材料力學(xué)性能金屬磨損和接觸疲勞 材料力學(xué)性能 講義PPT課件

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1、4/20/20221 磨損是降低機(jī)器和工具效率、精確度甚至報(bào)廢的原因，也是造成金屬材料損耗和能源消耗的重要原因。摩擦磨損消耗能源的三分之一到二分之一，大約80%的機(jī)件失效是磨損引起的。 因此，研究磨損規(guī)律，提高機(jī)件的耐磨性，對(duì)節(jié)約能源、減少材料消耗、延長(zhǎng)機(jī)件壽命具有重要意義。 本章重點(diǎn)討論機(jī)件中常見(jiàn)的磨損形式，介紹其機(jī)理和影響磨損速率的因素，并從材料學(xué)角度研究控制磨損的途徑。第1頁(yè)/共50頁(yè)4/20/20222第一節(jié) 磨損概念 一、磨損 定義：機(jī)件表面相接觸并作相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，表面逐漸有微小顆粒分離出來(lái)形成磨屑，使表面材料逐漸損失，導(dǎo)致機(jī)件尺寸變化和質(zhì)量損失，造成表面損傷的現(xiàn)象。 磨損的影響因素：

2、 摩擦副材料、潤(rùn)滑條件、加載方式和大小、相對(duì)運(yùn)動(dòng)性（方式和速度）以及工作溫度。第2頁(yè)/共50頁(yè)4/20/20223 機(jī)件的正常磨損通常分為三個(gè)階段：第3頁(yè)/共50頁(yè)4/20/20224二、耐磨性 通常用磨損量表示材料的耐磨性 磨損量可用試樣摩擦表面法線方向的尺寸減小來(lái)表示，稱為線磨損 也可用試樣體積或質(zhì)量損失率來(lái)表示，稱為體積磨損或質(zhì)量磨損 如果測(cè)量單位摩擦距離、單位壓力下的磨損量等，稱為比磨損量 有時(shí)還可用磨損量的倒數(shù)來(lái)表征材料的耐磨性 相對(duì)磨損性：（標(biāo)準(zhǔn)試樣的磨損量）/（被測(cè)試樣的磨損量，其倒數(shù)也稱為磨損系數(shù)第4頁(yè)/共50頁(yè)4/20/20225第二節(jié) 磨損模型 一、粘著磨損 二、磨粒磨損

3、三、腐蝕磨損第5頁(yè)/共50頁(yè)4/20/20226一、粘著磨損 磨損機(jī)理 粘著磨損定義：又稱咬合磨損，是在滑動(dòng)摩擦條件下，當(dāng)摩擦副相對(duì)滑動(dòng)速度較?。ㄤ撔∮?m/s）時(shí)發(fā)生的。 這是由于缺乏潤(rùn)滑油，摩擦副表面無(wú)氧化膜，且單位法向載荷很大，以致接觸應(yīng)力超過(guò)實(shí)際接觸點(diǎn)處屈服強(qiáng)度而產(chǎn)生的一種磨損。第6頁(yè)/共50頁(yè)4/20/20227 摩擦副表面上總存在局部凸起，當(dāng)摩擦副表面雙方相互接觸時(shí)，即使施加較小載荷，在真實(shí)接觸面上的局部應(yīng)力就足以引起塑性變形。 如果接觸面上潔凈而未受到腐蝕，則接觸面的原子彼此十分接近而產(chǎn)生強(qiáng)烈粘著（冷焊）。 隨后在繼續(xù)滑動(dòng)時(shí)，粘著點(diǎn)被剪切斷并轉(zhuǎn)移至一方金屬表面，然后脫落形成磨屑。

