《工程材料力学性能》期末复习笔记(7)

6、 微动磨损：接触表面之间因存在小振幅相对振动或往复运动而产生的磨损称为微动磨损。

★微动磨损机制：P151

微动磨损是一种复合磨损，兼有粘着磨损、氧化磨损、磨粒磨损的作用。其过程有三个阶段：

第一阶段产生凸起塑性变形，并由此形成表面裂纹并扩展，或去除表面污物形成粘着和粘着点断裂；

第二阶段通过疲劳破坏或粘着点断裂形成磨屑，磨屑形成后随即被氧化；

第三阶段为磨粒磨损阶段，磨粒磨损反过来也加速第一阶段，如此循环便形成微动磨损。

三、磨损试验方法P152

磨损试验机

磨损试验结果分散性很大，一般需要4-5对摩擦副数据分散度大的还需要酌情增加。

同一材料当用不同方法进行磨损试验时，结果往往不同。

磨损试验结束后，通常用称量法或测长法确定磨损量。

Q:在什么条件下发生微动磨损?如何减少微动磨损?

答案：微动磨损通常发生在一对紧配合的零件，在载荷和一定的振动频率作用下，较长时间后会产生松动，这种松动只是微米级的相对滑动，而微小的相对滑动导致了接触金属间的粘着，随后是粘看点的剪切，粘着物脱落。在大气环境下这些脱落物被氧化成氧化物磨屑，由于两摩擦表面的紧密配合，磨屑不易排出，这些磨屑起着磨料的作用，加速了微动磨损的过程。滚压、喷九和表面化学热处理都可因为表层产生压应力，能有效地减少微动磨损。

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

由本人自己,基于机械工业出版社《工程材料力学性能》第2版(束德林主编),针对四川大学材料学院金属材料工程系期末复习整理。

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。

（4）、提高耐粘着磨性的措施：

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