第七章摩擦磨损.
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第七章金属磨损和接触疲劳详解
随后在继续滑动时，粘着点被剪切断并转移至一 方金属表面，然后脱落形成磨屑。
一个粘着点断了，又在新的地方产生粘着，随后 也被剪断、转移，就构成了粘着磨损过程。
9/30/2020
7
右图是粘着点强度比摩擦副一 方金属强度高的情况，
此时常在较软一方体内产生剪 断，其碎片转移至较硬一方的 表面上，
软方金属在硬方表面逐步累积 最终不同金属的摩擦副滑动成 为金属间的滑动，
在碾碎性磨粒磨损时，磨粒被压 碎前几乎没有滚动和切削的机会， 所以磨粒对摩擦表面的作用是由 于磨粒接触பைடு நூலகம்处的集中压应力造 成的，这种集中压应力可使韧性 材料表面产生塑性变形。
磨粒磨损过程可能是磨粒对摩擦 表面的切削作用，塑性变形和疲 劳破坏作用或脆性断裂的结果， 还可能是它们综合作用的反映， 而以某一种损害为主。
在法向应力一定时，粘着磨损量随滑动速度的增加而增加，但 达到某一极大值后又随滑动速度的增加而减小。
摩擦副表面粗糙度、表面温度以及润滑状态对粘着磨损有较大 影响。
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4 改善粘着磨损耐磨性的措施
(1) 摩擦副配对材料的选择
基本原则是配对材料的粘着倾向应比较小，如选用互溶性 小的材料配对，表面易形成化合物的材料、金属与非金属 等配对。
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二、磨粒磨损
1. 磨粒磨损机理
磨粒磨损是当摩擦副一方表 面存在坚硬的细微突起，或 者在接触面之间存在着硬质 粒子时所产生的一种磨损。
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13
主要特征是摩擦面上有明显犁皱 形成的沟槽，见右图。
在磨粒磨损时，对于韧性金属材 料，每一磨粒从表面上切下的是 一个连续屑；对于脆性金属材料， 一个磨粒切下的是许多新屑。
一个粘着点断了，又在新的地方产生粘着，随后 也被剪断、转移，就构成了粘着磨损过程。
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右图是粘着点强度比摩擦副一 方金属强度高的情况，
此时常在较软一方体内产生剪 断，其碎片转移至较硬一方的 表面上，
软方金属在硬方表面逐步累积 最终不同金属的摩擦副滑动成 为金属间的滑动，
在碾碎性磨粒磨损时，磨粒被压 碎前几乎没有滚动和切削的机会， 所以磨粒对摩擦表面的作用是由 于磨粒接触பைடு நூலகம்处的集中压应力造 成的，这种集中压应力可使韧性 材料表面产生塑性变形。
磨粒磨损过程可能是磨粒对摩擦 表面的切削作用，塑性变形和疲 劳破坏作用或脆性断裂的结果， 还可能是它们综合作用的反映， 而以某一种损害为主。
在法向应力一定时，粘着磨损量随滑动速度的增加而增加，但 达到某一极大值后又随滑动速度的增加而减小。
摩擦副表面粗糙度、表面温度以及润滑状态对粘着磨损有较大 影响。
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4 改善粘着磨损耐磨性的措施
(1) 摩擦副配对材料的选择
基本原则是配对材料的粘着倾向应比较小，如选用互溶性 小的材料配对，表面易形成化合物的材料、金属与非金属 等配对。
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二、磨粒磨损
1. 磨粒磨损机理
磨粒磨损是当摩擦副一方表 面存在坚硬的细微突起，或 者在接触面之间存在着硬质 粒子时所产生的一种磨损。
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主要特征是摩擦面上有明显犁皱 形成的沟槽，见右图。
在磨粒磨损时，对于韧性金属材 料，每一磨粒从表面上切下的是 一个连续屑；对于脆性金属材料， 一个磨粒切下的是许多新屑。
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。