4、 一個(gè)粘著點(diǎn)斷了，又在新的地方產(chǎn)生粘著，隨后也被剪斷、轉(zhuǎn)移，就構(gòu)成了粘著磨損過(guò)程。第7頁(yè)/共50頁(yè)4/20/20228右圖是粘著點(diǎn)強(qiáng)度比摩擦副一方金屬?gòu)?qiáng)度高的情況，此時(shí)常在較軟一方體內(nèi)產(chǎn)生剪斷，其碎片轉(zhuǎn)移至較硬一方的表面上，軟方金屬在硬方表面逐步累積最終不同金屬的摩擦副滑動(dòng)成為金屬間的滑動(dòng)，所以磨損量較大，表面較粗糙，可能產(chǎn)生咬死現(xiàn)象。第8頁(yè)/共50頁(yè)4/20/202292. 磨損量的計(jì)算n在摩擦副接觸處為三向壓縮應(yīng)力狀態(tài)，所以接觸壓縮強(qiáng)度近似為單向壓縮屈服強(qiáng)度sc的三倍。n如果接觸處因壓應(yīng)力很高，超過(guò)3sc產(chǎn)生塑性變形，隨后因加工硬化而使變形終止。n設(shè)接觸點(diǎn)真實(shí)面積為A，接觸壓縮屈服強(qiáng)度為3

5、sc，作用于表面上的法向力為F，則有：n假定磨屑為半球形，直徑為d，任一瞬時(shí)有n個(gè)粘著點(diǎn)，所有粘著點(diǎn)尺寸相同，直徑也是d，則n所以第9頁(yè)/共50頁(yè)4/20/202210 假設(shè)磨屑的形成機(jī)率為K，則單位滑動(dòng)距離內(nèi)的磨損體積為： 所以： 積分上式，且強(qiáng)度與硬度之間有一定關(guān)系，則總滑動(dòng)距離內(nèi)的粘著磨損體積為：第10頁(yè)/共50頁(yè)4/20/2022113 影響因素 塑性材料比脆性材料易于粘著； 互溶性大的材料（相同金屬或晶格類型、點(diǎn)陣常數(shù)、電子密度、電化學(xué)性質(zhì)相近的金屬）組成的摩擦副粘著傾向大； 單相金屬比多相金屬粘著傾向大； 化合物比固溶體粘著傾向小； 金屬與非金屬組成的摩擦副比金屬與金屬組成的摩擦副

6、不易粘著。 在摩擦速度一定時(shí)，粘著磨損量隨法向力的增加而增加。試驗(yàn)表明接觸應(yīng)力超過(guò)材料硬度H的三分之一，粘著磨損量急劇增加。 在法向應(yīng)力一定時(shí)，粘著磨損量隨滑動(dòng)速度的增加而增加，但達(dá)到某一極大值后又隨滑動(dòng)速度的增加而減小。 摩擦副表面粗糙度、表面溫度以及潤(rùn)滑狀態(tài)對(duì)粘著磨損有較大影響。第11頁(yè)/共50頁(yè)4/20/202212 (1) 摩擦副配對(duì)材料的選擇 基本原則是配對(duì)材料的粘著傾向應(yīng)比較小，如選用互溶性小的材料配對(duì)，表面易形成化合物的材料、金屬與非金屬等配對(duì)。 (2) 采用表面化學(xué)熱處理改變材料表面狀態(tài)，可有效減輕粘著磨損。如果沿接觸面上產(chǎn)生粘著磨損，可進(jìn)行滲碳、磷化、氮碳共滲處理等。 (3)

7、 控制摩擦滑動(dòng)速度和接觸壓應(yīng)力，可使粘著磨損大為減輕。改善潤(rùn)滑條件，提高表面氧化膜與基體金屬的結(jié)合能力，以增強(qiáng)氧化膜的穩(wěn)定性，阻止金屬之間直接接觸，以及降低表面粗糙度等也都可以減輕粘著磨損。4 改善粘著磨損耐磨性的措施第12頁(yè)/共50頁(yè)4/20/202213二、磨粒磨損 1. 磨粒磨損機(jī)理 磨粒磨損是當(dāng)摩擦副一方表面存在堅(jiān)硬的細(xì)微突起，或者在接觸面之間存在著硬質(zhì)粒子時(shí)所產(chǎn)生的一種磨損。第13頁(yè)/共50頁(yè)4/20/202214 根據(jù)磨粒所受應(yīng)力大小不同，磨粒磨損分為： 鑿削式磨粒磨損 高應(yīng)力碾碎磨粒磨損 低應(yīng)力擦傷性磨粒磨損 從磨粒硬度與被磨材料硬度相對(duì)關(guān)系看，若磨粒硬度高于被磨材料的硬度，則屬

