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第七章金属磨损和接触疲劳

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金属磨损和接触疲劳

金属磨损和接触疲劳
九江学院材料科学与工程学院 杜大明
材料力学性能 第7章 金属磨损和接触疲劳
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11三.4、.3 腐腐蚀蚀磨磨损损
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。
各类金属零件中经常见到的是氧化磨损。摩擦状态下氧化反 应速反比未受变形时的速度快。
第7章 金属磨损和接触疲劳
材料科学与工程学院 杜大明
材料力学性能 第7章 金属磨损和接触疲劳
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▪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。 本章主要内容： ▪摩擦磨损形式及磨损机理； ▪影响磨损速率的因素； ▪控制磨损的途径； ▪接触疲劳类型及破坏机理； ▪影响接触疲劳抗力的因素。
▪转移的碎屑脱落下来形成 磨屑。
九江学院材料科学与工程学院 杜大明
材料力学性能 第7章 金属磨损和接触疲劳
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▪ 2.磨损量的估算
V KFlt KFlt
9 sc
H
K 磨屑形成几率
F 作用于表面的法向力
lt 总滑动距离
系数
H 材料硬度（较软的一方的硬度）
▪粘着磨损体积磨损量与法向力、滑动距离成正比，与软 方材料的压缩屈服强度（或硬度）成反比，而与表观接 触面积无关。
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材料力学性能 第7章 金属磨损和接触疲劳
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§7.3 磨损实验方法
九江学院材料科学与工程学院 杜大明
材料力学性能 第7章 金属磨损和接触疲劳
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第07章金属磨损和接触疲劳-材料力学性能

第07章金属磨损和接触疲劳-材料力学性能
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2、耐磨性
⑴定义：耐磨性是材料抵抗磨损的性能。通常
用磨损量来表示，磨损量越小，耐磨性越高。
⑵磨损量的表示方法：有线磨损、体积磨损、
质量磨损、比磨损量、相对耐磨性（ε）。
标准试样的磨损量 被测试样的磨损量
材料的耐磨性与摩擦系数并无直接关系，摩擦
系数低，并不意味着耐磨性高。
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§7-2 磨损模型 一、粘着磨损 1、磨损机理 粘着磨损又称咬合磨损，是在滑动摩擦条件 下，当摩擦副相对滑动速度较小（钢小于1m/s） 时发生的。 它是因缺乏润滑油，摩擦副表面无氧化膜， 且单位法向载荷很大，以致接触应力超过实际接 触点处屈服强度而产生的一种磨损，其表面形貌 如图7-2所示。
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二、磨粒磨损 1、磨损机理 ⑴定义：当摩擦副一方表面坚硬的细微突起，或 者在接触面之间存在着坚硬粒子时所产生的一种磨 损。前者为两体磨损，后者为三体磨损。如图所示 ⑵分类 按所受应力的大小不同，可分为： ◆低应力擦伤性磨粒磨损：它的特点是磨料作用于 零件表面的应力不超过磨料的压溃强度，材料表面 被轻微划伤。生产中的犁铧，及煤矿机械中的刮板 输送机溜槽磨损情况就是属于这种类型。
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。
8
润滑 摩擦吸收了机器中的大量功，这部分功大多在 滑动表面上转化为热，它可以损伤甚至熔化轴承， 为使摩擦力最小，需使接触表面尽可能容易地滑动。 要做到这点，一种显而易见的办法是在接触部分涂 抹上一层物质，它即能承受轴承的表面压力，以防 止原子-原子间的接触，又应该容易切过自身，从 而减小摩擦阻力。

