微动磨损课件

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1、杜永平杜永平微动磨损微动磨损第九章第九章 微动磨损（微动磨损（Fretting Corrosion）一、概述一、概述1. 微动磨损定义微动磨损定义70年代欧洲合作与发展组织（年代欧洲合作与发展组织（OECD）的定义：）的定义： 两个表面之间发生小振幅相对振动引起的磨损两个表面之间发生小振幅相对振动引起的磨损现象。现象。 微动损伤中化学或电化学反应占重要地位的则微动损伤中化学或电化学反应占重要地位的则称为微动腐蚀（称为微动腐蚀（Fretting Corrosion）。）。 微动磨损的部件，同时或在微动作用停止后，微动磨损的部件，同时或在微动作用停止后，受到循环应力，出现疲劳强度降低或早期断裂受到

2、循环应力，出现疲劳强度降低或早期断裂的现象称为微动疲劳的现象称为微动疲劳（Fretting Fatigue）。杜永平杜永平微动磨损微动磨损2. 微动磨损的发展历程微动磨损的发展历程1911年，年，Eden、Rose和和Cunningham首先观察首先观察到微动与疲劳的联系；到微动与疲劳的联系；1924年，年，Gillet和和Mack发表了机器紧固件因微发表了机器紧固件因微动导致疲劳寿命明显降低的报告；动导致疲劳寿命明显降低的报告；1927年，年，Tomlinson认为腐蚀是次要因素并提出认为腐蚀是次要因素并提出了一种微动机理；了一种微动机理；1941年，年，Warlow-Davies注意到微动

3、可以加速疲注意到微动可以加速疲劳破坏；劳破坏；1949年，年，Mindlin提出在一定条件下，微动区存提出在一定条件下，微动区存在滑移区和非滑移区，计算分析了接触表面的在滑移区和非滑移区，计算分析了接触表面的应力分布；应力分布；杜永平杜永平微动磨损微动磨损1950年，第一届年，第一届ASTM Symposium On Fretting Corrosion在美国的在美国的Philadelphia召开，并宣读五召开，并宣读五篇论文，会上由篇论文，会上由IMing Feng和和Rightmire提出提出了一种微动理论；了一种微动理论；1951年，年，Uhlig在在JApplMech发表了题为发表了题

4、为Mechanism Of Fretting Corrosion的论文；的论文；1969年，年，Nishioka、Nishimura和和Hirakawa提出提出了一种早期的微动疲劳模型；了一种早期的微动疲劳模型；1970年，年，Hurrick在在Wear发表发表The Mechanism Of Fretting的论文，认为微动分为三个过程；的论文，认为微动分为三个过程；杜永平杜永平微动磨损微动磨损1972年，年，Waterhouse发表了首部编著发表了首部编著Fretting Corrosion，Hoeppner提出了微动疲劳极限的概提出了微动疲劳极限的概念；念；1974年，年，Special

5、ists Meeting On Fretting in Aircraft在德国在德国Munich召开，发表论文召开，发表论文16篇；篇；1977年，年，Waterhouse将大位移滑动磨损的剥层将大位移滑动磨损的剥层（delamination）理论引入微动磨损的研究；）理论引入微动磨损的研究； 1981年，年，Waterhouse编辑出版了由编辑出版了由10篇论文组篇论文组成的成的Fretting Fatigue论文集；论文集；杜永平杜永平微动磨损微动磨损1982年，第二届年，第二届ASTM Symposium On Materials Evaluation under Fretting Co

6、nditions在美国在美国Philadelphia召开，宣读论文召开，宣读论文近近20篇；篇；1985年，年，Wear编辑出版了在英国编辑出版了在英国Nottingham召开的召开的Fretting Wear Seminar会议专辑，发表会议专辑，发表了了15篇论文；篇论文；1988年，年，Wear期刊在期刊在Waterhouse退休之际，退休之际，编辑出版了他的编辑出版了他的13篇论文专辑，在该专辑中，篇论文专辑，在该专辑中，Berthier、Vincent和和Godet提出提出Velocity Accommodation理论；理论； 杜永平杜永平微动磨损微动磨损1990年，年，Godet