8、于硬磨粒磨損，反之，則為軟磨粒磨損。第14頁(yè)/共50頁(yè)4/20/202215 主要特征是摩擦面上有明顯犁皺形成的溝槽，見(jiàn)右圖。 在磨粒磨損時(shí)，對(duì)于韌性金屬材料，每一磨粒從表面上切下的是一個(gè)連續(xù)屑；對(duì)于脆性金屬材料，一個(gè)磨粒切下的是許多新屑。 在碾碎性磨粒磨損時(shí)，磨粒被壓碎前幾乎沒(méi)有滾動(dòng)和切削的機(jī)會(huì)，所以磨粒對(duì)摩擦表面的作用是由于磨粒接觸點(diǎn)處的集中壓應(yīng)力造成的，這種集中壓應(yīng)力可使韌性材料表面產(chǎn)生塑性變形。 磨粒磨損過(guò)程可能是磨粒對(duì)摩擦表面的切削作用，塑性變形和疲勞破壞作用或脆性斷裂的結(jié)果，還可能是它們綜合作用的反映，而以某一種損害為主。第15頁(yè)/共50頁(yè)4/20/2022162. 磨損量的計(jì)算

9、現(xiàn)以兩體磨粒磨損為例推導(dǎo)以切削作用為主要磨粒磨損量計(jì)算式：n根據(jù)此模型，在法向力F作用下，硬材料的凸出部分或磨粒（假定為圓錐體）被壓入軟材料中。n當(dāng)作用在一個(gè)凸出部分上的力F除以凸出部分在水平面上投影接觸面積等于軟材料的壓縮屈服強(qiáng)度時(shí)，則凸出部分或磨粒的壓入就會(huì)停止下來(lái)：第16頁(yè)/共50頁(yè)4/20/202217n凸出部分或磨粒切削下來(lái)的軟材料體積（圖中陰影部分），也就是磨損量V：n所以n金屬材料的屈服強(qiáng)度與硬度成正比，所以上式又可寫成：第17頁(yè)/共50頁(yè)4/20/202218 (1) 據(jù)實(shí)驗(yàn)，金屬材料對(duì)磨粒磨損的抗力與H/E成比例，H為材料硬度。 彈性模量對(duì)組織不敏感，所以機(jī)件抵抗磨粒磨損的能

10、力主要與材料硬度成正比。所以材料硬度越高，其抗磨粒磨損的能力也越好。3. 影響因素第18頁(yè)/共50頁(yè)4/20/202219(2) 斷裂韌度也影響金屬磨粒磨損的耐磨性第19頁(yè)/共50頁(yè)4/20/202220(4) 加工硬化對(duì)金屬材料抗磨粒磨損的影響，因磨損類型不同而有不同n在低應(yīng)力擦傷性磨粒磨損時(shí)，加工硬化對(duì)材料的耐磨性沒(méi)有影響；n在高應(yīng)力碾碎性磨粒磨損時(shí)，加工硬化能顯著提高耐磨性。(3) 細(xì)化晶粒由于能提高屈服強(qiáng)度、硬度及靜載塑性，所以也提高耐磨性第20頁(yè)/共50頁(yè)4/20/202221 在磨粒硬度低于金屬硬度的軟磨粒磨損情況下，磨損機(jī)理將會(huì)變化，所以耐磨性的影響因素也會(huì)發(fā)生變化。第21頁(yè)/共

