金屬在加工過程中，特别是塑形加工過程中（軋制、擠壓、拉拔、鍛造、沖壓），摩擦與潤滑都是很重要的，摩擦對金屬變形流動的及組織性能影響非常顯著。簡單的說，就是打鐵也是要技術的！

打鐵

摩擦學（Tribology）一詞是1966年才開始使用的，是研究相互作用表面發生相對運動時的有關科學、技術和實踐的一門綜合性科學技術，其基本内容就是研究機械中的摩擦、磨損和潤滑問題。

兩個相互作用的物體在外力作用下發生相對運動時所産生的阻礙運動的阻力稱為“摩擦力”，這種現象稱之為“摩擦”。

産生摩擦應具備三個條件：

①兩個物體(或一個物體的兩部分)；

②相互接觸；

③相對運動(相對運動趨勢)。隻要具備上述三個條件，摩擦就存在。

摩擦示意圖

摩擦副之間發生相對運動時引起接觸表面上材料的遷移或脫落過程稱之為磨損。

磨損示意圖

在兩物體相對運動表面之間施加潤滑劑，以減少接觸表面間的摩擦和磨損。其中潤滑劑包括潤滑油、潤滑脂、薄膜材料(粘接幹膜、鍍膜、陶瓷膜等)和自潤滑材料。

潤滑與摩擦、磨損不同，潤滑是人為的、有目的的行動，其目的就是力圖減少接觸表面間的摩擦和磨損，或者說是控制摩擦和磨損。

摩擦學是涉及數學、物理、化學、力學及熱力學、冶金、材料、機械工程、石油化工等多學科領域的綜合性的學科。

人民對摩擦的認識，也是經過了很長時間的模式，期間形成了幾個學說，那麼是哪些呢？

摩擦第一定律：摩擦力與作用的垂直壓力成正比。

摩擦第二定律：摩擦力與接觸面積無關。

意大利學者雷納多·達·芬奇(1452—1519)。

法國物理學家兼建築師G．阿蒙頓(1663一1705)1696年在法國皇家科學學報上發表了關于摩擦的論文。文中重申了達·芬奇當初得出的摩擦第一定律和摩擦第二定律。阿蒙頓所研究的摩擦表面都是不光滑的。他認為，摩擦的起因是一個凸凹不平的表面沿另一‘表面上的微凸物體上升所作的功，也就是說摩擦是由于表面凸凹不平而引起，即摩擦的凹凸學說。

摩擦第三定律：動摩擦的摩擦力與滑動速度無關。

随後，法國物理學家兼工程師庫侖(1736—1806)在1781年通過實驗進一步證實了阿蒙頓摩擦定律。同時在此基礎上指出，應将靜摩擦(統計學)和滑動摩擦(動力學)區分開，并且還觀察到：滑動時所需外力大大低于滑動開始時所需外力，即靜摩擦大于動摩擦。他提出摩擦第三定律。

庫侖在解釋摩擦起因時，他認為首先是接觸表面凹凸不平的機械齧合力，其次是分子之間的粘附力。雖然，他已認識到粘附在摩擦于可能起一定作用．但是次要的，粗糙表面的微凸體才是主要的。

1734年，英國科學家J．德薩古利埃(1683—1744)，提出了截然不同的摩擦粘附說，他認為摩擦力的真正原因在于接觸摩擦區兩表面之間的分子粘附作用。

到19世紀末20世紀初，由于表面加工技術的進步，提供了研究接觸表面的實驗條件，因此，哈迪在對兩固體接觸表面的研究中發現，固體之間真正接觸面積僅僅是宏觀面積的微小部分。真實接觸面積的揭示推動了摩擦理論的進一步發展，為研究接觸副問摩擦機理提供了更深刻、更可靠的基礎。

20世紀30年代，摩擦理論有了進一步發展。蘇聯學者捷拉金提出表面分子吸引力理論，認為摩擦是接觸表面分子間相互排斥力與相互吸引力的作用結果。在分子吸附論的基礎上又發展了分子機械摩擦理論，認為機械與分子吸附是摩擦之源。摩擦與接觸面微凸體的彈塑性變形、微凸體相遇時的剪切、犁溝以及接觸面分子吸引有關。

