GCr15_35CrMo摩擦副的塑性接触面积对滑动磨损的影响_党兴武_黄建龙_陈

影响金属材料疲劳强度的八大因素

影响金属材料疲劳强度的八大因素 Via 常州精密钢管博客 影响金属材料疲劳强度的八大因素 材料的疲劳强度对各种外在因素和内在因素都极为敏感。外在因素包括零件的形状和尺寸、表面光洁度及使用条件等，内在因素包括材料本身的成分，组织状态、纯净度和残余应力等。这些因素的细微变化，均会造成材料疲劳性能的波动甚至大幅度变化。 各种因素对疲劳强度的影响是疲劳研究的重要方面，这种研究将为零件合理的结构设计、以及正确选择材料和合理制订各种冷热加工工艺提供依据，以保证零件具有高的疲劳性能。 应力集中的影响 常规所讲的疲劳强度，都是用精心加工的光滑试样测得的，然而，实际机械零件都不可避免地存在着不同形式的缺口，如台阶、键槽、螺纹和油孔等。这些缺口的存在造成应力集中，使缺口根部的最大实际应力远大于零件所承受的名义应力，零件的疲劳破坏往往从这里开始。 理论应力集中系数Kt ：在理想的弹性条件下，由弹性理论求得的，缺口根部的最大实际应力与名义应力的比值。 有效应力集中系数（或疲劳应力集中系数）Kf：光滑试样的疲劳极限σ-1与缺口试样疲劳极限σ-1n的比值。 有效应力集中系数不仅受构件尺寸和形状的影响，而且受材料的物理性质、加工、热处理等多种因素的影响。 有效应力集中系数随着缺口尖锐程度的增加而增加，但通常小于理论应力集中系数。 疲劳缺口敏感度系数q：疲劳缺口敏感度系数表示材料对疲劳缺口的敏感程度，由下式计算。 q的数据范围是0-1，q值越小，表征材料对缺口越不敏感。试验表明，q并非纯粹是材料常数，它仍然和缺口尺寸有关，只有当缺口半径大于一定值后，q值才基本与缺口无关，而且对于不同材料或处理状态，此半径值也不同。 尺寸因素的影响

(完整word版)疲劳断裂总结

第三部分疲劳断裂 疲劳断裂是金属结构失效的一种主要型式，典型焊接结构疲劳破坏事例表明疲劳断裂几率高，具有广泛研究意义。疲劳破坏发生在承受交变或波动应变的构件中，一般说来，其最大应力低于材料抗拉强度，甚至低于材料的屈服点，因此断裂往往是无明显塑性变形的低应力断裂。 疲劳断裂过程的研究表明，疲劳寿命不是决定于裂纹产生，而是决定于裂纹增大和扩展。因此，本章将在介绍疲劳断裂的基本特征和基本概念基础上，利用断裂力学原理着重分析疲劳裂纹的扩展机理、规律、影响因素及疲劳寿命估算。 §3-1疲劳的基本概念 在交变载荷作用下，金属结构产生的破坏现象称为疲劳破坏。为防止结构在工作时发生疲劳破坏传统疲劳设计采用σ―N曲线法确定疲劳强度。 一、应力疲劳和应变疲劳 1、应力疲劳 在低应力、高循环、低扩展速率的疲劳称为应力疲劳，也叫弹性疲劳。七特点是在应力循环条件下，裂纹在弹性区内扩展，且裂纹扩展速率低。 2、应变疲劳 在高应力、低循环、高扩展速率下的疲劳称为应变疲劳，也叫塑性疲劳。其特点是应变幅值很高，最大应变接近屈服应变，故疲劳裂纹扩展速率高（达每次循环10-2mm），寿命短（小于104周）。 二、疲劳强度和疲劳极限 1、乌勒（W?hler）疲劳曲线 （1）结构在多次循环载荷作用下，在工作应力σ（σmax）小于强度极限σb 时即破坏，在不同载荷下使结构破坏所需的加载次数N也不同，表达结构破坏载荷σ和所需加载次数N之间的关系（σ―N）即为乌勒（W?hler）疲劳曲线。 （2）疲劳曲线在加载次数N很大时趋于水平，若以σ―lgN表示则为两段直线关系 （3）图示（略） 2、疲劳强度（条件疲劳极限） （1）疲劳曲线上对应于某一循环次数N的强度极限σ即为该循环下的疲劳 强度（σ r ） （2）σ r =f（N）σ r 对应σmax，一般N<107 3、疲劳极限 （1）结构对应于无限次应力循环而不破坏的强度极限即疲劳极限（2）为σ―lgN疲劳图中的水平渐近线

浅论金属材料疲劳断裂的原因及危害

青岛黄海学院机电工程学院2013—2014学年第二学期期中考试 科目：工程材料及机械制造基础 姓名：杜希元 学号： 1101111084 班级： 2011级本科三班 专业：机械制造及其自动化

浅论金属材料发生疲劳断裂的原因及危害 摘要：从人类开始制造结构以来，断裂就是社会面对的一个问题。早在100多年以前，人们就发现了金属疲劳给各个方面带来的损害。但由于技术的落后，还不能查明疲劳破坏的原因，直到显微镜和电子显微镜等高科技器具的相继出现之后，使人类在揭开金属疲劳秘密的道路上不断取得新的成果。本文浅论金属材料发生疲劳断裂的原因及危害，使人们初步了解金属疲劳断裂的相关知识。 关键词：疲劳断裂原因危害 一、金属材料的疲劳现象 工程中有许多金属零件，如齿轮、弹簧、滚动轴承、叶片、发动机曲轴等都是在变动载荷下工作的。根据变动载荷的作用方式不同，金属零件承受的应力可分为交变应力和循环应力。在交变应力下，虽然零件所承受的应力低于材料的抗拉强度甚至低于材料的屈服强度，但经过较长时间的工作后产生裂纹或突然发生完全断裂的现象称为金属的疲劳。 人的疲劳感觉来自于长期的劳累或一次过重的负荷，金属材料也是一样。金属的机械性能会随着时间而慢慢变弱，这就是金属的疲劳。在正常使用机械时，重复的推、拉、扭或其他的外力情况都会造成机械部件中金属的疲劳。这是因为机械受压时，金属中原子的排列会大大改变，从而使金属原子间的化学键断裂，导致金属裂开。 二、金属材料疲劳的种类 金属材料的疲劳现象，按条件不同可分为下列几种： （1）高周疲劳：指在低应力（工作应力低于材料的屈服极限，甚至低于弹性极限）条件下，应力循环周数在100000以上的疲劳。它是最常见的一种疲劳破坏。高周疲劳一般简称为疲劳。 （2）低周疲劳：指在高应力（工作应力接近材料的屈服极限）或高应变条件下，应力循环周数在10000～100000以下的疲劳。由于交变的塑性应变在这种疲劳破坏中起主要作用，因而，也称为塑性疲劳或应变疲劳。

