黑龙江省专业技术人员继续教育知识更新培训专业课程函授学习材料(11)

来源：网络收集时间：2026-03-15

导读： (2)表面层状态最大应力多发生在材料的表层，所以的表面层性质对疲劳强度的影响很大。材料表面粗糙度愈小，应力集中愈小，疲劳强度也愈高。在同一粗糙度的情况下，不同的钢种和加工方法其疲劳极限降低程度也不同，

(2)表面层状态最大应力多发生在材料的表层，所以的表面层性质对疲劳强度的影响很大。材料表面粗糙度愈小，应力集中愈小，疲劳强度也愈高。在同一粗糙度的情况下，不同的钢种和加工方法其疲劳极限降低程度也不同，如冷卷弹簧降低程度就比热卷弹簧小。对材料表面进行磨削、强压、抛丸和滚压等。都可以提高弹簧的疲劳强度。

(3)尺寸效应材料的尺寸愈大，由于各种冷加工和热加工工艺所造成的缺陷可能性愈高，产生表面缺陷的可能性也越大，这些原因都会导致疲劳性能下降。 (4)缺陷缺陷是指材料中的非金属夹杂物、气泡、元素的偏析等等。存在于表面的夹杂物是应力集中源，会导致夹杂物与基体界面之间过早地产生疲劳裂纹。采用真空冶炼、真空浇注等措施，可以大大改善这一问题。

(5)腐蚀介质在腐蚀介质中工作时，由于表面产生点蚀或表面晶界被腐蚀而成为疲劳源，在变应力作用下就会逐步扩展而导致断裂。为了保证其疲劳强度，可采用抗腐蚀性能高的材料，或者表面加保护层，如镀层、氧化、喷塑、涂漆等。(6)温度碳钢的疲劳强度从室温到120℃时下降，从120℃到350℃又上升，温度高于350℃以后又下降，在高温时没有疲劳极限。

2.4.2 磨擦学性能

当物体与另一物体沿接触面的切线方向运动或有相对运动的趋势时，在两物体的接触面之间有阻碍它们相对运动的作用力，这种力叫摩擦力。接触面之间的这种现象或特性叫―摩擦‖。摩擦有利也有害。

(1)摩擦分类按摩擦副的运动形式摩擦分为滑动摩擦和滚动摩擦，前者是两相互接触物体有相对滑动或有相对滑动趋势时的摩擦，后者是两相互接触物体有相对滚动或有相对滚动趋势时的摩擦；按摩擦副的运动状态摩擦分为静摩擦和动摩擦，前者是相互接触的两物体有相对运动趋势并处于静止临界状态时的摩擦，后者是相互接触的两物体越过静止临界状态而发生相对运动时的摩擦；按摩擦表面的润滑状态，摩擦可分为干摩擦、边界摩擦和流体摩擦。摩擦又可分为外摩擦和内摩擦。外摩擦是指两物体表面作相对运动时的摩擦；内摩擦是指物体内部分子间的摩擦。干摩擦和边界摩擦属外摩擦，流体摩擦属内摩擦。

干摩擦摩擦副表面直接接触，没有润滑剂存在时的摩擦。常用库仑摩擦定律表达摩擦表面间的滑动摩擦力F、法向力N和摩擦系数f间的关系：f=F/N。钢对钢的f值在大气中约为 0.15～0.20，洁净表面可达0.7～0.8。根据英国的F.P.鲍登等人的研究，极为洁净的金属（表面上的气体用加热、电子轰击等方法排除）在高真空度的实验条件下，表面接触处被咬死，f值可高达100。这种极为洁净的金属表面一旦与大气相接触便立即被污染或氧化，从而使f值显著下降。静摩擦的测定方法有倾斜法和牵引法。①倾斜法:把重力为N的欲测物体放在对偶材料的斜面上,逐渐增加斜面的倾角，测得物体开始滑动时的倾角 θ(摩擦角)，由此求得摩擦系数f=tgθ。②牵引法:把重力为N 的欲测物体放在对偶材料的平面上，以力P牵引,物体开始滑动时的力F就是最大的静摩擦力（此时F=P），由此求得摩擦系数f=F/N。

动摩擦可在各类型试验机上（如往复式摩擦磨损试验机、旋转圆盘-销式摩擦磨损试验机和四球式摩擦试验机）测定，为此在试验机上装设测定摩擦力或摩擦力矩的机构，先测出摩擦力，而后换算出摩擦系数。常见的测量方法有杠杆法、弹簧法和电测法等。测定时需要确保清洁，否则会影响所测的摩擦力。

