(3.4)--第七章 金属磨损和接触疲劳.ppt

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1、第七章第七章 金属磨损和接触疲劳金属磨损和接触疲劳1 1.机器运转机器运转相互接触的零件之间相对运动相互接触的零件之间相对运动产生摩产生摩擦擦发生磨损发生磨损造成表层材料损耗造成表层材料损耗构件失效构件失效2.研究磨损规律，提高机件耐磨性，可节约能源，减研究磨损规律，提高机件耐磨性，可节约能源，减少材料消耗，延长机件寿命。少材料消耗，延长机件寿命。第七章第七章 金属磨损和接触疲劳金属磨损和接触疲劳27-1 磨损现象和耐磨性磨损现象和耐磨性一、磨损一、磨损1.概念概念2.产生磨损的原因：一个复杂的系统过程产生磨损的原因：一个复杂的系统过程（1）力学作用；（）力学作用；（2）物理作用；（）物理作用

2、；（3）化学作用）化学作用3.影响磨损的因素影响磨损的因素（1）摩擦副材料；（）摩擦副材料；（2）润滑条件；（）润滑条件；（3）加载方式和）加载方式和大小；（大小；（4）相对运动特性；（）相对运动特性；（5）工作温度）工作温度第七章第七章 金属磨损和接触疲劳金属磨损和接触疲劳34.磨损过程：分三个阶段磨损过程：分三个阶段（1）跑合阶段：）跑合阶段：oa线段线段 特征；特征；原因。原因。（2）稳定磨损阶段：）稳定磨损阶段：ab线段线段 特征特征（3）剧烈磨损阶段：）剧烈磨损阶段：bc线段线段 特征；特征；原因。原因。第七章第七章 金属磨损和接触疲劳金属磨损和接触疲劳47-1 磨损现象和耐磨性磨损

3、现象和耐磨性5.5.分类分类（1 1）按环境和介质可分为：）按环境和介质可分为：流体磨损；湿磨损；干磨损。流体磨损；湿磨损；干磨损。（2 2）按表面接触性质可分为：）按表面接触性质可分为：金属金属-流体磨损；金属流体磨损；金属-金属磨损；金属金属磨损；金属-磨料磨损。磨料磨损。（3 3）按磨损失效机制分类：目前比较常用的分类方法）按磨损失效机制分类：目前比较常用的分类方法粘着磨损；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；表面疲劳磨损表面疲劳磨损(接触疲劳接触疲劳)。磨损类型并非固定不变，在不同的外部条件和材料具有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

4、特性情况下，损伤机制会发生转化，由一种损伤机不同特性情况下，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。制变成另一种损伤机制。5材料特性包括：材料特性包括：金属与氧的化学亲和力以及形成的氧化膜性质；金属与氧的化学亲和力以及形成的氧化膜性质；金属在常温和高温下抗粘着能力；金属在常温和高温下抗粘着能力；金属的力学性能；金属的力学性能；金属的耐热性；金属的耐热性；金属与润滑剂相互作用的能力。金属与润滑剂相互作用的能力。在摩擦过程中，零件表面还将发生一系列物理、化在摩擦过程中，零件表面还将发生一系列物理、化学和力学状态的变化。学和力学状态的变化。如：因材料塑性变形而引起表层硬化和应力状态的如

5、：因材料塑性变形而引起表层硬化和应力状态的变化；因摩擦热和其它外部热源作用下而发生的相变、变化；因摩擦热和其它外部热源作用下而发生的相变、淬火、回火以及回复再结晶等；因与外部介质相互作用淬火、回火以及回复再结晶等；因与外部介质相互作用而产生的吸附作用。而产生的吸附作用。7-1 磨损现象和耐磨性磨损现象和耐磨性67-1 磨损现象和耐磨性磨损现象和耐磨性二、耐磨性二、耐磨性1.1.定义：材料抵抗磨损的性能。定义：材料抵抗磨损的性能。2.2.表示方法表示方法（1 1）磨损量：磨损量越小，耐磨性越高）磨损量：磨损量越小，耐磨性越高 线磨损；线磨损；体积（质量）磨损体积（质量）磨损（2 2）比磨损量）比

