第十一章金属的磨损与接触疲劳
11.1 前言任何机器运转时，相互接触的零件之间都将因相对运动而产生摩擦，而磨损正是由于摩擦产生的结果。由于磨损，将造成表层材料的损耗，零件尺寸发生变化，直接影响了零件的使用寿命。
11.2 摩擦及磨损的概念
11.2.1 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。这种阻碍相对运动的阻力称为摩擦力。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。
11.2.2 磨损及磨损的类型
按 环境和介质 可分为：流体磨损；湿磨损；干磨损。
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。
目前比较常用的分类方法则是 基于磨损的失效机制 进行分类，一般分为五类：①粘着磨损；②磨料磨损；③腐蚀磨损；④微动磨损；⑤表面疲劳磨损 (
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。
材料特性 包括：①金属与氧的化学亲和力以及形成的氧化膜性质；②金属在常温和高温下抗粘着能力；③
金属的力学性能；④金属的耐热性；⑤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而产生的吸附作用。
11.2.3 耐磨性评价表示磨损量的方法很多，可用摩擦表面法向尺寸减少量来表，称为线磨损量；也可用体积和重量法来表示，
分别称为体积磨损量和重量磨损量。由于上述磨损量是摩擦行程或时间的函数，因此，也可用耐磨强度或耐磨率表示其磨损特性，前者指单位行程的磨损量，单位为
μm/m或 mg/m;后者指单位时间的磨损量,单位为 μm/hr或
mg/hr。还经常用磨损量的倒数和相对耐磨性 （ ε） 表示所研究材料的耐磨性。
ε （ 11-1）
11.3 磨损试验方法
11.4.2 磨料磨损磨料磨损是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。这种磨粒或凸出物一般指石英，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。
11.4 磨损机制及影响因素
11.4.1 粘著磨损粘着磨损又称擦伤，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。
11.4.4 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。在一些机器的紧配合处 (见图 11-
11)，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。
11.4.3 腐蚀磨损腐蚀磨损是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。
11.5.1 接触应力概念两物体相互接触时，在表面上产生的局部压力叫做接触应力，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 )
11.5 接触疲劳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。
(1)点蚀 通常把深度在 0.1-0.2mm以下的小块剥落叫做点蚀。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 0.2-0.4 mm。
(3)深层剥落 这类剥落坑较深 (＞ 0.4mm)、块大。一般发生在表面强化的材料中，如渗碳钢中。
接触疲劳破坏分为 点蚀,浅层剥落,深层剥落 三种主要类型。
11.5.2 接触疲劳类型和损伤过程
① 马氏体含碳量
② 未溶碳化物的影响
③ 硬度
④ 残余奥氏体的影响
11.5.3 影响接触疲劳抗力的因素
(1)材料的冶金质量
(2) 热处理和组织状态本章完
11.1 前言任何机器运转时，相互接触的零件之间都将因相对运动而产生摩擦，而磨损正是由于摩擦产生的结果。由于磨损，将造成表层材料的损耗，零件尺寸发生变化，直接影响了零件的使用寿命。
11.2 摩擦及磨损的概念
11.2.1 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。这种阻碍相对运动的阻力称为摩擦力。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。
11.2.2 磨损及磨损的类型
按 环境和介质 可分为：流体磨损；湿磨损；干磨损。
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。
目前比较常用的分类方法则是 基于磨损的失效机制 进行分类，一般分为五类：①粘着磨损；②磨料磨损；③腐蚀磨损；④微动磨损；⑤表面疲劳磨损 (
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。
材料特性 包括：①金属与氧的化学亲和力以及形成的氧化膜性质；②金属在常温和高温下抗粘着能力；③
金属的力学性能；④金属的耐热性；⑤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而产生的吸附作用。
11.2.3 耐磨性评价表示磨损量的方法很多，可用摩擦表面法向尺寸减少量来表，称为线磨损量；也可用体积和重量法来表示，
分别称为体积磨损量和重量磨损量。由于上述磨损量是摩擦行程或时间的函数，因此，也可用耐磨强度或耐磨率表示其磨损特性，前者指单位行程的磨损量，单位为
μm/m或 mg/m;后者指单位时间的磨损量,单位为 μm/hr或
mg/hr。还经常用磨损量的倒数和相对耐磨性 （ ε） 表示所研究材料的耐磨性。
ε （ 11-1）
11.3 磨损试验方法
11.4.2 磨料磨损磨料磨损是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。这种磨粒或凸出物一般指石英，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。
11.4 磨损机制及影响因素
11.4.1 粘著磨损粘着磨损又称擦伤，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。
11.4.4 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。在一些机器的紧配合处 (见图 11-
11)，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。
11.4.3 腐蚀磨损腐蚀磨损是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。
11.5.1 接触应力概念两物体相互接触时，在表面上产生的局部压力叫做接触应力，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 )
11.5 接触疲劳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。
(1)点蚀 通常把深度在 0.1-0.2mm以下的小块剥落叫做点蚀。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 0.2-0.4 mm。
(3)深层剥落 这类剥落坑较深 (＞ 0.4mm)、块大。一般发生在表面强化的材料中，如渗碳钢中。
接触疲劳破坏分为 点蚀,浅层剥落,深层剥落 三种主要类型。
11.5.2 接触疲劳类型和损伤过程
① 马氏体含碳量
② 未溶碳化物的影响
③ 硬度
④ 残余奥氏体的影响
11.5.3 影响接触疲劳抗力的因素
(1)材料的冶金质量
(2) 热处理和组织状态本章完