7 金属磨损和接触疲劳

7 金属磨损和接触疲劳

7.3 磨损试验方法
实物磨损试验:以实物零件在机器实际工作条件 下进行试验,或者用实物零件在模拟机械使用条 件的试验台上进行试验.结果可靠性高,但时间 长,难于掌握和分析. 试样磨损试验:将欲试材料制成规定试样,在规 定的试验条件下在专门设计的试验机上进行试验. 时间短,成本低,易掌握和控制,但可靠性不高. 通常用秤量法或测长法确定磨损量.
氧化磨损
过程:氧化膜形成又除去,机件表面逐渐 被磨损. 宏观特征:在摩擦面上沿滑动方向呈匀细 磨痕,其磨损产物或为红褐色的Fe 磨痕,其磨损产物或为红褐色的Fe2O3或为 灰黑色Fe 灰黑色Fe3O4.
五,微动磨损
定义:接触表面之间因存在小振幅相对振动或往 复运动而产生的磨损微动磨损.通常发生在一对 紧配合的零件. 特征:摩擦副接触区有大量红色Fe 特征:摩擦副接触区有大量红色Fe2O3磨损粉末. 微动磨损量与材料性质,滑动振幅和施加载荷有 关. 滚压,喷丸和表面热处理都可因为表层产生压应 力,能有效地提高微动磨损与疲劳的抗力.
�
4,改善粘着磨损耐磨性的措施
合理选择摩擦副材料; 避免或阻止两摩擦副间直接接触; 为使磨屑多沿接触面剥落,以降低磨损量, 可采用表面渗硫,渗磷,渗氮等表面处理 工艺等.
二,磨粒磨损
1,磨损机理 摩擦副的一方表面存在坚硬的细微凸起或 在接触面向存在硬质粒子( 在接触面向存在硬质粒子(从外界进入或从 表面剥落) 表面剥落)时产生的磨损. 特征:摩擦面上有擦伤或因明显犁皱形成 的沟槽.
一般发生在表面强化的材料中如渗碳钢接触疲劳试验机上进行试验机目前国内接触疲劳试验机上进行试验机目前国内常用的主要有单面对滚式双面对滚式和常用的主要有单面对滚式双面对滚式和接触疲劳寿命首先取决于加载条件特别接触疲劳寿命首先取决于加载条件特别是载荷大小

金属液态成型第七章 金属磨损和接触疲劳

金属液态成型第七章 金属磨损和接触疲劳
接触疲劳试验是在接触疲劳试验机上进行的。 试验机有纯滚动和滚动带滑动两类。 图7－23是 应用较广的JP M－1型滚子式 试验机原理图。 该种试验机可以 做纯滚动或滚动 带滑动的试验。
四、影响接触疲劳寿命的因素
（一）内部因素
1. 非金属夹杂物 2. 热处理组织状态 3. 表面硬度与心部硬度 4. 表面硬化层深度 5. 残余内应力
3. 表面硬度与心部硬度 在一定硬度范围内，接触疲劳抗力随硬度 升高而增大，但 并不保持正比关 系。轴承钢表面 硬度为62HRC时， 其平均使用寿命 最高（图7-25）。
4. 表面硬化层深度 为防止表层产生早期麻点或深层剥落， 渗碳的齿轮需要有一定硬化层深度。最佳硬 化层深度 t 推荐值为：
t = m(15~20 ) ；或 t≥3.15b （7－16） 100
断裂韧度也影响金属材料磨粒磨损耐 磨性。图 7-8 为耐磨性与硬度及断裂韧度 关系的示意图。
图7-9为磨损体积和磨粒硬度Ha况与金属材料硬 度H比的关系曲线。曲线分三个区域： Ⅰ区 Ha <H，软磨粒磨损区，磨损量最小； Ⅱ区Ha ≈H，过渡 区，金属材料的磨损体 积与硬度比（Ha/H）成 直线关系； Ⅲ区Ha >H，硬磨 粒磨损区，磨损量较大。 图中两个转折点A 与B所对应的Ha/H分别 为0.7～1.1和1.3～1.7。
2. 硬度匹配
两个接触滚动体的硬度匹配恰当与否，直接影 响接触疲劳寿命。实践表明，2Q－400型减速器小 齿轮与大齿轮的硬度比保持1.4～1.7的匹配关系， 可使承载能力提高30%～50%。
思考题与习题
1. 解释下列名词： ⑴ 磨损；⑵ 粘着；⑶ 磨屑；⑷ 跑合； ⑸ 咬死；⑹ 犁皱；⑺ 耐磨性；⑻ 接触疲劳。 2. 试比较三类磨粒磨损的异同，并讨论 加工硬化对它们的影响。 3.试述粘着磨损产生的条件、机理及其 防止措施。