11、50頁(yè)4/20/2022224. 改善磨粒磨損耐磨性的措施 (1) 對(duì)于以切削作用為主要機(jī)理的磨粒磨損應(yīng)增加材料硬度，這是提高耐磨性最有效的措施。 (2) 根據(jù)機(jī)件服役條件，合理選擇耐磨材料，例如在高應(yīng)力沖擊載荷下，要選用高錳鋼Mn13，利用其高韌性和高的加工硬化能力，可提高耐磨性。 (3) 采用滲碳、碳氮共滲等化學(xué)熱處理，提高表面硬度，也能有效提高磨粒磨損耐磨性。 (4) 經(jīng)常注意機(jī)件防塵和清洗，防止大于1微米磨粒進(jìn)入接觸面，也是有效措施。第22頁(yè)/共50頁(yè)4/20/202223 在摩擦過(guò)程中，摩擦副之間或摩擦副表面與環(huán)境介質(zhì)發(fā)生化學(xué)或電化學(xué)反應(yīng)形成腐蝕產(chǎn)物，腐蝕產(chǎn)物的形成與脫落引起腐蝕磨損

12、。 腐蝕磨損因常與摩擦面之間的機(jī)械磨損（粘著磨損或磨粒磨損）共存，故又稱腐蝕機(jī)械磨損。三、腐蝕磨損n1. 氧化磨損n2. 微動(dòng)磨損n3. 沖蝕磨損（又稱氣蝕）n4. 特殊介質(zhì)腐蝕磨損分類：第23頁(yè)/共50頁(yè)4/20/202224（一）氧化腐蝕機(jī)理 大氣中的機(jī)件表面總有一層氧的吸附層，當(dāng)摩擦副作相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于表面凹凸不平，在凸起部位單位壓力很大，導(dǎo)致產(chǎn)生塑性變形。塑性變形加速了氧向金屬內(nèi)部擴(kuò)散，從而形成了氧化膜。 氧化腐蝕過(guò)程：由于形成的氧化膜強(qiáng)度低、在摩擦副繼續(xù)作相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，氧化膜被摩擦副一方的凸起所剝落，裸露出新表面，從而又發(fā)生氧化，隨著又再被磨去。 如此，氧化膜形成又除去，機(jī)件表面逐漸被

13、磨損。n宏觀特征：在摩擦表面上沿滑動(dòng)方向呈勻細(xì)磨痕，其磨損產(chǎn)生為紅褐色三氧化二鐵或黑色四氧化三鐵。第24頁(yè)/共50頁(yè)4/20/202225氧化磨損的速率或磨損量的影響因素： (1) 摩擦副表面層對(duì)塑性變形的抗力； (2) 氧在金屬中的擴(kuò)散速率； (3) 氧化膜的性質(zhì)和厚度以及氧化膜與基體結(jié)合的牢固程度； (4) 摩擦學(xué)參數(shù)，如接觸壓力、滑動(dòng)速度、滑動(dòng)距離、溫度等。 氧化磨損不一定是有害的，如果氧化磨損先于其它類型磨損（如粘著磨損）發(fā)生和發(fā)展，則氧化磨損是有利的。第25頁(yè)/共50頁(yè)4/20/202226（二）微動(dòng)磨損機(jī)理 在機(jī)器的嵌合部位和緊配合處，接觸表面之間雖然沒(méi)有宏觀相對(duì)位移，但在外部變動(dòng)

14、載荷和振動(dòng)的影響下卻能產(chǎn)生微小滑動(dòng)。 這種微小滑動(dòng)是小振幅的切向振動(dòng)，稱為微動(dòng)。 接觸表面之間因存在小振幅相對(duì)振動(dòng)或往復(fù)運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的磨損稱為微動(dòng)磨損或微動(dòng)腐蝕。 特征：接觸區(qū)存在紅色三氧化二鐵粉末，鋁件的磨損產(chǎn)物為黑色。第26頁(yè)/共50頁(yè)4/20/202227 第一階段：產(chǎn)生凸起塑性變形，由此形成表面裂紋和擴(kuò)展，或去除表面污物形成粘著和粘著點(diǎn)斷裂； 第二階段：通過(guò)疲勞破壞或粘著點(diǎn)斷裂形成磨屑，磨屑形成后隨即氧化； 第三階段：磨粒磨損階段，磨粒磨損又反過(guò)來(lái)加速第一階段，如此循環(huán)不已則構(gòu)成了微動(dòng)磨損。微動(dòng)磨損過(guò)程有三個(gè)階段：第27頁(yè)/共50頁(yè)4/20/202228第三節(jié) 磨損試驗(yàn)方法 （1）實(shí)物試

