4-材料磨损与耐磨材料(第3章疲劳磨损课件)4解析
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第三章磨损及磨损理论ppt课件
➢ 粘着强度大于摩擦副中较软金属的剪切强度，小于较 硬金属的剪切强度；
➢ 剪切破坏发生在离粘着结合面不远的较软金属浅层内， 软金属涂抹(粘附)在硬金属表面上；
➢ 摩擦系数与轻微磨损差不多，但磨损程度加剧。
c.擦伤
➢ 粘着强度比摩擦副的两基体金属的剪切强度都高； ➢ 剪切主要发生在软金属的亚表层内，有时也发生在硬
“雪亮工程"是以区（县）、乡（镇） 、村（ 社区） 三级综 治中心 为指挥 平台、 以综治 信息化 为支撑 、以网 格化管 理为基 础、以 公共安 全视频 监控联 网应用 为重点 的“群 众性治 安防控 工程” 。
Ⅲ 剧烈磨损阶段：当材料磨损量达到一定数值时， 摩擦条件发生较大的变化，磨损速度急剧增加。 这时机械效率下降，精度降低，出现异常的噪音 及振动，最后导致零件完全失效。 ** 从磨损过程的变化来看，为了提高机器零件的 使用寿命，应尽量延长“稳定磨损阶段”。
单位滑动距离的磨损量，横坐标 代表平均接触压力。
压力值小于H/3（σs ），磨损率小而且保持不变(即K保
持常数-磨损量与压力成正比)；
压力值为H/3，各个微凸体上的塑性变形区开始发生相
互影响；
压力值超过H/3，磨损量急剧增大(K值急剧增大)，高
的载荷作用下，整个表面变成塑性流动区，发生大面 积的粘着焊连，出现剧烈的粘着磨损。
a.轻微磨损
➢ 粘着强度比摩擦副两金属基体剪切强度低； ➢ 剪切发生在粘着结合面上，表面转移的材料较轻
微；
➢ 摩擦系数增大，但磨损量很小； ➢ 金属表面具有氧化膜、硫化膜或其他涂层时发生
轻微粘着摩损。
b.涂抹 “雪亮工程"是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。
➢ 剪切破坏发生在离粘着结合面不远的较软金属浅层内， 软金属涂抹(粘附)在硬金属表面上；
➢ 摩擦系数与轻微磨损差不多，但磨损程度加剧。
c.擦伤
➢ 粘着强度比摩擦副的两基体金属的剪切强度都高； ➢ 剪切主要发生在软金属的亚表层内，有时也发生在硬
“雪亮工程"是以区（县）、乡（镇） 、村（ 社区） 三级综 治中心 为指挥 平台、 以综治 信息化 为支撑 、以网 格化管 理为基 础、以 公共安 全视频 监控联 网应用 为重点 的“群 众性治 安防控 工程” 。
Ⅲ 剧烈磨损阶段：当材料磨损量达到一定数值时， 摩擦条件发生较大的变化，磨损速度急剧增加。 这时机械效率下降，精度降低，出现异常的噪音 及振动，最后导致零件完全失效。 ** 从磨损过程的变化来看，为了提高机器零件的 使用寿命，应尽量延长“稳定磨损阶段”。
单位滑动距离的磨损量，横坐标 代表平均接触压力。
压力值小于H/3（σs ），磨损率小而且保持不变(即K保
持常数-磨损量与压力成正比)；
压力值为H/3，各个微凸体上的塑性变形区开始发生相
互影响；
压力值超过H/3，磨损量急剧增大(K值急剧增大)，高
的载荷作用下，整个表面变成塑性流动区，发生大面 积的粘着焊连，出现剧烈的粘着磨损。
a.轻微磨损
➢ 粘着强度比摩擦副两金属基体剪切强度低； ➢ 剪切发生在粘着结合面上，表面转移的材料较轻
微；
➢ 摩擦系数增大，但磨损量很小； ➢ 金属表面具有氧化膜、硫化膜或其他涂层时发生
轻微粘着摩损。
b.涂抹 “雪亮工程"是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。