在近代摩擦學發展上被公認的摩擦粘附理論是20世紀40年代英國劍橋大學教授F P 鮑登和D．泰柏提出的。他們認為，表觀接觸面積與真實接觸面積差别很大，而且真實接觸面積還會随摩擦條件而變化，兩微凸體之間因存在吸附力而形成接點。摩擦力應為剪斷金屬之間接點所需的力與硬金屬表面微凸體在軟金屬表面犁溝所需力之和。這一理論最初應用于兩種金屬之間的摩擦，現在，已深入到非金屬等許多其他材料。

直到1883年，英國人B．托爾(1845—1904)在英國機械學會上發表了軸承的實驗報告。托爾對機車車輛軸承的動态研究中偶爾發現，當軸承有效地運轉時，潤滑油會從軸承上開出的小孔中冒出。也就是說，油膜具有很高的流體動壓力。

英國著名水利學家O.雷諾(1842—1912)研究分析了托爾實驗，在此基礎上于1888年提出了流體動壓潤滑理論，并推導了軸承内油膜壓力分布。這篇論文可以說是為流體潤滑理論的建立奠定了基礎，從此開創了潤滑理論研究的先河。

雷諾指出，在理想流體動力潤滑條件下，軸與軸承之間的油膜能夠文撐軸承載荷，其原因是：當潤滑油進入逐漸縮小的間隙時，其流速很大，油是粘性液體，具有黏滞阻力。所以在油楔内會産生液體壓力，在合适條件下，該壓力能足以将軸與軸承隔開。

人類使用摩擦學

公元前13世紀，記載了銅在熱鍛時利用其氧化物潤滑模具。傳說公元前7世紀，人們利用自然油污和油脂來錘擊銅器和鐵器。

許多世紀以來，鍛造一直是最常用的一種金屬成形方法。

然而，在很長一段曆史後，人們才開始在熱鍛中有目的地采用潤滑劑．如用鋼制作來福槍零件。從18世紀才開始用帶槽的模子進行鍛造，采用鋸屑、重油以及油與金屬砂粒混合物做潤滑劑。當然，與今日所用的潤滑劑有很大區别。

