第七章金属磨损与接触疲劳

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1、第七章金属磨损和接触疲劳机器运转时，相互接触的机器零件总要相互运动，产生滑动、滚动、滚动＋滑动，都会产生摩擦，引起磨损。如:轴与轴承、活塞环与气缸、十字头与滑块、齿轮与齿轮之间经常因磨损和接触疲劳，造成尺寸变化，表层剥落，造成失效。有摩擦必将产生磨损，磨损是摩擦的必然结果。磨损是降低机器和工具效率、精确度甚至使其报废的重要原因，也是造成金属材料损耗和能源消耗的重要原因。据不完全统计，摩擦磨损消耗能源的1/3～1/2，大约80％的机件失效是磨损引起的。汽车传动件的磨损和接触疲劳是汽车报废的最主要原因，所以，耐磨成了汽车档次的一个重要指标。因此，研究磨损规律，提高机件耐磨性，对节约能源，减少

2、材料消耗，延长机件寿命具有重要意义。第一节磨损概念一、摩擦与磨损现象1、摩擦两个相互接触的物体作相对运动或有相对运动趋势时，接触表面之间就会出现一种阻碍运动或运动趋势的力，这种现象成为摩擦。这种作用在物体上并与物体运动方向相反的阻力称为摩擦力。最早根据干摩擦的试验，得到摩擦力F正比于两物体之间的正压力（法线方向）N的经典摩擦定律，即F=μN，式中μ称为摩擦系数。后来发现这个定律只对低速度、低载荷的干摩擦情况是正确的，然而在许多场合下还是被广泛应用。摩擦力来源于两个方面：①由于微观表面凸凹不平，实际接触面积极少(大致可在1/10000～1/10的范围内变化)，这部分的接触应力很大，造成塑性

3、变形而引起表面膜（润滑油膜和氧化膜等）的破裂，促使两种金属原子结合（冷焊）；②由于微观表面凸凹不平，导致一部分阻止另一部分运动。要使物体继续移动，就必须克服这两部分阻力。用来克服摩擦力所做的功一般都是无用功，在机械运动中常以热的形式散发出去，使机械效率降低。减小摩擦偶件的摩擦系数，可以降低摩擦力，即可以保证机械效率，又可以减少机件磨损。而要求增加摩擦力的情况也很多，在某些情况下却要求尽可能增大摩擦力，如车辆的制动器、摩擦离合器等。92、磨损①定义：机件表面接触并作相对运动时，表面逐渐有微小颗粒分离出来形成磨屑（松散的尺寸与形状均不相同的碎屑），使表面材料逐渐损失（导致机件尺寸变化、重量损

4、失）、造成表面损伤的现象，称为磨损。摩擦和磨损是物体相互接触并作相对运动时伴生的两种现象，摩擦是磨损的原因，磨损是摩擦的必然结果。②过程：磨屑的形成是金属表面变形和断裂过程。金属磨损是发生在两相对运动的表面之间的一个非常复杂的过程。当两个相互接触的物体在压力作用下，金属表面发生弹性变形及塑性流动时，使表面膜破坏，暴露出未经任何氧化及被油污染的金属。这部分原子之间的活性特别强，很容易粘合（冷焊）在一起。在切向力的作用下会剪断，并粘附在其中一个表面上，而去磨另一表面。如果粘附现象发展的很严重，驱动力无法将其克服，就会发生咬合现象。当速度或载荷高时，摩擦表面温度会升得相当高，使表面层发生回火，

5、甚至二次淬火。同时周围介质中的氧和氮以及润滑油中的碳会向金属内扩散，形成固溶体或化合物，并使其变脆而脱落，脱落的颗粒成为磨粒又可能去磨损摩擦表面，所以磨损的过程极为错综复杂。摩擦与磨损是同时存在的，在摩擦过程中如果磨损率突然改变，此时摩擦系数亦有相应改变，也就是说，如果摩擦系数突然上升，那就意味者可能开始发生粘着磨损或磨料落入表面，然而，材料的耐磨性与摩擦系数并无直接关系。摩擦系数低，并不意味着耐磨性高。一、磨损过程机件正常运行的磨损过程一般分为三个过程;跑合阶段（磨合阶段）：稳定磨损阶段：剧烈磨损阶段：三、耐磨性耐磨性是材料抵抗磨损的性能。通常用磨损量来表示，磨损量越小，耐磨性越高。磨

6、损量的表示方法有：线磨损、体积磨损、质量磨损、比磨损量、相对耐磨性。第二节磨损机理磨损的分类：在磨损过程中，塑性变形与断裂过程是周而复始不断循环的，一旦形成磨损产物后，随之产生新的循环，磨损过程具有动态特征。9机件表面的磨损不是简单的力学过程，而是物理的、力学的和化学过程极为复杂的综合。理论上还不成熟，因此，分类方法也不统一。按磨损的破坏机理，磨损可分为：粘着磨损、磨粒磨损、表面疲劳磨损（接触疲劳）、腐蚀磨损。按机件表面磨损状态，磨损可分为：连续磨损、粘着磨损、疲劳磨损、磨粒磨损、腐蚀磨损、微动磨损、表面塑性流动。一、粘着磨损1、磨损机理粘着磨损又称咬合磨损，是在滑动摩擦条件下，当摩擦副

7、相对滑动速度较小（钢小于1m/s）时发生的。它是因缺乏润滑油，摩擦副表面无氧化膜，且单位法向载荷很大，以致接触应力超过实际接触点处屈服强度而产生的一种磨损，其表面形貌如图7-2所示。形成粘着点后的分离部位，可能有二种情况：粘着点，粘着点两侧（取决于强度），以粘着点结合强度比摩擦偶件的两基体金属都弱，则磨损极为轻微。若剪切应力低于粘着点结合强度时，两摩擦偶件会产生咬死而不能相对运动。如：不锈钢螺栓与不锈钢螺母在拧紧过程中就经常发生这种