金属接触疲劳

金属疲劳的名词解释金属疲劳是指金属材料在受到周期性或重复加载时，由于内部微观细观结构的缺陷和应力集中等因素，导致局部应力超过其抗力而产生的一种机械性能变化现象。

在实际工程中，金属疲劳是一种重要的失效形式，常常导致机械设备、工程结构和材料元件的突然损坏，因此对金属疲劳的理解和控制具有重要意义。

一、金属疲劳的起因金属疲劳的起因与金属材料的微观细观结构有密切关系。

在金属晶体中存在着晶界、孪晶界、位错、夹杂物等缺陷，这些都是金属疲劳产生的起因。

当金属材料受到外部荷载作用时，缺陷处存在应力集中，容易引发裂纹的形成。

随着荷载的循环，裂纹逐渐扩展，并最终导致材料断裂。

二、金属疲劳的特点1. 循环加载和高频加载。

金属疲劳是因为金属材料在循环加载下产生的疲劳失效，而非稳态加载。

循环加载中的应力水平往往较低，但由于循环次数较多，最终会导致金属材料的损坏。

2. 与应力幅度和寿命的关系。

金属疲劳的寿命与循环应力的幅度密切相关，随着循环应力幅度的增大，金属疲劳的寿命会显著减小。

同时，金属疲劳的寿命还与材料的强度、断裂韧性以及环境因素等有关。

3. 局部疲劳破坏。

金属疲劳是一种局部破坏形式，一般是由于材料表面或内部缺陷的存在而引起的。

在应力集中区域，裂纹会迅速扩展和连接，导致材料的失效。

三、金属疲劳的影响因素1. 循环应力幅度。

金属疲劳的寿命与循环应力的幅度密切相关，一般来说，应力幅度越大，金属疲劳的寿命越短。

2. 材料性能。

金属疲劳的寿命与材料的强度、韧性以及断裂韧性有关。

高强度和高韧性的材料一般具有较长的金属疲劳寿命。

3. 环境条件。

环境条件也是影响金属疲劳寿命的重要因素。

高温、潮湿以及腐蚀介质等会加速金属疲劳的发生和扩展。

四、金属疲劳的防控措施1. 加强材料检测。

在工程设计和加工过程中，对金属材料进行严格的检测，避免使用存在严重缺陷的材料。

2. 强化材料表面处理。

通过表面处理，如表面喷涂、电镀等方式，增加金属材料的表面硬度和耐蚀性，提高金属疲劳的抗性。

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。

金属疲劳基础金属疲劳是一种重要的金属材料损伤形式，很多金属结构因为长期受到疲劳作用而导致疲劳断裂事故，所以金属疲劳问题一直是金属材料研究的重点和难点。

一、金属疲劳的定义及原理金属材料在受到交变载荷作用下，经过多次往复循环后，材料内部会形成微小的裂纹，随着循环次数的增加，裂纹逐渐扩展，最终导致疲劳断裂。

这种现象就是金属疲劳。

金属疲劳的主要原理是由于材料内部晶界错位、位错等微观结构的形变与位移所产生的内部应力聚集于特定部位，超过材料的强度极限而导致裂纹扩展和疲劳断裂。

二、金属疲劳的特点和表现金属疲劳的特点是在低应力下也能造成裂纹和疲劳断裂。

通常金属的疲劳断裂强度要比金属的静态强度低很多，而且疲劳断裂的形态比较规则，很容易被识别。

金属的疲劳断裂通常呈现出喇叭口形，即断面宽度较窄，厚度逐渐递减的形状，谷底通常呈现出明显的条纹状或裂纹痕迹，这些特点可以很好地区分金属疲劳断裂和其他断裂形态。

三、金属疲劳的影响因素金属疲劳的影响因素很多，常见的有金属材料的性质、材料的强度、应力水平、应力集中、材料的温度等等。

在疲劳过程中，应力集中处的材料强度更容易受到损伤，因此这个位置的疲劳寿命会比其他位置的疲劳寿命更短。

此外，材料的应力水平也是影响疲劳寿命的重要因素，应力越大，疲劳寿命就越短。

四、金属疲劳的预测和控制对于金属疲劳的预测和控制，通常通过疲劳试验和数学模型的建立来进行研究。

疲劳试验是一种通过模拟实际工作条件下材料长期受到交变载荷作用的方法，通过测试疲劳寿命和疲劳断裂形态来分析材料的疲劳特性。

建立疲劳损伤预测模型可以更好地预测金属在实际工作条件下的寿命，从而有效地控制金属疲劳问题。

除此之外，材料的设计和优化也是降低金属疲劳的一种重要手段，例如减小应力集中、增强材料强度等。

综上所述，金属疲劳问题在金属材料研究和工程实践中具有重要的意义，对于我们提高金属材料的使用效率和安全性来说具有十分重要的参考价值。