第七章 金属的磨损

第七章 金属的磨损
1.麻点剥落
粘着磨损、磨粒磨损、冲蚀磨损、疲劳磨损、 腐蚀磨损、微动磨损
与材料整体变形与断裂的区别 整体加载时变形和断裂集中在一定的体积 内，并在这些部位产生应力集中形成裂纹。
表面加载变形和断裂发生在表面，变形和 断裂反复进行，具有动态特征。
普通力学性能试验得到的数据不一定能反映 材料的耐磨性。
3.磨损过程
细化晶粒提高耐磨性 软性基体中的碳化物提高耐磨性，硬基体中碳 化物降低耐磨性 加工硬化对低应力擦伤性磨损无影响，但可提 高高应力碾碎性磨损的耐磨性。 4、提高耐磨性的措施 （1）增加材料的硬度 （2）根据服役环境合理选择耐磨材料 （3）采用化学热处理提高表面硬度

三、冲蚀磨损 1.磨损机理 概念： 指流体或固体以松散的小颗粒按一定的 角度和速度对材料表面进行冲击所造成的磨损。 分类：气固冲蚀磨损、流体冲蚀磨损、液滴冲蚀 磨损、气蚀磨损。
转移硬材料上的粘着物又使软材料表面出现划痕所以擦伤主要发生在软材料表面当粘结点的强度低于摩擦副两材料的强度时剪切发生在界面上此时虽然摩擦系数增大但磨损却很小材料转移也不显著
第七章 金属的磨损和接触疲劳 第一节 磨损概念
一、磨损 1.概念 机件表面接触并做相对运动，表面有微小颗 粒分离出来形成磨屑，是材料表面逐渐流失， 造成表面损伤的现象。 2.分类

当粘结点的强度低于摩擦副两材料的强度时， 剪切发生在界面上，此时虽然摩擦系数增大， 但磨损却很小，材料转移也不显著。通常在 金属表面有氧化膜、硫化膜或其它涂层时发 生这种粘着磨损． 二.磨损量的估算 粘着磨损体积与法向力、滑动距离成正比， 与软方材料压缩屈服成反比，与接触面积无 关。 V=αKFLt/H 或 V=KFLt/9 scδ
1）跑和阶段 2）稳定磨损阶段 3）剧烈磨损阶段 二.耐磨性 通常用磨损量来表示。可以用摩擦试样表面法线 方向尺寸的减小，也可以用试样的质量或体积 的减少表示。

