金属的磨损与接触疲劳

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1、1/34摩擦：是接触物体间的一种阻碍物体运动的现象，这种阻力为摩擦力。磨损：是在摩擦作用下物体相对运动时，表面逐渐分离出磨屑从而不断损伤的现象。磨屑的形成是一个变形和断裂的过程。普通力学性能数据不一定能够反应材料耐磨性能的优劣。Why？第七章金属磨损和接触疲劳§7.1磨损的概念2/34一、磨损的过程跑合阶段、稳定磨损阶段、剧烈磨损阶段。图7-1磨损量与时间的关系示意图(磨损曲线)3/34二、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材料的耐磨性，磨损量越小，耐磨性越高。1、磨损量(1)线磨损：试样摩擦表面法线方向的尺寸减小。(2

2、)体积磨损：试样体积减小。(3)质量磨损：试样的质量损失。(4)比磨损量：磨损量／(摩擦距离·压力)。2、耐磨性：1／磨损量。4/343、相对耐磨性4、磨损系数：1/ε。5/34按磨损机理分为：粘着磨损、磨粒磨损、冲蚀磨损、疲劳磨损(接触疲劳)、腐蚀磨损和微动磨损。一、粘着磨损(咬合磨损)1、定义：相接触的两种材料由于表面某些接触点局部正压力超过该处的屈服强度以致发生粘合并拽开而产生的一种表面损伤磨损。§7.2磨损的类型6/342、产生机理滑动摩擦条件下，摩擦副双方接触时，局部突起的表面在压载荷下因应力较高引起塑性变形，使表面氧化膜、润滑

3、膜破裂暴露出新鲜、洁净表面，接触面间原子间距极小，产生原子间的键合作用，即冷焊(粘着)。继续滑动中，粘着点受剪切应力被剪断→转移脱落→形成磨屑；该过程反复进行→粘着磨损。7/34图7-2粘着磨损表面形貌摩擦副一方金属表面常粘附一层很薄的转移膜，并伴有化学成分变化→判断粘着磨损的主要特征。图7-3粘着磨损过程示意图8/34(1)粘着点强度比一方金属强时磨损量大，表面较粗糙，甚至产生咬死。(2)粘着点强度比双方金属都低时，磨损量小，摩擦面较平滑。(3)粘着点比双方金属都高时，剪断可发生在摩擦金属的任何一方，较软金属的磨损量大。9/343、磨损

4、量的估算粘着磨损量正比于法向载荷F，滑动距离L，(软材料压缩屈服强度或硬度)。4、磨损表面特征：大小不等的结疤。10/345、影响粘着磨损的因素P142材料特性、法向力、滑动速度及温度。6、改善粘着磨损耐磨性的措施(1)选择合适的摩擦副材料强、硬度高则不易粘着；互溶性小的材料不易粘着：晶格类型不同、晶格间距相差大、电化学性质相差大的材料组成摩擦件，粘着倾向小。11/34(2)避免或阻止摩擦副(原子)间直接接触使用润滑剂，改善表面润滑条件；增强氧化膜的稳定性，提高氧化膜与基体的结合力；表面化学热处理。(3)降低表面粗糙度；但并非越光滑越好，

5、需要考虑润滑剂储存。(4)减小摩擦滑动速度，降低接触压应力。12/34二、磨粒磨损(磨料磨损，研磨磨损)1、定义当摩擦副一方表面存在坚硬的细微凸起，或在接触面之间存在着硬粒子时所产生的一种磨损。前者称两体磨粒磨损，后者称三体磨粒磨损。微观断裂。13/34图7-4两体和三体磨粒磨损14/342、机理由于一方的硬度比另一方大得多，或存在硬质粒子，对材料的创槽作用而损耗。具体机制：切削作用；塑性变形；疲劳破坏；脆性断裂。圆钝的磨粒或材料塑性较高时：首先形成犁沟但并不剥落(应力集中小，不易产生裂纹)。经反复、多次塑性变形后形成裂纹，最终剥落。尖锐

6、的磨粒或材料脆性较高时，直接产生切削、剥落，留下犁沟。15/343、磨损量的估算图7-5磨粒磨损示意图16/344、磨粒磨损表面特征：犁沟、擦伤。图7-3磨粒磨损表面形貌17/345、降低磨粒磨损的措施(1)影响因素材料硬度高，磨损量小，耐磨性高；但过高反而不利——韧度低还与材料的韧性有关。耐磨性与硬度、断裂韧度之间的关系(教材图7-8和7-9)(2)改善磨粒磨损的措施(P147)18/34图7-4耐磨性、硬度与断裂韧性关系图7-5磨损体积与硬度比(磨粒硬度与材料硬度之比)的关系19/34实物试验与实验室试验两类。(1)磨损试验结果分散度

7、很大，一般试验要有4~5对摩擦副，数据分散度大时还应增加。(2)一般取试验数据的平均值。分散度大时需要用均方根值。(3)同一材料采用不同的磨损试验方法，结果往往不同，甚至是颠倒的。§7.3磨损试验方法20/34(4)采用称量法或测长法确定磨损量。称量法采用分析天平测定试样磨损前后的质量变化；测长法采用测微尺测量摩擦表面法线方向的尺寸变化。称量法用于磨损量在10-2g以上时才有较好结果。测长法用于磨损量较大、称量法难于实现的情况。21/34一、概念1、定义接触材料作滚动或滚动加滑动摩擦时，工件表面在交变接触压应力长期作用后所引起的一种局部区

8、域发生小片(块)状剥落的表面疲劳损伤现象，称接触疲劳(表面疲劳磨损、疲劳磨损)接触形式：线接触和点接触。§7.4金属的接触疲劳22/342、接触疲劳宏观特征小痘状、贝壳状或其它不规则状凹坑。图