第7章疲勞磨損課件

疲勞磨損也稱為接觸疲勞，他經(jīng)歷裂紋的萌生、擴(kuò)展、斷裂三個(gè)過(guò)程，可以說(shuō)是材料疲勞斷裂的一種特殊形式。早期的磨損分類，沒(méi)有把這種接觸疲勞劃入磨損的范疇。后來(lái)的研究發(fā)現(xiàn)，不僅在滾動(dòng)接觸，而且在滑動(dòng)接觸及其它磨損形式中，也都發(fā)現(xiàn)了表面接觸疲勞過(guò)程，因此，接觸疲勞完全可以被認(rèn)為是一種獨(dú)立的，而且是相當(dāng)普遍的磨損形式。疲勞磨損也稱為接觸疲勞，他經(jīng)歷裂紋的萌生、擴(kuò)展、斷裂2.疲勞磨損與整體疲勞之間的區(qū)別（1）裂紋源和裂紋擴(kuò)展途徑不同2.疲勞磨損與整體疲勞之間的區(qū)別第7章疲勞磨損課件（2）疲勞極限的差別整體疲勞存在明顯的疲勞極限；疲勞磨損尚未發(fā)現(xiàn)疲勞極限，（3）作用過(guò)程的差別整體疲勞一般只受循環(huán)應(yīng)力的作用；疲勞磨損除循環(huán)應(yīng)力作用外，摩擦過(guò)程可以引起表面層一系列的物理化學(xué)變化。（4）應(yīng)力計(jì)算上的差別疲勞磨損的應(yīng)力計(jì)算受材料的均勻性、表面特征、載荷分布、油膜情況、切向力大小等的影響。（2）疲勞極限的差別整體疲勞存在明顯的疲勞極限；（3）作用過(guò)3.疲勞磨損的種類（1）表層萌生與表面萌生疲勞磨損

3.疲勞磨損的種類（2）鱗剝（spalling）與點(diǎn)蝕（pitting）磨損點(diǎn)蝕疲勞裂紋都起源于表面，再順滾動(dòng)方向向表層內(nèi)擴(kuò)展，并形成扇形疲勞坑；鱗剝疲勞裂紋始于表層內(nèi)，隨后裂紋與表面平行向兩端擴(kuò)展，最后在兩端斷裂。（2）鱗剝（spalling）與點(diǎn)蝕（pitting）磨損表面萌生裂紋形成點(diǎn)蝕磨損，表層萌生裂紋形成鱗剝磨損是否有根據(jù)？有人曾對(duì)冷激鑄鐵挺桿上106條點(diǎn)蝕裂紋進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果表明，大約80%的裂紋是從表面起源的，從亞表層內(nèi)部萌生的只占20%。大量的研究證明，點(diǎn)蝕裂紋的萌生，不僅決定于應(yīng)力狀態(tài)，而且與材料的組織結(jié)構(gòu)、性能、表面粗糙度、表面完整性，以及潤(rùn)滑狀態(tài)與潤(rùn)滑劑等一系列因素有密切關(guān)系。還沒(méi)有足夠的根據(jù)表面萌生裂紋形成點(diǎn)蝕磨損，表層萌生裂紋形成鱗剝磨損是否有根據(jù)二、疲勞磨損的機(jī)理1.疲勞裂紋誘發(fā)點(diǎn)蝕理論由S·Way于1935年提出：發(fā)生點(diǎn)蝕的必要條件是摩擦副之間有油潤(rùn)滑；潤(rùn)滑油粘度高于某一定值，點(diǎn)蝕將不會(huì)發(fā)生；光滑的接觸表面不易發(fā)生點(diǎn)蝕；熱處理?xiàng)l件對(duì)于點(diǎn)蝕有顯著的影響。