边界摩擦和流体摩擦边界润滑状态下的摩擦称为边界摩擦。边界摩擦系数低于干摩擦系数。边界摩擦状态下的摩擦系数只取决于摩擦界面的性质和边界膜的结构形式，而与润滑剂的粘度无关。流体润滑状态下的摩擦称为流体摩擦。这种摩擦是流体粘性引起的。其摩擦系数较干摩擦和边界摩擦为低。 (2)吸附层对摩擦的影响

由于金属表面原子存在着非平衡力场，极性分子可以被吸附在摩擦表面上，形成单分子层或多分子层薄膜，而吸附膜的抗剪强度比金属低得多，故摩擦力大大下降。非极性分子H2、Cl2等也可以在表面上被吸附，减少表面原子的粘附，使摩擦力下降。在任何情况下，物理吸附都有降低摩擦的效能。当然，对于物理吸附，吸附能力越大，摩擦的减小就越大。许多实验表明，表面除去气体以后，其摩擦系数比正常状态大得多，但当重新置于气体中几小时，摩擦后又降低到正常值。Bowden和Hughes发现，真空条件下，用电子轰击热金属表面除去污染，对于铜、钨、镍、金等，摩擦系数增至3～6。而在一般情况下，摩擦系数都不大于1。这样处理的镍表面，当相互接触并轻轻摩擦时，就会出现金属-金属焊接(粘附)。可见，固体表面存在吸附(膜或层)或处于真空状态对于摩擦有很大的影响。在航天领域和高真空实验中，许多相对运动部件的表面成分和状态的设计都必须考虑真空状态下摩擦增大甚至发生冷焊的问题。

(3)氧化膜对摩擦的影响

金属表面间的摩擦还受表面氧化膜的影响。Tingle发现，若将洁净的铜表面置于空气中，使氧化膜不断加厚，则铜的摩擦系数从6.8下降到0.8。金属的摩擦特性很大程度上取决于氧化膜的物理性质。铝在铝上的滑动，随载荷增加，在较大范围内，摩擦系数为1.2，而铜在铜上的滑动，随载荷的增加，摩擦系数很快从0.4增加到1.8。这可能是由于铝表面氧化膜坚固，而铜氧化膜很软，在高载荷下破裂，引起金属-金属接触，形成金属的粘合，所以摩擦力增加。

Bowden和Tabor提出了表面上存在吸附膜、氧化膜或润滑膜情况下摩擦力的计算公式为

F?A[?Sm?(1??)S0]

式中，α为金属之间直接接触的面积占表观接触总面积的分数；A为表观接触表面，Sm为金属抗剪强度；αASm即为金属直接接触部分对摩擦力的贡献：S0为氧化膜(或吸附膜、润滑剂)的抗剪强度；A(1-α)S0即为氧化膜(或吸附膜、润滑剂)之间的摩擦力。 (4)润滑

由上面讨论可知，表面上的摩擦与表面的状态有关，表面原子的不饱和力场以及由其产生的粘附是摩擦的主要原因。欲降低摩擦，就要寻求减少不饱和力的方法。通常使用润滑剂来达到这个目的。

一般用润滑油润滑，分为流体润滑和边界润滑两种。流体润滑指润滑剂的厚度比表面积凹凸差距大得多，运动的两表面相互分离，摩擦力来自润滑剂的粘性。而在有些条件下(例如汽缸中活塞在往复运动中)润滑剂可以被挤出，出现局部的金属与金属接触，这就是边界润滑，如图2-11所示。对于边界润滑的情况，可以用个上式计算摩擦力。

图2-11 边界润滑定向吸附

在边界摩擦中、润滑剂不足以填平凹凸不平的表面，这时摩擦力不取决于其粘性，而取决于金属表面极薄的润滑膜的性质。石蜡和长链的烃类作为润滑剂，远不及含有金属皂(RCOO)nM的油脂。因为金属皂能够在金属表面形成定向的吸附膜，减少了金属和金属直接接触。含有少量脂肪酸的植物油脂，也具有较好的润滑性，因为在润滑过程中，只要有极少量与金属氧化物形成金属皂，就能进一步在金属表面上形成定向吸附层。

层状结构的石墨、二硫化相等也能定向吸附在金属表面，是很好的固体润滑剂。由于这些各向异性物本身的微晶间粘附力弱，吸附膜之间摩擦力也就小。固体润滑剂具有一定优越性，例如用在气体压缩机中，可以使气体不受润滑油的污染。润滑剂的应用，减少了摩擦，保护了设备，且大幅度节约能源，使一些设备的高速运转成为可能。

(5)磨损机制按照表面破坏机理特征，磨损可以分为磨料磨损、粘 …… 此处隐藏：4000字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……

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