材料磨损与耐磨材料（第3章疲劳磨损课件）.ppt

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1、1§3.4疲劳磨损§3.4.1疲劳磨损的实质与特点§3.4.2疲劳磨损与整体疲劳的区别§3.4.3疲劳磨损的基本原理§3.4.4疲劳磨损的影响因素2§3.4.1疲劳磨损的实质与特点——也被称为接触疲劳磨损，是在循环载荷作用下产生的表面失效形式，其过程包括裂纹的萌生、扩展及最后断裂，其典型特征为点蚀及剥落。与整体的疲劳断裂有很多相似之处，可以看作材料疲劳断裂的一种特殊形式。3疲劳磨损是一种最普遍的磨损形式，主要发生在承受周期性的接触载荷或交变应力的零件表面上。如滚动轴承、齿轮、车轴、钢轨、轧辊等。4§3.4.1疲劳磨损的实质与特点从本质看，接触疲劳符合磨损的一般规律，即发生接触、摩

2、擦、造成表面累计损伤并形成磨屑，特别是不仅在滚动接触，而且在滑动接触及其它磨损形式中，也都发现了表面疲劳过程，因此疲劳磨损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。疲劳磨损定义：当两个接触体相对滚动或滑动时，在接触区形成的循环应力超过材料的疲劳强度的情况下，在表面层将引发裂纹并逐步扩展。最后使裂纹以上的材料断裂剥落下来的磨损过程。5§3.4疲劳磨损§3.4.1疲劳磨损的实质与特点§3.4.2疲劳磨损与整体疲劳的区别§3.4.3疲劳磨损的基本原理§3.4.4疲劳磨损的影响因素疲劳磨损与整体疲劳的区别整体磨损6裂纹萌生和扩展方式疲劳寿命环境复杂程度计算和追踪复杂性78§3

3、.4.2疲劳磨损与整体疲劳的区别区别一：裂纹源的萌生位置整体疲劳疲劳磨损表面亚表层裂纹扩展的途径和方向9§3.4.2疲劳磨损与整体疲劳的区别表面沿与外加应力成45°角的方向扩展，超过两三个晶粒后，即转向与应力垂直的方向整体疲劳平行于表面，或是与表面成一定角度(约为10~30°)，且只限于在表面层内扩展。疲劳磨损10§3.4.2疲劳磨损与整体疲劳的区别其二：疲劳寿命整体疲劳中，一般都存在明显的疲劳极限，即对某一种材料都有一个应力极限，低于该极限，疲劳寿命可认为是无限的。疲劳磨损尚未发现这样的疲劳极限，零件的寿命波动很大。有经验公式可以表示疲劳失效时间t与最大接触应力σm之间的数值关

4、系：在点接触或线接触情况下，由于接触应力可以很高，所以接触疲劳寿命要比整体疲劳低得多。11§3.4.2疲劳磨损与整体疲劳的区别其三：环境复杂性疲劳磨损中，除循环应力作用外，材料还经受复杂的摩擦过程，可引起表面层一系列的物理化学变化（如残余应力、组织结构、缺陷特征、表面温度、塑性变形以及各种机械及物理性能变化等）。这使疲劳磨损比整体疲劳处于更恶劣的工况，而且过程非常复杂。12§3.4.2疲劳磨损与整体疲劳的区别其四：计算和评价复杂性接触应力的计算比起整体疲劳断裂的应力强度因子的计算更复杂，由于一系列的因素都会影响根据理想光滑表面接触的假设条件(如材料是均匀的、各向同性的、只发生弹性

5、变形等)计算出来的结果。这些因素包括：材料的不均匀性、材料表面的特征、载荷分布及接触的不连续性、油膜建立情况、切向力的大小等等。13§3.4疲劳磨损§3.4.1疲劳磨损的实质§3.4.2疲劳磨损与整体疲劳的区别§3.4.3疲劳磨损的基本原理§3.4.4疲劳磨损的影响因素14§3.4.3疲劳磨损的基本原理疲劳磨损表面接触处应力的性质和数值变化趋势，可根据赫兹理论判定。滚动接触时，在交变应力的影响下，裂纹容易在这里形核。若除滚动接触还存在滑动接触，破坏位置就逐渐移向表面，因为纯滑动时最大应力应在表面处。15§3.4.3疲劳磨损的基本原理点接触线接触最大剪应力是发生在离表面一定距离处。

6、其距离点接触是0.47a对（线接触）是0.78aa为接触区宽度的1/2。点蚀与剥落是机器零件表面上接触疲劳磨损的典型特征。1617§3.4.3疲劳磨损的基本原理一、点蚀点蚀裂纹一般都从表面开始，向内倾斜扩展(与表面成l0~30°角)，最后裂纹折向表面，裂纹以上的材料折断脱落下来即成点蚀，因此单个的点蚀坑的表面形貌常表现为“扇形”或“贝壳形”。当点蚀充分发展后，这种形貌特征已难于辨别。齿轮节圆上形成的点蚀发动机冷激铸铁挺杆端面上的点蚀18§3.4.3疲劳磨损的基本原理1.早期点蚀理论——S．Way模型（于1935年提出）：1）发生点蚀的必要条件：摩擦副之间有油润滑；2）如果润滑油的

7、粘度高于某一定值，点蚀将不会发生；3）光滑的接触表面不易发生点蚀；4)热处理条件对于点蚀有显著的影响。19§3.4.3疲劳磨损的基本原理点蚀过程：（1）裂纹的开口迎向接触点：①由于接触压力产生的高压油波以极高的速度进入裂纹，对裂纹壁产生强大液体冲击，同时配对的接触表面又可能将裂纹口封闭，使裂纹内的油压进一步增高，从而使裂纹向纵深扩展。点蚀裂纹扩展示意图(裂纹方向迎向接触点)20§3.4.3疲劳磨损的基本原理②裂纹的缝隙越大，作用在裂纹壁上的压力也越大。③裂纹与表面之间的材料犹如一