根據(jù)裂紋的擴(kuò)展方向分為兩種情況：二、疲勞磨損的機(jī)理由S·Way于1935年提出：（1）裂紋開(kāi)口迎向接觸點(diǎn)（2）裂紋開(kāi)口背離接觸點(diǎn)（1）裂紋開(kāi)口迎向接觸點(diǎn)（2）裂紋開(kāi)口背離接觸點(diǎn)第7章疲勞磨損課件第7章疲勞磨損課件第7章疲勞磨損課件第7章疲勞磨損課件2.摩擦溫度誘發(fā)點(diǎn)蝕理論2.摩擦溫度誘發(fā)點(diǎn)蝕理論第7章疲勞磨損課件3.最大剪應(yīng)力理論（1）Hertz接觸理論滾動(dòng)點(diǎn)接觸：滾動(dòng)線接觸：距表面的位置裂紋主要發(fā)生在3.最大剪應(yīng)力理論（1）Hertz接觸理論滾動(dòng)點(diǎn)接觸：滾（2）位錯(cuò)理論剪應(yīng)力方向和大小反復(fù)發(fā)生變化，在亞表層內(nèi)將產(chǎn)生位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，位錯(cuò)的互相切割產(chǎn)生空穴，空穴的集中形成空洞，最后發(fā)展成裂紋。裂紋產(chǎn)生的判據(jù)—臨界剪應(yīng)力—表面能＋裂紋擴(kuò)展到鄰近晶粒的塑性變形功—彈性模量—平均晶粒直徑—決定于正應(yīng)力三向性的常數(shù)（2）位錯(cuò)理論剪應(yīng)力方向和大小反復(fù)發(fā)生變化，在亞表層三、影響疲勞磨損的因素（1）蘇聯(lián)科學(xué)家的試驗(yàn)短期的高峰載荷周期性地附加在基本載荷上，不僅不降低反而提高了接觸疲勞壽命。只有當(dāng)高峰載荷作用時(shí)間接近循環(huán)周期時(shí)間一半時(shí)，高峰載荷才開(kāi)始降低接觸疲勞壽命。1.載荷性質(zhì)的影響三、影響疲勞磨損的因素（1）蘇聯(lián)科學(xué)家的試驗(yàn)短期的高峰（2）溫詩(shī)鑄教授的試驗(yàn)附加拉伸彎曲應(yīng)力顯著地縮短接觸疲勞壽命，而壓縮彎曲應(yīng)力的影響取決于它的數(shù)值大小。較小的附加壓縮應(yīng)力能夠增加疲勞壽命，而大的壓縮彎曲應(yīng)力將降低疲勞壽命。（2）溫詩(shī)鑄教授的試驗(yàn)附加拉伸彎曲應(yīng)力顯著地縮短接觸少量的滑動(dòng)將顯著地降低接觸疲勞磨損壽命，因?yàn)椋Σ亮ψ饔檬棺畲笄袘?yīng)力位置趨于表面，增加了裂紋萌生的可能性。此外，摩擦力所引起的拉應(yīng)力促使裂紋擴(kuò)展加速。應(yīng)力循環(huán)速度越大，表面積聚熱量和溫度就越高，使金屬軟化而降低機(jī)械性能，因而加速表面的疲勞磨損。少量的滑動(dòng)將顯著地降低接觸疲勞磨損壽命，因?yàn)?，摩擦力?.材料性能的影響鋼材中的非金屬夾雜物破壞了基體的連續(xù)性，在循環(huán)應(yīng)力作用下與基體材料脫離形成空穴，構(gòu)成應(yīng)力集中源，從而導(dǎo)致疲勞裂紋的早期出現(xiàn)。通常增加材料硬度可以提高抗疲勞磨損能力，但硬度過(guò)高，材料脆性增加，反而會(huì)降低接觸疲勞壽命。2.材料性能的影響鋼材中的非金屬夾雜物破壞了基體的連3.表面粗糙度的影響粗糙度值越大，疲勞壽命越短。