一和的 材料的力学 第十一章 佥属的磨损与接触疲 劳 NTrC 课 材料料学与工程学院王泓主编
第十一章 金属的磨损与接触疲 劳
一和的 材料的力学 11前言 任何机器运绺时,相互接敏的零件之间都将因相 对运动而产生摩擦,而磨损正是由于摩擦产兰的 能猎累。由于磨,将进成表层衬的援,零件 尺寸发变化,廈接影响了零件舶使用寿命。 NTrC 课 材料料学与工程学院王泓主编
11.1 前言 任何机器运转时，相互接触的零件之间都将因相 对运动而产生摩擦，而磨损正是由于摩擦产生的 结果。由于磨损，将造成表层材料的损耗，零件 尺寸发生变化，直接影响了零件的使用寿命
一和的 12摩擦及磨损的搋食 ∥E1廖擦 雨个相接触的物体或物体与介质之间在外力 作用下,发兰相对运动,或者具有相对道动的趋参 时,在接鼬表面上所产兰的阻得作用称为摩擦。这 学性能网络课 种皿碍相对运动的阻和称尚摩擦力。摩擦力舶方向 愿是沿着接面的如线古向,暇物体相对运动方向 相反,阻得物体阅的相对道动。摩擦和(与施加在 摩擦面上的向压和(P之比称为摩擦系数,以p表 示,即y=FPo ●按甓两接触面动方式的不同,可以将摩擦分为 ⑦滑动摩擦:指的是一个物体在书一个物体上屠 时产x的。②动序擦:指的是抛体在力矩 作用下,浴装款表面漾时的摩茶 材料料学与工程学院王泓主编
11.2 摩擦及磨损的概念 11.2.1 摩擦 两个相互接触的物体或物体与介质之间在外力 作用下，发生相对运动，或者具有相对运动的趋势 时，在接触表面上所产生的阻碍作用称为摩擦。这 种阻碍相对运动的阻力称为摩擦力。摩擦力的方向 总是沿着接触面的切线方向，跟物体相对运动方向 相反，阻碍物体间的相对运动。摩擦力(F)与施加在 摩擦面上的法向压力(P)之比称为摩擦系数，以μ表 示，即μ=F/P。 l按照两接触面运动方式的不同，可以将摩擦分为 ：①滑动摩擦：指的是一个物体在另一个物体上滑 动时产生的摩擦。②滚动摩擦：指的是物体在力矩 作用下，沿接触表面滚动时的摩擦
一和的 日磨损及磨损的型 按环境和介质可分为:篪体磨损;湿磨损,干磨 按表面接触性质可分为:金属-庞体磨损金属 学性能网 金属磨扳·金属--磨抖磨损。 月前比辍省用帕分类古居则是基于磨损的失数机 制进行尔类,一假分妫正类·⑦帖者磨损;②磨料 磨掇;膺磨扳;②般动磨;表面疲劳磨掇 接脑疲劳 课)是赛类型开浓圆定不变,不园的你系和 一种损机制安成另一种损活机制。 材料料学与工程学院王泓主编
11.2.2 磨损及磨损的类型 Ø按环境和介质可分为：流体磨损；湿磨损；干磨 损。 Ø按表面接触性质可分为：金属--流体磨损；金属- -金属磨损；金属--磨料磨损。 Ø目前比较常用的分类方法则是基于磨损的失效机 制进行分类， 一般分为五类：①粘着磨损；②磨料 磨损；③腐蚀磨损；④微动磨损；⑤表面疲劳磨损( 接触疲劳)。 Ø磨损类型并非固定不变，在不同的外部条件和材 料具有不同特性情况下，损伤机制会发生转化，由 一种损伤机制变成另一种损伤机制
一和的 材料特性包括:②金属与氧的化学素和力以及形成的 袤化膜性质;回金属在温和高温下拢枯着能力,国 金属帕力学世能;④金属的耐撂性:回金属与润滑剂 相豆作用的能力。 在摩擦过程中,零件表面还将发芏一系列物理 能化学和力学收在的变化 如因材料塑性形而升起表层硬化和应力次态的变 因摩擦蒸和其它外部终原作用下而发兰帕拇变, 课火,回火以及回复再若晶等 因与5外部介质相互作用面产兰的吸附作 材料料学与工程学院王泓主编
材料特性包括：①金属与氧的化学亲和力以及形成的 氧化膜性质；②金属在常温和高温下抗粘着能力；③ 金属的力学性能；④金属的耐热性；⑤金属与润滑剂 相互作用的能力。 在摩擦过程中，零件表面还将发生一系列物理、 化学和力学状态的变化。 如因材料塑性变形而引起表层硬化和应力状态的变 化； 因摩擦热和其它外部热源作用下而发生的相变、 淬火、 回火以及回复再结晶等； 因与外部介质相互作用而产生的吸附作用
一和的 ME3耐磨性俨价 表示磨损量的古的很多,可用摩擦表面向尺寸减少 量米表,称线磨扳量;也可用体积和重重米表示 分别称历体积磨量和重量磨损量。由子上述磨扳量是 摩擦行程或时间的画顱,因此,也可用耐磨麽或耐磨 学性能网络课 率表示其磨援措性,前者指单行程帕磨扳量,单位历 umm或mgm:后者指单位时间的磨扳量,单μmh或 mg/hr。还经用磨掇量的侧数和相对耐磨性!E)表示所 研完材帕耐磨性 被测试样磨损董-1 NTrC 标准试样磨损量 程13席损试验方法 材料料学与工程学院王泓主编