金属疲劳断口的宏现形状特征

收藏【技术类】 金属疲劳断口的宏现形状特征 (2011-1-21 13:38:36) 疲劳断口保留了整个断裂过程的所有痕迹，记录了很多断裂信息。具有明显区别于其他任何性质断裂的断口形貌特征，而这些特征又受材料性质、应力状态、应力大小及环境因素的影响，因此对疲劳断口分析是研究疲劳过程、分析疲劳失效原因的重要方法。 一个典型的疲劳断口往往由疲劳裂纹源区、疲劳裂纹扩展区和瞬时断裂区三个部分组成，具有典型的“贝壳”状或“海滩”状条纹的特征，这种特征给疲劳失效的鉴别工作带来了极大的帮助。 1、疲劳裂纹源区 疲劳裂纹源区是疲劳裂纹萌生的策源地，是疲劳破坏的起点，多处于机件的表面，源区的断口形貌多数情况下比较平坦、光亮，且呈半圆形或半椭圆形。因为裂纹在源区内的扩展速率缓慢，裂纹表面受反复挤压、摩擦次数多，所以其断口较其他两个区更为平坦，比较光亮。在整个断口上与其他两个区相比，疲劳裂纹源区所占的面积最小。 当表面承受足够高的残余压应力或材料内部存在严重的冶金缺陷时，裂纹源则向次表面或机件内部移动。有时在疲劳断口上也会出现多个裂纹源，每个源区所占面积往往比单个源区小，源区断口特征不一定都具有像单个源区那样典型的形貌。裂纹源的数目取决于材料的性质、机件的应力状态以及交变载荷状况等。通常，应力集中系数越大，名义应力越高，出现疲劳源的数目就越多，如低周疲劳断口上常有几个位于不同位置的疲劳裂纹源区。 当零件表面存在某类裂纹时，则零件无疲劳裂纹萌生期，疲劳裂纹在交变载荷作用下直接由该类裂纹根部向纵深扩展，这时断口上不再出现疲劳源区，只有裂纹扩展区和瞬时断裂区。 2、疲劳裂纹扩展区 疲劳裂纹扩展区是疲劳裂纹形成后裂纹慢速扩展形成的区域，该区是判断疲劳断裂的最重要特征区域，其基本特征是呈现贝壳花样或海滩花样，它是以疲劳源区为中心，与裂纹扩展方向相垂直的呈半圆形或扇形的弧形线，又称疲劳弧线。疲劳弧线是裂纹扩展过程中，其顶端的应力大小或状态发生变化时，在断裂面上留下的塑性变形的痕迹。 贝纹花样是由载荷变动引起的，因为机器运转时不可避免地常有启动、停歇、偶然过载等，均可留下塑性变形的痕迹一贝纹线（疲劳弧线）。贝纹线的清晰度不仅与材料的性质有关，而且与介质情况、温度条件等有关，材料的塑性好、温度高、有腐蚀介质存在时，则弧线清晰。所以，这种弧线特征总是出现在实际机件的疲劳断口中，而在实验室的试件疲劳断口中很难看到明显的贝纹线，此时疲劳断口表面由于多次反复压缩而摩擦，使该区变得光滑，呈细晶状，有时甚至光洁得像瓷质状结构。一般贝纹线常见于低应力高周疲劳断口中，而低周疲劳以及许多高强度钢、灰铸铁中观察不到此种贝纹状的推进线。 贝纹线与裂纹扩展方向垂直，它可以是绕着裂纹源向外凸起的弧线，表示裂纹沿表面扩展较慢，即材料对缺口不敏感，例如低碳钢；相反，若围绕裂纹

金属材料的断裂认识

金属材料的断裂 金属在外加载荷的作用下，当应力达到材料的断裂强度时，发生断裂。断裂是裂纹发生和发展的过程。 1. 断裂的类型 根据断裂前金属材料产生塑性变形量的大小，可分为韧性断裂和脆性断裂。韧性断裂：断裂前产生较大的塑性变形，断口呈暗灰色的纤维状。脆性断裂：断裂前没有明显的塑性变形，断口平齐，呈光亮的结晶状。韧性断裂与脆性断裂过程的显著区别是裂纹扩散的情况不同。 韧性断裂和脆性断裂只是相对的概念，在实际载荷下，不同的材料都有可能发生脆性断裂；同一种材料又由于温度、应力、环境等条件的不同，会出现不同的断裂。 2. 断裂的方式 根据断裂面的取向可分为正断和切断。正断：断口的宏观断裂面与最大正应力方向垂直，一般为脆断，也可能韧断。切断：断口的宏观断裂面与最大正应力方向呈45°，为韧断。 3. 断裂的形式 裂纹扩散的途径可分为穿晶断裂和晶间断裂。穿晶断裂：裂纹穿过晶粒内部，韧断也可为脆断。晶间断裂：裂纹穿越晶粒本身，脆断。 4. 断口分析 断口分析是金属材料断裂失效分析的重要方法。记录了断裂产生原因，扩散的途径，扩散过程及影响裂纹扩散的各内外因素。所以通过断口分析可以找出断裂的原因及其影响因素，为改进构件设计、提高材料性能、改善制作工艺提供依据。断口分析可分为宏观断口分析和微观断口分析。 （1）宏观断口分析 断口三要素：纤维区，放射区，剪切唇。纤维区：呈暗灰色，无金属光泽，表面粗糙，呈纤维状，位于断口中心，是裂纹源。放射区：宏观特征是表面呈结晶状，有金属光泽，并具有放射状纹路，纹路的放射方向与裂纹扩散方向平行，而且这些纹路逆指向裂源。剪切唇：宏观特征是表面光滑，断面与外力呈45°，位于试样断口的边缘部位。 （2）微观断口分析（需要深入研究） 5. 脆性破坏事故分析 脆性断裂有以下特征： （1）脆断都是属于低应力破坏，其破坏应力往往远低于材料的屈服极限。（2）一般都发生在较低的温度，通常发生脆断时的材料的温度均在室温以下20℃。（3）脆断发生前，无预兆，开裂速度快，为音速的1/3。（4）发生脆断的裂纹源是构件中的应力集中处。