第7章疲劳磨损

第7章疲劳磨损
疲劳磨损 杜永平
4. 润滑与润滑剂的影响 实验表明： 实验表明：增加润滑油的粘度将提高抗接触疲 劳能力。 劳能力。 粘度影响疲劳磨损机理的不同观点： 粘度影响疲劳磨损机理的不同观点： 增加润滑剂粘度使弹流油膜增厚，从而减轻粗 增加润滑剂粘度使弹流油膜增厚， 弹流油膜增厚 糙峰的互相作用； 糙峰的互相作用； 润滑油中带有水分，加速疲劳裂纹的扩展； 润滑油中带有水分，加速疲劳裂纹的扩展； 疲劳裂纹的扩展 不能解释某些无油滚动 表面吸附了氢原子，可以降低表面能， 表面吸附了氢原子，可以降低表面能，使裂纹 时不出现接触疲劳， 时不出现接触疲劳，而 在较低应力下扩展； 在较低应力下扩展； 加入润滑油后迅速发生 在高温下润滑油的分解， 在高温下润滑油的分解，会在高应力区造成酸 接触疲劳磨损的现象。 接触疲劳磨损的现象。 性物质的堆积，降低接触疲劳寿命。 性物质的堆积，降低接触疲劳寿命。
疲劳磨损 杜永平
2. 材料性能的影响 钢材中的非金属夹杂物破坏了基体的连续性， 钢材中的非金属夹杂物破坏了基体的连续性， 在循环应力作用下与基体材料脱离形成空穴， 在循环应力作用下与基体材料脱离形成空穴，构 成应力集中源，从而导致疲劳裂纹的早期出现。 成应力集中源，从而导致疲劳裂纹的早期出现。 通常增加材料硬度可 通常增加材料硬度可 增加材料硬度 以提高抗疲劳磨损能力， 以提高抗疲劳磨损能力， 但硬度过高， 但硬度过高，材料脆性 增加， 增加，反而会降低接触 疲劳寿命。 疲劳寿命。
疲劳磨损 杜永平
3. 表面粗糙度的影响 粗糙度值越大， 粗糙度值越大，疲劳寿命越 短。 因为实际加工表面的微凸体接 触，使椭圆分布的应力场变成了 很多分散的微观应力场，从而引 很多分散的微观应力场， 发了很多微观点蚀。 发了很多微观点蚀。微观点蚀的 出现往往构成了宏观点蚀裂纹的 起源，因此，提高表面光洁度有 起源，因此，提高表面光洁度有 利于延长疲劳磨损寿命。 利于延长疲劳磨损寿命。

金属的磨损和接触疲劳

金属的磨损与接触疲劳
7.2 磨损模型
二、磨粒磨损 1、磨粒磨损机理 磨粒磨损是当摩擦副一方表面存在坚硬的细微突起，或者在接触 面之间存在着硬质粒子时所产生的一种磨损。 主要特征：摩擦面上有明显犁沟
金属的磨损与接触疲劳
7.2 磨损模型
•2、磨粒磨损分类 以磨损接触物体的表面分类，分为两体磨料磨损和三体磨料磨损。两
• 磨损——由于机件之间相对摩擦的结果，引起摩擦表面逐渐有微小颗 粒分离出来形成磨屑，使接触表面不断发生尺寸变化与重量损失。磨 损是一个复杂的过程
金属的磨损与接触疲劳
7.1 摩擦和磨损的基本概念
•机件正常运行的磨损过程一般分为三个阶段（如图）： •1、跑合阶段（磨合阶段） •2、稳定磨损阶段 •3、剧烈磨损阶段 •耐磨性——材料抵抗磨损的性能
体磨损的情况是，磨料与一个零件表面接触，磨料为一物体，零件表面为 另一物体，如犁铧。而三体磨损，其磨损料介于两个滑动零件表面，或者 介于两个滚动物体表面，前者如活塞与汽缸间落人磨料，后者如齿轮间落 人磨料。这两种分类法最常用。
金属的磨损与接触疲劳
7.2 磨损模型
2、磨粒磨损分类 以力的作用特点来分： (1)凿削式磨料磨损 (2)高应力辗碎式的磨料磨损 (3)低应力划伤式的磨料磨损
金属的磨损与接触疲劳
7.2 磨损模型
• 其过程：粘着→剪断→转移→再粘着
金属的磨损与接触疲劳
7.2 磨损模型
2、影响粘着磨损的因素及改善措施 材料特性、法向力、滑动速度、温度
(1) 脆性材料的抗粘着磨损能力比塑性材料高。 (2) 速度 (3) 粗糙度 (4) 温度 (5) 法向力
金属的磨损与接触疲劳
如生产中球磨机衬板与磨球，破碎式滚筒的磨损。
金属的磨损与接触疲劳

Chapter7金属的摩擦与接触疲劳详解


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
KFlt KFlt V 9 sc H KFlt V 9 sc
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
尖锐的磨粒或材料脆性较高时损示意图
3、磨损量的估算 可证明，磨损量可以用下式表示：
F tg F tg V =K 3 sc H
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。
4、磨损表面特征 犁沟、擦伤。
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：0.2－0.4mm。 浅层剥落在次表层（最大切应力处）： 0.786b处； 0.5b处； 实际多在0.5－0.7b处）。
5、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。
（2）降低磨粒磨损的措施 P145－147

