第7章疲劳磨损.docx

1、第7章疲劳磨损疲劳磨损也称为接触疲劳，他经历裂纹的萌 生、扩展、断裂三个过程，可以说是材料疲劳 断裂的一种特殊形式。早期的磨损分类，没有把这种接触疲劳划入 磨损的范畴。后来的研究发现，不仅在滚动接 触，而且在滑动接触及其它磨损形式中，也都 发现了表面接触疲劳过程，因此，接触疲劳完 全可以被认为是一种独立的，而且是相当普遍 的磨损形式。2疲劳磨损与整体疲劳之间的区别(1)裂纹源和裂纹扩展途径不同裂纹类型裂纹源裂纹的扩展整体疲劳表面与外加应力成45。角，超 过两三个晶粒后，转向与 应力垂直疲劳磨损表面 或 亚表层与表面成1030角 或平行于表面(2)疲劳极限的差别整体疲劳存在明显的疲劳极限；疲劳磨

2、损尚未发现疲劳极限， t =警bmax(3)作用过程的差别整体疲劳一般只受循环应力的作用；A疲劳磨损除循环应力作用外，摩擦过程可以引起表 面层一系列的物理化学变化。(4)应力计算上的差别A疲劳磨损的应力计算受材料的均匀性、表面特征、 载荷分布、油膜情况、切向力大小等的影响。3 疲劳磨损的种类(1)表层萌生与表面萌生疲劳磨损1:1萌间扩度断口光滑平行于表面 扩展，后分 叉延伸到表 面萌表力源 纹在应中 裂生层集动主摩副滚为的擦表层萌生耐比融快 萌间扩度断口粗糙与滑动方向成2040角向表层扩展，后分叉萌表力源 纹衽必中 裂生面集动主摩副滑为的擦lief IS 高量材表面萌生鳞剥片状凹坑浅而面积大点

3、蚀扇形凹坑深而面积小退火钢和调质钢点蚀渗碳钢和淬火钢鳞剥(2)鳞剥(spalling)与点蚀(pitting)磨损点蚀疲劳裂纹都起源于表面，再顺滚动方向 向表层内扩展，并形成扇形疲劳坑；鳞剥疲劳裂纹始于表层内，随后裂纹与表面平行向两端扩展，最后在两端断裂。成鳞剥磨损是否有根据?还没有足够的根据 /表面萌生裂纹形成点蚀磨损，表层萌生裂纹形有人曾对冷激铸铁挺杆上106条点蚀裂纹进行 了统计分析，结果表明，大约80%的裂纹是从表 面起源的，从亚表层内部萌生的只占20% o大量的研究证明，点蚀裂纹的萌生，不仅决定 于应力状态，而且与材料的组织结构、性能、表 面粗糙度、表面完整性，以及润滑状态与润滑剂等

4、一系列因素有密切关系。二、疲劳磨损的机理1.疲劳裂纹诱发点蚀理论发生点蚀的必要条件是摩擦副之间有油润滑;由SWay于1935年提出:A润滑油粘度高于某一定值，点蚀将不会发生;光滑的接触表面不易发生点蚀;热处理条件对于点蚀有显著的影响。 根据裂纹的扩展方向分为两种情况：(1)裂纹开口迎向接触点(2)裂纹开口背离接触点Q、 特殊结构层形成表面层失穗而隆起 A r3最大剪应力理论(1) Hertz接触理论裂纹主要发生在厂处距表面的位置滚动点接触：Vpr滚动线接触：JPR(2)位错理论剪应力方向和大小反复发生变化，在亚表层内将产生位错运动，位错的互相切割产生空穴，空穴的集中形成空洞，最后发展成裂纹。2

5、T P1:1裂纹产生的判据T临界剪应力Y表面能+裂纹扩展到邻 近晶粒的塑性变形功E弹性模量D平均晶粒直径P决定于正应力三向性的V 常数三、影响疲劳磨损的因素1.载荷性质的影响(1)苏联科学家的试验(T950 Mpa850 Mpa1 1 iVxlO4-1 1 10 12850 950 1050 1150短期的高峰载荷周期性 地附加在基本载荷上，不 仅不降低反而提高了接触 疲劳寿命。只有当高峰载 荷作用时间接近循环周期 时间一半时，高峰载荷才 开始降低接触疲劳寿命。(2)温诗铸教授的试验1=III附加拉伸弯曲应力显著地缩短接触疲劳 杯而压缩弯曲应O1040力的影响取决于它的20数值大小。较小的附

6、加压缩应力能够增加疲劳寿命，而大的压 缩弯曲应力将降低疲100L21020最大接触应力:2954 Mpa附加弯岛应力: 106Mpa+ 一 0O 38Mpa10 IMp a50x10少量的滑动将显著地降低接触疲劳磨损寿命, 因为，摩擦力作用使最大切应力位置趋于表面, 增加了裂纹萌生的可能性。此外，摩擦力所引起 的拉应力促使裂纹扩展加速。应力循环速度越 大，表面积聚热量 和温度就越高，使 金属软化而降低机 械性能，因而加速 表面的疲劳磨损。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,在循环应力作用下与基体材料脱离形成空穴，构通常增加材料硬度可以提高抗疲劳磨损能力,M劳寿命成应力集中

7、源，从而导致疲劳裂纹的早期出现。硬度但硬度过高，材料脆性 增加，反而会降低接触 疲劳寿命。3表面粗糙度的影响起源，因此，提高表面光洁度有利于延长疲劳磨损轴。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 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4.润滑与润滑剂的影响实验表明：增加润滑油的粘度将提高抗接触疲劳能力。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 糙峰的互相作用；润滑油中带有水表面吸附了氢原在较低应力下扩不能解释某些无油滚动 时不出现接触疲劳，而 加入润滑油后迅速发生 接触疲劳磨损的现象。丿性物质的堆积,|玳护7U劝ZmJK up p:酸在高温下润滑油精品课件V1 r精品课件V1 rA在相同温度和相同粘度下，使用合成油的接触疲劳寿命高于使用天然油的，因为合成油的粘压系数值较大，因而油膜厚度较大。说明油膜 厚度对阻止裂纹形成具有一定的影响。接触疲劳磨损机理可以归纳如下:在疲劳磨损的初期阶段是微裂纹的形成阶段, 无论有无润滑油存在，循环应力起着主要作用。裂纹萌生在表面或表层，但很快扩展到表面，此 后，润滑油的粘度对于裂纹扩展起重要影响。