7、提出微动三体理论；提出微动三体理论；1990年，第三届年，第三届ASTM Symposium On Standarization Of Fretting Fatigue Tests Methods and Equipment在美国的在美国的Philadelphia召开，宣读论文召开，宣读论文20篇；篇； 1992年，年，Waterhouse发表了发表了Fretting Wear综述综述论文；论文；1992年，年，Zhou和和Vincent提出二类微动图理论，提出二类微动图理论，成为揭示微动运行和损伤规律的重要理论；成为揭示微动运行和损伤规律的重要理论；杜永平杜永平微动磨损微动磨损1993年，在

8、英国的年，在英国的Sheffield召开召开International Symposium On Fretting-Fatigue，宣读论文，宣读论文37篇；篇；1996年，在英国的年，在英国的Oxford召开召开Euromech 346 On Fretting Fatigue会议，宣读论文会议，宣读论文18篇；篇；1997年，在中国成都召开首届年，在中国成都召开首届International Symposium On Fretting，宣读论文，宣读论文32篇；篇；1998年，在美国年，在美国Salt Lake City召开召开2nd International Symposium On F

9、retting Fatigue，发表学术论文近发表学术论文近40篇；篇； 杜永平杜永平微动磨损微动磨损 2001年，在日本召开年，在日本召开3rd International Symposium On Fretting Fatigue，并形成每，并形成每3年一次的微动疲劳系列国际会议。年一次的微动疲劳系列国际会议。 3. 一些统计数据一些统计数据（1）国家和地区的分布）国家和地区的分布 按照发表论文的数量，主要有英国、法国、按照发表论文的数量，主要有英国、法国、美国、日本、加拿大、瑞典、德国、中国、瑞美国、日本、加拿大、瑞典、德国、中国、瑞士和比利时。这些国家发表的论文数占论文总士和比利时。这

10、些国家发表的论文数占论文总数的数的90以上。以上。杜永平杜永平微动磨损微动磨损（2）研究机构及人员）研究机构及人员 约有约有300名研究人员作为第一作者或合作者在名研究人员作为第一作者或合作者在刊物和会议上发表微动摩擦学研究的论文，一刊物和会议上发表微动摩擦学研究的论文，一半左右仅出现一次署名。发表微动摩擦学研究半左右仅出现一次署名。发表微动摩擦学研究论文最多的有七个研究单位，主要集中在法国、论文最多的有七个研究单位，主要集中在法国、英国、美国。英国、美国。（3）研究领域分布）研究领域分布 微动磨损和微动疲劳方面发表的论文数各占近微动磨损和微动疲劳方面发表的论文数各占近一半，而有关微动腐蚀的论

11、文相对较少。一半，而有关微动腐蚀的论文相对较少。杜永平杜永平微动磨损微动磨损（4）研究内容）研究内容 基础研究基础研究 从简单的工业微动破坏现象的观察、单一实验从简单的工业微动破坏现象的观察、单一实验参数的影响，走向破坏机理的实验分析、综合机参数的影响，走向破坏机理的实验分析、综合机械材料参数（如位移、压力、频率、往复次数、械材料参数（如位移、压力、频率、往复次数、材料组织结构、力学性能等）的影响。材料组织结构、力学性能等）的影响。 从平移微动模式的研究，走向其他微动模式从平移微动模式的研究，走向其他微动模式（如径向、滚动、扭动、冲击等模式）和复合微（如径向、滚动、扭动、冲击等模式）和复合微动

12、模式等的研究。动模式等的研究。杜永平杜永平微动磨损微动磨损 理论分析理论分析 理论分析不再局限于理论分析不再局限于Hertz弹性接触理论，而弹性接触理论，而借助计算机、弹塑性力学、断裂力学、有限元借助计算机、弹塑性力学、断裂力学、有限元法、能量分析（包括热力学）等研究手段来模法、能量分析（包括热力学）等研究手段来模拟微动的运行和破坏过程。拟微动的运行和破坏过程。 新材料新材料 过去的研究主要集中在金属材料，尤其是各种过去的研究主要集中在金属材料，尤其是各种钢和铝合金，现在已有不少研究者开始致力于各钢和铝合金，现在已有不少研究者开始致力于各种新材料的微动损伤规律的研究。种新材料的微动损伤规律的研

