Chapter_7__金属的摩擦与接触疲劳.ppt

1、摩擦：两个相互接触物体或物体与介质间发生相对运动（或相对运动趋势）时出现的阻碍作用，称为摩擦。,一、摩擦与磨损概念,第七章 材料的磨损性能,磨损：机件表面相接触并作相对运动时，表面逐渐分离出磨屑，造成表面损伤的现象。,磨屑形成实质：变形断裂。 磨损曲线：磨损量时间关系曲线,二、耐磨性表征 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) 体积磨损: 试样体积减小。,3、相对耐磨性,4、磨损系数: 1/。,(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。,（一）

2、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。,二、 磨损类型与机理,2 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、润滑膜破裂暴露出新鲜、洁净表面，接触面间原子间距极小，产生键合作用冷焊（粘着）； 继续滑动中，粘着点受剪切应力被剪断转移脱落；该过程反复进行粘着磨损,粘着磨损过程示意图,3 磨损量的估算 粘着磨损量正比于法向载荷F，滑动距离L，反比于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。,5 降低粘着磨损的措施： 磨损局

3、部的变形 粘着 - 断裂过程 故：降低变形，减少粘着 (1) 选择合适的摩擦副材料 a、强、硬度高则不易粘着； b、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； 例：金属非金属摩擦副；化合物；多相金属,(2) 避免或阻止摩擦副(原子)间直接接触 a、使用润滑剂，改善表面润滑条件； b、增强氧化膜的稳定性，提高氧化膜与基体的结合力； c 、表面化学热处理 (3) 降低表面粗糙度； 但并非越光滑越好考虑润滑剂储存 (4) 减小摩擦滑动速度，降低接触压应力,两体磨粒磨损 b) 三体磨粒磨损,（二）磨粒磨损（磨料磨损，研磨磨损）,1、定义 当摩擦

4、副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。,2、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，原因： 应力集中小，不易产生裂纹 反复、多次塑性变形后裂纹剥落,尖锐的磨粒或材料脆性较高时： 直接产生切削、剥落，留下犁沟,磨粒磨损示意图,可见： 正比于法向载荷，摩擦距离(硬度)-1。 同时与硬材料凸出部分尖端或磨粒的形状有关。,3、磨损量的估算 可证明，磨损量可以用下式表示：,4、磨损表面特征 犁沟、擦伤。,5、降低磨粒磨损的措施

5、（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。 （2）降低磨粒磨损的措施 P167169,磨粒磨损相对耐磨性与材料硬度的关系,耐磨性、硬度与断裂韧性关系示意图,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域发生小片(块)状剥落的表面疲劳损伤现象，称接触疲劳(疲劳磨损、麻点磨损) 接触形式: 线接触和点接触。,第三节 接触疲劳(疲劳磨损),2、接触疲劳宏观特征 小痘状、贝壳状或其它不规则状凹坑。,3、接触疲劳破坏的分类 麻点剥落（点蚀）、 浅层剥落、 深层剥落（表面压碎）。 接触疲劳包括裂

6、纹形成和扩展两个阶段，并且裂纹形成占据的时间长，而裂纹扩展所占据的时间很短。,4、接触疲劳损伤过程 金属局部反复塑性变形裂纹的形成裂纹的扩展金属表面的剥落，麻点。 可见：接触疲劳疲劳磨损 接触应力：两物体相互接触时，在表面上产生的局部压入应力。,二、接触疲劳破坏机理 金属局部反复塑性变形裂纹的形成裂纹的扩展金属表面的剥落。 从综合切应力的分布和大小，材料的强度相互比较，决定了裂纹产生的部位和接触疲劳类型。,1、麻点剥落 裂纹起源于表面的接触疲劳损伤 （1）滑动加滚动条件下： 切向摩擦力较大，使最大综合切应力转移至表面 （2）表面存在质量缺陷： 软点、硬点、夹杂物等抗剪强度不足。 深度：0.10

7、.2mm的小块剥落。 形态：麻点是些针状或痘状的凹坑。,麻点剥落形成过程示意图 a）初始裂纹形成 b）初始裂纹扩展 c）二次裂纹形成 d）二次裂纹扩展 e）形成磨屑 f） 锯齿形表面,提高抗力措施： (1) 提高机件表面的塑性变形抗力； (2) 提高零件表面光洁度，使F降低，表面折叠几率降低； (3) 提高润滑油的粘度，降低油楔作用。,2、浅层剥落 裂纹起源于次表层的接触疲劳损伤 深度：0.20.4mm。 浅层剥落在次表层（最大切应力处）： 0.786b处； 0.5b处； 实际多在0.50.7b处）。,浅层剥落裂纹在亚表层0.786b处产生,过程： 在0.50.7b处，首先滑移变形一定循环N产生疲劳裂纹沿应力，夹杂物走向发展形成二次裂纹扩展到表面另一端形成悬臂梁压断，浅层剥落。,浅层剥落过程示意图,提高抗力措施： 提高材料的塑性变形抗力，进行整体或表面强化，使0.50.786b处的切变强度。 提高材料纯净程度，夹杂物数量。,深层剥落裂纹在过渡区内产生,3、硬化层剥落（深层剥落） 裂纹起源于表面硬化层下过渡区。 原因：过渡区强度不足。,深层剥落过程示意图,提高抗力的措施： 提高机件心部强度； 增大硬化层深度； 控制渗层金相组织，碳化物级别，马氏体级别，残余