6、磨损量（3 3）相对耐磨性：）相对耐磨性：77-2 磨损机理磨损机理一、粘着磨损一、粘着磨损1.1.概念概念 粘着磨损又称擦伤，咬合磨损。由于零件表面某些粘着磨损又称擦伤，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，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。这种过程反复进行很多次，便导致了表面的损伤。2.2.机理机理 摩擦副粘着摩擦副粘着粘着点剪断粘着点剪断粘着点转移粘着点转移再粘着再粘着循环循环3.3.过程：图过程：图

7、7-37-3 87-2 磨损机理磨损机理三个阶段三个阶段4.4.磨损量的大小磨损量的大小5.5.磨损量的计算：阿查德提出磨损量的估算方法磨损量的计算：阿查德提出磨损量的估算方法6.6.影响因素影响因素（1 1）材料性质）材料性质9（2）法向力）法向力（3）滑动速度）滑动速度（4）表面粗糙度）表面粗糙度（5）温度）温度（6）润滑状态）润滑状态二、磨粒磨损二、磨粒磨损1.概念：概念：7-2 磨损机理磨损机理10两体磨粒磨损和三体磨粒磨损两体磨粒磨损和三体磨粒磨损2.分类分类（1）根据磨粒所受应力大小）根据磨粒所受应力大小 凿削式磨粒磨损凿削式磨粒磨损 如：挖掘机斗齿如：挖掘机斗齿 高应力碾碎性磨粒

8、磨损高应力碾碎性磨粒磨损 如：球磨机衬板与钢球如：球磨机衬板与钢球 低应力擦伤性磨粒磨损低应力擦伤性磨粒磨损 如：机件被污染的摩擦表面如：机件被污染的摩擦表面7-2 磨损机理磨损机理11（2）根据磨料硬度与被磨材料硬度分）根据磨料硬度与被磨材料硬度分 硬磨粒磨损；硬磨粒磨损；软磨粒磨损软磨粒磨损3.特征特征4.机理机理5.磨损量的估算磨损量的估算7-2 磨损机理磨损机理126.影响因素影响因素（1）材料硬度）材料硬度（2）断裂韧度）断裂韧度（3）显微组织）显微组织7-2 磨损机理磨损机理13三、腐蚀磨损三、腐蚀磨损1.概念概念 腐蚀磨损是摩擦面和周围介质发生化学或电化学反腐蚀磨损是摩擦面和周围

9、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：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。腐蚀和机械磨损。2.分类分类（1）氧化磨损）氧化磨损（2）微动磨损）微动磨损（3）冲蚀磨损）冲蚀磨损（4）特殊介质磨损）特殊介质磨损7-2 磨损机理磨损机理143.氧化磨损氧化磨损（1）磨损过程）磨损过程 机件表面存在一层氧化膜；机件表面存在一层氧化膜；氧化膜的剥落；氧化膜的剥落；新氧化膜的形成和剥落。新氧化膜的形成和剥落。（2）宏观特征）宏观特征（3）磨损量）磨

10、损量4.微动磨损微动磨损（1）概念）概念微动：两接触表面间小幅度的相对切向运动称为微动微动：两接触表面间小幅度的相对切向运动称为微动7-2 磨损机理磨损机理15微动磨损微动磨损 在压紧的表面之间由于微动而发生的磨损称为微动在压紧的表面之间由于微动而发生的磨损称为微动磨损。磨损。在一些机器的紧配合处，它们之间虽然没有明显的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。面的某些局部地区将会发生微小的滑动。（2 2）特征）特征（3 3）过程：复合磨损（粘着、氧化和磨粒磨损