15、驗(yàn) （2）實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)n右圖是銷盤型試驗(yàn)機(jī)：將試樣加上試驗(yàn)力緊壓在旋轉(zhuǎn)圓盤上，試樣可在半徑方向往復(fù)運(yùn)動(dòng)，n這類試驗(yàn)機(jī)可用來(lái)評(píng)定各種摩擦副及潤(rùn)滑材料的低溫與高溫摩擦和磨損性能，可做磨粒磨損和粘著磨損試驗(yàn)。第28頁(yè)/共50頁(yè)4/20/202229 高溫高速銷盤摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)主要用于評(píng)定金屬、非金屬及復(fù)合材料等材料在各種條件下的摩擦磨損性能，可在改變溫度、速度、負(fù)荷、摩擦配偶材料、表面粗糙 度、硬度等參數(shù)的各種情況下進(jìn)行試驗(yàn)，可測(cè)量材料摩擦溫升、摩擦系數(shù)等值。該機(jī)適用于科學(xué)研究、教學(xué)實(shí)驗(yàn)、質(zhì)量監(jiān)督、航空航天、鋼鐵冶金、塑料、陶瓷、建 工建材、軍工等領(lǐng)域。該機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)為Q/01J042-2003MMS-1

16、G高溫高速銷盤摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)。銷盤式摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)(MPX-2000型)主軸轉(zhuǎn)速范圍 60r/min 12000r/min主軸轉(zhuǎn)速示值準(zhǔn)確度 在 1000r/min 以下，示值誤差不超過(guò) 2r/min ，示值重復(fù)性誤差不大于 2r/min 。在 1000r/min 以上，示值相對(duì)誤差不超過(guò) 0.2% ，示值重復(fù)性相對(duì)誤差不大于 0.2% 。 高溫爐溫度范圍 室溫 800； 高溫爐密封性能 在連續(xù)充入氮?dú)猓兌?99.9%以上）的條件下，爐內(nèi)氧氣含量應(yīng)能達(dá)到1%以下。 試驗(yàn)力范圍 75N450N第29頁(yè)/共50頁(yè)4/20/202230 右圖是環(huán)塊型磨損試驗(yàn)機(jī) 這種試驗(yàn)機(jī)可測(cè)定金屬及非金屬材料（如

17、尼龍、塑料）在滑動(dòng)狀態(tài)下的耐磨性能：環(huán)形試樣安裝在主軸上，順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，塊形試樣安裝在夾具上。 通常試驗(yàn)后測(cè)量環(huán)形試樣的失重和塊狀試樣的磨痕寬度，分別計(jì)算體積磨損以評(píng)定試驗(yàn)材料的耐磨性。第30頁(yè)/共50頁(yè)4/20/202231MHK-500型環(huán)塊磨損試驗(yàn)機(jī) 應(yīng)用領(lǐng)域：材料摩擦磨損性能測(cè)試、對(duì)比、評(píng)定，測(cè)試結(jié)果為摩擦系數(shù)及磨損量數(shù)值。技術(shù)指標(biāo)：1.接觸形式：線接觸2.磨損方式：純滑動(dòng)磨損3.加載方式：砝碼、杠桿加載（杠桿比1:10）4.載荷范圍：10Kg-500Kg5.主軸轉(zhuǎn)速：100-1440轉(zhuǎn)/分，無(wú)級(jí)調(diào)速第31頁(yè)/共50頁(yè)4/20/202232 右圖為往復(fù)運(yùn)動(dòng)型試驗(yàn)機(jī)， 試樣在靜止平面上作往