摩擦与磨损全课件第章耐磨减摩材料及表面处理解析
2. 制造耐磨零件的常用钢种
① 优质碳素结构钢 ② 锰钢、锰钒钢及锰钼钨钢 ③ 铬钢 ④ 铬镍钢及铬镍钼钢 ⑤ 铬锰钢 ⑥ 含硅合金钢 ⑦ 轴承钢 ⑧ 高锰钢
6.1.3 耐磨铸铁
铸铁是一种良好的耐磨材料，广泛用于制造各 种摩擦副，如机床导轨、气缸套、活塞环等零 件。
铸铁的耐磨性通常比钢好，因为有石墨存在。 ① 工作时，石墨易在表面脱落成为润滑剂，起减
⑤ 铅青铜浇铸时，易产生比重偏析。为此，可加入适量的 镍、锑等元素，阻止铅的积聚；同时可增大冷却速度， 以减轻比重偏析。
4.铝基轴承合金
铝基轴承合金是随着近代发动机向高速、高压、 重载方向发展而出现的一种新型滑动轴承合金。
优点：密度小、导热性好、承载强度和疲劳强度 高，且有高的高温硬度，优良的耐蚀性和减摩性。
特点：有高的疲劳强度和承载压强，良好的耐磨、 耐热和耐蚀性。
可用于载荷变动大、有冲击载荷及润滑条件易受 破坏的动力机械上的轴承材料。如高速大功率内 燃机车、重型汽车和拖拉机的轴承。
5.多层合金减摩材料
上述各类合金可分别与低碳钢带一起轧制复合成 双金属轴承材料。
为改善表面性能，可在减摩合金表面再镀一层质 软而薄的金属层，构成三层减摩合金材料。
塑性变形能力，以减少安装和制造误差的影响。 嵌藏性是指油中杂质和外来的微粒能嵌入减摩合 金内而不至于划伤轴颈表面。
4)足够的强度。即有一定抗塑性变形的能力和良 好的抗疲劳性。
5)良好的物理、化学性能。如应有高的导热性和 热容量，热膨胀系数小，耐蚀性好，湿润性和亲 油性好等。
6) 工艺性好，生产工艺简单，成本低。
① 加入硅、锰、铬能提高硬度。
② 钼、钒、钨会部分溶于钢中生成M3C或M7C3形 化合物，提高耐磨性。
材料磨损与耐磨材料绪论课件
——法国科F学=家μ阿·N蒙顿Amontons摩擦定律
14
摩擦学经典理论
1785 年：库仑Charles Augustin Coulomb（1736-1806) —动、静摩擦研究；
15
摩擦学经典理论
1785 年：库仑Charles Augustin Coulomb（1736-1806） ——动、静摩擦研究
16
摩擦学经典理论
1785 年：库仑C.A.Coulomb 对摩擦起因的解释：他猜想在相对运动中， 一表面的微凸体沿其相对表面微凸体的斜 坡爬升，摩擦力即和这种爬升运动中所做 的功有关。
17
1785 年：C.A.Coulomb
18
摩擦学经典理论
1881 年： Heinrich Hertz （1857-
53
废旧机电产品循环利用法 ---再制造工程
机械制造业是矿产资源的最大使用者， 是能源的最大消耗者，是有害气体和 废水的最大排放者。机电产品更新换 代频率加快，一方面造成了自然资源 的日益匮乏，另一方面造成了机电产 品报废数量激增。
54
废旧机电产品循环利用法 ---再制造工程
近几年全球每年至少有2600万辆汽 车报废，发达国家目前已有1.25亿 台旧计算机废弃不用，世界废弃电 脑很快就将达到6.8亿台。
27
摩擦磨损与国民经济
参照德、美和加拿大等国调查结果，即摩 擦学知识的工业应用每年可节约的费用约 占GNP的1～1. 4％，若取平均值(1.2％)， 按我国2003年GNP为11.66万亿元估算， 2003年我国全国工矿企业在摩擦学上的节 约潜力约1400亿元。
28
摩擦磨损与国民经济
我国2007年GDP246619亿元，在摩擦磨损 润滑方面的节约潜能约2959亿元。这说明重 视摩擦学的研究、应用所产生的效益巨大。
14