第七章金属磨损和接触疲劳

因为粘着磨损过程中有材料转移，所以摩擦副一方金属表 面常粘附一层很薄的转移膜，并伴有化学成分变化。这 是判断粘着磨损的重要特征。
2.磨损量的估算
Archard 提出的粘着磨损量估算方法如下： 在摩擦副接触处为三向压缩应力状态，故接触压缩屈服强度近似为
单向压缩屈服强度σSC的三倍。若接触处因压应力很高超过σSC 产生塑性变形，随后因加工硬化而使变形终止。此时，外加载荷 事实上作用在接触点真实面积上。设真实接触面积为A，接触压 缩屈服强度为3 σSC ，作用于表面上的法向力为F，则
(b) 磨粒性能
* 磨粒硬度
磨损体积与硬度比Ha /H（磨粒硬度Ha与材料硬度 H之比） 的关系。
4.改善磨粒磨损耐磨性的措施
a) 对于以切削作用力主要机理的磨粒磨损，应增 加材 料的硬度；对以塑性变形为主的磨粒磨损， 应提高 材料的韧性。
b) 根据机件服役条件(高应力冲击、无冲击下的 低应 力)，合理地选择耐磨材料(高锰钢、中碳 调质钢)。
F=A (3 σSC) 假定磨屑呈半球形，直径为d。任一瞬时有n个粘着点，所有粘着点
尺寸相同，直径也为d，则
d 2
A n( ) 4
可推出：
n
4F 3 SCd
2
再假定每一粘着点滑过距离也为d，则单位滑动距离形成的粘着点
数N为
N
n d
4F 3 SC d 3
磨屑形成有个几率问题，设此几率为K，则单位滑动距离内的磨损
以得到 F= (3 σSC) πr2
设θ为凸出部分的圆锥面与软材料表面间的夹角，当摩擦副相对滑 动了l长的距离时，凸出部分或磨粒切削下来的软材料体积，即磨损 量V为 V=0.5*2r*r*tan θl=r2ltanθ
由上两式可得