因?yàn)閷?shí)際加工表面的微凸體接觸，使橢圓分布的應(yīng)力場(chǎng)變成了很多分散的微觀應(yīng)力場(chǎng)，從而引發(fā)了很多微觀點(diǎn)蝕。微觀點(diǎn)蝕的出現(xiàn)往往構(gòu)成了宏觀點(diǎn)蝕裂紋的起源，因此，提高表面光潔度有利于延長(zhǎng)疲勞磨損壽命。3.表面粗糙度的影響粗糙度值越大，疲勞壽命越短。4.潤(rùn)滑與潤(rùn)滑劑的影響粘度影響疲勞磨損機(jī)理的不同觀點(diǎn)：增加潤(rùn)滑劑粘度使彈流油膜增厚，從而減輕粗糙峰的互相作用；潤(rùn)滑油中帶有水分，加速疲勞裂紋的擴(kuò)展；表面吸附了氫原子，可以降低表面能，使裂紋在較低應(yīng)力下擴(kuò)展；在高溫下潤(rùn)滑油的分解，會(huì)在高應(yīng)力區(qū)造成酸性物質(zhì)的堆積，降低接觸疲勞壽命。實(shí)驗(yàn)表明：增加潤(rùn)滑油的粘度將提高抗接觸疲勞能力。不能解釋某些無(wú)油滾動(dòng)時(shí)不出現(xiàn)接觸疲勞，而加入潤(rùn)滑油后迅速發(fā)生接觸疲勞磨損的現(xiàn)象。4.潤(rùn)滑與潤(rùn)滑劑的影響粘度影響疲勞磨損機(jī)理的不同觀點(diǎn)：潤(rùn)滑精品課件！精品課件！精品課件！精品課件！接觸疲勞磨損機(jī)理可以歸納如下：在疲勞磨損的初期階段是微裂紋的形成階段，無(wú)論有無(wú)潤(rùn)滑油存在，循環(huán)應(yīng)力起著主要作用。裂紋萌生在表面或表層，但很快擴(kuò)展到表面，此后，潤(rùn)滑油的粘度對(duì)于裂紋擴(kuò)展起重要影響。在相同溫度和相同粘度下，使用合成油的接觸疲勞壽命高于使用天然油的，因?yàn)楹铣捎偷恼硥合禂?shù)值較大，因而油膜厚度較大。說(shuō)明油膜厚度對(duì)阻止裂紋形成具有一定的影響。接觸疲勞磨損機(jī)理可以歸納如下：在相同溫度和相同粘度下，使用合疲勞磨損也稱為接觸疲勞，他經(jīng)歷裂紋的萌生、擴(kuò)展、斷裂三個(gè)過(guò)程，可以說(shuō)是材料疲勞斷裂的一種特殊形式。早期的磨損分類，沒(méi)有把這種接觸疲勞劃入磨損的范疇。后來(lái)的研究發(fā)現(xiàn)，不僅在滾動(dòng)接觸，而且在滑動(dòng)接觸及其它磨損形式中，也都發(fā)現(xiàn)了表面接觸疲勞過(guò)程，因此，接觸疲勞完全可以被認(rèn)為是一種獨(dú)立的，而且是相當(dāng)普遍的磨損形式。疲勞磨損也稱為接觸疲勞，他經(jīng)歷裂紋的萌生、擴(kuò)展、斷裂2.疲勞磨損與整體疲勞之間的區(qū)別（1）裂紋源和裂紋擴(kuò)展途徑不同2.疲勞磨損與整體疲勞之間的區(qū)別第7章疲勞磨損課件（2）疲勞極限的差別整體疲勞存在明顯的疲勞極限；疲勞磨損尚未發(fā)現(xiàn)疲勞極限，（3）作用過(guò)程的差別整體疲勞一般只受循環(huán)應(yīng)力的作用；疲勞磨損除循環(huán)應(yīng)力作用外，摩擦過(guò)程可以引起表面層一系列的物理化學(xué)變化。（4）應(yīng)力計(jì)算上的差別疲勞磨損的應(yīng)力計(jì)算受材料的均勻性、表面特征、載荷分布、油膜情況、切向力大小等的影響。（2）疲勞極限的差別整體疲勞存在明顯的疲勞極限；（3）作用過(guò)3.疲勞磨損的種類（1）表層萌生與表面萌生疲勞磨損