摩擦和磨损ppt课件
1)粘着磨损 (最普通的磨损)
当摩擦表面的不平度的尖峰相互作用的各点发生粘着后，在相对滑动时， 材料从运动副的一个表面转移到另一个表面，故而形成粘着磨损。
严重的粘着磨损会造成运动副咬死，不能正常运转 。
影响因素： ①同类摩擦副材料比异类材料容易粘着，如钢件运动副的 相对运动； ②脆性材料比塑性材料的粘着能力高； ③在一定范围内，零 件的表面粗糙度愈小，抗粘着能力愈强。
机械基础
§1-3 摩擦和磨损
摩擦和磨损
1
§1-4 摩擦与磨损
摩擦和磨损是自然界和社会生活中普遍存在的现象。 有时人们利用它们有利的一面，如车辆行驶、带传动等是利用
摩擦作用，精加工中的磨削、抛光等是利用磨损的有用方面。 由于摩擦的存在造成了机器的磨损、发热和能量损耗。 据估计目前世界上约有30%~50%的能量消耗在各种形式的摩擦 中，约80%的机器是因为零件磨损而失效。
磨损会影响机器的精度，强敌工作的可靠性，甚至促使机器提前报废。
摩擦和磨损
8
§1-4 摩擦与磨损 1. 磨损过程
磨
损 量
Q
磨 合
稳定磨损
剧烈磨损
0 t2
t1
时间t
0~t1 ：磨合阶段 t1~t2：稳定磨损阶段
t2~~：剧烈磨损阶段
摩擦和磨损
9
§1-4 摩擦与磨损
1. 磨损过程
(1)磨合阶段
在运转初期，摩擦副的接触面积较小，单位面积上的实际载荷较 大，磨损速度较快。随着磨合的进行，实际接触面积不断增大，磨损
因此，零件的磨损是决定机器使用寿命的主要因素。
摩擦和磨损
2
§1-4 摩擦与磨损
一、 摩擦
1. 定义：两物体的接触表面阻碍它们相对运动的机械阻力。 相互摩擦的两个物体称为摩擦副。
当摩擦表面的不平度的尖峰相互作用的各点发生粘着后，在相对滑动时， 材料从运动副的一个表面转移到另一个表面，故而形成粘着磨损。
严重的粘着磨损会造成运动副咬死，不能正常运转 。
影响因素： ①同类摩擦副材料比异类材料容易粘着，如钢件运动副的 相对运动； ②脆性材料比塑性材料的粘着能力高； ③在一定范围内，零 件的表面粗糙度愈小，抗粘着能力愈强。
机械基础
§1-3 摩擦和磨损
摩擦和磨损
1
§1-4 摩擦与磨损
摩擦和磨损是自然界和社会生活中普遍存在的现象。 有时人们利用它们有利的一面，如车辆行驶、带传动等是利用
摩擦作用，精加工中的磨削、抛光等是利用磨损的有用方面。 由于摩擦的存在造成了机器的磨损、发热和能量损耗。 据估计目前世界上约有30%~50%的能量消耗在各种形式的摩擦 中，约80%的机器是因为零件磨损而失效。
磨损会影响机器的精度，强敌工作的可靠性，甚至促使机器提前报废。
摩擦和磨损
8
§1-4 摩擦与磨损 1. 磨损过程
磨
损 量
Q
磨 合
稳定磨损
剧烈磨损
0 t2
t1
时间t
0~t1 ：磨合阶段 t1~t2：稳定磨损阶段
t2~~：剧烈磨损阶段
摩擦和磨损
9
§1-4 摩擦与磨损
1. 磨损过程
(1)磨合阶段
在运转初期，摩擦副的接触面积较小，单位面积上的实际载荷较 大，磨损速度较快。随着磨合的进行，实际接触面积不断增大，磨损
因此，零件的磨损是决定机器使用寿命的主要因素。
摩擦和磨损
2
§1-4 摩擦与磨损
一、 摩擦
1. 定义：两物体的接触表面阻碍它们相对运动的机械阻力。 相互摩擦的两个物体称为摩擦副。
材料力学性能-第七章-金属的磨损(1)
一、粘着磨损
1.定义与特点：粘着磨损又称咬合磨损，是在 滑动摩擦条件下，当摩擦副相对滑动速度较小 (1m/s)时发生的。它是因缺乏润滑油，摩擦副 表面无氧化膜，且单位法向载荷很大，以致接 触应力超过实际接触点的屈服强度而产生的一 种磨损。
2021年11月27日 星期六
第七章 金属的磨损
图7-2 粘着磨损表面损伤形貌
2021年11月27日 星期六
第七章 金属的磨损
由于从较软一方金属材料的表面脱离下来的 碎屑不一定全部成为磨屑，有时碎屑可能仍附于 金属表面上，因此，磨屑形成有个几率问题，设 此几率为K，则单位滑动距离内的磨损体积为：
V l
K
N
d 3
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··················
式中：V－磨损体积；l－滑动距离；K－磨屑形成几率； d－磨屑直径