第七章 金属磨损和接触疲劳


特点
普遍存在于机件中； 普遍存在于机件中； 磨损速度较大， ～ 磨损速度较大，0.5～5 µm/h
防止措施
提高表面硬度（从选材方面）； 提高表面硬度（从选材方面）； 减少磨粒数量（从工作状况方面） 减少磨粒数量（从工作状况方面）。
（三）腐蚀磨损
在摩擦力和介质联合作用下，金 属表层的腐蚀产物剥落与金属磨面间 的机械磨损（粘着磨损和磨粒磨损） 合的一种磨损。
第七章 金属的磨损和接触疲劳
§第一节 磨损现象和耐磨性 §第二节 磨损机理 §第三节 磨损试验方法 §第五节 提高耐磨性的途径 §第六节 金属的接触疲劳
第一节 磨损现象和耐磨性 一、典型的磨损过程
1、跑合磨损过程 、 2、稳定磨损阶段 、 3、剧烈磨损阶段 、
§第二节 磨损机理 磨损的类型 1、粘着磨损 、 2、磨粒磨损 、 3、腐蚀磨损 、
（二）磨粒磨损（磨料磨损） 磨粒磨损（磨料磨损） 在滑动摩擦时零件表面存在 硬质磨粒， 硬质磨粒 ， 使磨面发生局部塑性 变形， 磨粒嵌入、 变形 ， 磨粒嵌入 、 切割金属表面 从而导致零件表面逐渐损耗的一 种磨损。 种磨损。
金属表面 发生局部 塑性变形
磨粒嵌入金属 表面，切割金 属表面
表面被划伤
局部粘着 冷焊） （冷焊）
特点
在滑动摩擦条件上产生； 在滑动摩擦条件上产生； 摩擦副的两种金属力学性能相差 不大； 不大； 磨损速度大， ～ 磨损速度大 ， 10～ 15µm/h， 破 ， 坏严重。 坏严重。
防止措施 合理选材， 合理选材，摩擦幅配对材料选用 硬度差较大的异类材料； 硬度差较大的异类材料 提高表面硬度； 提高表面硬度； 合理设计减小接触压应力； 合理设计减小接触压应力； 减小表面粗糙度。 减小表面粗糙度。
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磨损现象和耐磨性(Wear phenomenon and §7.2 磨损现象和耐磨性 resistance) 磨损(Wear) 一、 磨损 1.1 定义（Definition） 定义（ ）
相接触并作相对运动的两构件，其 表面因摩擦而形成 磨屑，从而从表面逐渐损失及损伤的现象称为磨损。其 中，磨损是一个复杂的过程，而磨屑的形成也是一个变 形与断裂的过程。
提高耐磨性的方法(Methods of increasing §7.5 提高耐磨性的方法 wear resistance)
由于金属材料磨损主要发生在工件表面上的变形与 断裂， 因此提高材料表面强度（ 或硬度） 及韧性， 断裂 ， 因此提高材料表面强度 （ 或硬度 ） 及韧性 ， 可 以提高材料的耐磨性。 以提高材料的耐磨性。 提高粘着磨损抗力的方法（ 一、 提高粘着磨损抗力的方法（Methods of increasing adhesion wear resistance） resistance） 方法有： 方法有： a．提高材料强韧性； ．提高材料强韧性； b．改善润滑条件（加润滑剂或表面渗 、P、N等）； ．改善润滑条件（加润滑剂或表面渗S、 、 等 c．提高氧化膜的稳定性及其与基体材料的结合力 ． 降低工件表面粗糙度。 降低工件表面粗糙度。
1.4 磨损量的估算 磨损量的估算(Evaluation of wearing mass) J ·F·Archard 经推导得： V ＝ K · F·Lt / （ 9σsc·δ） 式中，V ：磨损的体积； Lt ：滑动距离；K ： 磨屑形成几率； F ： 法向作用力； σsc ：压缩屈服强度 δ：伸长率 由上式可见： σsc ，δ 升高，即 H 升高, V降低； F ，Lt 升高，V升高。
第七章、金属磨损和接触疲劳 第七章、 Chapter 7 Wear and Contacting Fatigue of Metals
§7.1概述(Summarization) 概述(Summarization)