11、综合作）过程：复合磨损（粘着、氧化和磨粒磨损综合作用）用）（4 4）磨损量）磨损量（5 5）事例）事例7-2 磨损机理磨损机理167-3 磨损试验方法磨损试验方法一、磨损试验方法一、磨损试验方法1.现场实物试验现场实物试验2.实验室试验实验室试验二、磨损实验机二、磨损实验机1.销盘式试验机销盘式试验机2.销筒式试验机销筒式试验机3.往复运动式试验机往复运动式试验机4.MM型磨损试验机型磨损试验机5.砂纸磨损试验机砂纸磨损试验机6.快速磨损试验机快速磨损试验机17三、测定磨损量三、测定磨损量1.秤重法：用分析天平测定试样磨损前后重量变化。秤重法：用分析天平测定试样磨损前后重量变化。2.测长法：用

12、测微尺测量摩擦表面法线方向的尺寸变化。测长法：用测微尺测量摩擦表面法线方向的尺寸变化。7-3 磨损试验方法磨损试验方法187-4 7-4 提高耐磨性的途径提高耐磨性的途径机件三种主要的失效形式：磨损、腐蚀和断裂机件三种主要的失效形式：磨损、腐蚀和断裂一、提高粘着磨损的途径一、提高粘着磨损的途径1.改善润滑条件；改善润滑条件；2.增强氧化膜的稳定性，阻止金属之间直接接触；增强氧化膜的稳定性，阻止金属之间直接接触；3.降低表面粗糙度；降低表面粗糙度；4.采用表面处理。采用表面处理。（1）降低原子间结合力和摩擦系数；）降低原子间结合力和摩擦系数；（2）提高摩擦副表面硬度。）提高摩擦副表面硬度。19二

13、、提高磨粒磨损的途径二、提高磨粒磨损的途径1.对于低应力磨粒磨损：设法提高表面硬度对于低应力磨粒磨损：设法提高表面硬度 选用高碳钢，并热处理（淬火选用高碳钢，并热处理（淬火+低温回火）低温回火）2.对于高应力磨粒磨损：对于高应力磨粒磨损：（1）基体组织最好是）基体组织最好是B下下；（2）消除基体中的初生碳化物，并使次生碳化物弥散）消除基体中的初生碳化物，并使次生碳化物弥散分布；分布；（3）提高钢中碳化物体积比；）提高钢中碳化物体积比；（4）钢中保留适量）钢中保留适量A；（5）表面热处理。表面热处理。7-4 提高耐磨性的途径提高耐磨性的途径207-5 7-5 金属接触疲劳金属接触疲劳一、接触疲劳

14、现象与接触应力一、接触疲劳现象与接触应力（一）接触疲劳现象（一）接触疲劳现象1.1.概念概念 接触疲劳也称表面疲劳磨损，是指滚动轴承、齿轮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。一种表面疲劳现象。2.2.宏观形貌：贝壳状凹坑宏观形貌：贝壳状凹坑 3.3.分类分类 （1 1）麻点剥落（点蚀）麻点剥落（点蚀）（2 2）浅层剥落）浅层剥落 （3 3）深层剥落）深层剥落 214.4.接触疲劳过程接触疲劳过程5.5.接触疲劳曲线：最大接触压应力接触疲劳曲线：最大接触压应力-破坏周次曲线破

15、坏周次曲线（二）接触应力（二）接触应力 两物体相互接触时，在表面上产生的局部压力叫做两物体相互接触时，在表面上产生的局部压力叫做接触应力，接触应力，一般出现如下两种情况：一般出现如下两种情况：1.1.两接触物体在加载前为线接触两接触物体在加载前为线接触(如圆柱与圆柱、圆柱如圆柱与圆柱、圆柱与平面接触与平面接触)2.2.两接触物体在加载前为点接触两接触物体在加载前为点接触(如滚珠轴承如滚珠轴承)7-5 金属接触疲劳金属接触疲劳22二、接触疲劳破坏机理二、接触疲劳破坏机理 接触疲劳破坏分为麻点剥落、浅层剥落、深层剥落三接触疲劳破坏分为麻点剥落、浅层剥落、深层剥落三种主要类型。种主要类型。（一）麻点

