磨损及磨损原理-第二讲分析

6.在大气中，振幅很小时（如0.012mm），钢的微动磨 损 量基本与振动频率பைடு நூலகம்关，但在较大振幅时，随振动 频率 的增加，微动磨损量有减小的倾向。
2. 微动疲劳
（1）微动疲劳的特征与诊断
微动疲劳是指因微动而萌生裂纹源，并在交变应力下 裂纹扩展而导致疲劳断裂的破坏形式。 特征一：出现位置：微动接触区或其影响区内。
循环数一定时，低频微动比高频损伤大；
材料流失量随负荷和振幅而增加； 低于室温比高于室温的磨损严重；

空气环境比湿空气中损伤大。
微动的三体理论 微动的三体理论认为磨屑的产生可看成是两 个连续和同时发生的过程： ① 磨屑的形成过程 接触表面粘着和塑性变形，并伴随强烈的加工 硬化； 加工硬化使材料脆化，白层同时形成，随着白 层的破碎，颗粒剥落； 磨粒(三体磨粒)被碾碎，并发生迁移，迁移过 程取决于颗粒的尺寸、形状和机械参数（如振 幅、频率、载荷等）。
③磨屑剥落，二体接触 逐渐变成三体接触， 因第三体的保护作用，
粘着受抑制，摩擦系
数降低； ④磨屑连续不断地形成和排除，其成分和接触表 面随时间改变，形成和排出的磨屑达到平衡， 微动磨损进入稳定阶段。
影响微动磨损的因素
1.在一定范围内磨损率随载荷增加而增加，超过某极大 值后又逐渐下降； 2.温度升高则磨损加速； 3.抗粘着磨损好的材料抗微动磨损也好； 螺纹联接加装聚四氟乙烯垫圈也可减小微动磨损。
（2）微动疲劳曲线（交变应力与循环周次曲线）
评定材料微动疲劳性能 的主要方法是在微动条 件下测定其应力(s)— 循环数(N)曲线，称为 s—N曲线。
低碳钢的平面弯曲 疲劳曲线
这是微动疲劳的一般规律： (1)微动造成疲劳强度明显下降．这里普通疲劳极限为233MN／m2，微动 动疲劳极限下降57．7%。 (2)在高应力低循环数时，微动对疲劳强度的影响较小，而当应力较低， 循环数增加时，疲劳强度降低的比例也增加； (3）尽管在高循环次数下，微动疲劳强度降至很低值.仍有一确定的疲劳 极限，在该值上，循环数可达107次以上,即使进一步增加循环数疲劳强 度不再降低．
特征二：裂纹扩展的阶段性。 将遭受微动疲劳的部件在 断裂之前沿微动方向剖开，可 看到受微动影响的亚表层产生 的疲劳裂纹。裂纹在近表面处 扩展受材料晶界或缺陷影响， 较深处为穿晶裂纹。
碳钢微动疲劳时表面损伤疲劳裂 纹扩展 循环次数 104，×400
诊断： 只要断口具有疲劳破坏特 征，裂纹源发生于微动磨痕， 裂纹扩展呈现阶段性即可确 认为微动疲劳破坏。
微动磨损的特征
具有引起微动的振动源（机械力、电磁场、冷热循环等），流体运 动所诱发的振动； 磨痕具有方向一致的划痕、硬结斑和塑性变形以及微裂纹； 磨屑易于聚团、含有大量类似锈蚀产物的氧化物。
微动磨损机理主要解释下列实验现象：

真空或惰性气氛中微动损伤较小； 微动产生的磨屑主要由氧化物组成；
（3）微动摩擦力和疲劳应力的协同作用将导致裂纹的萌
生和加速其扩展。 拐点是微动作用的终止点 疲劳裂纹扩展的起始点
一般来说，当微动疲劳裂纹深入到表面1mm后，其扩展和 断裂过程将完全按一般的疲劳规律进行。
（4）影响微动疲劳的因素
1. 法向压力
疲劳强度随着微动处 承受的法向压力的增 加而下降。当压力达
磨损及磨损原理
——第二讲
题纲
一 .概 述 二 .粘着磨损 三 .磨粒磨损 四 .疲劳磨损 五.其他形式的磨损（补充） 微动磨损 六 .磨损的转化与复合 七.磨损的控制与预防
五.磨损的主要类型（补充）
微动磨损（Fretting Corrosion）
1.微动磨损定义
在相互压紧的金属表面间由于小振幅振动而产生的一 种复合型式的磨损。在有振动的机械中，螺纹联接、花键 联接和过盈配合联接等都容易发生微动磨损。 微动磨损的机理：摩擦表面间的法向压力使表面上的 微凸体粘着。粘合点被小振幅振动剪断成为磨屑，磨屑接 着被氧化。被氧化的磨屑在磨损过程中起着磨粒的作用， 使摩擦表面形成麻点或虫纹形伤疤。这些麻点或伤疤是应 力集中的根源。 根据被氧化磨屑的颜色，往往可以断定是否发生微动 磨损。如被氧化的铁屑呈红色，被氧化的铝屑呈黑色，则 振动时就会引起磨损。
到一定数值时，疲劳
强度基本不变。
2. 微动振幅 微动疲劳寿命随振幅的增大而减小。当达到一临 界值时，微动疲劳寿命达到最低值，此后随振幅 继续增大寿命反而延长。
若氧化物能牢固地粘附在金属表面，则可减轻磨损
4.零件金属氧化物的硬度与金属的硬度之比较大时，容 易剥落成为磨粒，增加磨损；
5.一般湿度增大则磨损下降，在界面间加入非腐蚀性润 滑剂或对钢进行表面处理，可减小微动磨损； 如对钢铁而言，相对湿度大于50%时，表面生成 Fe2O3•H2O薄膜，他比通常的Fe2O3软，具有较低的磨损率。
左图为303不 锈钢轴表面产 生微动腐蚀后 的照片。
在外观上，微动磨损的表面 特征是黑色金属上有褐红色斑点 且临近区域被抛光，因为硬质铁 氧化体磨屑具有研磨作用。
微动磨损的发生过程： 微动磨损基本上属于粘着磨损和磨粒磨损的混合机理：
• 载荷使微凸体产生粘着磨损，而往复运动引起断裂并产生 磨屑。微动与腐蚀通常是同时发生的，被称作微动腐蚀。 • 例如，当钢磨粒产生后，出生的磨粒表面被氧化成Fe2O3， 形成褐红色粉末，这些氧化颗粒具有研磨性，由于表面之 间的紧配合和小振幅往复运动（约为几十微米），界面接 触没有暴露的机会，因而磨粒很难逃逸出摩擦表面，后续 的往复运动就会产生磨粒磨损和氧化. 往复运动通常来自 外部振动，但多数情况是接触界面的某个表面承受周期应 力（或疲劳）的结果，这将引发早起疲劳裂纹而产生更大 的微动磨损，称为微动疲劳。
② 磨屑的氧化过程
起初磨屑呈轻度氧化，仍为金属本色，粒度
为微米量级（约1μm）；
在碾碎和迁移过程中进一步氧化，颜色变成
灰褐色，粒度在亚微米量级（约0.1μm）；
磨屑深度氧化，呈红褐色，粒度进一步减小
为纳米颗粒（约10nm） ，
利用三体理论来解释钢铁材料微动摩擦系数随循环 周次的变化过程： ①接触表面膜去除， 摩擦系数较低； ②二体接触，发 生粘着，摩擦 系数上升。并 伴随材料组织 结构变化；