任何机器在运转时，各构件之间总要发生 任何机器在运转时， 接触及相对运动（滑动、滚动或滑动＋滚动）， 接触及相对运动（滑动、滚动或滑动＋滚动）， 因而产生摩擦＝ 磨损＝ 降低工具效率、 因而产生摩擦＝>磨损＝>降低工具效率、精度 甚至报废等，因此研究磨损规律， 甚至报废等，因此研究磨损规律，提高构件耐 磨性也是很重要的。 磨性也是很重要的。工业中发生磨损的零件很 如齿轮、轴承等的运转，飞机起落， 多，如齿轮、轴承等的运转，飞机起落，火车 飞驰，各种部件的锻造、挤压、冲压等等。 飞驰，各种部件的锻造、挤压、冲压等等。
金属接触疲劳（ §7.6 金属接触疲劳（Contacting Fatigue of Metals） ） 一 、 接 触 疲 劳 及 接 触 应 力 （ Contacting fatigue and stress） ） 1．1 定义 定义(Definition) ．
当两机件接触滚动或滚动加滑动摩擦时， 当两机件接触滚动或滚动加滑动摩擦时 ， 在交变载荷（ 接触压应力） 的作用下， 表面 在交变载荷 （ 接触压应力 ） 的作用下 ， 因疲劳而损伤的现象称为接触疲劳， 也成为 因疲劳而损伤的现象称为接触疲劳 ， 表面疲劳磨损或疲劳磨损。 表面疲劳磨损或疲劳磨损。
2.4 磨粒磨损影响因素 金属材料的磨粒磨损抗力随H/E（H：材 金属材料的磨粒磨损抗力随 （ ： 料硬度； 材料的弹性模量 的增大而提高， 材料的弹性模量） 料硬度；E材料的弹性模量）的增大而提高，即 材料硬度越高， 则耐磨性越好（ 上图7材料硬度越高 ， 则耐磨性越好 （ 见 P177上图 上图 7）； ） 细化晶粒可以提高材料的耐磨性； 细化晶粒可以提高材料的耐磨性； 在较软基体中分布均匀、弥散的第二相， 在较软基体中分布均匀、弥散的第二相， 可以提高耐磨性； 但在硬基体中分布均匀、 可以提高耐磨性 ； 但在硬基体中分布均匀 、 弥 散的第二相，反而会降低耐磨性； 散的第二相，反而会降低耐磨性； 2.5 软磨粒磨损 （一般应用较少，故略）（见 一般应用较少，故略） P169） ）
b．其他区域的应力分布 ． 以上是沿z轴方向的应力分布 轴方向的应力分布， 以上是沿 轴方向的应力分布，在接触区的其 他区域应力分布与此不同。即切应力不等于零。 他区域应力分布与此不同 。即切应力不等于零。 也即σ 不是主应力了。 也即 σx 、 σy 、 σz 不是主应力了 。 最大切应力 τ0 max 也平行于接触表面。τ0 max ＝0.25 bσz 也平行于接触表面。 σ max 。切应力平行于接触表面。且在 ＝ 0.5 b处， 切应力平行于接触表面。且在z 处 y ＝ 0.85 b处为最大。 处为最大。 处为最大 现两圆柱体作纯滚动接触， 现两圆柱体作纯滚动接触 ， 有两处接触应 力，即 z ＝ 0.786 b ，y ＝0和 z ＝ 0.5b，y ＝ 和 ， ±0.85 b 处。这两处最大切应力将是疲劳裂纹形 成的源区。 成的源区。 c．其他接触体的应力场。见p176-177。 ．其他接触体的应力场。 。
1.3 过程 过程(Process) 粘着磨损又有如下三个过程： 粘着磨损又有如下三个过程： 接触面凸起部分因塑性变形被辗平， 接触面凸起部分因塑性变形被辗平 ， 并在 接触面之间形成剪断强度高的分界面。 接触面之间形成剪断强度高的分界面。 。 在摩擦一方金属远离分界面处， 在摩擦一方金属远离分界面处 ， 发生断裂 称碎屑＝ 转移到另一方 转移到另一方。 称碎屑＝>转移到另一方。 形成磨屑脱落。 形成磨屑脱落。
1．4 磨损分类 ． 磨损分类(Classification of wear)
1) 根据磨损表面形态可分为： 根据磨损表面形态可分为： a. 粘着磨损 b. 磨粒磨损 c. 腐蚀磨损
ε
⋅
ε
⋅
2) 根据磨损所受应力大小，磨粒磨损可分为: a．凿削式磨粒磨损（如挖掘机齿轮） b．高应力辗碎性磨粒磨损 c．低应力擦伤性磨粒磨损 3) 根据磨粒硬度与材料的相对硬度，磨粒磨损可分 为: a．硬磨粒磨损（磨粒硬度大于被磨材料的硬度） b．软磨粒磨损（磨粒硬度小于被磨材料的硬度）