2021年11月27日 星期六
第七章 金属的磨损
图7-3中所示的粘着磨损过程是粘着点强
度比摩擦副一方金属强度高的情况，此时常在
较软一方本体内产生剪断，其碎片则转移到较
硬一方金属上，软方金属在硬方金属表面逐步
积累最终使不同金属的摩擦副滑动成为相同金
属间的滑动，故磨损量较大，表面较粗糙，甚
至可能产生咬死现象，铅基合金与钢之间的滑
粘附一层很薄的转移膜并伴有化学成分变化，这
是粘着磨损的重要特征。
2021年11月27日 星期六
第七章 金属的磨损
分三个阶段：
接触面凸起因塑性变形被
碾平，并在接触面之间形成
剪断强度高的分界面；
❖摩擦副一方金属远离分界
面内断裂，从该金属上脱落
并转移到另一方金属表面；
转移的碎屑脱落下来形成
磨屑。
第七章金属磨损和接触疲劳
因为粘着磨损过程中有材料转移，所以摩擦副一方金属表 面常粘附一层很薄的转移膜，并伴有化学成分变化。这 是判断粘着磨损的重要特征。
2.磨损量的估算
Archard 提出的粘着磨损量估算方法如下： 在摩擦副接触处为三向压缩应力状态，故接触压缩屈服强度近似为
单向压缩屈服强度σSC的三倍。若接触处因压应力很高超过σSC 产生塑性变形，随后因加工硬化而使变形终止。此时，外加载荷 事实上作用在接触点真实面积上。设真实接触面积为A，接触压 缩屈服强度为3 σSC ，作用于表面上的法向力为F，则
(b) 磨粒性能
* 磨粒硬度
磨损体积与硬度比Ha /H（磨粒硬度Ha与材料硬度 H之比） 的关系。
4.改善磨粒磨损耐磨性的措施
a) 对于以切削作用力主要机理的磨粒磨损，应增 加材 料的硬度；对以塑性变形为主的磨粒磨损， 应提高 材料的韧性。
b) 根据机件服役条件(高应力冲击、无冲击下的 低应 力)，合理地选择耐磨材料(高锰钢、中碳 调质钢)。
F=A (3 σSC) 假定磨屑呈半球形，直径为d。任一瞬时有n个粘着点，所有粘着点
尺寸相同，直径也为d，则
d 2
A n( ) 4
可推出：
n
4F 3 SCd
2
再假定每一粘着点滑过距离也为d，则单位滑动距离形成的粘着点
数N为
N
n d
4F 3 SC d 3
磨屑形成有个几率问题，设此几率为K，则单位滑动距离内的磨损
以得到 F= (3 σSC) πr2
设θ为凸出部分的圆锥面与软材料表面间的夹角，当摩擦副相对滑 动了l长的距离时，凸出部分或磨粒切削下来的软材料体积，即磨损 量V为 V=0.5*2r*r*tan θl=r2ltanθ
由上两式可得
2.磨损量的估算
Archard 提出的粘着磨损量估算方法如下： 在摩擦副接触处为三向压缩应力状态，故接触压缩屈服强度近似为
单向压缩屈服强度σSC的三倍。若接触处因压应力很高超过σSC 产生塑性变形，随后因加工硬化而使变形终止。此时，外加载荷 事实上作用在接触点真实面积上。设真实接触面积为A，接触压 缩屈服强度为3 σSC ，作用于表面上的法向力为F，则
(b) 磨粒性能
* 磨粒硬度
磨损体积与硬度比Ha /H（磨粒硬度Ha与材料硬度 H之比） 的关系。
4.改善磨粒磨损耐磨性的措施
a) 对于以切削作用力主要机理的磨粒磨损，应增 加材 料的硬度；对以塑性变形为主的磨粒磨损， 应提高 材料的韧性。
b) 根据机件服役条件(高应力冲击、无冲击下的 低应 力)，合理地选择耐磨材料(高锰钢、中碳 调质钢)。
F=A (3 σSC) 假定磨屑呈半球形，直径为d。任一瞬时有n个粘着点，所有粘着点
尺寸相同，直径也为d，则
d 2
A n( ) 4
可推出：
n
4F 3 SCd
2
再假定每一粘着点滑过距离也为d，则单位滑动距离形成的粘着点
数N为
N
n d
4F 3 SC d 3
磨屑形成有个几率问题，设此几率为K，则单位滑动距离内的磨损
以得到 F= (3 σSC) πr2
设θ为凸出部分的圆锥面与软材料表面间的夹角，当摩擦副相对滑 动了l长的距离时，凸出部分或磨粒切削下来的软材料体积，即磨损 量V为 V=0.5*2r*r*tan θl=r2ltanθ
由上两式可得
材料力学性能第七章金属的磨损ppt课件
➢形态特征：小针状或痘状凹坑， 45 贝壳状
➢ 根据剥落裂纹起始位置及形态不同，分为：
➢ (1) 麻点剥落（点蚀）
➢ (2) 浅层剥落
➢