油或鋸屑也可起潤滑作用，出為高溫鍛造時，金屬與模具長時間接觸，使模具溫度升高，它們燃燒生成氣體将金屬與模具隔仆．防止直接接觸，從而達到潤滑目的．同時也易于脫模。

二硫化鑰與石墨系潤滑劑是高溫最常用的潤滑劑。近年來，玻璃潤滑劑也得到廣泛應用，如欽合金、不鏽鋼等金屬的鍛造就常用此潤滑。

軋制工藝始于15世紀，首先是冷軋變形抗力很小的金屬，如金和鉛。

16世紀開始軋制窄帶，用來制作貨币。

1728年法國首先使用帶孔型的軋輥。但是，約100多年後才軋出較規則的金屬棒材。

1862年連軋機開始出現在英國的曼徹斯特。

18世紀中期，開始熱軋較寬的鋼闆，而薄闆熱軋未采用潤滑油。

1892年在建成第一套寬帶鋼連軋機組。此時,用水冷卻軋輥，還沒有采用工藝潤滑：

18世紀開始冷軋較寬的鉛闆和其他有色金屬，同時軋制産品的厚度範圍也擴大了。

直到19世紀才開始使用混合潤滑油塗抹軋輥進行潤滑。潤滑油通常是以礦物油(1860年以後才大量獲得)和動、植物油為基礎油。

随着20世紀冷軋鋁闆取得顯著效果，第一次提出了系統的發展潤滑油的任務，對礦物油也提出了更高的要求。為提高潤滑效果，往油中添加活性物質。

直到1930年，使用棕桐油作潤滑劑獲得優良效果，至今棕桐油仍然被公認為高質量的冷軋潤滑劑。

由于軋制速度不斷提高，軋輥溫升增加，迫切要求解決軋輥的冷卻問題，因此，出現了兼有潤滑和冷卻作用的乳化液潤滑來代替純油潤滑。

熱軋工藝潤滑始于20世紀30年代。1935年蘇聯最早在型鋼軋機上用牛油、豬油等動物油潤滑軋輥。

1968年美國鋼鐵公司大湖分廠在熱帶軋機亡采用工藝潤滑。

後來許多國家在闆帶、型材軋機上應用工藝潤滑獲得成功。

我國始于1979年，在1700爐卷軋機上取得良好潤滑效果。

有文獻記載，13世紀開始出現金屬絲拉拔行會組織和編寫拉拔指南。書中談到：“當你拉拔金、銀絲時，必須把蠟塗在其表面，以便順利通過模孔，還能使絲材表團呈現光亮的色澤”。

18世紀在拉制鐵絲時，人們已經采用棉布對鐵絲塗抹肥皂進行潤滑的方法。當時德國．采用豬油、植物油做拉拔鋼絲用的潤滑劑。

連續拉制容易引起金屬加工硬化而拉斷，使拉拔無法連續。直到1650年Joham Gendes經幾次拉拔失敗後，氣憤之下将鋼條從窗口扔到一個鑄造廠水窪地中，事後又很惋惜地将鋼條撿回。這時，Gendes突然發現鋼條由脆變得柔軟，且表面有一層薄膜．再繼續拉拔時發現已變得很容易加工了。這說明鋼條浸入水中被氧化，且表面生成一層氧化膜，在拉拔過程中起到潤滑作用。這種偶爾發現的氧化工藝大概沿用了近150年，後來又發現稀釋的酸啤酒和水也有潤滑作用，這種工藝也用了近50年。

過去采用濕法拉拔，德國習慣用油、乳化油和脂肪酸等作潤滑劑，而美國習慣用肥皂進行拉拔。

自從1923年用碳化鎢代替鋼制模具，1934年使用磷酸鹽塗層技術以來，給位拔工藝帶來了新的變化。

目前，在拉拔、擠壓與深沖等加工中，采用草酸鹽、磷酸鹽膜進行表面處理，具有潤滑效果好和防止表面氧化、生鏽的優點，已得到廣泛應用。

擠壓、深沖和镦粗等冷成形時所用潤滑劑，一般都是借鑒拉拔潤滑工藝而選用。

最先擠壓的金屬是錫。1797年開始擠壓管材。1894年擠壓銅及其他合金。與其他加工方法相比，擠壓時的潤滑更為重要。實踐表明，用純油與石墨混合潤滑效果要好。然而，擠壓鋁及合金時，不用潤滑也可獲得表面質量較好的制品。

對于高熔點的鋼、钛和銅等合金擠壓時，存在冷卻工具的問題，于是，給擠壓帶來一定困難。一般用傳熱性差的玻璃作潤滑劑，以防止熱傳導并進行流體動力學潤滑。

溫、熱靜水擠壓是通過液體為媒介來傳遞壓力。溫度在300℃以下，常用礦物油、植物油與合成油作潤滑劑。室溫時，使用固體和黃油物質，注入擠壓筒内進行潤滑。

第二次世界大戰期間，發現了兩種最有效的潤滑劑，那就是磷酸鹽和玻璃。

德國人采用磷酸鹽處理來冷擠壓和冷拉拔鋼材。同時，他們也成功地用玻璃潤滑熱擠壓鋼材。這兩種潤滑劑的發現對金屬成形工藝的發展起了很大的作用。

齒輪潤滑

說了這麼多，隻是簡單的介紹了下摩擦及潤滑的定義及作用，摩擦與潤滑在人類社會的發展進步中，起到的作用是無法磨滅的，因此，關注好摩擦及潤滑，使用好摩擦及潤滑十分的重要。

像現在的汽車面闆、易拉罐、各種反光器材等等，都是在品質優良的摩擦及潤滑條件下生産出來的。

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