16、剥落（一）麻点剥落1.形成过程形成过程（1 1）初始裂纹形成；）初始裂纹形成；（2 2）初始裂纹扩展；）初始裂纹扩展；（3 3）二次裂纹形成；）二次裂纹形成；（4 4）二次裂纹扩展；）二次裂纹扩展；（5 5）金属剥落，形成凹坑。）金属剥落，形成凹坑。7-5 金属接触疲劳金属接触疲劳232.产生原因产生原因（1）表面接触应力较小，摩擦力）表面接触应力较小，摩擦力较大；（如右上图）较大；（如右上图）（2）表面质量较差，如脱碳、）表面质量较差，如脱碳、烧伤、淬火不足和夹杂物等。烧伤、淬火不足和夹杂物等。（如右下图）（如右下图）7-5 金属接触疲劳金属接触疲劳24（二）浅层剥落（二）浅层剥落1.形成过

17、程形成过程（1 1）形成交变塑性区；）形成交变塑性区；（2 2）形成裂纹；）形成裂纹；（3 3）形成二次裂纹；）形成二次裂纹；（4 4）形成浅层剥落。）形成浅层剥落。7-5 金属接触疲劳金属接触疲劳252.产生原因产生原因：（1）表面粗糙度低；）表面粗糙度低；（2）相对滑动小。）相对滑动小。（三）深层剥落（三）深层剥落1.形成过程形成过程（1）过渡区产生裂纹；）过渡区产生裂纹；（2）裂纹沿过渡区扩展，然后）裂纹沿过渡区扩展，然后垂直于表面扩展；垂直于表面扩展；（3）形成大块剥落，较深的）形成大块剥落，较深的剥落坑。剥落坑。7-5 金属接触疲劳金属接触疲劳262.产生原因产生原因（1）表面硬化件

18、心部强度低，硬化层深不合理，梯度）表面硬化件心部强度低，硬化层深不合理，梯度太陡；太陡；（2）过渡区存在不利的应力分布。）过渡区存在不利的应力分布。7-5 金属接触疲劳金属接触疲劳277-5 金属接触疲劳金属接触疲劳三、接触疲劳实验三、接触疲劳实验1.接触疲劳曲线：接触疲劳曲线：max-N曲线曲线 max最大接触应力，最大接触应力，N断裂周次断裂周次接触疲劳强度：接触疲劳强度：用用max-N曲线描述。曲线描述。2.接触疲劳实验：接触疲劳实验：接触疲劳实验接触疲劳实验28四、影响接触疲劳抗力的因素四、影响接触疲劳抗力的因素（一）内部因素（一）内部因素1.非金属夹杂物：塑性、脆性和球状非金属夹杂物

19、：塑性、脆性和球状（1）脆性夹杂物：有害）脆性夹杂物：有害（2）塑性夹杂物：有益）塑性夹杂物：有益2.热处理组织状态热处理组织状态（1）马氏体含碳量）马氏体含碳量（2）马氏体和残余奥氏体的级别）马氏体和残余奥氏体的级别（3）未溶碳化物和带状碳化物）未溶碳化物和带状碳化物3.表面硬度和心部硬度表面硬度和心部硬度7-5 金属接触疲劳金属接触疲劳29（1）表面脱碳降低接触疲劳寿命；）表面脱碳降低接触疲劳寿命；（2）渗碳件硬度梯度太大，降低接触疲劳寿命。）渗碳件硬度梯度太大，降低接触疲劳寿命。4.表面硬化层深度表面硬化层深度5.残余内应力残余内应力（二）外部因素（二）外部因素1.表面粗糙度与接触精度表面粗糙度与接触精度2.硬度匹配。硬度匹配。7-5 金属接触疲劳金属接触疲劳30本章完本章完31