13、究。杜永平杜永平微动磨损微动磨损 环境影响环境影响 微动的研究不再局限于普通工况，除在传统的微动的研究不再局限于普通工况，除在传统的高温、真空和腐蚀气氛等环境下进行研究之外，高温、真空和腐蚀气氛等环境下进行研究之外，诸如流动空气、水蒸气介质、生物性腐蚀介质、诸如流动空气、水蒸气介质、生物性腐蚀介质、超低温和强磁场等特殊环境下的微动破坏机理的超低温和强磁场等特殊环境下的微动破坏机理的研究也得到积极开展。研究也得到积极开展。 防护措施防护措施 研究领域已从微动破坏机理研究走向机理与抗研究领域已从微动破坏机理研究走向机理与抗微动破坏研究并重的阶段，各种减缓技术如表面微动破坏研究并重的阶段，各种减缓技

14、术如表面处理、润滑和结构设计改进等有很大的进展。处理、润滑和结构设计改进等有很大的进展。杜永平杜永平微动磨损微动磨损4. 微动磨损的特征微动磨损的特征 工业应用工业应用 航空部门、核电站、高空电缆、钢丝绳索、大航空部门、核电站、高空电缆、钢丝绳索、大型轴、人工植入器官、电接触等工业领域的微动型轴、人工植入器官、电接触等工业领域的微动损伤已日益成为研究热点。损伤已日益成为研究热点。 具有引起微动的振动源（机械力、电磁场、冷具有引起微动的振动源（机械力、电磁场、冷热循环等），流体运动所诱发的振动；热循环等），流体运动所诱发的振动； 磨痕具有方向一致的划痕、硬结斑和塑性变形磨痕具有方向一致的划痕、硬

15、结斑和塑性变形以及微裂纹；以及微裂纹； 磨屑易于聚团、含有大量类似锈蚀产物的氧化磨屑易于聚团、含有大量类似锈蚀产物的氧化物。物。杜永平杜永平微动磨损微动磨损二、微动磨损理论二、微动磨损理论一个较为完满的微动磨损理论应该能对下列一个较为完满的微动磨损理论应该能对下列实验现象作出合理的解释：实验现象作出合理的解释： 真空或惰性气氛中微动损伤较小；真空或惰性气氛中微动损伤较小； 微动产生的磨屑主要由氧化物组成；微动产生的磨屑主要由氧化物组成； 循环数一定时，低频微动比高频损伤大；循环数一定时，低频微动比高频损伤大； 材料流失量随负荷和振幅而增加；材料流失量随负荷和振幅而增加； 低于室温比高于室温的磨

16、损严重；低于室温比高于室温的磨损严重； 空气环境比湿空气中损伤大。空气环境比湿空气中损伤大。 杜永平杜永平微动磨损微动磨损1. Uhlig模型模型室温下铁的氧化为：室温下铁的氧化为：每一循环造成氧化层的重量损失为：每一循环造成氧化层的重量损失为： 该理论建立在表面微该理论建立在表面微凸体受到氧化和机械磨凸体受到氧化和机械磨损的交替作用上。损的交替作用上。 每一循环金属的磨损量为每一循环金属的磨损量为：)1ln( TtcbKW)12ln(2 bfTsncbKWcbcnKWm 2)2(2 杜永平杜永平微动磨损微动磨损总的微动磨损量总的微动磨损量：bPNKfNPKPKWWWmc21210)( 第一项

17、化学因素引起第一项化学因素引起第二项机械因素引起第二项机械因素引起微动磨损量是：微动磨损量是：微动频率的双曲线函数微动频率的双曲线函数负荷的抛物线函数负荷的抛物线函数循环次数和振幅呈线性关系循环次数和振幅呈线性关系 杜永平杜永平微动磨损微动磨损Uhlig根据钢的微动磨损实验得到经验公式为：根据钢的微动磨损实验得到经验公式为：Uhlig的模型不足：的模型不足：忽略了忽略了氧化膜氧化膜起到防止材料粘着的有利作用起到防止材料粘着的有利作用忽略了微动过程中忽略了微动过程中磨屑磨屑参与磨损的作用参与磨损的作用 因此它不能解释实验中出现的许多现象，至少因此它不能解释实验中出现的许多现象，至少对微动磨损随对

18、微动磨损随循环次数循环次数的变化规律不能给予完满的变化规律不能给予完满的说明。的说明。bPNfNPPW682161016. 4)105 . 11005. 5( 杜永平杜永平微动磨损微动磨损2. Feng和和Rightmire模型模型 Feng和和Rightmire在总结在总结微动循环次数与材料失重微动循环次数与材料失重关系后提出来的。关系后提出来的。 OA段：由于金属转移和初始磨损造成曲线迅速段：由于金属转移和初始磨损造成曲线迅速上升；上升； AB段：从剪切到磨粒参与磨损使曲线第二次向段：从剪切到磨粒参与磨损使曲线第二次向上弯曲；上弯曲； BC段：磨粒作用下降，从而减缓材料损失；段：磨粒作用下

