第七章 金属磨损与接触疲劳

1、第七章第七章 金属磨损和接触疲劳金属磨损和接触疲劳南京工程学院材料工程学院南京工程学院材料工程学院271 金属的磨损金属的磨损一、磨损现象一、磨损现象1、基本概念、基本概念磨损：物体表面相互接触并做相对运动时，材磨损：物体表面相互接触并做相对运动时，材科自表面逐渐损失的过程称为磨损。科自表面逐渐损失的过程称为磨损。摩擦：两个物体因接触而阻碍相对运动，并使摩擦：两个物体因接触而阻碍相对运动，并使运动速度减慢，该现象称为摩擦。运动速度减慢，该现象称为摩擦。总结：摩擦是磨损的原因，磨损则是摩擦的结果。总结：摩擦是磨损的原因，磨损则是摩擦的结果。32 2、磨损特点、磨损特点磨损是材料表面发生微观变形和

2、断裂的过程。磨损是材料表面发生微观变形和断裂的过程。磨损是表面变形与断裂反复发生的动态过程。磨损是表面变形与断裂反复发生的动态过程。磨损过程是受诸多条件影响的复杂系统过程。磨损过程是受诸多条件影响的复杂系统过程。43 3、磨损曲线、磨损曲线记录磨损量和记录磨损量和时间关系的曲线。时间关系的曲线。磨磨 合合 阶阶 段：表面硬化，磨损速率变小。段：表面硬化，磨损速率变小。稳定磨损阶段：磨损速率衡定。稳定磨损阶段：磨损速率衡定。剧烈磨损阶段：表面恶化，磨损速率加剧。剧烈磨损阶段：表面恶化，磨损速率加剧。54 4、耐磨性、耐磨性：材料抵抗磨损的性能：材料抵抗磨损的性能衡量方法：衡量方法：体积损失体积损

3、失质量损失质量损失尺寸损失尺寸损失体积磨损体积磨损质量磨损质量磨损线磨损线磨损相对耐磨性：相对耐磨性：标准磨损量标准磨损量/被测样磨损量被测样磨损量磨磨 损损 系系 数：数：相对耐磨性的倒数相对耐磨性的倒数(1/ )(1/ )65、磨损类型、磨损类型按表面性质按表面性质按环境介质按环境介质金属金属金属磨损金属磨损金属金属流体磨损流体磨损干磨损干磨损湿磨损湿磨损流体磨损流体磨损金属金属磨料磨损磨料磨损7按磨损机理按磨损机理磨粒磨损磨粒磨损粘着磨损粘着磨损疲劳磨损疲劳磨损冲蚀磨损冲蚀磨损腐蚀磨损腐蚀磨损微动磨损微动磨损8&补充：各种磨损类型所占比例补充：各种磨损类型所占比例9二、粘着磨损二

4、、粘着磨损1、磨损机理、磨损机理摩擦副局部焊合摩擦副局部焊合粘着部位断裂粘着部位断裂断屑转移或脱落断屑转移或脱落粘着磨损模型示意图粘着磨损模型示意图10粘着磨损表面形貌粘着磨损表面形貌11&讨论：粘着点强度与磨损量关系讨论：粘着点强度与磨损量关系最高：断裂发生在摩擦副两最高：断裂发生在摩擦副两侧金属内部，磨损大。侧金属内部，磨损大。居中：断裂发生在较软金属居中：断裂发生在较软金属一侧一侧(铅钢铅钢)，磨损大。，磨损大。最低：断裂延粘着截面发生最低：断裂延粘着截面发生(锡钢锡钢)，磨损小。，磨损小。122、磨损量（体积）、磨损量（体积）HKFL9KFLVttsc单向压缩屈服强度；sc滑动