摩擦学经典理论
1785 年：库仑Charles Augustin Coulomb（1736-1806) —动、静摩擦研究；
15
摩擦学经典理论
1785 年：库仑Charles Augustin Coulomb（1736-1806） ——动、静摩擦研究
16
摩擦学经典理论
1785 年：库仑C.A.Coulomb 对摩擦起因的解释：他猜想在相对运动中， 一表面的微凸体沿其相对表面微凸体的斜 坡爬升，摩擦力即和这种爬升运动中所做 的功有关。
17
1785 年：C.A.Coulomb
18
摩擦学经典理论
1881 年： Heinrich Hertz （1857-
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废旧机电产品循环利用法 ---再制造工程
机械制造业是矿产资源的最大使用者， 是能源的最大消耗者，是有害气体和 废水的最大排放者。机电产品更新换 代频率加快，一方面造成了自然资源 的日益匮乏，另一方面造成了机电产 品报废数量激增。
54
废旧机电产品循环利用法 ---再制造工程
近几年全球每年至少有2600万辆汽 车报废，发达国家目前已有1.25亿 台旧计算机废弃不用，世界废弃电 脑很快就将达到6.8亿台。
27
摩擦磨损与国民经济
参照德、美和加拿大等国调查结果，即摩 擦学知识的工业应用每年可节约的费用约 占GNP的1～1. 4％，若取平均值(1.2％)， 按我国2003年GNP为11.66万亿元估算， 2003年我国全国工矿企业在摩擦学上的节 约潜力约1400亿元。
28
摩擦磨损与国民经济
我国2007年GDP246619亿元，在摩擦磨损 润滑方面的节约潜能约2959亿元。这说明重 视摩擦学的研究、应用所产生的效益巨大。
第3章金属磨损ppt课件
pv准则
pv准则形式简单，常用在非流体润滑的滑动轴承等零件的 设计中，作为选择抗胶合材料的依据。 但是其数据离散范围较大，有时达到50%，因此准确性较 差。
pv [ pv]
式中，p为Hertz最大应力；v为相对滑动速度。 根据工况条件[pv]在3.2×103~1.5×105 MPa·m／s之间变化。
载荷与速度的乘积与摩擦副间传递的功率成正比，因此可 以认为，材料一定的摩擦副传递的功率是有限的。工程中 常常要限制摩擦副的pv值。
2. 表面温度
pv值与摩擦副传递的功率成正比，也就是与摩擦损耗的功 率成正比，摩擦过程中这些能量产生的热使表面温度升高。
产生的热量在接触表面间不是均匀分布的，大部分的热量 产生在表面接触点附近，形成了半球形的等温面。
而由于摩擦副体积远大于接触峰点，一旦脱离接触，峰点 温度便迅速下降，一般局部高温持续时间只有几毫秒。
润滑油膜、吸附膜或其他表面膜将发生破裂，使接触峰点 产生粘着，随后在滑动中粘着结点破坏。
这种粘着、破坏、再粘着的交替过程就构成粘着磨损。
3.3.1 粘着磨损的种类
1. 轻微粘着磨损 当粘着结点的强度低于摩擦副金属的强度时，剪切发生在
对于纯金属和各种未经热处理的钢材，耐磨性与材料硬度成 正比关系。
2. 相对硬度
磨料硬度H0与试件材料硬度H之间的相对值。 为了防止磨粒磨损，材料硬度应高于磨料硬度。
3. 载荷
外载荷对各种材料的磨粒磨损有显著影响。线磨损率与表面 压力成正比。
当压力达到转折值pc时，线磨损率随压力的增加变得平缓， 这是由于磨粒磨损形式转变的结果。各种材料的转折压力值 是不同的。
结合面上。此时虽然摩擦系数增大，但是磨损却很小，材料 迁移也不显著。
材料磨损与耐磨材料ppt课件