19、降，从而减缓材料损失； CD段：最后达到稳定磨损率。段：最后达到稳定磨损率。 可以将曲线分为四个阶段可以将曲线分为四个阶段：杜永平杜永平微动磨损微动磨损 接触首先发生在微凸体接触首先发生在微凸体上，少量磨屑落入谷内；上，少量磨屑落入谷内； 磨屑填满谷，使磨损变磨屑填满谷，使磨损变成磨粒磨损。许多微凸体成磨粒磨损。许多微凸体合并成一个小平台；合并成一个小平台； 磨屑进一步增加，并开磨屑进一步增加，并开始从接触区溢出进入邻近始从接触区溢出进入邻近的洼谷区；的洼谷区；杜永平杜永平微动磨损微动磨损 接触区压力再分布，中接触区压力再分布，中心压力增高，边缘压力降心压力增高，边缘压力降低，使中心的磨粒磨损

20、加低，使中心的磨粒磨损加重，凹坑迅速加深。重，凹坑迅速加深。模型很快为科学家们所接受：模型很快为科学家们所接受： 形象地说明微动磨损中表面变粗糙的现象形象地说明微动磨损中表面变粗糙的现象 确立了磨粒磨损是稳态阶段的特征确立了磨粒磨损是稳态阶段的特征不足：至今尚未达到令人满意的定量描述。不足：至今尚未达到令人满意的定量描述。杜永平杜永平微动磨损微动磨损3. 微动的三体理论微动的三体理论 微动的三体理论认为磨屑的产生可看成是两个微动的三体理论认为磨屑的产生可看成是两个连续和同时发生的过程：连续和同时发生的过程： 磨屑的形成过程磨屑的形成过程接触表面粘着和塑性变形，并伴随强烈的加接触表面粘着和塑性变

21、形，并伴随强烈的加工硬化；工硬化；加工硬化使材料脆化，白层同时形成，随着加工硬化使材料脆化，白层同时形成，随着白层的破碎，颗粒剥落；白层的破碎，颗粒剥落；颗粒被碾碎，并发生迁移，迁移过程取决于颗粒被碾碎，并发生迁移，迁移过程取决于颗粒的尺寸、形状和机械参数（如振幅、频颗粒的尺寸、形状和机械参数（如振幅、频率、载荷等）。率、载荷等）。 杜永平杜永平微动磨损微动磨损 磨屑的演化过程磨屑的演化过程起初磨屑呈轻度氧化，仍为金属本色，粒度为起初磨屑呈轻度氧化，仍为金属本色，粒度为微米量级（约微米量级（约1m）；）；在碾碎和迁移过程中进一步氧化，颜色变成灰在碾碎和迁移过程中进一步氧化，颜色变成灰褐色，粒度

22、在亚微米量级（约褐色，粒度在亚微米量级（约0.1m）；）；磨屑深度氧化，呈红褐色，粒度进一步减小为磨屑深度氧化，呈红褐色，粒度进一步减小为纳米颗粒（约纳米颗粒（约10nm） ，射线衍射分析表明磨，射线衍射分析表明磨屑含屑含-Fe、-Fe2O3（呈红色）和低百分比的（呈红色）和低百分比的Fe3O4。 杜永平杜永平微动磨损微动磨损利用三体理论可很好地解释钢铁材料微动摩擦系利用三体理论可很好地解释钢铁材料微动摩擦系数随循环周次的变化过程：数随循环周次的变化过程： 接触表面膜去除，摩擦系数较低；接触表面膜去除，摩擦系数较低；第一、二体第一、二体之间相互作之间相互作用增加，发用增加，发生粘着，摩生粘着，

23、摩擦系数上升，擦系数上升，并伴随材料并伴随材料组织结构变组织结构变化；化；杜永平杜永平微动磨损微动磨损磨屑剥落，第三体床磨屑剥落，第三体床形成，二体接触逐渐形成，二体接触逐渐变成三体接触，因第变成三体接触，因第三体的保护作用，粘三体的保护作用，粘着受抑制，摩擦系数着受抑制，摩擦系数降低；降低；磨屑连续不断地形成和排除，其成分和接触表磨屑连续不断地形成和排除，其成分和接触表面随时间改变，形成和排出的磨屑达到平衡，面随时间改变，形成和排出的磨屑达到平衡，微动磨损进入稳定阶段。微动磨损进入稳定阶段。杜永平杜永平微动磨损微动磨损3. 微动磨损的发展过程微动磨损的发展过程（1）粘着机制在微动磨损中的作用