ASTM 金属疲劳与断裂标准一览

ASTM 金属疲劳与断裂标准一览 ASTM 金属疲劳与断裂标准一览 E468-90（2004）显示金属材料定幅疲劳试验结果的方法 Standard Practice for Presentation of Constant Amplitude Fatigue Test Results for Metallic Materials E561-05 R-曲线测定 Standard Practice for R-Curve Determination E602-03 圆柱形试样的锐切口张力的试验方法 Standard Test Method for Sharp-Notch Tension Testing with Cylindrical Specimens E606-92(2004)e1 应变控制环疲劳试验 Standard Practice for Strain-Controlled Fatigue Testing E647-05 疲劳裂缝增大率测量用测试方法 Standard Test Method for Measurement of Fatigue Crack Growth Rates E1457-00 测量金属蠕变开裂增长速度的试验方法 Standard Test Method for Measurement of Creep Crack Growth Rates in Metals E1290-02 测量裂缝尖端开口位移(CTOD)裂缝韧性的试验方法 Standard Test Method for Crack-Tip Opening Displacement (CTOD) Fracture Toughness Measurement E1823-96(2002) 疲劳和裂纹试验相关的标准术语 Standard Terminology Relating to Fatigue and Fracture Testing E1921-05 测定铁素体钢在转变范围内基准温度的标准试验方法 Standard Test Method for Determination of Reference Temperature, To', for Ferritic Steels in the Transition Range E740-03 用表面破裂张力试样做断裂试验 Standard Practice for Fracture Testing with Surface-Crack Tension Specimens Steels Using Equivalent Energy Methodology E1049-85(1997) 疲劳分析的周期计数 Standard Practices for Cycle Counting in Fatigue Analysis E1152 Test Method for Determining J-R Curves3 E1169-02 耐久性试验的实施 Standard Guide for Conducting Ruggedness Tests E1221-96(2002) 测定Kla铁素体钢的平面应变,断裂抑制,破裂韧性的试验方法 Standard Test Method for Determining Plane-Strain Crack-Arrest Fracture Toughness, KIa, of Ferritic Steels

金属断裂机理完整版

金属断裂机理 1 金属的断裂综述 断裂类型根据断裂的分类方法不同而有很多种，它们是依据一些各不相同的特征来分类的。 根据金属材料断裂前所产生的宏观塑性变形的大小可将断裂分为韧性断裂与脆性断裂。韧性断裂的特征是断裂前发生明显的宏观塑性变形，脆性断裂在断裂前基本上不发生塑性变形，是一种突然发生的断裂，没有明显征兆，因而危害性很大。通常，脆断前也产生微量塑性变形，一般规定光滑拉伸试样的断面收缩率小于5％为脆性断裂；大于5％为韧性断裂。可见，金属材料的韧性与脆性是依据一定条件下的塑性变形量来规定的，随着条件的改变，材料的韧性与脆性行为也将随之变化。 多晶体金属断裂时，裂纹扩展的路径可能是不同的。沿晶断裂一般为脆性断裂，而穿晶断裂既可为脆性断裂（低温下的穿晶断裂），也可以是韧性断裂（如室温下的穿晶断裂）。沿晶断裂是晶界上的一薄层连续或不连续脆性第二相、夹杂物，破坏了晶界的连续性所造成的，也可能是杂质元素向晶界偏聚引起的。应力腐蚀、氢脆、回火脆性、淬火裂纹、磨削裂纹都是沿晶断裂。有时沿晶断裂和穿晶断裂可以混合发生。 按断裂机制又可分为解理断裂与剪切断裂两类。解理断裂是金属材料在一定条件下（如体心立方金属、密排六方金属、合金处于低温或冲击载荷作用），当外加正应力达到一定数值后，以极快速率沿一定晶体学平面的穿晶断裂。解理面一般是低指数或表面能最低的晶面。对于面心立方金属来说（比如铝），在一般情况下不发生解理断裂，但面心立方金属在非常苛刻的环境条件下也可能产生解理破坏。 通常，解理断裂总是脆性断裂，但脆性断裂不一定是解理断裂，两者不是同义词，它们不是一回事。 剪切断裂是金属材料在切应力作用下，沿滑移面分离而造成的滑移面分离断裂，它又分为滑断（又称切离或纯剪切断裂）和微孔聚集型断裂。纯金属尤其是单晶体金属常发生滑断断裂；钢铁等工程材料多发生微孔聚集型断裂，如低碳钢拉伸所致的断裂即为这种断裂，是一种典型的韧性断裂。 根据断裂面取向又可将断裂分为正断型或切断型两类。若断裂面取向垂直于最大正应力，即为正断型断裂；断裂面取向与最大切应力方向相一致而与最大正应力方向约成45°角，为切断型断裂。前者如解理断裂或塑性变形受较大约束下的断裂，后者如塑性变形不受约束或约束较小情况下的断裂。