若在犁沟时全部沟槽中的体积都被推向两侧和 前缘而不产生切屑，则称为犁皱。犁沟或犁皱后堆积在 两侧和前缘的材料以及沟槽中的材料，在受到随后的磨 粒作用时，可能把已堆积的材料压平，也可能使已变形 的沟底材料再一次犁皱变形，如此反复塑变，导致材料 产生加工硬化或其他强化作用最终剥落而成为磨屑3。1
X
X
犁皱
4
硬颗粒或凸出物一般为：非金属材料，如石英砂、矿 石等，也可能是金属，如落入齿轮间的金属屑等。
磨粒磨损几乎没有一种是单一磨损机理引起的，经常 是多种磨损机制综合作用的结果，而且随着磨损条件 的变化，可能从一种机制转化为另一种机制。
5
磨粒磨损Abrasion (Abrasive Wear)的2个层次：
（5）根据相对硬度
软磨粒磨粒磨损：Hm/Ha>0.8
硬磨粒磨粒磨损： Hm/Ha<0.8 a：磨粒 m: 材料
（6）根据表面损伤形貌 擦伤型磨粒磨损 刮伤型磨粒磨损 研磨型磨粒磨损 凿削型磨粒磨损 犁皱型磨粒磨损 微观裂纹型磨粒磨损
（7）根据磨损机理 塑性变形磨粒磨损
17
断裂磨粒磨损
§3.2 磨粒磨损
当磨粒形状与运动方向适当时，磨粒如同刀具一样， 在表面进行切削形成切屑。但这种切削的宽度和深度 都很小，因此切屑也很小，称为微观切削。
25
§3.2.3 磨粒磨损基本模型与原理
在显微镜下观察，这些微观切屑仍具有机床上切屑的 特点，即一面较光滑，另一面则有滑动的台阶，有些 还发生卷曲现象。
微观切削
1
2
ห้องสมุดไป่ตู้
3
4
5
6
13
§3.2.2 磨粒磨损的分类
（2）根据使用条件，还有如下分类： 冲击磨粒磨损：磨粒（通常是块状）垂直或以一定
X
X
犁皱
4
硬颗粒或凸出物一般为：非金属材料，如石英砂、矿 石等，也可能是金属，如落入齿轮间的金属屑等。
磨粒磨损几乎没有一种是单一磨损机理引起的，经常 是多种磨损机制综合作用的结果，而且随着磨损条件 的变化，可能从一种机制转化为另一种机制。
5
磨粒磨损Abrasion (Abrasive Wear)的2个层次：
（5）根据相对硬度
软磨粒磨粒磨损：Hm/Ha>0.8
硬磨粒磨粒磨损： Hm/Ha<0.8 a：磨粒 m: 材料
（6）根据表面损伤形貌 擦伤型磨粒磨损 刮伤型磨粒磨损 研磨型磨粒磨损 凿削型磨粒磨损 犁皱型磨粒磨损 微观裂纹型磨粒磨损
（7）根据磨损机理 塑性变形磨粒磨损
17
断裂磨粒磨损
§3.2 磨粒磨损
当磨粒形状与运动方向适当时，磨粒如同刀具一样， 在表面进行切削形成切屑。但这种切削的宽度和深度 都很小，因此切屑也很小，称为微观切削。
25
§3.2.3 磨粒磨损基本模型与原理
在显微镜下观察，这些微观切屑仍具有机床上切屑的 特点，即一面较光滑，另一面则有滑动的台阶，有些 还发生卷曲现象。
微观切削
1
2
ห้องสมุดไป่ตู้
3
4
5
6
13
§3.2.2 磨粒磨损的分类
（2）根据使用条件，还有如下分类： 冲击磨粒磨损：磨粒（通常是块状）垂直或以一定
材料摩擦磨损ppt课件
“金属皂膜”不仅有较低的切变强度，相对说来 也有比较高的熔点。
例如，硬脂酸的熔点是69℃，而这种金属
皂膜的熔点约为120℃。因此，这种化学吸附膜
作为润滑剂，可以在中等裁荷、中等温度及中
等滑动速度下使用。
精选课件ppt
30
硬脂酸化学吸附
吸附结果是表面上形成了一层硬脂酸“金属皂
膜”
精选课件ppt
31
化学反应
物理吸附无需活化能，在任何温度下都会以一定的
速率，即以使吸附物布满固体表面的速率发生物理吸附。
精选课件ppt
26
表面化学反应
表面化学反应是指吸附质与固体表面相互作用形成 了一种新的化合物。这时无论是吸附质还是吸附剂的特 性都发生了根本变化。