3.疲勞磨損的種類（2）鱗剝（spalling）與點(diǎn)蝕（pitting）磨損點(diǎn)蝕疲勞裂紋都起源于表面，再順滾動(dòng)方向向表層內(nèi)擴(kuò)展，并形成扇形疲勞坑；鱗剝疲勞裂紋始于表層內(nèi)，隨后裂紋與表面平行向兩端擴(kuò)展，最后在兩端斷裂。（2）鱗剝（spalling）與點(diǎn)蝕（pitting）磨損表面萌生裂紋形成點(diǎn)蝕磨損，表層萌生裂紋形成鱗剝磨損是否有根據(jù)？有人曾對(duì)冷激鑄鐵挺桿上106條點(diǎn)蝕裂紋進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果表明，大約80%的裂紋是從表面起源的，從亞表層內(nèi)部萌生的只占20%。大量的研究證明，點(diǎn)蝕裂紋的萌生，不僅決定于應(yīng)力狀態(tài)，而且與材料的組織結(jié)構(gòu)、性能、表面粗糙度、表面完整性，以及潤(rùn)滑狀態(tài)與潤(rùn)滑劑等一系列因素有密切關(guān)系。還沒(méi)有足夠的根據(jù)表面萌生裂紋形成點(diǎn)蝕磨損，表層萌生裂紋形成鱗剝磨損是否有根據(jù)二、疲勞磨損的機(jī)理1.疲勞裂紋誘發(fā)點(diǎn)蝕理論由S·Way于1935年提出：發(fā)生點(diǎn)蝕的必要條件是摩擦副之間有油潤(rùn)滑；潤(rùn)滑油粘度高于某一定值，點(diǎn)蝕將不會(huì)發(fā)生；光滑的接觸表面不易發(fā)生點(diǎn)蝕；熱處理?xiàng)l件對(duì)于點(diǎn)蝕有顯著的影響。根據(jù)裂紋的擴(kuò)展方向分為兩種情況：二、疲勞磨損的機(jī)理由S·Way于1935年提出：（1）裂紋開(kāi)口迎向接觸點(diǎn)（2）裂紋開(kāi)口背離接觸點(diǎn)（1）裂紋開(kāi)口迎向接觸點(diǎn)（2）裂紋開(kāi)口背離接觸點(diǎn)第7章疲勞磨損課件第7章疲勞磨損課件第7章疲勞磨損課件第7章疲勞磨損課件2.摩擦溫度誘發(fā)點(diǎn)蝕理論2.摩擦溫度誘發(fā)點(diǎn)蝕理論第7章疲勞磨損課件3.最大剪應(yīng)力理論（1）Hertz接觸理論滾動(dòng)點(diǎn)接觸：滾動(dòng)線接觸：距表面的位置裂紋主要發(fā)生在3.最大剪應(yīng)力理論（1）Hertz接觸理論滾動(dòng)點(diǎn)接觸：滾（2）位錯(cuò)理論剪應(yīng)力方向和大小反復(fù)發(fā)生變化，在亞表層內(nèi)將產(chǎn)生位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，位錯(cuò)的互相切割產(chǎn)生空穴，空穴的集中形成空洞，最后發(fā)展成裂紋。