(3) 深层剥落（表面压碎）
46
2. 接触应力
➢ 两物体相互接触时，在表面上产生的局部压入应力称 为接触应力，也称为赫兹应力。
➢ 线接触（齿轮）与点接触（滚珠轴承）
上图为温度对胶合磨损的影响，可以看出， 当表面温度达到临界值(约80℃)时, 磨损量 和摩擦系数都急剧增加。
17
润滑油、润滑脂的影响
在润滑油、润滑脂中加人油性或极压添加剂能提高润 滑油膜吸附能力及油膜强度，能成倍地提高抗粘着磨 损能力。
油性添加剂是由极性非常强的分子组成，在常温条件 下，吸附在金属表面上形成边界润滑膜，防止金属表 面的直接接触，保持摩擦面的良好润滑状态。
磨损是一个复杂的系统工程
6
机件正常运行的磨损过程
（a）磨损量与 时间或行程关系曲线；
（b）磨损速率与 时间或行程关系曲线
7
3. 磨损的分类方法
粘着磨损 磨粒磨损
冲蚀磨损 疲劳磨损 微动磨损 腐蚀磨损
8
§7.2 磨损模型
一、粘着磨损 1. 磨损机理 ➢定义：在滑动摩擦条件下，当摩擦副相对滑动速 度较小（钢小于1m/s）时发生的， ➢原因：缺乏润滑油，摩擦副表面无氧化膜，且单 位法向载荷很大，σ接触＞σs又称咬合磨损
36
主轴转速 ： 60r/min ～ 12000r/min
主轴转速示值准确度： ± 2r/min
高温炉温度范围： 室温～ 800℃；
高温炉密封性能： 在连续充入氮气（纯度
99.9%以上）的条件下，炉内 氧气含量应能达到1%以下。 最大负荷：
➢ 根据剥落裂纹起始位置及形态不同，分为：
➢ (1) 麻点剥落（点蚀）
➢ (2) 浅层剥落
➢
(3) 深层剥落（表面压碎）
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2. 接触应力
➢ 两物体相互接触时，在表面上产生的局部压入应力称 为接触应力，也称为赫兹应力。
➢ 线接触（齿轮）与点接触（滚珠轴承）
上图为温度对胶合磨损的影响，可以看出， 当表面温度达到临界值(约80℃)时, 磨损量 和摩擦系数都急剧增加。
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润滑油、润滑脂的影响
在润滑油、润滑脂中加人油性或极压添加剂能提高润 滑油膜吸附能力及油膜强度，能成倍地提高抗粘着磨 损能力。
油性添加剂是由极性非常强的分子组成，在常温条件 下，吸附在金属表面上形成边界润滑膜，防止金属表 面的直接接触，保持摩擦面的良好润滑状态。
磨损是一个复杂的系统工程
6
机件正常运行的磨损过程
（a）磨损量与 时间或行程关系曲线；
（b）磨损速率与 时间或行程关系曲线
7
3. 磨损的分类方法
粘着磨损 磨粒磨损
冲蚀磨损 疲劳磨损 微动磨损 腐蚀磨损
8
§7.2 磨损模型
一、粘着磨损 1. 磨损机理 ➢定义：在滑动摩擦条件下，当摩擦副相对滑动速 度较小（钢小于1m/s）时发生的， ➢原因：缺乏润滑油，摩擦副表面无氧化膜，且单 位法向载荷很大，σ接触＞σs又称咬合磨损
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主轴转速 ： 60r/min ～ 12000r/min
主轴转速示值准确度： ± 2r/min
高温炉温度范围： 室温～ 800℃；
高温炉密封性能： 在连续充入氮气（纯度
99.9%以上）的条件下，炉内 氧气含量应能达到1%以下。 最大负荷：
摩擦磨损基础知识 PPT
(4)划伤：
粘着结合强度比两基体金属的抗剪强度都高， 切应力高于粘着结合强度。剪切破坏发生在摩擦 副金属较深处，表面呈现宽而深的划痕。
(5) 咬死： 粘着结合强度比两基体金属的抗剪强
度都高，粘着区域大，切应力低于粘着 结合强度。摩擦副之间发生严重粘着而
不能相对运动。
三条粘着磨损规律：
1.磨损量与滑动距离成正比：适用于多种条件。 2.磨损量与载荷成正比：适用于有限载荷范围。 3.磨损量与较软材料的硬度或屈服极限成正比：
(4) 消耗材料, 造成机械材料的大面积报废。
1.3 讨论内容：
(1) 磨损类型及发生条件、特征和变化规律。 (2) 影响磨损各种因素，包括材料、表面形
态、 环境、滑动速度、载荷、温度等。 (3) 磨损的物理模型、计算及改善措施。 (4) 磨损的测试技术与实验分析方法。