11.2.3 耐磨性评价 表示磨损量的方法很多，可用摩擦表面法向尺寸减少 量来表，称为线磨损量；也可用体积和重量法来表示， 分别称为体积磨损量和重量磨损量。由于上述磨损量是 摩擦行程或时间的函数，因此，也可用耐磨强度或耐磨 率表示其磨损特性，前者指单位行程的磨损量，单位为 μm/m或mg/m;后者指单位时间的磨损量,单位为μm/hr或 mg/hr。还经常用磨损量的倒数和相对耐磨性（ε）表示所 研究材料的耐磨性。 ε （11-1） 11.3 磨损试验方法
一和的 米4席损机制及影响因素 /帖著磨损 枯着磨扳又称擦,吸合磨损。由于零件表面某些接 歇点在高的那系下发合,有是的时花 着点又被萝切分开,接融面上有金属磨骨被拉拽出来 这种过程反复进行很次,便导最了表面的损赁。 4E磨州磨损 m0着夜是指破的静按武凸出物对歌件表面的享都 过程中,使材料表面发兰磨托的现歌这种磨粒成。 凸出物一裰指石英,砂土,石芋狼金属磨桦,也 课包括件中身磨援产物随间滑油遵入廖擦面而形成 程的磨粒。 材料料学与工程学院王泓主编
11.4.2 磨料磨损 磨料磨损是指硬的磨粒或凸出物对零件表面的摩擦 过程中，使材料表面发生磨耗的现象。这种磨粒或 凸出物一般指石英，砂土，矿石等非金属磨料，也 包括零件本身磨损产物随润滑油进入摩擦面而形成 的磨粒。 11.4 磨损机制及影响因素 11.4.1 粘著磨损 粘着磨损又称擦伤，咬合磨损。由于零件表面某些接 触点在高的局部压力下发生粘合，在相互滑动时，粘 着点又被剪切分开，接触面上有金属磨屑被拉拽出来 ，这种过程反复进行很多次，便导致了表面的损伤
一和的 45腐快磨扳 腐蚀磨掇是摩擦面和周介质发生化学或史化学 反应,形成的膺恼产物并在摩擦过程中被剥离出 而造成帕磨损。实上,可以认为,它是同时发兰 了雨个过程:腐铟和机槭磨损。 m4微动磨损 雨接表面间小幅度的相对如向动称般动 / Fretting。在压紧的表面之间由于般动而发兰的 磨掇称茜微动磨损。在一些机器的紧配合处图 任会发生檄小的滑动 材料料学与工程学院王泓主编
11.4.4 微动磨损 两接触表面间小幅度的相对切向运动称为微动 （Fretting）。在压紧的表面之间由于微动而发生的 磨损称为微动磨损。在一些机器的紧配合处(见图11- 11)，它们之间虽然没有明显的相对位移，但在外加循 环载荷和振动的作用下，在配合面的某些局部地区将 会发生微小的滑动。 11.4.3 腐蚀磨损 腐蚀磨损是摩擦面和周围介质发生化学或电化学 反应，形成的腐蚀产物并在摩擦过程中被剥离出来 而造成的磨损。实际上，可以认为，它是同时发生 了两个过程：腐蚀和机械磨损
接疲劳也称表面疲劳磨掇,是指簾动抽、齿轮 等类零件,在表面接压应力长期反复作用下所 起帕一种表面疲劳现录。 学51甚触成力概急 雨物体相互接舢时,在表面上产生的局部压力叫 能做蒸融应力,一叔出现如下而种情泥 M面接敏物体在加我前线接1如因在与国控,國 控与平面接触 NTrC 课 2接触物体在和载前历点荟{如滚张轴承 材料料学与工程学院王泓主编
11.5.1 接触应力概念 两物体相互接触时，在表面上产生的局部压力叫 做接触应力， 一般出现如下两种情况： (1)两接触物体在加载前为线接触(如圆柱与圆柱、圆 柱与平面接触) (2)两接触物体在加载前为点接触(如滚珠轴承) 11.5 接触疲劳 接触疲劳也称表面疲劳磨损，是指滚动轴承、齿轮 等类零件，在表面接触压应力长期反复作用下所引 起的一种表面疲劳现象
一和的 米m5日接疲劳要型和损过程 接舢疲劳破坏分点蚀,浅层剥落、深层剥蒽三种 主要类坐。 )点做通常把深度在0.1-0.2mm以下的小块剥营叫做 点做。裂纹一叔起原于表面。利磁龙星针状或痘状。 2居利送其利道(度一为0.2-0.4m。 51探居利落这类剥龙较(>0.4m),块大。一般 课发在表面化的转中,必碳钢中。 材料料学与工程学院王泓主编
(1)点蚀 通常把深度在0.1-0.2mm以下的小块剥落叫做 点蚀。裂纹一般起源于表面。剥落坑呈针状或痘状。 (2)浅层剥落 其剥落深度一般为0.2-0.4 mm。 (3)深层剥落 这类剥落坑较深(＞0.4mm)、块大。一般 发生在表面强化的材料中，如渗碳钢中。 接触疲劳破坏分为点蚀、浅层剥落、深层剥落三种 主要类型。 11.5.2 接触疲劳类型和损伤过程