裂紋產(chǎn)生的判據(jù)—臨界剪應(yīng)力—表面能＋裂紋擴(kuò)展到鄰近晶粒的塑性變形功—彈性模量—平均晶粒直徑—決定于正應(yīng)力三向性的常數(shù)（2）位錯(cuò)理論剪應(yīng)力方向和大小反復(fù)發(fā)生變化，在亞表層三、影響疲勞磨損的因素（1）蘇聯(lián)科學(xué)家的試驗(yàn)短期的高峰載荷周期性地附加在基本載荷上，不僅不降低反而提高了接觸疲勞壽命。只有當(dāng)高峰載荷作用時(shí)間接近循環(huán)周期時(shí)間一半時(shí)，高峰載荷才開(kāi)始降低接觸疲勞壽命。1.載荷性質(zhì)的影響三、影響疲勞磨損的因素（1）蘇聯(lián)科學(xué)家的試驗(yàn)短期的高峰（2）溫詩(shī)鑄教授的試驗(yàn)附加拉伸彎曲應(yīng)力顯著地縮短接觸疲勞壽命，而壓縮彎曲應(yīng)力的影響取決于它的數(shù)值大小。較小的附加壓縮應(yīng)力能夠增加疲勞壽命，而大的壓縮彎曲應(yīng)力將降低疲勞壽命。（2）溫詩(shī)鑄教授的試驗(yàn)附加拉伸彎曲應(yīng)力顯著地縮短接觸少量的滑動(dòng)將顯著地降低接觸疲勞磨損壽命，因?yàn)?，摩擦力作用使最大切?yīng)力位置趨于表面，增加了裂紋萌生的可能性。此外，摩擦力所引起的拉應(yīng)力促使裂紋擴(kuò)展加速。應(yīng)力循環(huán)速度越大，表面積聚熱量和溫度就越高，使金屬軟化而降低機(jī)械性能，因而加速表面的疲勞磨損。少量的滑動(dòng)將顯著地降低接觸疲勞磨損壽命，因?yàn)椋Σ亮ψ?.材料性能的影響鋼材中的非金屬夾雜物破壞了基體的連續(xù)性，在循環(huán)應(yīng)力作用下與基體材料脫離形成空穴，構(gòu)成應(yīng)力集中源，從而導(dǎo)致疲勞裂紋的早期出現(xiàn)。通常增加材料硬度可以提高抗疲勞磨損能力，但硬度過(guò)高，材料脆性增加，反而會(huì)降低接觸疲勞壽命。2.材料性能的影響鋼材中的非金屬夾雜物破壞了基體的連3.表面粗糙度的影響粗糙度值越大，疲勞壽命越短。因?yàn)閷?shí)際加工表面的微凸體接觸，使橢圓分布的應(yīng)力場(chǎng)變成了很多分散的微觀應(yīng)力場(chǎng)，從而引發(fā)了很多微觀點(diǎn)蝕。微觀點(diǎn)蝕的出現(xiàn)往往構(gòu)成了宏觀點(diǎn)蝕裂紋的起源，因此，提高表面光潔度有利于延長(zhǎng)疲勞磨損壽命。3.表面粗糙度的影響粗糙度值越大，疲勞壽命越短。4.潤(rùn)滑與潤(rùn)滑劑的影響粘度影響疲勞磨損機(jī)理的不同觀點(diǎn)：增加潤(rùn)滑劑粘度使彈流油膜增厚，從而減輕粗糙峰的互相作用；潤(rùn)滑油中帶有水分，加速疲勞裂紋的擴(kuò)展；表面吸附了氫原子，可以降低表面能，使裂紋在較低應(yīng)力下擴(kuò)展；在高溫下潤(rùn)滑油的分解，會(huì)在高應(yīng)力區(qū)造成酸性物質(zhì)的堆積，降低接觸疲勞壽命。實(shí)驗(yàn)表明：增加潤(rùn)滑油的粘度將提高抗接觸疲勞能力。不能解釋某些無(wú)油滾動(dòng)時(shí)不出現(xiàn)接觸疲勞，而加入潤(rùn)滑油后迅速發(fā)生接觸疲勞磨損的現(xiàn)象。4.潤(rùn)滑與潤(rùn)滑劑的影響