24、）粘着机制在微动磨损中的作用普通滑动磨损中，金属表面的微凸体接触后形普通滑动磨损中，金属表面的微凸体接触后形成冷焊点，受切向力作用发生断裂，同时出现材成冷焊点，受切向力作用发生断裂，同时出现材料转移。这是单方向上一次作用下实现的。料转移。这是单方向上一次作用下实现的。微动磨损中：微动磨损中： 金属表面微凸体接触后形成冷焊点，微动往复金属表面微凸体接触后形成冷焊点，微动往复式多次反复运动，使某些冷焊点发生断裂，同式多次反复运动，使某些冷焊点发生断裂，同时出现材料转移，因此，磨损率低。时出现材料转移，因此，磨损率低。杜永平杜永平微动磨损微动磨损 微动的早期，金属表面氧化膜破裂后，粘着倾微动的早期，

25、金属表面氧化膜破裂后，粘着倾向迅速向迅速增大增大。发生断裂并形成松散磨粒后，粘。发生断裂并形成松散磨粒后，粘着倾向会逐渐着倾向会逐渐减小减小，最后过渡到，最后过渡到平稳平稳阶段。粘阶段。粘着阶段持续的时间与材料及环境有关。着阶段持续的时间与材料及环境有关。 同种金属同种金属在一起微动时易发生粘着，而且两表在一起微动时易发生粘着，而且两表面的损伤程度相同。面的损伤程度相同。 异种金属异种金属微动时，损伤主要出现在较软的金属微动时，损伤主要出现在较软的金属表面上。表面上。杜永平杜永平微动磨损微动磨损经过时效处理或加工硬化的材料与未经处理的材经过时效处理或加工硬化的材料与未经处理的材料，料，振幅振幅

26、对粘着系数的影响有相同的结果。对粘着系数的影响有相同的结果。 杜永平杜永平微动磨损微动磨损微动振幅微动振幅对粘着系数对粘着系数影响的趋势大体相似，影响的趋势大体相似，但但是是，随合金化程度，随合金化程度的增加，粘着的机会的增加，粘着的机会明显减小。明显减小。合金化合金化不仅增加了材不仅增加了材料的强度，更重要的料的强度，更重要的是改变了金属表面氧是改变了金属表面氧化膜的性质。化膜的性质。杜永平杜永平微动磨损微动磨损（2）氧化作用）氧化作用 金属表面的氧化膜对金属表面的氧化膜对防防止冷焊止冷焊十分有效，有利于十分有效，有利于防止粘着。防止粘着。 能在金属表面生成附着能在金属表面生成附着牢固，且在

27、微动下能出现牢固，且在微动下能出现一层一层釉质氧化物层釉质氧化物层的材料，的材料，其磨损量和摩擦系数将随其磨损量和摩擦系数将随微动而明显下降。微动而明显下降。杜永平杜永平微动磨损微动磨损氧化对微动磨损的影响氧化对微动磨损的影响： 贵金属或惰性气氛环境贵金属或惰性气氛环境中合金间的微动磨损，中合金间的微动磨损，氧不参与作用，以粘着及塑性变形机制为主；氧不参与作用，以粘着及塑性变形机制为主； 薄而薄而附着不牢的氧化膜附着不牢的氧化膜，在不到一次微动循环，在不到一次微动循环便被破坏，这时氧化与机械两种机制均对微动便被破坏，这时氧化与机械两种机制均对微动磨损有贡献；磨损有贡献； 氧化较严重氧化较严重而

28、且氧化膜易碎裂成片，氧化与机而且氧化膜易碎裂成片，氧化与机械两种机制的协同作用加速表面破坏；械两种机制的协同作用加速表面破坏； 氧化层致密氧化层致密能起减摩作用，如钛合金、镍铬铝能起减摩作用，如钛合金、镍铬铝合金在高温下的微动磨损，氧化作用缓解了机合金在高温下的微动磨损，氧化作用缓解了机械摩擦导致的损伤。械摩擦导致的损伤。杜永平杜永平微动磨损微动磨损（3）微动磨损的稳态阶段）微动磨损的稳态阶段 稳态阶段是微动磨损的主要阶段，用它来评价稳态阶段是微动磨损的主要阶段，用它来评价材料的耐磨性是合理的。材料的耐磨性是合理的。 1973年年N.P.Suh提出磨损剥层理论后，才统一了提出磨损剥层理论后，才

