材料力學性能金屬磨損和接觸疲勞教學課件

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1、第七章金屬磨損和接觸疲勞機器運轉時，相互接觸的機器零件總要相互運動，產生滑動、滾動、滾動＋滑動，都會產生摩擦，引起磨損。如：軸與軸承、活塞環(huán)與氣缸、十字頭與滑塊、齒輪與齒輪之間經常因磨損和接觸疲勞，造成尺寸變化，表層剝落，造成失效。有摩擦必將產生磨損，磨損是摩擦的必然結果。1磨損是降低機器和工具效率、精確度甚至使其報廢的重要原因，也是造成金屬材料損耗和能源消耗的重要原因。據(jù)不完全統(tǒng)計，世界能源的1／3～1／2消耗于摩擦，大約80％的機件失效是磨損引起的。汽車傳動件的磨損和接觸疲勞是汽車報廢的主要原因，所以，耐磨成了汽

2、車檔次的一個重要指標。研究磨損規(guī)律，提高機件耐磨性，對節(jié)約能源，減少材料消耗，延長機件壽命具有重要意義。2§7-1磨損概念一、摩擦與磨損現(xiàn)象1、金屬表面形貌和性質⑴金屬表面形貌◆金屬表面無論經過何種精密加工，表面總不會是完全平滑的?！舯砻嬗刹ǚ搴筒ü冉M成，峰骨起伏程度越大，表面越粗糙?！魧δp來說，除峰高和谷深對磨損有影響外，峰頂?shù)那拾霃?、坡度以及谷的形狀也有很重要的影響。如圖所示3⑵金屬表面的結構和組織金屬表面因加工過程和處于其中的介質不同，使金屬表面有不同的結構和組織。如圖所示◆在最表面因環(huán)境中的油污、灰塵等形

3、成的污染膜，厚度可達幾百埃；◆因加工過程中的熱量和塑性變形產生的加工變質層（又稱畢氏層）。磨削量越大，冷卻條件越差，則此層越厚，精磨達0.055μm，粗車可達10μm；◆由于與空氣中氧作用生成金屬氧化膜，其厚度可達100～200埃；4◆由于表面的原子與金屬基體內部的原子所處環(huán)境不同，具有較高的能量。因此，對周圍介質中存在的分子有較強的吸引力，通過物理或化學的吸附形成氣體分子或液體分子吸附層。該層厚度可從幾十埃到幾千埃之間變化；◆在金屬表面內部有塑性變形層（金相觀察時，稱擾亂層），厚度及變形程度視變形能量不同而變化；◆

4、金屬表面層還存在著殘余應力。表面的復雜結構和組織殘余應力均對磨損產生影響。如氧化膜可減少磨損，殘余應力加劇磨損。52、摩擦兩個相互接觸的物體作相對運動或有相對運動趨勢時，接觸表面之間就會出現(xiàn)一種阻礙運動或運動趨勢的力，這種現(xiàn)象成為摩擦。這種作用在物體上并與物體運動方向相反的阻力稱為摩擦力。最早根據(jù)干摩擦的試驗，得到摩擦力F正比于兩物體之間的正壓力（法線方向）N的經典摩擦定律，即F=μN，式中μ稱為摩擦系數(shù)。這個定律只對低速度、低載荷的干摩擦情況是正確的，然而在許多場合下還是被廣泛應用。6摩擦力來源于兩個方面：◆因微觀

5、表面凸凹不平，實際接觸面積極少(大致在1/10000～1/10的范圍內變化)，這部分的接觸應力很大，造成塑性變形而引起表面膜（潤滑油膜和氧化膜等）的破裂，促使兩種金屬原子結合（冷焊）；◆由于微觀表面凸凹不平，導致一部分阻止另一部分運動（機械阻力）。要使物體繼續(xù)移動，就必須克服這兩部分阻力。7用來克服摩擦力所做的功一般都是無用功，在機械運動中常以熱的形式散發(fā)出去，使機械效率降低。減小摩擦偶件的摩擦系數(shù)，可以降低摩擦力，即可以保證機械效率，又可以減少機件磨損。而要求增加摩擦力的情況也很多，在某些情況下卻要求盡可能增大摩擦

6、力，如車輛的制動器、摩擦離合器等。8潤?滑摩擦吸收了機器中的大量功，這部分功大多在滑動表面上轉化為熱，它可以損傷甚至熔化軸承，為使摩擦力最小，需使接觸表面盡可能容易地滑動。要做到這點，一種顯而易見的辦法是在接觸部分涂抹上一層物質，它即能承受軸承的表面壓力，以防止原子-原子間的接觸，又應該容易切過自身，從而減小摩擦阻力。93、磨損⑴定義：機件表面接觸并作相對運動時，表面逐漸有微小顆粒分離出來形成磨屑（松散的尺寸與形狀均不相同的碎屑），使表面材料逐漸損失（導致機件尺寸變化、重量損失）、造成表面損傷的現(xiàn)象，稱為磨損。摩擦和

7、磨損是物體相互接觸并作相對運動時伴生的兩種現(xiàn)象，摩擦是磨損的原因，磨損是摩擦的必然結果。10⑵磨損是一個復雜的過程：磨屑的形成是金屬表面變形和斷裂過程。金屬磨損是發(fā)生在兩相對運動的表面之間的一個非常復雜的過程?！舢攦蓚€相互接觸的物體在壓力作用下，金屬表面發(fā)生彈性變形及塑性流動時，使表面膜破壞，暴露出未經任何氧化及被油污染的金屬。這部分原子之間的活性特別強，很容易粘合（冷焊）在一起?！粼谇邢蛄Φ淖饔孟聲魯?，并粘附在其中一個表面上，而去磨另一表面。11◆如果粘附現(xiàn)象發(fā)展的很嚴重，驅動力無法將其克服，就會發(fā)生咬合現(xiàn)象(如

8、生產中的抱軸)?！舢斔俣然蜉d荷高時，摩擦表面溫度會升高，使表面層發(fā)生回火，甚至二次淬火。同時周圍介質中的氧和氮以及潤滑油中的碳會向金屬內擴散，形成固溶體或化合物，并使其變脆而脫落，脫落的顆粒成為磨粒又可能去磨損摩擦表面。所以磨損的過程不是簡單的力學過程，而是物理的、力學的和化學過程極為復雜的綜合，是極為錯綜復雜的過程。12⑶影響磨損的因素：摩擦