠加工硬化来提高表面耐磨性。如果是在高应力冲击加载条件下，表面会因加工硬化而使硬度升高，其耐磨性也随之增加。高锰钢的耐磨性就是这样，这种钢水韧处理后为软的奥氏体组织，在低应力磨损的场合，它的耐磨性不好；而在高应力带冲击磨损的场合，它具有特别高的耐磨性。这是由于奥氏体的加工硬化率很高，同时还发生了诱发马氏体转变之故。高锰钢用作碎石机的锤头、颚板可呈现很好的耐磨性，而用作拖拉机履带板或犁铧时耐磨性却不高，就是两种情况下工作应力不同所致。
图6-153 加工硬化对低应力磨损试验时耐磨性的影响
5.试验条件 磨料硬度越高，钢的磨损率越大；当硬度超过一定值后，钢的磨损量大小与磨料硬度无关。磨料尺寸及形状与钢的磨损有关系，尺寸大，磨损增加；磨料尺寸达到一定值后钢的磨损反而减缓。磨料越锐利，钢的磨损量越大，磨料碰撞角对钢的磨损量也有影响。
6.7.1.2 粘着磨损
一对摩擦副在摩擦力作用下，接触面的表层发生塑性变形，表面的氧化膜等被破坏，露出新鲜金属表面，由于分子力的作用使两个表面粘结（或焊合）起来。当外力小于这个粘结力时，摩擦副的相对运动被迫停止，便发生“咬住”或“咬死”现象。当外力大于粘结力时，结合处被切断；如果切断是在原来两个接触表面之间，则不发生磨损；如果发生在强度低的一侧时，强度较高的一侧表面上将粘附有软金属，此称之为“金属转移”现象。这些粘附金属在反复滑动过程中可能由金属表面脱落下来成为磨屑。
粘着磨损磨损量Q（mm3）表达式为
式中 K——磨损系数；
F——接触压力；
H——硬度；
L——摩擦滑动距离。
K实质上反映了配对材料粘着力的大小。试验测出的各种材料的K值范围很大，但对于每对材料有一特定值。如低碳钢/低碳钢，K=7.0×10-3；70黄铜/工具钢，K=1.7×10-4；62黄铜/工具钢，K=6×10-4，工具钢/工具钢，K=1.3×10-4；钨碳化物/低碳钢，K=4.0×10-6。
式（6-102）表示的磨损量与接触压力的关系只适合有限载荷范围内，如图6-154所示。当摩擦面压力低于布氏硬度值1/3时，K值保持不变，压力超过材料布氏硬度1/3时，K值将急剧增长，就会发生严重的磨损或“咬死”（而材料布氏硬度值的1/3，相当于材料的抗拉强度Rm），式（6-102）所示的关系便不复存在。
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图6-154 不同硬度的钢，粘着磨损系数与摩擦面承受压力的关系
影响粘着磨损的因素如下：
（1）金属间互溶性。互溶性好，粘着倾向大，磨损大。同种材料互溶性好，所以磨损量大。元素周期表中位置靠近的元素互溶性好，较远的互溶性不好，例如Cu、Ei可以形成完全互溶合金，它们之间粘着磨损倾向大。
（2）点阵类型。面心立方金属粘着倾向大，密排六方最小。
（3）组织。单相组织比多相组织磨损倾向大；粗晶粒比细晶粒大；固溶体比化合物大；下贝氏体的耐磨性比马氏体好；残留奥氏体增加了钢的耐磨性，碳化物增加钢的耐磨性。
（4）硬度。为了使零件表面有良好润滑能力，零件的表面应稍软些，次表层、再里层应有一缓慢过渡区。亚表层的高硬度区起支撑作用。
（5）试验环境或零件工作环境。在易氧化环境中，由于氧化膜的存在，防止了金属纯净表面的直接接触，从而避免或减轻了粘着现象的发生。在高真空环境下，由于不会发生氧化，在润滑难以保持时，易发生粘着现象。
6.7.1.3 腐蚀磨损
在磨损过程中，金属与介质同时发生化学或电化学反应，使零件表面发生尺寸和重量损失的现象称为腐蚀磨损。氧化磨损是腐蚀磨损中最典型、最多见的一种。
一般机器零件都是在含氧环境中工作的，表面会形成一层氧化膜。当摩擦副相对运动时，氧化膜被刮伤或被压碎会露出新鲜金属，随后又会形成一层新的氧化膜，再被刮伤或压碎，这种现象称为“氧化磨损”。氧化物夹在摩擦表面之间，可能起磨料作用，露出的金属表面可能被粘着，因而氧化磨损可能导致粘着磨损和磨料磨损。不发展成粘着磨损和磨料磨损的氧化磨损是最轻微的磨损。
氧化磨损与金属零件表层塑性变形抗力、滑动速度、接触应力、介质氧含量、氧化膜的硬度、润滑条件等因素有关。提高表层塑性变形抗力是提高材料氧化磨损的主要措施。图6-155和图6-156所示分别为常用结构钢和工具钢磨损量与硬度的关系（p=1.47MPa，v=1.56m/s）。
图6-155 结构钢氧化磨损量与硬度关系