29、统一了认识：认识： 微动是相对运动速度较低的滑动，它符合剥层微动是相对运动速度较低的滑动，它符合剥层理论中提到的假设：磨屑呈片状离开母体材料理论中提到的假设：磨屑呈片状离开母体材料表面，屑片的厚度为表面，屑片的厚度为110m，长度为，长度为2050m ； 稳态阶段哪种磨损机制占主导地位呢？稳态阶段哪种磨损机制占主导地位呢？杜永平杜永平微动磨损微动磨损 微动磨损观察到磨痕为平底浅坑；微动磨损观察到磨痕为平底浅坑； N.P.Suh认为在交变应力较低时，形成亚表认为在交变应力较低时，形成亚表面裂纹所需要的循环次数多，直到裂纹萌生面裂纹所需要的循环次数多，直到裂纹萌生并扩展至一定长度后才会产生磨屑；并

30、扩展至一定长度后才会产生磨屑； 在考虑粘着、磨粒磨损机制的同时应该注意在考虑粘着、磨粒磨损机制的同时应该注意剥层理论的作用。剥层理论的作用。 但是，但是，N.P.Suh的剥层理论未能说明裂纹是的剥层理论未能说明裂纹是否首先在亚表层形成。否首先在亚表层形成。 杜永平杜永平微动磨损微动磨损4. 微动疲劳微动疲劳（1）微动疲劳的特征与诊断）微动疲劳的特征与诊断 微动疲劳是指因微动而萌生裂纹源，并在交变微动疲劳是指因微动而萌生裂纹源，并在交变应力下裂纹扩展而导致疲劳断裂的破坏形式。应力下裂纹扩展而导致疲劳断裂的破坏形式。诊断：诊断：只要断口具有疲劳破坏特征，裂纹源发生只要断口具有疲劳破坏特征，裂纹源发

31、生于微动磨痕，裂纹扩展呈现阶段性即可确于微动磨痕，裂纹扩展呈现阶段性即可确认为微动疲劳破坏。认为微动疲劳破坏。特征一：特征一：疲劳断裂源必然出现在微动接触区或其疲劳断裂源必然出现在微动接触区或其影响区内。影响区内。特征二：特征二：裂纹扩展的阶段性。裂纹扩展的阶段性。杜永平杜永平微动磨损微动磨损（2）微动疲劳曲线（交变应力与循环周次曲线）微动疲劳曲线（交变应力与循环周次曲线） 只有达到一定的微只有达到一定的微动循环次数时才能导动循环次数时才能导致疲劳强度的降低。致疲劳强度的降低。低于此值时，微动的低于此值时，微动的影响不明显。影响不明显。 而微动造成疲劳强度明显下降，并降低于一而微动造成疲劳强度

32、明显下降，并降低于一确定值后即使微动过程继续进行，疲劳强度也确定值后即使微动过程继续进行，疲劳强度也不再进不再进步下降。步下降。 杜永平杜永平微动磨损微动磨损（3）微动疲劳裂纹的萌生与扩展）微动疲劳裂纹的萌生与扩展微动疲劳裂纹萌生和扩展大致经过几个阶段：微动疲劳裂纹萌生和扩展大致经过几个阶段： 出现裂纹源；出现裂纹源； 微裂纹萌生；微裂纹萌生； 微裂纹生长；微裂纹生长； 宏观裂纹出现；宏观裂纹出现； 宏观裂纹扩展。宏观裂纹扩展。 从微观应力场分布可以看出：微动时，在接触从微观应力场分布可以看出：微动时，在接触中心部分因过高的法向压力导致摩擦力大于切向中心部分因过高的法向压力导致摩擦力大于切向力