金属表面特别是多晶体金属表面往往包含有很多 缺陷：晶界、位错、台阶等，这些部位能量高，氧化 也就往往从这些高能位置开始，一直到将表面覆盖。
E(r)4ab12b6 r r
ＱP 表示吸附能（吸附热），r0 中吸附分子在平
衡时离开表面的距离 。
精选课件ppt
24
化学吸附
化学吸附，在吸附剂和吸附 物的原子或分子间发生电子 的转移，改变了吸附分子的 结构。
按照吸附过程中电子转移 的程度，化学吸附还可以 分为，离子吸附和化学键 吸附。在化学吸附中，吸 附剂和吸附物分子或原子 之间的作用力，主要是静 电库仑力。
面缺由陷于：界晶面体特的殊缺的陷结若构主和要界是面沿能二量维，方使向得伸界展面开有来许， 而多在与另晶体一内维部方不向同上的的性尺质寸。变例化如相，对界地面甚的小扩，散则、称界为面面 缺吸陷附。、界各面种腐界蚀面、如界晶面体与表位面错、的晶相界互、作亚用晶等界，及并相对界材等 都料是的面机缺械陷性，能它（们强通度常、只韧有性一）个以至及几对个变原形子、层再厚结。晶和 相变过程等都有重要影响。
例如，硬脂酸的熔点是69℃，而这种金属
皂膜的熔点约为120℃。因此，这种化学吸附膜
作为润滑剂，可以在中等裁荷、中等温度及中
等滑动速度下使用。
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30
硬脂酸化学吸附
吸附结果是表面上形成了一层硬脂酸“金属皂
膜”
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31
化学反应
物理吸附无需活化能，在任何温度下都会以一定的
速率，即以使吸附物布满固体表面的速率发生物理吸附。
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26
表面化学反应
表面化学反应是指吸附质与固体表面相互作用形成 了一种新的化合物。这时无论是吸附质还是吸附剂的特 性都发生了根本变化。
金属表面特别是多晶体金属表面往往包含有很多 缺陷：晶界、位错、台阶等，这些部位能量高，氧化 也就往往从这些高能位置开始，一直到将表面覆盖。
E(r)4ab12b6 r r
ＱP 表示吸附能（吸附热），r0 中吸附分子在平
衡时离开表面的距离 。
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24
化学吸附
化学吸附，在吸附剂和吸附 物的原子或分子间发生电子 的转移，改变了吸附分子的 结构。
按照吸附过程中电子转移 的程度，化学吸附还可以 分为，离子吸附和化学键 吸附。在化学吸附中，吸 附剂和吸附物分子或原子 之间的作用力，主要是静 电库仑力。
面缺由陷于：界晶面体特的殊缺的陷结若构主和要界是面沿能二量维，方使向得伸界展面开有来许， 而多在与另晶体一内维部方不向同上的的性尺质寸。变例化如相，对界地面甚的小扩，散则、称界为面面 缺吸陷附。、界各面种腐界蚀面、如界晶面体与表位面错、的晶相界互、作亚用晶等界，及并相对界材等 都料是的面机缺械陷性，能它（们强通度常、只韧有性一）个以至及几对个变原形子、层再厚结。晶和 相变过程等都有重要影响。
摩擦、磨损与润滑概述ppt课件
边境摩擦：
1、概念： 摩擦外表被吸附在外表的边境膜隔开，但有相当多的不平凸
峰接触，摩擦性质取决于边境膜和外表的吸附性能的摩擦。
2、摩擦模型：极性原子团
①、单层分子边境膜： ②、多层分子边境膜：
3、边境膜的分类与机理： ①
②
吸附膜 反响膜