1.4 磨损过程的一般规律：
宏观上光滑，高倍才能观察到细小的磨粒滑痕。
低倍可观察到条条划痕，由磨粒切削或犁沟造成。
存在压坑，间或有粗短划痕，由磨粒冲击表面造成
2.3. 表面破坏方式与机理对应关系
粘着磨损
1 定义:
当摩擦副相对滑动时, 由于粘着效应所形成 结点发生剪切断裂，被剪切的材料或脱落成 磨屑，或由一个表面迁移到另一个表面，此 类磨损称为粘着磨损。
破坏首先发生在次表层，位错塞积，裂纹成核，并向表面扩展， 最后材料以薄片状剥落，形成片状磨屑。
胶合
表面存在明显粘着痕迹和材料转移，有较大粘着坑块，在高速 重载下，大量摩擦热使表面焊合，撕脱后留下片片粘着坑。
咬死
点蚀 研磨 划伤 凿削
黏着坑密集，材料转移严重，摩擦副大量焊合，磨损急剧增加， 摩擦副相对运动受到阻碍或停止。 材料以极细粒状脱落，出现许多“豆斑”状凹坑。
粘着结合强度比两基体金属的抗剪强度都高， 切应力高于粘着结合强度。剪切破坏发生在摩擦 副金属较深处，表面呈现宽而深的划痕。
(5) 咬死： 粘着结合强度比两基体金属的抗剪强
度都高，粘着区域大，切应力低于粘着 结合强度。摩擦副之间发生严重粘着而
不能相对运动。
三条粘着磨损规律：
1.磨损量与滑动距离成正比：适用于多种条件。 2.磨损量与载荷成正比：适用于有限载荷范围。 3.磨损量与较软材料的硬度或屈服极限成正比：
(4) 消耗材料, 造成机械材料的大面积报废。
1.3 讨论内容：
(1) 磨损类型及发生条件、特征和变化规律。 (2) 影响磨损各种因素，包括材料、表面形
态、 环境、滑动速度、载荷、温度等。 (3) 磨损的物理模型、计算及改善措施。 (4) 磨损的测试技术与实验分析方法。
1.4 磨损过程的一般规律：
宏观上光滑，高倍才能观察到细小的磨粒滑痕。
低倍可观察到条条划痕，由磨粒切削或犁沟造成。
存在压坑，间或有粗短划痕，由磨粒冲击表面造成
2.3. 表面破坏方式与机理对应关系
粘着磨损
1 定义:
当摩擦副相对滑动时, 由于粘着效应所形成 结点发生剪切断裂，被剪切的材料或脱落成 磨屑，或由一个表面迁移到另一个表面，此 类磨损称为粘着磨损。
破坏首先发生在次表层，位错塞积，裂纹成核，并向表面扩展， 最后材料以薄片状剥落，形成片状磨屑。
胶合
表面存在明显粘着痕迹和材料转移，有较大粘着坑块，在高速 重载下，大量摩擦热使表面焊合，撕脱后留下片片粘着坑。
咬死
点蚀 研磨 划伤 凿削
黏着坑密集，材料转移严重，摩擦副大量焊合，磨损急剧增加， 摩擦副相对运动受到阻碍或停止。 材料以极细粒状脱落，出现许多“豆斑”状凹坑。
第7章疲劳磨损
第七章 疲劳磨损（Fatigue Wear）
一、概述 1. 定义 零件受交变应力的反复
作用，在零件工作表面或
表面下一定深度处形成疲
劳裂纹，随着裂纹的扩展
与相互连接，造成颗粒从 零件工作表面上脱落，形
成疲劳坑的现象。
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。
3. 疲劳磨损的种类
（1）表层萌生与表面萌生疲劳磨损
表 滚动 裂纹萌 平行于表面 一般 层 为主 生在表 扩展，后分 质量 萌 的摩 层应力 叉延伸到表 钢材 生 擦副 集中源 面
表 滑动 裂纹萌 与滑动方向 高质 面 为主 生在表 成20°~40° 量钢 萌 的摩 面应力 角向表层扩 材 生 擦副 集中源 展，后分叉
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 起源，因此，提高表面光洁度有 利于延长疲劳磨损寿命。
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； 润滑油中带有水分，加速疲劳裂纹的扩展； 不能解释某些无油滚动 表面吸附了氢原子，可以降低表面能，使裂纹 时不出现接触疲劳，而 在较低应力下扩展； 加入润滑油后迅速发生 在高温下润滑油的分解，会在高应力区造成酸 接触疲劳磨损的现象。 性物质的堆积，降低接触疲劳寿命。
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
2. 摩擦温度诱发点蚀理论
3. 最大剪应力理论
（1）Hertz 接触理论
