《工程材料力学性能》【第2版,束德林主编 】期末复习笔记(7)

四、金属接触疲劳

1、疲劳磨损（接触疲劳）：两接触材料作滚动或滚动加滑动摩擦时，交变接触压应力长期作用使材料表面疲劳损伤，局部区域出现小片或小块状材料剥落，而使材料磨损的现象。

宏观特征：接触表面上有出现许多小针状或痘状凹坑，有时贝坑很深，呈贝壳状。

2、★疲劳磨损机制：P156

接触疲劳破坏分类分析：

（1） 麻点剥落（点蚀）

机理：滚动接触过程中，由于表面最大综合切应力反复作用，在表层局部区域产生塑性变形，同时伴随形变强化。损伤逐步积累，直到表面最大综合切应力超过材料的抗剪强度时，产生裂纹。润滑油不断进入裂纹，挤压裂纹，裂纹扩展。裂纹扩展到一定程度后，由于尖端应力集中，产生二次裂纹。二次裂纹与初始裂纹垂直，其中也有润滑油并不断扩展，直至脱落，形成凹坑。

（2） 浅层剥落

机理：在亚表层处，切应力最大，塑性变形最激烈。在接触应力反复作用下，塑性变形反复进行，造成局部弱化，遂在该处非金属夹杂物附近形成裂纹，并平行于非金属夹杂物扩展。然后在滚动和摩擦力作用下产生与表面呈一定倾角的二次裂纹，二次裂纹扩展到表面，另一端形成悬臂梁，反复弯曲发生弯断，形成浅层剥落。

（3） 深层剥落（表面压碎）。P156

机理：常在表面硬化机件的过渡区内产生，该处切应力不大，但是因为过渡区是弱区，切应力可能高于材料强度在该处产生裂纹，然后再垂直于表面扩展，从而形成浅层剥落。

3.接触疲劳试验方法

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4、影响接触疲劳寿命的因素：

内因：

A、非金属夹杂物：脆性非金属夹杂物对疲劳强度有害。适量的塑性非金属夹杂物（硫化物）能提高接触疲劳强度。塑性硫化物随基体一起塑性变形，当硫化物把脆性夹杂物包住形成共生夹杂物时，可以降低脆性夹杂物的不良影响。生产上尽可能减少钢中非金属夹杂物。

B、热处理组织状态：接触疲劳强度主要取决于材料的抗剪切强度，并有一定的韧性相配合。当马氏体含碳量在0.4~0.5w%时，接触疲劳寿命最高。马氏体和残余奥氏体的级别。残余奥氏体越多，马氏体针越粗大，越容易产生微裂纹，疲劳强度低。未溶碳化物和带状碳化物越多，接触疲劳寿命越低。

C、表面硬度和心部硬度：在一定硬度范围内，接触疲劳强度随硬度的升高而增加，但并不保持正比线性关系。 表面形成一层极薄的残余奥氏体层，因表面产生微量塑性变形和磨损，增加了接触面积，减小了应力集中，反而增加了接触疲劳寿命。渗碳件心部硬度太低，表层硬度梯度过大，易在过渡区内形成裂纹而产生深层剥落。 表面硬化层深度和残余内应力。硬化深度要适中，残余压应力有利于提高疲劳寿命。

外因：

A、表面粗糙度：减少加工缺陷，降低表面粗糙度，提高接触精度，可以有效增加接触疲劳寿命。接触应力低，表面粗糙度对疲劳寿命影响较大。接触应力高，表面粗糙度对疲劳寿命影响较小。

B、硬度匹配：两个接触滚动体的硬度和装配质量等都应匹配适当。

、提高耐粘着磨性的措施： （4）

A、首要要注意摩擦副配对材料的选择

其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；选用表面易形成化合物的材料配对；金属与非金属配对，如金属与高分子配对，以及选用淬硬钢或淬硬钢与灰铸铁配对等都有明显效果。

B、采用表面化学热处理改变材料表面状态

可有效地减轻粘着磨损。如果沿接触面上产生粘着磨损，可进行渗碳、磷化、碳氮共渗处理或涂覆镍-磷合金等。表面化学热处理在金属表面形成一层化合物层或非金属层，既避免摩擦副直接直接接触，又减少摩擦因数，故可防止粘着。如果粘着磨损发生在较软的一方材料机件内部，则采用渗碳、渗氮碳氮共渗及碳氮硼三元共渗等工艺有一定效果。

C、控制摩擦滑动速度和接触压应力

改善润滑条件，提高表面膜与基体金属的结合能力，以增强氧化膜的稳定性，阻止金属之间直接接触，以及降低表面粗糙度等也都可以减轻粘着磨损。

第八章金属高温力学性能

★等强温度：晶粒与晶界两者强度相等的温度，TE。

★约比温度：试验温度与金属熔点的比值T/Tm（热力学温

度表示），>0.5时，高温，否则低温。

一、金属的蠕变现象

★蠕变：金属在长时间的恒温、恒载荷作用下缓慢地产生

塑性变形的现象为蠕变。由蠕变变形导致的材料的断裂，

称为蠕变断裂。

★蠕变过程（三个阶段）：减速蠕变阶段、恒速蠕变阶段、加速蠕变阶段

应力松弛：在规定温度和初始应力条件下，金属材料中的应力随时间增加而减小的现象。

二、蠕变变形和蠕变断裂机理

1、蠕变变形机理：位错滑移蠕变，外来热激活能，有利于加强位错的运动（滑移、攀移、交滑移等），克服短程障碍。扩散蠕变，约比温度>0.5，高温和应力的作用下，空位、原子的定向扩散（不均匀应力场）。

2、 蠕变断裂机理

蠕变断裂机理

（1）在三晶粒交会处形成楔形裂纹