第七章磨损与接触疲劳第七章磨损与接触疲劳1 1前言前言机器运转，相互接触零件间因相对运动而产生摩擦，而磨损正是由于摩擦产生的结果工程中的摩擦问题工程中的摩擦问题工程中的摩擦问题工程中的摩擦问题工程中的摩擦问题工程中的摩擦问题工程中的摩擦问题工程中的摩擦问题工程中的摩擦问题工程中的摩擦问题工程中的摩擦问题工程中的摩擦问题工程中的摩擦问题工程中的摩擦问题工程中的摩擦问题工程中的摩擦问题工程中的摩擦问题工程中的摩擦问题根据接触物体之间是否发生相对运动根据接触物体之间是否发生相对运动根据接触物体之间的润滑情况：根据接触物体之间的润滑情况： 动摩擦动摩擦静摩擦静摩擦摩擦摩擦 干摩擦干摩擦湿摩擦湿摩擦摩擦摩擦根据接触物体之间的相对运动的形式根据接触物体之间的相对运动的形式: :滚动摩滚动摩滑动摩擦滑动摩擦摩擦摩擦摩擦的微观机理摩擦的微观机理摩擦的微观机理摩擦的微观机理摩擦的微观机理摩擦的微观机理摩擦的微观机理摩擦的微观机理2 2 摩擦及磨损的概念摩擦及磨损的概念摩擦摩擦 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。阻碍相对运动的阻力-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，以表示，即=F/P。l按照两接触面运动方式的不同，可以将摩擦分为：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。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。干摩擦干摩擦固体对固体的摩擦；固体对固体的摩擦；滑动摩擦滑动摩擦干干干干摩摩摩摩擦擦擦擦时时时时的的的的摩摩摩摩擦擦擦擦力力力力F FP PWWF FN NF Fs s干摩擦时的摩擦力干摩擦时的摩擦力干摩擦时的摩擦力干摩擦时的摩擦力F FP PWWF Fs sF FN NF Fs sF FP PO O4545F FmaxmaxF Fd d运动状态运动状态运动状态运动状态静止状态静止状态静止状态静止状态临界状态临界状态临界状态临界状态静止状态：静止状态： F = F = F = F = F F F Fs s s sF F F F maxmaxmaxmax；运动状态：F =F = F Fd d临界状态：临界状态：静摩擦系数静摩擦系数动摩擦系数动摩擦系数摩擦力的方向与物体运动（或运动趋势）的方向相反摩擦力的方向与物体运动（或运动趋势）的方向相反磨损，造成表层材料的损耗，零件尺寸变化，直接影响零件使用寿命机件正常运行的磨损过程一般可分为三个阶段：跑合（磨合）阶段稳定磨损阶段剧烈磨损阶段3 3磨损及磨损的类型磨损及磨损的类型按按环境和介质环境和介质可分为：可分为： 流体磨损；流体磨损； 湿磨损；湿磨损； 干干 磨损磨损按按表面接触性质表面接触性质可分为：可分为： 金属金属-流体磨损；流体磨损； 金属金属-金属磨损；金属磨损； 金属金属-磨料磨损磨料磨损常用常用（磨损（磨损失效机制）失效机制）分类，六类：分类，六类：粘着磨损；粘着磨损； 磨料磨损；磨料磨损； 腐蚀磨损腐蚀磨损 微动磨损；微动磨损； 冲冲蚀磨损蚀磨损 表面疲劳表面疲劳磨损磨损( (接触疲劳接触疲劳) )四四磨损机制及影响因素磨损机制及影响因素1 粘著磨损又称擦伤，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2.磨料磨损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。磨粒或凸出物-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。 3. 腐蚀磨损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。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。P151在一些机器的紧配合处，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5 冲蚀磨损： 流体或固体颗粒以一定的速率和角度对材料表面进行冲击所造成的磨损lD 1000 m，v 550m/s,其余称外来损伤6.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。接触应力概念接触应力概念 两物体相互接触，表面上产生局部两物体相互接触，表面上产生局部压力压力- -接触应力接触应力一般出现如下两种情况：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)接触疲劳类型和损伤过程接触疲劳类型和损伤过程接触疲劳破坏分为三种主要类型 ： 点蚀、 浅层剥落、 深层剥落 (1)点蚀 ：深度在0.1-0.2mm以下的小块剥落。裂纹一般起源于表面。剥落坑呈针状或痘状。 （2)2)浅层剥落：浅层剥落： 其剥落深度一般为其剥落深度一般为0.2-0.2-0.4 mm0.4 mm(3)(3)深层剥落深层剥落 ：剥落坑较深：剥落坑较深( (0.4mm)0.4mm)、块大块大。一般发生在表面强化的材料中，。一般发生在表面强化的材料中，如渗碳钢中。如渗碳钢中。影响接触疲劳抗力的因素影响接触疲劳抗力的因素(1)材料的冶金质量 夹杂大、分布不均，危害大马氏体含碳量 ：0.5%C0.5%C、隐针、隐针（晶）（晶）M未溶碳化物的影响 ：细小(2) 热处理和组织状态硬度 ： HRC58-64，硬度接近， 或者，滚动元件高出滚道10%，最好在一定表层深度范围内存在压应力，可提高残余A含量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。五五耐磨性评价耐磨性评价 表示磨损量的方法，表示磨损量的方法，可用可用摩擦表面摩擦表面法向尺寸减少量法向尺寸减少量来表，称为线来表，称为线磨损量、磨损量、体积磨损量体积磨损量也可用也可用体积和重量法体积和重量法来表示，称为来表示，称为重量磨损重量磨损量量由于由于磨损量磨损量是是摩擦行程摩擦行程或或时间时间的的函数函数，也用也用耐磨强度耐磨强度或或耐磨率耐磨率表示其磨损特性，表示其磨损特性，前者前者- -单位行程磨损量，单位为单位行程磨损量，单位为m/mm/m或或mg/m;mg/m;后者后者- -单位时间的磨损量单位时间的磨损量, ,单位为单位为m/hrm/hr或或mg/hrmg/hr还经常用还经常用磨损量的磨损量的倒数倒数和和相对耐磨性相对耐磨性（）表材料的耐磨性。表材料的耐磨性。= =被测试样磨损量被测试样磨损量/ /标标准试样磨损量准试样磨损量1) MMG-10型型高温高速摩擦磨损试验机磨损试验机。2)洛氏硬度计1台。3)分析天平(感量为110000)1台4)装夹工具。 六磨损试验方法六磨损试验方法测定在相同磨损时间(30min)，不同压力下的m-F关系曲线。 磨损试验条件 压力：50N、100N、200N、400N 时间：均为30min 转速：200rmin 介质，干摩擦