max 距表面的位置
滚动点接触：
一、概述 1. 定义 零件受交变应力的反复
作用，在零件工作表面或
表面下一定深度处形成疲
劳裂纹，随着裂纹的扩展
与相互连接，造成颗粒从 零件工作表面上脱落，形
成疲劳坑的现象。
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。
3. 疲劳磨损的种类
（1）表层萌生与表面萌生疲劳磨损
表 滚动 裂纹萌 平行于表面 一般 层 为主 生在表 扩展，后分 质量 萌 的摩 层应力 叉延伸到表 钢材 生 擦副 集中源 面
表 滑动 裂纹萌 与滑动方向 高质 面 为主 生在表 成20°~40° 量钢 萌 的摩 面应力 角向表层扩 材 生 擦副 集中源 展，后分叉
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 起源，因此，提高表面光洁度有 利于延长疲劳磨损寿命。
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； 润滑油中带有水分，加速疲劳裂纹的扩展； 不能解释某些无油滚动 表面吸附了氢原子，可以降低表面能，使裂纹 时不出现接触疲劳，而 在较低应力下扩展； 加入润滑油后迅速发生 在高温下润滑油的分解，会在高应力区造成酸 接触疲劳磨损的现象。 性物质的堆积，降低接触疲劳寿命。
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
2. 摩擦温度诱发点蚀理论
3. 最大剪应力理论
（1）Hertz 接触理论
max 距表面的位置
滚动点接触：
摩擦学原理第7章
19
❖磨损研究的系统性
第7章 系统
磨损是对复杂的摩擦学系统 进行的。最简单的摩擦学系 统也包括有两个相对运动的 接触表面，各自的材质、原 始表面形貌、运动方式、载 荷、速度、环境介质等都将 影响磨损结果。
实际磨损工况则要复杂得多。因此前面所提到的失效模式 也往往不是单一的，而是多因素交叉结合造成的多种失效模 式的综合结果。
X
M1
1
Y
M2
2
i0 T
0 1/i
上述分析表明，理想的摩擦学系统的静态状况是摩擦和磨
损的损失很小，可以忽略不计，这时输入到输出的转换完全
是自由的，无损失的，而系统的结构S＝{A，P，R}不变化，
不会影响输入—输出关系的功能。
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（3）功能——动态系统
第7章 系统
下图表示动态时的摩擦学系统。在这种情况下，首先是输 入同样转换成输出，其次是系统的功能和结构借助于摩擦和 磨损机构(其特征是“摩擦学工序”)来影响。即摩擦和磨损 过程既可以改变系统的结构，导致不需要的“损失”——输 出，也可以影响系统的功能，最后完全丧失功能。
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❖磨损失效分析处经验性阶段
第7章 系统
目前，系统分析中对磨损各组元的参数分析、计算仍是 十分困难。因此对实际磨损零件进行有效的失效分析是当前 磨损失效分析工作的重点。即便如此，也仍有赖于经验积累。 如分析零件磨损时掉落的碎屑，这些碎屑可视为微观区域断 裂的结果，断裂方式可以是韧性断裂、疲劳，也可以是脆性 断裂，同时伴随不同程度和一定范围的塑性变形。再说磨损 失效有多种形式，可以因密封失效、表面粗糙增加、各种原 因的损伤累积等造成，也可以是磨损不直接造成失效，但却 是后期失效的起因。
(2)摩擦引起的能量损失，有可能变成熵的输出。 (3)磨损引起的材料消耗。 借助于摩擦学系统数据表的形式来整理摩擦和磨损试验的 有用数据具有一定优越性。戴熊杰教授的《摩擦学》书中给 出一个应用实例。
摩擦磨损——精选推荐
当摩擦副受到较大正压力作用时，由于表面不平，其顶峰接触点受到高压力作用而产生弹、塑性变形， 附在摩擦表面的吸附膜破裂、温升后使金屑的顶峰塑性面牢固地粘着并熔焊在一起，形成冷焊结点。在两摩 擦表面相对滑动时，材料便从一个表面转移到另一个表面，成为表面凸起，促使摩擦表面进一步磨损。这种 由于粘着作用引起的磨损，称为粘着磨损。