提高磨粒磨损抗力的方法（硬磨粒磨损） 二、 提高磨粒磨损抗力的方法（硬磨粒磨损） （ Methods of increasing particle wear resistance） ）
方法有： 方法有： a． 提高材料的强韧性； a． 提高材料的强韧性； b． 表面渗 、B、N； ． 表面渗C、 、 ； c． 保持表面清洁，即减少磨粒种类及数量。 ． 保持表面清洁，即减少磨粒种类及数量。
磨粒磨损（ 二、 磨粒磨损（Particle wear） ） 2.1 定义 定义(Definition) 磨粒磨损——指当摩擦副一方表面存在坚硬 磨粒磨损 指当摩擦副一方表面存在坚硬 的细微凸起， 的细微凸起 ， 或在摩擦副接触面之间存在着硬 质粒子时所产生的一种磨损。 质粒子时所产生的一种磨损 。 前者又称为两体 磨粒磨损，后者称为三体磨粒磨损。 磨粒磨损，后者称为三体磨粒磨损。 2.2 磨粒特征（Characteristic） 磨粒特征（ ） 磨粒磨损主要特征是摩擦面上有明显的犁 皱形成的沟槽。 皱形成的沟槽。如p165，图7-5。 ， 。
实际上，在F作用下，接触处应力为三向压应力，σx 、 σy 、σz 为主应力，相应的最大切应力为： τzy45o ＝ （σz － σy ）/2 τzx45 o ＝ （σz － σx ）/2 τyx45 o ＝ （σy － σx ）/2 其中τzy45 o 最大。它的分布见P185上图7-19和图7-20。 由图7-20或计算可得：在接触深度为0.786 b处，τzy45 o 达到最大值。 τzy45omax ≈ （0.3～0.33）σz max 因此该处将作 0～τzy45 o max 之间的循环应力作用。振幅 为1/2τzy45 o max 。
通常磨粒磨损即指硬磨粒磨损
磨损机理(Wearing mechanism) §7.3 磨损机理 粘着磨损(Adhesion wear) 一、 粘着磨损 1.1 定义 定义(Definition)
粘着磨损又称咬合磨损， 是指在滑动摩擦条 粘着磨损又称咬合磨损 ， 件下， 且摩擦副相对滑动速度较小（ <1m/s ） 件下 ， 且摩擦副相对滑动速度较小 （ 的磨损。 的磨损。 1.2 特点(Features) 特点(Features) 粘着实际上是摩擦副两表面原子间的键合 作用，在随后的继续滑动时，粘着点被全部剪 作用，在随后的继续滑动时， 断。并转移到另一方金属表面。然后脱落形成 并转移到另一方金属表面。 磨屑。 磨屑。
1.2 磨损过程 磨损过程(Wear process)
ε
⋅
磨损一般分为三个过程(见P.170上图7-1)： 跑合过程（磨合过程） 稳定磨损过程 剧烈磨损过程
1．3 耐磨性（Wear resistance） ． 耐磨性（ ） 耐磨性指材料抵抗磨损的能力。可用磨损 量或摩擦表面法线方向的尺寸减小或磨痕宽 度等来表示。
磨损实验方法(Wear tests) §7.4 磨损实验方法 磨损实验方法有实物的实验（与实际情况一致 或接近）和实验室实验等两大类。 实验室试验方法有：a．销盘式 实验室试验方法有 b．销筒式 c．往复运动 d．MM型 e．砂纸磨损 f．快速磨损 具体装置简图见p172。图7－11 磨损评定：测量磨损重量或测量磨痕的长度。 磨损评定：测量磨损重量或测量磨痕的长度。
1．1 分类 ． 分类(Classification) 接触疲劳磨损可分为： i. 麻点剥落（点蚀）； ii. 浅层剥落； iii. 深层剥落（表面压碎）。 1．2 特性（Characteristic） ． 特性（ ） 接触疲劳破坏表面常有许多小针状或痘状凹 坑或大凹坑。
接触应力(Contacting stress) 一、 接触应力 由于接触疲劳是在接触压应力长期作用 下的结果， 下的结果 ， 所以了解两物体接触应力及其分 布是及其重要的。 布是及其重要的。 2．1 定义 ． 定义(Definition) 两物体相互接触时， 两物体相互接触时，在接触表面上产生局 部压入应力称为接触应力，也称为赫兹应力， 部压入应力称为接触应力，也称为赫兹应力， 可以是面接触、线接触或点接触。 可以是面接触、线接触或点接触。