摩擦磨损与润滑试卷A答案

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触时，瞬间闪火的最低温度为该油的闪点。（1分）若闪火时间长达5秒，则该温度即为这种润滑油的燃点。（1分） 8、固体润滑剂 答：为防止与保护相互运动的表面不受损害，以及减少摩擦副的摩擦与磨损而在运动表面使用的粉末状或薄膜状的固体物质，即叫固体润滑剂 9、强制润滑 答：用油泵将润滑油等输送到需润滑的机件部位的方法叫强制润滑。 10、摩擦学及摩擦学的研究对象 答：研究发生在作相对运动的表面（界面）上的各种现象产生、变化和发展的规律及其应用的一门科学（1分）。研究对象摩擦、磨损(包括材料转移)和润滑(包括固体润滑)的原理及其应用。（1分）。 二、填空题（10小题每题2分共20分） 1、通常所说的表面形状误差是由加工过程的（固有误差）引起的与要求形状的偏差。 2、两个粗糙表面的接触通常是一个（弹性变形）和（塑性变形）并存的混合系统。 3、大气中很少遇到纯净表面，金属表面总有一层膜，它可能是（氧化膜）或（污染膜）。 4、粘着磨损按磨损程度分为（轻微磨损）（涂抹）、（刮伤）、（胶合）和（咬死）五种。 5、在接触疲劳强度的基本准则中，（最大剪应力max 45. ）准则应用更广泛。 6、机器零件典型磨损过程分为（磨合）阶段、（正常磨损）阶段和（事故磨损）阶段 7、恒量磨损特性的主要参数是（磨损率），经常采用的有(三)种。 8、粘度是液体流动时在液体分子之间的（内摩擦），即流体膜的（剪切阻力）。 9、润滑油的基本构成成分时（基础油）和（添加剂）。 10、润滑脂的基本组分是（基础油）、（稠化剂）、（添加剂）和（稳定剂）。 三、 问答题（5小题每题4分共20分） 1、古典摩擦理论有哪几种？ 答：1）机械咬合理论。2）分子吸引理论。3）库仑摩擦定律。 2、如何依据ψ判断表面接触状态？ 答：表面粗糙度Rq 增加时，ψ也增大，表示微凸体接触部分容易过渡到塑性变形。 ψ<0.6―――完全弹性接触（1分） ψ>10―――完全塑性接触（1分） 0.6≤ψ≤10―――弹性和塑性变形同时存在（2分） 3、磨损的定义和特征是什么？ 答：磨损是由于机械作用和(或)化学反应(包括热化学、电化学和力化学等反应)，在固体的摩擦表面上产生的一种材料逐渐损耗的现象，这种损耗主要表现为固体表面尺寸和(或)形状的改变。（2分） 磨损的三个主要特征：1) 磨损是发生在物体上的一种表面现象；2) 磨损是发生在物体摩擦表面上的一种现象，其接触表面必须有相对运动；3) 磨损必然产生物质损耗(包括材料转移)，而且它是具有时变特征的渐进的动态过程。（2分） 4、选择润滑方法时需考虑的因素有哪些？ 答：选择润滑方法时应考虑载荷、速度、摩擦副的运动形式与分布、所选润滑剂的种 类、供给量、机器的结构、精密程度和工作环境等。（1分）

金属材料疲劳研究综述

金属材料疲劳研究综述 摘要：人会疲劳，金属也会疲劳吗？早在100多年前，人们就发现了金属也是会疲劳的，并且发现了金属疲劳带给人们各个方面的危害，所以研究金属材料的疲劳是非常有必要的。本文主要讲述了国内外关于金属疲劳的研究进展，概述了金属产生疲劳的原因及影响因素，以及金属材料疲劳的试验方法。 关键词：金属材料疲劳裂纹疲劳寿命 一．引言 金属疲劳的概念，最早是由J．V．Poncelet 于1830 年在巴黎大学讲演时采用的。当时，“疲劳”一词被用来描述在周期拉压加载下材料强度的衰退。引述美国试验与材料协会( ASTM) 在“疲劳试验及数据统计分析之有关术语的标准定义”( EZ06-72) 中所作的定义: 在某点或某些点承受挠动应力，且在足够多的循环挠动作用之后形成裂纹或完全断裂时，材料中所发生的局部永久结构变化的发展过程，称为“疲劳”。金属疲劳是指材料、零构件在循环应力或循环应变作用下，在一处或几处逐渐产生局部永久性累积损伤，经一定循环次数后产生裂纹或突然发生完全断裂的过程。在材料结构受到多次重复变化的载荷作用后，应力值虽然始终没有超过材料的强度极限，甚至比弹性极限还低的情况下就可能发生破坏，这种在交变载荷重复作用下材料和结构的破坏现象，就叫做金属的疲劳破坏。据统计金属材料失效80%是由于疲劳引起的，且表现为突然断裂，无论材料为韧性材料还是塑性材料都表现为突然断裂，危害极大，所以研究金属的疲劳是

非常有必要的。 由于金属材料的疲劳一般难以发现，因此常常造成突然的事故。早在100多年以前，人们就发现了金属疲劳给各个方面带来的损害。由于但是条件的限制，还不能查明疲劳破坏的原因。在第二次世界大战期间，美国的5000艘货船共发生1000多次破坏事故，有238艘完全报废，其中大部分要归咎于金属的疲劳。2002 年 5 月，华航一架波音747-200 型客机在由台湾中正机场飞往香港机场途中空中解体，19 名机组人员及206名乘客全部遇难。调查发现，飞机后部的金属疲劳裂纹造成机体在空中解体，是导致此次空难的根本原因。直到出现了电子显微镜之后，人类在揭开金属疲劳秘密的道路上不断取得了新的成果，才开发出一些发现和消除金属疲劳的手段。 二．金属疲劳的有关进展 1839年巴黎大学教授在讲课中首先使用了“金属疲劳”的概念。1850一1860年德国工程师提出了应力-寿命图和疲劳极限的概念。1870一1890年间，Gerber研究了平均应力对疲劳寿命的影响。Goodman提出了考虑平均应力影响的简单理论。1920年Griffith发表了关于脆性材料断裂的理论和试验结果。发现玻璃的强度取决于所包含的微裂纹长度，Griffith理论的出现标志着断裂力学的开端。1945年Miner用公式表达出线性积累损伤理论。五十年代，力学理论上对提出应力强度因子K的概念。六十年代，Manson—Coffin公式概括了塑性应变幅值和疲劳寿命之间的关系。Paris在1963年提出疲劳裂纹扩展速率da／dN和应力强度因子幅值?k之间的关系。1974年，美

第七章金属磨损和接触疲劳.