2.稳定磨损阶段 在这一阶段中磨损缓慢、磨损率稳定，零件以平稳而缓慢的磨损速度进入零件正常工作阶段，如图中的
ab 段。这个阶段的长短即代表零件使用寿命的长短，磨损曲线的斜率即为磨损率，斜率愈小磨损率就愈低， 零件的使用寿命就愈长。经此磨损阶段后零件进入剧烈磨损阶段。 3.剧烈磨损阶段
此阶段的特征是磨损速度及磨损率都急剧增大。当工作表面的总磨损量超过机械正常运转要求的某一允 许值后，摩擦副的间隙增大，零件的磨损加剧，精度下降，润滑状态恶化，温度升高，从而产生振动、冲击 和噪声，导致零件迅速失效，如图中的 bc 段。
2.1 摩擦与磨损
各类机器在工作时，其各零件相对运动的接触部分都存在着摩擦，摩擦是机器运转过程中不可避免的物 理现象。摩擦不仅消耗能量，而且使零件发生磨损，甚至导致零件失效。据统计，世界上 1／3—1／2 的能源 消耗在摩擦上，而各种机械零件因磨损失效的也占全部失效零件的一半以上。磨损是摩擦的结果，润滑则是 减少摩擦和磨损的有力措施，这三者是相互联系不可分割的。
两摩擦表面被吸附在表面的边界膜(油膜厚度小于 1μ m)隔开，使其处于干摩擦与液体摩擦之间的状态， 这种摩擦称为边界摩擦，如图所示。 4.混合摩擦
在实践中有很多摩擦副处于干摩擦、摩擦、混合摩擦都必须在一定的润滑条件下才能实现，因此这三种摩擦又分别称为 液体润滑、边界润滑和混合润滑。
2.1.1 摩擦及其分类 在外力作用下，一物体相对于另一物体运动或有运动趋势时，两物体接触面间产生的阻碍物体运动的切
2.稳定磨损阶段 在这一阶段中磨损缓慢、磨损率稳定，零件以平稳而缓慢的磨损速度进入零件正常工作阶段，如图中的
ab 段。这个阶段的长短即代表零件使用寿命的长短，磨损曲线的斜率即为磨损率，斜率愈小磨损率就愈低， 零件的使用寿命就愈长。经此磨损阶段后零件进入剧烈磨损阶段。 3.剧烈磨损阶段
此阶段的特征是磨损速度及磨损率都急剧增大。当工作表面的总磨损量超过机械正常运转要求的某一允 许值后，摩擦副的间隙增大，零件的磨损加剧，精度下降，润滑状态恶化，温度升高，从而产生振动、冲击 和噪声，导致零件迅速失效，如图中的 bc 段。
2.1 摩擦与磨损
各类机器在工作时，其各零件相对运动的接触部分都存在着摩擦，摩擦是机器运转过程中不可避免的物 理现象。摩擦不仅消耗能量，而且使零件发生磨损，甚至导致零件失效。据统计，世界上 1／3—1／2 的能源 消耗在摩擦上，而各种机械零件因磨损失效的也占全部失效零件的一半以上。磨损是摩擦的结果，润滑则是 减少摩擦和磨损的有力措施，这三者是相互联系不可分割的。
两摩擦表面被吸附在表面的边界膜(油膜厚度小于 1μ m)隔开，使其处于干摩擦与液体摩擦之间的状态， 这种摩擦称为边界摩擦，如图所示。 4.混合摩擦
在实践中有很多摩擦副处于干摩擦、摩擦、混合摩擦都必须在一定的润滑条件下才能实现，因此这三种摩擦又分别称为 液体润滑、边界润滑和混合润滑。
2.1.1 摩擦及其分类 在外力作用下，一物体相对于另一物体运动或有运动趋势时，两物体接触面间产生的阻碍物体运动的切
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4. 微动磨损 两接触表面间小幅度的相对切向运动 称为微动（Fretting）。 在压紧的表面之间由于微动而发生的 磨损称为微动磨损。P151
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，在配合面的某 些局部地区将会发生微小的滑动
5 冲蚀磨损： 流体或固体颗粒以一定的速率和角 度对材料表面进行冲击所造成的磨损 D ≤ 1000 μm，v ≤550m/s,其余称外来损 伤
静摩擦
摩擦
动摩擦
摩擦的微观机理
摩擦的微观机理
2 摩擦及磨损的概念
摩擦 两个相互接触的物体或物体与介质 之间在外力作用下，发生相对运动，或 者具有相对运动的趋势时，在接触表面 上所产生的阻碍作用称为摩擦。
阻碍相对运动的阻力-摩擦力。 摩擦力的方向总是沿着接触面的切 线方向，跟物体相对运动方向相反， 阻碍物体间的相对运动。
摩擦力(F)与施加在摩擦面上的法向 压力(P)之比称为摩擦系数，以μ表 示，即μ=F/P。
按照两接触面运动方式的不同，可以将