5、距离；tL法向力；F材料硬度；H材料伸长率；磨屑形成机率；K133、影响因素、影响因素（1 1）材料的相似性：不同材质做摩擦副。）材料的相似性：不同材质做摩擦副。（2 2）材料的硬度和韧性：提高表面硬度。）材料的硬度和韧性：提高表面硬度。（3 3）接触条件：接触压应力）接触条件：接触压应力 表面强度。表面强度。（2 2）形成过程）形成过程 表面裂纹表面裂纹 4545度方向度方向扩展扩展二次裂纹。二次裂纹。49v形成过程：疲劳裂纹就从表面产生，裂纹沿小于45。的夹角方向扩展。润滑油进入裂纹并被封闭后在裂纹内壁产生很大内压力，迫使裂纹向前扩展。当裂纹发展到一定深度，产生与初始裂纹垂直的二次裂纹，二

6、次裂纹向表面扩展，造成小块金属剥落，留下一个麻坑。502 2、浅层剥落、浅层剥落（1）形成条件：摩擦力小，）形成条件：摩擦力小， 综综材料强度材料强度（2）形成过程：）形成过程：51v形成过程：裂纹萌生萌生于表层以下最大综形成过程：裂纹萌生萌生于表层以下最大综合切应力的位置。该位置在切应力反复作用合切应力的位置。该位置在切应力反复作用下，塑性变形反复进行，使材料局部弱化，下，塑性变形反复进行，使材料局部弱化，疲劳裂纹首先在该处产生。裂纹在切应力反疲劳裂纹首先在该处产生。裂纹在切应力反复作用下沿与滚动表面平行的方向扩展一段复作用下沿与滚动表面平行的方向扩展一段后，可能产生垂直于表面或倾斜于表而的

7、二后，可能产生垂直于表面或倾斜于表而的二次裂纹，当分枝裂纹发展到表面时即发生剥次裂纹，当分枝裂纹发展到表面时即发生剥落落，留下一个比校平直的麻坑。落落，留下一个比校平直的麻坑。523 3、深层剥落、深层剥落（1）形成条件：）形成条件： 综综硬化层过渡区强度硬化层过渡区强度（2）形成过程）形成过程53v形成过程：疲劳裂纹源于硬化层与心部交界形成过程：疲劳裂纹源于硬化层与心部交界处，此处残余应力性质为拉应力，其与切应处，此处残余应力性质为拉应力，其与切应力叠加后有一极大值，成为零件强度的薄弱力叠加后有一极大值，成为零件强度的薄弱环节，是疲劳裂纹的发源地。裂纹平行于表环节，是疲劳裂纹的发源地。裂纹平

8、行于表面扩展后，再垂直于表面发展，造成材料纵面扩展后，再垂直于表面发展，造成材料纵向挖出，呈大块状剥落。向挖出，呈大块状剥落。54四、提高疲劳寿命的因素四、提高疲劳寿命的因素1、内部因素、内部因素（1）非金属夹杂物）非金属夹杂物 氧化铝和铝酸盐降低接触疲劳寿命；适当的硫化物（小于氧化铝和铝酸盐降低接触疲劳寿命；适当的硫化物（小于10%）提高接触疲劳寿命。采用电渣重溶、真空冶炼等给以降低）提高接触疲劳寿命。采用电渣重溶、真空冶炼等给以降低非金属夹杂物。非金属夹杂物。（2）热处理和组织结构）热处理和组织结构 热处理主要提高强度和硬度，材料的抗拉强度越高，其变形热处理主要提高强度和硬度，材料的抗拉强

9、度越高，其变形与断裂抗力越大，所以接触疲劳寿命大。与断裂抗力越大，所以接触疲劳寿命大。（3）表面硬度和心部硬度）表面硬度和心部硬度 在一定硬度范围内，接触疲劳强度随硬度升高而增大，但是在一定硬度范围内，接触疲劳强度随硬度升高而增大，但是如果表面硬度太大，在表面层下的硬度梯度过大，则容易在过渡如果表面硬度太大，在表面层下的硬度梯度过大，则容易在过渡区产生深层剥落。区产生深层剥落。（4）残余应力）残余应力 在渗碳层中的一定范围内存在残余压应力，可以提高接触疲在渗碳层中的一定范围内存在残余压应力，可以提高接触疲劳寿命。劳寿命。552、外部因素、外部因素（1）表面粗糙度和接触精度）表面粗糙度和接触精度 降低表面缺陷和粗糙度；提高接触精度，降低表面缺陷和粗糙度；