第七章金属磨损和接触疲劳 机器运转时，相互接触的机器零件总要相互运动，产生滑动、滚动、滚动+滑动，都会产生摩擦，引起磨损。如：轴与轴承、活塞环与气缸、十字头与滑块、齿轮与齿轮之间经常因磨损和接触疲劳，造成尺寸变化，表层剥落，造成失效。 有摩擦必将产生磨损，磨损是摩擦的必然结果。 磨损是降低机器和工具效率、.精确度甚至使其报废的重要原因，也是造成金属材料损 耗和能源消耗的重要原因。据不完全统计，摩擦磨损消耗能源的1/3?1/2,大约80%的机件失效是磨损引起的。汽车传动件的磨损和接触疲劳是汽车报废的最主要原因，所以，耐磨成了汽车档次的一个重要指标。 因此，研究磨损规律，提高机件耐磨性，对节约能源，减少材料消耗，延长机件寿命具有重要意义。 第一节磨损概念 、摩擦与磨损现象 1摩擦 两个相互接触的物体作相对运动或有相对运动趋势时，接触表面之间就会出现一种阻碍运动或运动趋势的力，这种现象成为摩擦。这种作用在物体上并与物体运动方向相反的阻力称为摩擦力0 最早根据干摩擦的试验，得到摩擦力F正比于两物体之间的正压力（法线方向）N的经典摩擦定律，即F=uN，式中卩称为摩擦系数。后来发现这个定律只对低速度、低载荷的干摩擦情况是正确的，然而在许多场合下还是被广泛应用。 摩擦力，来源一于两个方面：①由于微观表面凸凹不平，实际接触面积极少（大致可在1/10000?1/10的范围内变化），这部分的接触应力很大，造成塑性变形而引起表面膜（润滑油膜和氧化膜等）的破裂，促使两种金属原子结合（冷焊）；②由于微观表面凸凹不平, 导致一部分阻止另一部分运动。要使物体继续移动，就必须克服这两部分阻力。 用来克服摩擦力所做的功一般都是无用功，在机械运动中常以热的形式散发出去，使机械效率降低。减小摩擦偶件的摩擦系数，可以降低摩擦力，即可以保证机械效率，又可以减少机件磨损。 而要求增加摩擦力的情况也很多，在某些情况下却要求尽可能增大摩擦力，如车辆的制动器、摩擦离合器等。 2、磨损 ①定义：机件表面接触并作相对运动时，表面逐渐有微小颗粒分离出来形成磨屑（松散的尺寸与形状均不相同的碎屑），使表面材料逐渐损失（导致机件尺寸变化、重量损失）、造成表面损伤的

摩擦磨损及润滑概述

第二章摩擦、磨损及润滑概述 一、教学目标 (一）能力目标 1.会分析摩擦副类型，会选择润滑方式及润滑剂类型 2.会选择密封方式 (二)知识目标 1.掌握摩擦副分类及基本性质、磨损过程及润滑的类型及润滑剂类型 2.掌握密封方式的选择 二、教学内容 1.摩擦与磨损 2.润滑 3.密封方法及装置 三、教学的重点与难点 (一）重点 1.润滑方式及润滑剂类型的选择。 2.密封方法的确定。 (二)难点 密封方法的确定。 四、教学方法与手段 应用工程实例讲解，总结归纳式教学。 2.1 摩擦与磨损 随着现代科学技术的发展，对摩擦、磨损的研究已经形成一门新的学科领域——摩擦学。为了节约能源、提高效率及延长机械零件的寿命，润滑是必不可少的。 摩擦：两接触的物体在接触表面间相对运动或有相对运动趋势时产生阻碍其发生相对运动的现象叫摩擦 磨损：由于摩擦引起的摩擦能耗和导致表面材料的不断损耗或转移，即形成磨损。使零件的表面形状与尺寸遭到缓慢而连续破坏→精度、可靠性↓效率↓直至破坏。 润滑：减少摩擦、降低磨损的一种有效手段。 2.1.1 摩擦及其分类

按运动状态，摩擦分静摩擦和动摩擦。 根据摩擦面间存在润滑剂的状况，摩擦分干摩擦、边界摩擦、液体摩擦、混合摩擦。(如图所示)。 1、干摩擦 两摩擦表面直接接触，不加入任何润滑剂的摩擦。 干摩擦状态产生较大的摩擦功耗及严重的磨损，因此应严禁出现这种摩擦。 2、液体摩擦 摩擦表面间的润滑膜厚度大到足以将两个表面的轮廓完全隔开时，即形成了全液体摩擦，是理想摩擦状态。 3、边界摩擦 两摩擦表面被吸附在表面的边界膜隔开，使其处于干摩擦和液体摩擦之间的状态。边界膜起润滑作用。 4、混合摩擦 处于干摩擦、液体摩擦与边界摩擦的混合状态。 2.1.2 磨损及其过程 磨损是摩擦的直接结果，使材料损耗 ↓，工作精度↓，可靠性↓。 典型的磨损过程： 1、磨合磨损过程：形成一个稳定的表面粗糙度，且在以后过程中，此粗糙度不会继续改变，所占时间比率较小。 2、稳定磨损阶段：经磨合的摩擦表面加工硬化，形成了稳定的表面粗糙度，摩擦条件保持相对稳定，磨损较缓习——该段时间长短反映零件的寿命。 3、急剧磨损阶段：经稳定磨损后，零件表面破坏，运动副间隙增大→动载、振动→润滑状态改变→温升↑→使磨损速度急剧上升→直至零件失效

摩擦磨损与润滑

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表面的三维形貌图 微凸体微观粗糙度 宏观粗糙度 粗糙表面的二维图 表面上的微小凸起部分称微凸体。如经过抛光研磨等加工，粗糙度显示出各向同性。