18、復(fù)運(yùn)動(dòng)，可評(píng)定往復(fù)運(yùn)動(dòng)的機(jī)件，如導(dǎo)軌、缸套與活塞環(huán)等摩擦副的耐磨性。第32頁(yè)/共50頁(yè)4/20/202233 本機(jī)試驗(yàn)拉鏈橫向及縱向張力作用下，能否承受規(guī)定次數(shù)之往 復(fù)拉動(dòng)操作。 試驗(yàn)時(shí)本機(jī)以等速帶動(dòng)拉鏈之拉頭，作每分鐘30 次之往復(fù)運(yùn)動(dòng)，至規(guī)定之次數(shù)為止。 往復(fù)行程：75mm 橫向夾緊裝置寬度：25mm 縱向夾緊裝置總重：0.280.34kg HK-5022拉鏈往復(fù)試驗(yàn)機(jī) 第33頁(yè)/共50頁(yè)4/20/202234 右圖是滾子型磨損試驗(yàn)機(jī)： 主要用來(lái)測(cè)定金屬材料在滑動(dòng)摩擦、滾動(dòng)摩擦、滾動(dòng)滑動(dòng)復(fù)合摩擦及間隙摩擦情況下的磨損量， 用來(lái)比較各種材料的耐磨性能。第34頁(yè)/共50頁(yè)4/20/202235

19、 1、最大負(fù)荷：2000N 2、負(fù)荷測(cè)量范圍：0300N，3002000N 3、下試樣軸轉(zhuǎn)速：400，200 轉(zhuǎn)分 4、上試樣軸轉(zhuǎn)速：360，180 轉(zhuǎn)分 5、負(fù)荷刻度尺之分度值； 0300N，10N格，3002000N，50 N格 6、摩擦力矩測(cè)量范圍 015牛頓.米 7、上試樣的軸向最大移動(dòng)距離土4毫米 8、雙速電動(dòng)機(jī)：YD90S-4/2 （1）三相， 380V， 50周秒 （2）轉(zhuǎn)速2880、1440 轉(zhuǎn)分 （3）功率0.85、1.1 千瓦 9、試驗(yàn)機(jī)外形尺寸：約長(zhǎng)970寬660高ll00 毫米 M-2000型 摩擦磨損試驗(yàn)機(jī) 第35頁(yè)/共50頁(yè)4/20/202236第四節(jié) 金屬接觸疲勞

20、 （一）接觸疲勞現(xiàn)象與接觸應(yīng)力 接觸疲勞定義： 是機(jī)件兩接觸面作滾動(dòng)或滾動(dòng)加滑動(dòng)摩擦?xí)r，在交變接觸壓應(yīng)力長(zhǎng)期作用下，材料表面因疲勞損傷，導(dǎo)致局部區(qū)域產(chǎn)生小片或小塊狀金屬剝落而使物質(zhì)損失的現(xiàn)象，又稱表面疲勞磨損或疲勞磨損。第36頁(yè)/共50頁(yè)4/20/202237根據(jù)剝落裂紋起始位置及形態(tài)不同，接觸疲勞破壞分為： (1) 麻點(diǎn)剝落（點(diǎn)蝕） (2) 淺層剝落 (3) 深層剝落（表面壓碎）第37頁(yè)/共50頁(yè)4/20/202238二、接觸應(yīng)力 兩物體相互接觸時(shí)，在表面上產(chǎn)生的局部壓入應(yīng)力稱為接觸應(yīng)力，也稱為赫茲應(yīng)力。 按接觸面初始幾何條件不同，可分為線接觸與點(diǎn)接觸。第38頁(yè)/共50頁(yè)4/20/20223

21、9 線接觸： 假設(shè)兩圓柱體的半徑分別為R1、R2，長(zhǎng)l，未變形前兩者為線接觸，施加法向力后，因彈性變形變?yōu)槊娼佑|，接觸面積2bl。 據(jù)彈性力學(xué)分析，接觸壓應(yīng)力沿y軸按半橢圓柱規(guī)律分布，見(jiàn)右圖，在接觸中間（y=0）處，接觸壓應(yīng)力達(dá)到最大值，所以：第39頁(yè)/共50頁(yè)4/20/202240 由上圖可知，接觸面有三向主應(yīng)力，沿接觸深度方向的分布如右圖。第40頁(yè)/共50頁(yè)4/20/202241點(diǎn)接觸： 施加法向應(yīng)力后，視兩接觸物體形狀不同，接觸面可能是橢圓或圓，滾珠與軸承套圈接觸，接觸面為橢圓，球與球或球與平面接觸，接觸面為圓。 接觸面為橢圓時(shí)，見(jiàn)右圖，接觸應(yīng)力按半橢圓球規(guī)律分布，且 對(duì)于半徑為R的圓球