①18CrMnTi钢渗碳 ②12CrEi3A钢渗碳 ③18CrEiWA钢渗碳 ④20CrA钢渗碳 ⑤T8钢淬火 ⑥40Cr钢淬火 ⑦45钢淬火 ⑧18CrEiWA钢调质 ⑨30CrMnSi钢低温回火 ⑩40CrEiMoA钢调质 ⑪37CrEi3钢调质 ⑫30CrMnSi钢调质 ⑬45钢正火
6.7.1.4 接触疲劳
一些零件，如齿轮副、凸轮副、滚动轴承、钢轨与轮箍、凿岩机活塞与钎尾的打击端部等，它们的接触面在滚动摩擦或滚动与滑动复合摩擦时，在接触应力反复作用下，引起的表面疲劳破坏现象，称为“接触疲劳”。零件产生接触疲劳时接触表面上产生许多针尖状或痘状凹坑，称之为“麻点”或“点蚀”，有的凹坑很深，呈贝壳状。在刚开始出现少数麻点时仍可继续工作，但随时间延长，麻点将不断增多和扩大，磨损加剧，发生较大的附加冲击力，噪声增大，甚至使零件折断。
图6-156 工具钢氧化磨损量和硬度关系
①W18Cr4V②CrWMn③Cr12Mo
④GCr15⑤T12⑥T10⑦T8A
⑧9SiCr⑨5CrEiMo
影响接触疲劳的主要因素如下：
（1）非金属夹杂物。轴承钢中非金属夹杂物有塑性的、脆性的和不变形（球状）的三种类型。其中，塑性夹杂物对接触疲劳寿命影响较小，球状夹杂物（钙硅酸盐和铁锰硅酸盐）次之，危害最大的是脆性夹杂物（氧化物Al2O3、氮化物、硅酸盐和氮化物等），这是因为它们无塑性并且与基体的弹性模量不同，容易在和基体交界处引起高度应力集中，二者的膨胀系数差别对应力集中影响很大，从而成为影响疲劳寿命的重要因素。氧化物等夹杂膨胀系数小于基体，界面产生残余拉应力，使得疲劳强度降低；硫化物膨胀系数大于基体，在界面形成残余压应力，不仅不降低疲劳强度，反而有利。硫化物的有利作用还有可能是由于将氧化物包住，形成共生夹杂物。图6-157所示为轴承钢中氧化铝、硅酸盐和硫化物夹杂含量对接触疲劳寿命的影响。
（2）马氏体碳含量。对轴承钢的研究表明，在剩余碳化物相同的条件下，马氏体中碳含量（质量分数）为0.4%～0.5%时，接触疲劳寿命最高，出现峰值，如图6-158所示。
（3）剩余碳化物颗粒大小和数量。研究表明，轴承钢中的剩余碳化物颗粒细小的比粗大的接触疲劳寿命高。此外，碳化物分布要均匀，形状要圆。如果不是为了提高耐磨性，最好不要有剩余碳化物，因为试验观察到的裂纹都是在碳化物和马氏体界面上传播的。至少也要使剩余碳化物数量调整到6%（体积分数）以下，否则对接触疲劳无好处。
图6-157 轴承钢中氧化铝、硅酸盐和硫化物夹杂含量对接触疲劳寿命的影响
a）氧化铝+硅酸盐 b）硫化物
图6-158 马氏体中碳含量与接触疲劳寿命关系
（4）硬度。在中低硬度范围内，零件的表面硬度愈高，接触疲劳抗力愈大，但在高硬度范围，则并无这样的关系。图6-157所示为大量轴承钢接触疲劳试验结果。对一般静态接触轴承，最佳接触疲劳寿命的对应硬度约为62HRC；对含有冲击性质载荷的接触疲劳，最佳对应硬度可略低，为58～60HRC。同时，还要注意配对件间适当的硬度差，如软面齿轮，小齿轮比大齿轮硬度高出25～50HBW为宜。
6.7.1.5 微动磨损
微动磨损是一种典型的复合磨损，一般是由粘着磨损、磨料磨损和氧化磨损等过程结合在一起，有时还和接触疲劳相联系。它是在一对摩擦副表面之间由于振幅很小（1mm以下）的相对振动而产生的磨损。如果磨损过程中两个表面之间化学反应起主要作用时，可称之为微动腐蚀磨损。轴颈与滚动轴承内圈，涡轮叶片的榫与轮盘的榫槽，以及螺母、螺栓与紧固的连接件接合面等，都可能出现微动磨损。
微动磨损主要特征是摩擦表面上存在大量磨损产物——磨屑。这些磨屑由大量氧化物组成，对铁基材料来说，出现的是红褐色粉末氧化铁（α-Fe2O3）。这些磨屑往往不易排出，留在接触区周围。
图6-159所示为微动磨损对疲劳强度的影响。该图表明，微动磨损不仅使疲劳强度降低30%～40%，而且使应力—循环次数曲线上不存在极限值。
图6-159 微动磨损对疲劳强度的影响
注：钢的化学成分（质量分数）：C0.25%、
Cr0.25%、Ei0.25%、Mn1.0%。
材料抗微动磨损能力与抗粘着磨损能力有关，提高表面硬度（例如渗碳、渗氮）和表面涂覆保护层，以及添加润滑剂等均可提高微动磨损抗力。冷作硬化对提高微动磨损抗力有明显效果，轴肩及轴颈经滚压或喷丸处理后微动磨损抗力可提高2～3倍。设计中常在两接触面间采用加垫衬方法，或镀铜、磷化等处理，以改变接触条件，这是防止微动磨损的有效措施，如锻锤锤头与锤杆之间配合处，油井钻杆螺纹联接处等。
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