摩擦與磨損--張程煜-20151228

1、摩擦與磨損-接觸疲勞,7 接觸疲勞,接觸疲勞：表面接觸壓應(yīng)力長期反復(fù)作用下引起的一種表面疲勞現(xiàn)象 常見于滾動軸承、鐵軌和齒輪等零件。 疲勞壽命分散性大,接觸應(yīng)力,兩物體接觸，在接觸面上產(chǎn)生的局部壓力為接觸應(yīng)力 在接觸應(yīng)力作用下，材料由線(或點)接觸變?yōu)槊娼佑| 最大壓應(yīng)力在接觸面的中心線(或點)上，最大切應(yīng)力位于表層下,線接觸,面接觸,接觸面積為2bL,板材下底面固定,接觸應(yīng)力,線接觸,面接觸,接觸應(yīng)力,彈性力學(xué),承受法向壓應(yīng)力后兩圓柱體接觸表面上的各應(yīng)力分量,主應(yīng)力、主切應(yīng)力分布圖,可能影響接觸疲勞失效的切應(yīng)力有兩個： 第一個是與y軸成45o的主切應(yīng)力45 第二個是正交切應(yīng)力yz,正交切應(yīng)力分

2、布圖,(a)中1-在接觸面上; 2.3-分別在接觸面 下0.5b和1.0b處, (b)yz的作用面與方向,接觸應(yīng)力,點接觸,面接觸,板材下底面固定,接觸疲勞也是一個裂紋形成和擴展過程。 接觸疲勞裂紋的形成也是局部金屬反復(fù)塑性變形的結(jié)果。 某些裂紋的不斷擴展，就在金屬表面上產(chǎn)生剝落。剝落后 的斷口反映了接觸疲勞過程。 斷口大都呈扇形。扇軸處為疲勞源。隨著時間推移，裂紋 逆滾動方向放射擴展,損壞形式,接觸疲勞剝落后的斷口,損壞形式,接觸表面上出現(xiàn)深淺不一的針狀或痘狀凹坑,或較大面積表面壓碎 點蝕：深度小于0.1-0.2mm的小塊剝落 淺層剝落：深度一般為0.2-0.4mm 深層剝落：剝落坑大于0.

3、4mm,點蝕,淺層剝落,深層剝落,損壞形式,點蝕：深度小于0.1-0.2mm的小塊剝落。裂紋一般起源于表面。剝落坑呈針狀或痘狀,表面裂紋發(fā)展和潤滑油作用示意圖,損壞形式,淺層剝落：剝落深度一般為0.2-0.4 mm。在純滾動或摩擦力很小的情況下，次表層將承受著更大的切應(yīng)力。因此，裂紋易于在該處形成。 金屬磨損的剝層理論認為，在法向和切向應(yīng)力作用下，次表層將產(chǎn)生塑性變形，并在變形層內(nèi)出現(xiàn)位錯和空位，并逐步形成裂紋,剝層磨損裂紋形成示意圖,基體圍繞硬質(zhì)點發(fā)生塑性流動，將使空位在界面處聚集而形成裂紋,第二相硬質(zhì)點和夾雜物,加速作用,損壞形式,深層剝落 ：這類剝落坑較深(0.4mm)、塊大。一般發(fā)生在

4、表面強化的材料中，如滲碳鋼中。裂紋源往往位于硬化層與心部的交界處(過渡區(qū))。 該交界處是零件強度最薄弱的地方。如果其塑性變形抗力低于該處的最大合成切應(yīng)力，則將在該處形成裂紋，最終造成大塊剝落,硬化層裂紋示意圖,損壞形式,滲碳淬火試件的試驗表明，當(dāng)切應(yīng)力/材料切變強度的比值大于0.6時，疲勞裂紋在硬化層和心部交界處產(chǎn)生和擴展，造成深層剝落；當(dāng)切應(yīng)力/材料切變強度的比值小于0.55時，就出現(xiàn)淺層剝落和點蝕，或者只出現(xiàn)點蝕。可見，這一比值的高低在一定程度上決定了疲勞裂紋源的位置與擴展方向，也決定了其失效類型,過渡區(qū)裂紋形成應(yīng)力分析示意圖,損傷過程,和其它疲勞一樣，包括裂紋形成和裂紋擴展過程； 是切應(yīng)

5、力和材料切變強度交相作用的結(jié)果； 滲碳淬火時間的試驗結(jié)果： 切應(yīng)力/材料切變強度0.6，疲勞裂紋在硬化層和心部交界處產(chǎn)生，深層剝落； 切應(yīng)力/材料切變強度0.55，淺層剝落或點蝕,接觸疲勞試驗方法,接觸疲勞試驗機種類,(a)單面對放式,(b)雙面對滾式,(c) 止推式,提高接觸疲勞措施,提高滾珠加工精度、表面質(zhì)量和微觀組織均勻性 改善摩擦條件，如加入潤滑劑 較小接觸應(yīng)力顯著提高接觸疲勞壽命 表面熱處理提高斷裂韌性 提高冶金質(zhì)量 引入殘余應(yīng)力,外部條件 摩擦類型、相對滑動速度、接觸壓力等； 材料： 與氧的化學(xué)親和力及形成的氧化膜性質(zhì)； 抗粘著能力； 力學(xué)性能； 耐熱性； 與潤滑劑相互作用的能力；

6、 材料的動態(tài)特性,8 耐磨性評價,耐磨性：材料抵抗磨損的指標(biāo) 用磨損量表示，分為： 線磨損量、體積磨損量和重量磨損量 磨損曲線三個階段： 1)跑合階段；2)穩(wěn)定磨損階段；3)劇烈磨損階段 相對耐磨性與壓力和相對滑動量成正比，與磨損量成反比,磨損試驗,方法： 零件磨損和試件磨損試驗 ASTM標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了超過20種固體磨損試驗方法 參考GB、ISO、DEN、JIS等標(biāo)準(zhǔn),記錄摩擦的變化可判斷磨損過程，得到摩擦系數(shù)； 測量磨損前后的質(zhì)量和體積變化，確定磨損量,分析摩擦表面和磨損產(chǎn)物，研究磨損機制和工程磨損預(yù)測,Al7%Si合金的磨損量與壓力關(guān)系,Al7%Si合金的平行于滑動方向的截面SEM照片,滑動速度0.5 m/s，壓力: (a)10 N; (b)20 N; (c)50 N; (d)75 N,摩擦與磨損實驗,Xiawei Yang, Wenya Li, Jiang Li, Tiejun Ma, Jia Guo. FEM analysis of temperature distribution and experimental study of microstructure evolution in friction