22、和平面的點(diǎn)接觸，按彈性力學(xué)計(jì)算，接觸圓半徑：第41頁(yè)/共50頁(yè)4/20/202242三、接觸疲勞破壞機(jī)理 （一）麻點(diǎn)剝落 表面接觸應(yīng)力較小、摩擦力較大或表面質(zhì)量較差（如表面有脫碳、燒傷、淬火不足、夾雜物等）地，易產(chǎn)生麻點(diǎn)剝落。 前者因?yàn)楸砻孀畲缶C合切應(yīng)力較高，后者則是材料抗剪強(qiáng)度較低引起的。第42頁(yè)/共50頁(yè)4/20/202243 （二）淺層剝落 在接觸應(yīng)力反復(fù)作用下，塑性變形反復(fù)進(jìn)行，使材料局部弱化，遂在該處形成裂紋。 裂紋常出現(xiàn)在非金屬夾雜物附近，所以裂紋開始沿非金屬夾雜物平行于表面擴(kuò)展，而后在滾動(dòng)及摩擦力作用下又產(chǎn)生與表面成一傾角的二次裂紋。 二次裂紋擴(kuò)展至表面，另一端則形成懸臂梁，因反

23、復(fù)彎曲發(fā)生彎斷，從而形成淺層剝落。第43頁(yè)/共50頁(yè)4/20/202244（三）深層剝落（壓碎性剝落） 深層剝落的初始裂紋經(jīng)常在表面硬化機(jī)件的過(guò)渡區(qū)內(nèi)產(chǎn)生，該處切應(yīng)力雖不是最大，但因過(guò)渡區(qū)是弱區(qū)，切應(yīng)力可能高于材料材料強(qiáng)度而在該處產(chǎn)生裂紋。 裂紋形成后先平行于表面擴(kuò)展，即沿過(guò)渡區(qū)擴(kuò)展，而后再垂直于表面擴(kuò)展，最后形成較深的剝落坑。第44頁(yè)/共50頁(yè)4/20/202245三 接觸疲勞試驗(yàn)方法 不同材料或同一材料經(jīng)不同熱處理后，其接觸疲勞強(qiáng)度用接觸疲勞曲線（與高周疲勞的S-N曲線類似）來(lái)描述。 是按赫茲公式計(jì)算出來(lái)的最大壓應(yīng)力，N為破壞循環(huán)周次。第45頁(yè)/共50頁(yè)4/20/202246 測(cè)定接觸疲勞

24、極限時(shí)，循環(huán)基數(shù)N0一般取107次，并規(guī)定： 當(dāng)試樣上深層剝落面積大于或等于3mm2或當(dāng)試樣上麻點(diǎn)剝落（集中區(qū)）在10mm2面積內(nèi)出現(xiàn)麻點(diǎn)率達(dá)15%的損傷時(shí)，均判定為接觸疲勞破壞。 試驗(yàn)在疲勞試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行，試驗(yàn)機(jī)有純滾動(dòng)和滾動(dòng)帶滑動(dòng)兩類。第46頁(yè)/共50頁(yè)4/20/202247四、影響接觸疲勞壽命的因素 （一）內(nèi)部因素 1. 非金屬夾雜物 2. 熱處理組織狀態(tài) 3. 表面硬度與心形硬度 4. 表面硬化層深度 5. 殘余內(nèi)應(yīng)力 （二）外部因素 1. 表面粗糙度與接觸精度 2. 硬度匹配第47頁(yè)/共50頁(yè)4/20/202248作業(yè) P181 1、(1)-(3)、(7)-(8) 3 4第48頁(yè)/共50頁(yè)4/20/202249第49頁(yè)/共50頁(yè)4/20/2022安徽工業(yè)大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院50感謝您的觀看。第50頁(yè)/共50頁(yè)