实际固体工程 表面特征往往 是以上述三种 几何形状误差 的组合形式出 现的。 4.表面微凸体 用触针式表面轮廓仪可直接测得表面的起伏不平。不过因其高度方向的放大比例远大于平面方向的。故所得图形并不能反映峰谷起伏的实际形状。而用电子显微镜观测到的表面，因其各向放大比例相等而比较真实。 由电子显微镜观测到的图形可以看到，表面上的峰与谷实际上是比较平缓的，因此人们通常取微凸体为近似的半球状、锥状或柱状来进行几何因正态分布曲线高度Z i 微凸体的高度分布曲线 凡经过一般机械加工的表 面，其微凸体高度的分布通 常接近于正态分布（高斯分 ∞±正态分布曲线理论上应延伸到处。 的范围内已包括了99.5％的高度（σ为分布的标准差）。

根据固体物理的观点，结晶固体表面是晶体

在两个方向延伸的缺陷成为面缺陷，也称为 金属一般是多晶体，它是有许多晶粒组成，因而存在晶粒边界面。晶界面就是一种面缺陷。此外由两个不同相之间形成的相界面也是一种面 表面结构缺陷模型立方晶系中几个可能滑移的晶面 三、金属表面层的结构组成 金属表面层一般由金属表面以上的外表

内表面层主要是在加工过程中形成的冷硬层和变形层。 是在表面加工时，由于表面分 子层熔化和流动而形成的一种非结晶层或具有非常 细的一层结晶组织（厚度约0.1μm）。 变形层是由于表面加工产 生的弹性变形和塑性变形， 以及局部高温使晶格扭曲变 形而形成的一种加工硬化层 界面是固、液、气三 相中的两个物相之间相接 触的交接部分。它不是一 个简单的几何平面，而是 从某一物相过渡到另一物 相的界面区或称界面相。 有一定的厚度（约几个分子厚）； 有与相邻的本体相完全不同的结构 一般宏观界面有五种类型，由于气体 与气体可以完全混合，因而在气体之 间一般不存在稳定的界面。

摩擦磨损与润滑试卷A-答案

内蒙古科技大学考试标准答案及评分标准 课程名称：摩擦、磨损与润滑考试班级：机械09—1-9 ： 一．名词解释（10小题每题2分共20分） 1．答：磨粒磨损是指在摩擦过程中，由于摩擦表面上硬的微突体或摩擦界面上的硬颗粒而引起材料损耗的一种磨损现象。 2．答：所谓赫兹接触指得是圆弧形物体的接触。这一理论将弹性物体的接触问题转化为静态问题处理，并假设①材料完全弹性②表面光滑③接触物体没有相对滑动④接触物体不传递切向力。 3．答：固体表面形貌的含义：是指描述固体表面特征的量，又称表面图形，表面结构、表面粗糙度或表面光洁度，它是研究固体表面几何形状的细节。 4．答：指两摩擦表面之间存在着一层与工作介质性质不同的薄膜——边界膜的摩擦润滑状态。 5．答：指向润滑部位供给润滑油的一系列给、排油及其附属装置的总称。 6．答：为了改善和提高润滑剂的性能，或使之获得某种新的性能而添加到润滑剂中的化学物质。 7．答：粘着原理认为，在载荷作用下两表面接触时，某些接触点的单

位压力很大产生的塑性变形，致使这些点形成冷焊结点。当摩擦副滑动时，克服摩擦阻力的切向里必须首先剪开结点，与此同时还要克服犁沟阻力。因此摩擦力为两种阻力之合。 8．答：滚动体不传递或传递很小的切向力沿另一个表面滚动，称为自由滚动。 9．答：滚动摩擦是指在力矩作用下，物体沿接触表面滚动时的摩擦。10．答：是指由含有减磨剂、抗氧剂等多效添加剂，以精制石油润滑油或合成油作为基础油，用锂基，复合锂基或聚尿化合物等稠化剂制成的。 二．填空（10个空每空2分共20分） 1．疲劳；2．磨损；3．内摩擦；4．不断损失；5．化学方法；6．矿物油；7．微观滑动、弹性滞后、塑性变形、粘着效应； 三．问答（8小题每题2.5分共20分） 1．答：（1）油润滑；（2）脂润滑；（3）固体润滑(低速、高低温、真空、辐射、腐蚀)；（4）气体润滑。 2．答：（1）粘着磨损或粘附磨损；（2）磨料磨损或磨粒磨损；（3）疲劳磨损或表面疲劳磨损；（4）腐蚀磨损或摩擦－化学磨损。（5）其他。包括侵蚀磨损或冲蚀磨损和微动磨损等。

摩擦与磨损(优.选)

表面摩擦与磨损 一、摩擦与磨损的定义 摩擦的定义是:两个相互接触的物体在外力的作用下发生相对运动或者相对运动趋势时,在切相面见间产生切向的运动阻力,这一阻力又称为摩擦力。磨损的定义是:任一工作表面的物质,由于表面相对运动而不断损失的现象。 据估计消耗在摩擦过程中的能量约占世界工业能耗的30%。在机器工作过程中，磨损会造成零件的表面形状和尺寸缓慢而连续损坏，使得机器的工作性能与可靠性逐渐降低，甚至可能导致零件的突然破坏。人类很早就开始对摩擦现象进行研究，取得了大量的成果，特别是近几十年来已在一些机器或零件的设计中考虑了磨损寿命问题。在零件的结构设计、材料选用、加工制造、表面强化处理、润滑剂的选用、操作与维修等方面采取措施，可以有效地解决零件的摩擦磨损问题，提高机器的工作效率，减少能量损失，降低材料消耗，保证机器工作的可靠性。 二、摩擦的分类及评价方法 在机器工作时，零件之间不但相互接触，而且接触的表面之间还存在着相对运动。从摩擦学的角度看，这种存在相互运动的接触面可以看作为摩擦副。有四种摩擦分类方式：按照摩擦副的运动状态分类、按照摩擦副的运动形式分类、按照摩擦副表面的润滑状态分类、按照摩擦副所处的工况条件分类。这里主要以根据摩擦副之间的状态不同分类，摩擦可以分为：干摩擦、边界摩擦、流体摩擦和混合摩擦，如图2－1所示。 图2-1 摩擦状态