33、力（fpq）而处于而处于静止静止状态；边缘地区由于状态；边缘地区由于 fpq而产生局部而产生局部滑动滑动，疲劳裂纹就在该处萌生。，疲劳裂纹就在该处萌生。杜永平杜永平微动磨损微动磨损微动摩擦力和疲劳应力的协同作用将导致裂纹微动摩擦力和疲劳应力的协同作用将导致裂纹的萌生和加速其扩展。的萌生和加速其扩展。拐点是微动作用的终止点拐点是微动作用的终止点疲劳裂纹扩展的起始点疲劳裂纹扩展的起始点杜永平杜永平微动磨损微动磨损随后的疲劳裂纹只受交变应力的支配而扩展，随后的疲劳裂纹只受交变应力的支配而扩展，其扩展速度降低。一般来说，当微动疲劳裂纹深其扩展速度降低。一般来说，当微动疲劳裂纹深入到表面入到表面1mm后

34、，其扩展和断裂过程将完全按一后，其扩展和断裂过程将完全按一般的疲劳规律进行。般的疲劳规律进行。杜永平杜永平微动磨损微动磨损三、影响微动磨损的因素三、影响微动磨损的因素1. 材料性能材料性能 金属材料摩擦的抗粘着磨损能力越大，抗微金属材料摩擦的抗粘着磨损能力越大，抗微动磨损的能力也较强。动磨损的能力也较强。2. 微滑动距离微滑动距离 微动磨损量随滑动距离的增大而增大。微动磨损量随滑动距离的增大而增大。3. 载荷载荷 在微滑动距离一定的条件下，微动磨损量随在微滑动距离一定的条件下，微动磨损量随载荷的增加而增加，但超过某一极大值后又载荷的增加而增加，但超过某一极大值后又不断减小。不断减小。杜永平杜永

35、平微动磨损微动磨损4. 相对湿度相对湿度 微动磨损量随相对湿度的增大而降低。如对微动磨损量随相对湿度的增大而降低。如对钢铁而言，相对湿度大于钢铁而言，相对湿度大于50%时，表面生成时，表面生成Fe2O3H2O薄膜，他比通常的薄膜，他比通常的Fe2O3软，具有软，具有较低的磨损率。较低的磨损率。5. 振动频率与振幅振动频率与振幅 在大气中，振幅很小时（如在大气中，振幅很小时（如0.012mm），钢），钢的微动磨损量基本与振动频率无关，但在较的微动磨损量基本与振动频率无关，但在较大振幅时，随振动频率的增加，微动磨损量大振幅时，随振动频率的增加，微动磨损量有减小的倾向。有减小的倾向。 杜永平杜永平微

36、动磨损微动磨损6. 温度温度随温度的增高，微动磨损量增大。随温度的增高，微动磨损量增大。 四、影响微动疲劳的因素四、影响微动疲劳的因素1. 法向压力法向压力疲劳强度随着微动处疲劳强度随着微动处承受的法向压力的增承受的法向压力的增加而下降。当压力达加而下降。当压力达到一定数值时，疲劳到一定数值时，疲劳强度基本不变。强度基本不变。 杜永平杜永平微动磨损微动磨损 疲劳强度随振幅的增大而减小。当达到一临界疲劳强度随振幅的增大而减小。当达到一临界值时，微动疲劳寿命达到最低值，此后随振幅继值时，微动疲劳寿命达到最低值，此后随振幅继续增大寿命反而延长。续增大寿命反而延长。 2. 微动振幅微动振幅 振幅的增加

37、为表面创造更多振幅的增加为表面创造更多的损伤和萌生裂纹的机会。的损伤和萌生裂纹的机会。当振幅较大时，受影响的面当振幅较大时，受影响的面积增大，表面切应力会下降，积增大，表面切应力会下降，一些刚萌生的浅裂纹有可能一些刚萌生的浅裂纹有可能被磨掉，故材料疲劳强度又被磨掉，故材料疲劳强度又提高了。提高了。杜永平杜永平微动磨损微动磨损环境气氛主要包括湿度及氧化。环境气氛主要包括湿度及氧化。3. 环境气氛环境气氛 氧化作用虽然可以减少微动面上的初期粘着，但氧化作用虽然可以减少微动面上的初期粘着，但对裂纹却有可能起加速扩展的作用。对裂纹却有可能起加速扩展的作用。 湿度因材料而异，湿湿度因材料而异，湿度增大会加速裂纹的度增大会加速裂纹的萌生与扩展。耐蚀材萌生与扩展。耐蚀材料，微动疲劳几乎不料，微动疲劳几乎不受环境影响，而不耐受环境影响，而不耐蚀材料则主要决定于蚀材料则主要决定于介质的作用。介质的作用。