摩擦分为： ①滑动摩擦：指的是一个物体在另一个物体 上滑动时产生的摩擦。 ②滚动摩擦：指的是物体在力矩作用下，沿 接触表面滚动时的摩擦。
滑动摩擦
干摩擦—固体对固体的摩擦；
磨损，造成表层材料的损 耗，零件尺寸变化，直接 影响零件使用寿命
机件正常运行的磨损过程一般可分为三 个阶段： 跑合（磨合）阶段 稳定磨损阶段 剧烈磨损阶段
3磨损及磨损的类型㈠㈡㈢
㈠按环境和介质可分为：
流体磨损； 湿磨损； 干 磨损
㈡按表面接触性质可分为： 金属--流体磨损； 金属--金属磨损； 金属--磨料磨损
第七章磨损与接触疲劳
1前言
机器运转，相互接触零件间因相对运
动而产生摩擦， 而磨损正是由于摩擦产生的结果
工程中的摩擦问题
工程中的摩擦问题
工程中的摩擦问题
工程中的摩擦问题
工程中的摩擦问题
根据接触物体之间的相对运动的形式: 摩擦
滑动摩擦 滚动摩
根据接触物体之间的润滑情况：
干摩擦 湿摩擦
摩擦
根据接触物体之间是否发生相对运动
6.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 作用下所引起的一种表面疲劳现象。
接触应力概念
两物体相互接触，表面上产生局部压力接触应力
一般出现如下两种情况：
(1)两接触物体在加载前为线接触(如圆 柱与圆柱、圆柱与平面接触)
(2)两接触物体在加载前为点接触 (如滚珠轴承)
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。
五耐磨性评价
表示磨损量的方法㈠㈡㈢， ㈠可用 ①摩擦表面法向尺寸减少量来表，称为线 磨损量、体积磨损量 也可用 ②体积和重量法来表示，称为重量磨损量
㈡由于磨损量是摩擦行程或时间的函数， 也用耐磨强度或耐磨率表示其磨损特性， 前者-单位行程磨损量，单位为μm/m或mg/m; 后者-单位时间的磨损量,单位为μm/hr或mg/hr
㈢还经常用磨损量的倒数和相对耐磨性 （ε）表材料的耐磨性。
ε
=被测试样磨损量/标 准试G-10型高温高速摩擦磨损试验机。 2)洛氏硬度计1台。 3)分析天平(感量为1／10000)1台 4)装夹工具。
测定在相同磨损时间(30min)，不同压力 下的△m-F关系曲线。 磨损试验条件 压力：50N、100N、200N、400N 时间：均为30min 转速：200r／min 介质，干摩擦
接触疲劳类型和损伤过程
接触疲劳破坏分为三种主要类型 ： 点蚀、 浅层剥落、
深层剥落
(1)点蚀 ：深度在0.1-0.2mm以下的小块 剥落。裂纹一般起源于表面。剥落坑 呈针状或痘状。
（2)浅层剥落： 其剥落深度一般为0.20.4 mm (3)深层剥落 ：剥落坑较深(＞0.4mm)、块 大。一般发生在表面强化的材料中，如 渗碳钢中。
W 干 摩 擦 时 的 摩 擦 力
FP FN
Fs
W
干摩擦时的摩擦力
FP
FN
Fs Fs Fmax Fd
临界状态 静止状态
运动状态
静止状态：
F = FsF
max；
运动状态： F = Fd 临界状态：
O
45°
FP
Fd f d FN
FS Fmax fs FN
fs fd
静摩擦系数 动摩擦系数
摩擦力的方向与物体运动（或运动趋势）的方向相反
㈢常用（磨损失效机制）分类，六类： ①粘着磨损； ②磨料磨损； ③腐蚀磨损 ④微动磨损； ⑤冲蚀磨损 ⑥表面疲劳磨损(接触疲劳)
四磨损机制及影响因素
1 粘著磨损 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
影响接触疲劳抗力的因素
(1)材料的冶金质量 夹杂大、分布不均，危害大
(2) 热处理和组织状态
①马氏体含碳量 ：0.5%C、隐针
（晶）M
②未溶碳化物的影响 ：细小
③硬度 ： HRC58-64，硬度接近， 或者，滚动元件高出滚道10%，最好
④在一定表层深度范围内存在压应力， 可提高 ⑤残余A含量
2.磨料磨损
指硬的磨粒或凸出物对零件表面的摩 擦过程中，使材料表面发生磨耗的现 象。 磨粒或凸出物-石英，砂土，矿石等非 金属磨料，也包括零件本身磨损产物 随润滑油进入摩擦面而形成的磨粒。
3. 腐蚀磨损 摩擦面和周围介质发生化学或电 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。