1、干摩擦 当摩擦副表面间不加任何润滑剂时，将出现固体表面直接接触的摩擦（见图2-1a），工程上称为干摩擦。此时，两摩擦表面间的相对运动将消耗大量的能量并造成严重的表面磨损。这种摩擦状态是失效，在机器工作时是不允许出现的。由于任何零件的表面都会因为氧化而形成氧化膜或被润滑油所湿润，所以在工程实际中，并不存在真正的干摩擦。 2 、边界摩擦 当摩擦副表面间有润滑油存在时，由于润滑油与金属表面间的物理吸附作用和化学吸附作用，润滑油会在金属表面上形成极薄的边界膜。边界膜的厚度非常小，通常只有几个分子到十几个分子厚，不足以将微观不平的两金属表面分隔开，所以相互运动时，金属表面的微凸出部分将发生接触，这种状态称为边界摩擦（见图2-1b）。当摩擦副表面覆盖一层边界膜后，虽然表面磨损不能消除，但可以起着减小摩擦与减轻磨损的作用。与干摩擦状态相比，边界摩擦状态时的摩擦系数要小的多。 在机器工作时，零件的工作温度、速度和载荷大小等因素都会对边界膜产生影响，甚至造成边界膜破裂。因此，在边界摩擦状态下，保持边界膜不破裂十分重要。在工程中，经常通过合理地设计摩擦副的形状，选择合适的摩擦副材料与润滑剂，降低表面粗糙度，在润滑剂中加入适当的油性添加剂和极压添加剂等措施来提高边界膜的强度。 3 、流体摩擦 当摩擦副表面间形成的油膜厚度达到足以将两个表面的微凸出部分完全分开时，摩擦副之间的摩擦就转变为油膜之间的摩擦，这称为流体摩擦（见图2－1c）。形成流体摩擦的方式有两种：一是通过液压系统向摩擦面之间供给压力油，强制形成压力油膜隔开摩擦表面，这称为流体静压摩擦；二是通过两摩擦表面在满足一定的条件下，相对运动时产生的压力油膜隔开摩擦表面，这称为流体动压摩擦。流体摩擦是在流体内部的分子间进行的，所以摩擦系数极小。 4 、混合摩擦 当摩擦副表面间处在边界摩擦与流体摩擦的混合状态时，称为混合摩擦。在一般机器中，摩擦表面多处于混合摩擦状态（见图2－1d）。混合摩擦时，表面间的微凸出部分仍有直接接触，磨损仍然存在。但是，由于混合摩擦时的流体膜厚度要比边界摩擦时的厚，减小了微凸出部分的接触数量，同时增加了流体膜承载的比例，所以混合摩擦状态时的摩擦系数要比边界摩擦时小得多。 三、磨损的分类及评价方法 摩擦副表面间的摩擦造成表面材料逐渐地损失的现象称为磨损。零件表面磨损后不但会影响其正常工作，如齿轮和滚动轴承的工作噪声增大，而承载能力降

金属材料疲劳裂纹扩展速率实验指导书

一. 《金属材料疲劳裂纹扩展速率实验》 实验指导书 飞机结构强度实验室 2007年3月

金属材料疲劳裂纹扩展速率实验 1 试验目的 1．了解疲劳裂纹扩展试验的基本原理 2．掌握金属材料疲劳裂纹扩展速率试验测定方法 3．掌握疲劳裂纹扩展试验测定装置的使用方法 4．掌握疲劳裂纹扩展数据处理方法 2 基本原理 结构在交变载荷的作用下，其使用寿命分为裂纹形成寿命和裂纹扩展寿命两部分。裂纹形成寿命为由微观缺陷发展到宏观可检裂纹所对应的寿命，裂纹扩展寿命则是由宏观可检裂纹扩展到临界裂纹而发生破坏这段区间的寿命，裂纹扩展由断裂力学方法确定。 2.1疲劳裂纹扩展速率 裂纹扩展速率dN da ，即交变载荷每循环一次所对应的裂纹扩展量，在疲劳裂纹扩展过程中，dN da 不断变化，每一瞬时的dN da 即为裂纹长度a 随交变载荷循环数N 变化的N a -曲线在该点的斜率。裂纹扩展速率dN da 受裂纹前缘的交变应力场的控制，主要是裂纹尖端的交变应力强度因子的范围K ?和交变载荷的应力比R 。线弹性断裂力学认为，在应力比不变的交变载荷的作用下，dN da 随K ?的变化关系在双对数坐标系上呈图1所示的形状。 Ⅰ Ⅱ Ⅲ log (?K ) ?K c ?K th log(d a /d N ) 图1 d d a N K -?曲线形状 K dN da ?-曲线分成三个阶段：低速扩展段I 、稳定扩展段II 和快速扩展段 III ，阶段I 存在的垂直渐进线th K K ?=?称为裂纹扩展门槛值，当th K K ?

《摩擦磨损与润滑试题》答案

一．名词解释 1．答：所谓赫兹接触指得是圆弧形物体的接触。这一理论将弹性物体的接触问题转化为静态问题处理，并假设①材料完全弹性②表面光滑③接触物体没有相对滑动④接触物体不传递切向力。 2．答：固体表面形貌的含义：是指描述固体表面特征的量，又称表面图形，表面结构、表面粗糙度或表面光洁度，它是研究固体表面几何形状的细节。3．答：摩擦副相对运动时由于固相焊合的作用接触表面的材料从一个表面转移到另一个表面的现象。 4．答：是指由含有减磨剂、抗氧剂等多效添加剂，以精制石油润滑油或合成油作为基础油，用锂基，复合锂基或聚尿化合物等稠化剂制成的。5．答：指两摩擦表面之间存在着一层与工作介质性质不同的薄膜——边界膜的摩擦润滑状态。 6．答：指向润滑部位供给润滑油的一系列给、排油及其附属装置的总称。7．答：滚动物体不传递或传递很小的切向力沿另一个表面滚动，称为自由滚动。 8．答：为了改善和提高润滑剂的性能，或使之获得某种新的性能而添加到润滑剂中的化学物质。 9．答：粘着原理认为，在载荷作用下两表面接触时，某些接触点的单位压力很大产生的塑性变形，致使这些点形成冷焊结点。当摩擦副滑动时，克服摩擦阻力的切向里必须首先剪开结点，与此同时还要克服犁沟阻力。因此摩擦力为两种阻力之合。 10．答：滚动摩擦是指在力矩作用下，物体沿接触表面滚动时的摩擦。二．填空 1．疲劳；2．磨损；3．内摩擦；4．粘温特性；5．化学方法；6．矿物油；7．线磨损、体积磨损、重量磨损、磨损率、相对磨损率；8．不断损失；9．工作条件、摩擦副的结构条件、其他因素；10．微观滑动、弹性滞后、塑性变形、粘着效应；三．问答 1．答：分为粘着摩擦、磨料摩擦、疲劳摩擦、腐蚀摩擦、微动摩擦、冲蚀摩擦、气蚀摩擦。

第05章金属的疲劳

第05章金属的疲劳 1．解释下列名词 (1) 应力范围△σ；(2) 应变范围△ε；(3) 应力幅σa；(4) 应变幅(△εt／2，△εe／2，△εp／2)；(5) 平均应力σm；(6) 应力比r；(7) 疲劳源；(8) 疲劳贝纹线；(9) 疲劳条带；(10) 驻留滑移带；(11) 挤出脊和侵入沟；(12)ΔK；(13) da/dN；(14) 疲劳寿命；(15) 过渡寿命；(16) 热疲劳；(17) 过载损伤。 2．解释下列疲劳性能指标的意义 (1)疲劳强度σ-1、σ-1p、τ-1、σ-1N；(2) 疲劳缺口敏感度qf；(3) 过载损伤界；(4) 疲劳门槛值△Kth。 3．试述金属疲劳断裂的特点。 4．试述疲劳宏观断口的特征及其形成过程。 5．试述疲劳曲线(S—N)及疲劳极限的测试方法。 6．试述疲劳图的意义、建立及用途。 7．试述疲劳裂纹的形成机理及阻止疲劳裂纹萌生的一般方法。 8．试述影响疲劳裂纹扩展速率的主要因素，并和疲劳裂纹萌生的影响因素进行对比分析。 9．试述疲劳微观断口的主要特征及其形成模型。 10．试述疲劳裂纹扩展寿命和剩余寿命的估算方法及步骤。 11．试述σ-1与ΔKth的异同及各种强化方法影响的异同。 12．试述金属表面强化对疲劳强度的影响。 13．试述金属循环硬化和循环软化现象及产生条件。 14．试述低周疲劳的规律及曼森一柯芬关系。 15．试述多冲疲劳规律及提高多冲疲劳强度的方法。 16．)试述热疲劳和热机械疲劳的特征及规律；欲提高热锻模具的使用寿命，应该如何处理热疲劳与其它性能的相互关系? 17．正火45钢的σb=610MPa，σ-l=300MPa，试用Goodman公式绘制靠σmax(σmin)一σm疲劳图，并确定σ-0.5、σ0和σ0.5等疲劳极限。 18．有一板件在脉动载荷下工作，σmax=200MPa，σmin =0，其材料的σb=70MPa、σ0.2=600MPa、KIC=104MPa·m1/2，Paris公式中c=6.9×10-12，n=3.0，使用中发现有0.1mm 和 1mm的单边横向穿透裂纹，试估算它们的疲劳剩余寿命。 19．疲劳断口和静拉伸断口有何不同?在什么情况下可以预期疲劳断口在肉眼观察下和静拉伸断口相似?如何从断口上判断载荷大小和应力集中情况。 20．试从疲劳破坏特点解释以下疲劳宏观规律 (a)一般金属材料，无论何种处理状态，其疲劳极限σ-1≈0.3～0.5σb，总低于静载下的屈服强度。 (b)为什么无缺口轴向疲劳极限一定比无缺口旋转弯曲疲劳极限低10％一25％?试举几个有影响的因素 (c)完全对称循环与不对称应力循环相比，为什么σ-1是最低的疲劳强度，而应力比R越大可承受的最大应力σmax越高，或者在相同的σmax晴况下，疲劳寿命越长? 21．什么叫低周疲劳和高周疲劳?为什么高周疲劳多用应力控制，低周疲劳多用应变控制?用应变控制进行低周疲劳试验有哪些优点，取得了哪些有价值的结果?

金属材料与零件的表面完整性与疲劳断裂抗力间的关系

金属材料与零件的表面完整性与疲劳断裂抗力间的关系 王仁智 (北京航空材料研究院，北京100095) 摘要：本文论述了金属材料/零件的表面完整性与其疲劳断裂抗力之间的关系。试验结果表明，表面完整性中的残余应力、组织结构与表面粗糙度这三个因素对疲劳断裂抗力是最有影响力的三个因素。 关键词：表面完整性，组织结构，残余应力，疲劳断裂抗力 Review on the Relationship between Surface Integrity and Fatigue Fracture Resistance of Metallic Materials and Components Wang Renzhi (Institute of Aeronautical Materials, Beijing, 100095) Abstract: The relationship between surface integrity (SI) of metal materials and fatigue fracture resistance (FFR) are discussed. The experiments have been shown that the three factors of residual stress microstructure as well as surface roughness including in the all factors of SI have the most influence on the FFR. Keywords: Surface integrity; Microstructure; Residual stress; Fatigue fracture resistance. 引言 任何一种金属材料及其零部件的疲劳断裂(高周或低周疲劳) ，其疲劳源绝大多数情况下萌生于表面。因此，金属材料/零件的疲劳断裂抗力 (Fatigue fracture resista nee- FFR),首先取决于表面完整性(Surface in tegrity - SI)。在其它条件完全相同的情况下，表面完整性等级越高，材料/零件的FFR 越高，即疲劳强度极限((T w)越高或疲劳裂纹的扩展速率越低。 表面完整性主要由以下两方面内容构成：第一是表面纹理。表征纹理的参量是表面粗糙度（Surface roughness - SR。表征表面粗糙度的参量Ra值越大，则材料/零件的FFR越低。第二是表层内发生的与内部基体完全不同的物理、化学以及残余应