物理吸附膜 化学吸附膜
度构的子成学化〔成边吸物键学光1化境光引理光5力吸滑合膜0滑力吸滑作附～剂物。济作附剂用膜2中，在0用膜与而。0的即有°下。金吸脂在硫〕，属附肪光、下紧外在酸滑氯，贴表金分剂、与于接属子和磷金金触外的金时属属时表极属，起外，上性界并化表在，分面在学上两构子处较反，者成受构高响即分的化成温，构
R —0.两4 粗糙 面3的.0综合不平混度合摩擦
3～4
流体摩擦
( 1 时，不平度凸峰为总载荷的30%)
流体摩擦：
1、定义：
当两摩擦面间的油膜厚度大到足以将两外表的不平凸峰完全 分开，这种摩擦叫液体摩擦。
2、特点：
3～4
①、油分子大都不受金属外表的吸附作用的支配，而能完全挪动。
②、摩擦表现为粘性 ，f≈ 0.001～0.008，无磨损 (理想摩擦形状)。
流体中所夹带的硬质物质或颗 粒，在流体冲击力作用下而在摩擦 外表引起的磨损。
磨损分类：
磨粒磨损 (简称磨损)
疲劳磨损 (也称点蚀)
腐蚀磨损：
粘附磨损 (也称胶合)
冲蚀磨损 腐蚀磨损
摩擦外表资料在环境的化学或 电化学作用下引起腐蚀，在摩擦副 相对运动时所产生的磨损即为腐蚀 磨损。(汽缸套易发生)
磨损分类：
1、摩擦是引起能量损耗的主要缘由。 2、摩擦是呵斥资料失效和资料损耗的主要缘由。
3、摩擦学：
磨损知识 ppt课件
(1)表面性质发生变化：如硬化、相变或软化。
(2)表面膜变化：破坏表面膜，导致氧化膜或 其它形式化合物膜形成。
(3)润滑剂的性质发生变化：油膜氧化或热降 解，油膜离析，分子链位向消失。一般情况 下，温度升高，材料硬度下降，在不考虑其 它因素的作用时，摩擦表面容易产生粘着磨 损。
PPT课件
26
磨粒磨损
PPT课件
27
接 两体 硬磨料或硬表面微凸体与一 犁铧、水
触 磨损 个摩擦表面对磨的磨损
轮机轮叶
表 三体 磨粒介于两摩擦表面之间， 齿轮、滑
面 磨损 并在两表面间滑动
动轴承间
力 划伤 磨料的作用应力低于其压溃 犁铧、输 的 磨损 强度，材料表面被轻微划伤 送机溜槽
作 碾压 磨料与表面接触最大压应力 破碎滚筒
在表层深处，磨损颗粒大。 **脆性材料粘着结点的破坏主要剥落，损伤深度较
浅，磨损颗粒较小，容易脱落，不堆积于表面。 **根据强度理论：脆性材料的破坏由正应力引起，
塑性材料的破坏决定于切应力。表面接触中的最 大正应力作用在表面，最大切应力离表面有一定 深度，所以材料塑性越高，粘着磨损越严重。
PPT课件
工 一般磨损 正常条件下的磨料磨损 作 环 腐蚀磨损 腐蚀介质中的磨料磨损 境 热料磨损 高温工作下的磨料磨损
石英-钢材 矿石-钢
球磨机干磨 球磨机湿磨 泥浆泵等 各类机械 化工机械等 沸腾炉等
PPT课件
29
3 磨粒磨损机理
(1) 微观切削：法向载荷将磨料压入摩擦表面， 而滑动时的摩擦力通过磨料的犁沟作用使表面 剪切、犁皱和切削，产生槽状磨痕。
多出现在零件表面粗糙度低，相对滑动小，即摩 擦力小的情况下。 （a）裂纹产生于亚表层，该处切应力最大，塑性变 形最剧烈。 （b）在接触应力的反复作用下，塑性变形反复进行， 使材料局部弱化。
(2)表面膜变化：破坏表面膜，导致氧化膜或 其它形式化合物膜形成。
(3)润滑剂的性质发生变化：油膜氧化或热降 解，油膜离析，分子链位向消失。一般情况 下，温度升高，材料硬度下降，在不考虑其 它因素的作用时，摩擦表面容易产生粘着磨 损。
PPT课件
26
磨粒磨损
PPT课件
27
接 两体 硬磨料或硬表面微凸体与一 犁铧、水
触 磨损 个摩擦表面对磨的磨损
轮机轮叶
表 三体 磨粒介于两摩擦表面之间， 齿轮、滑
面 磨损 并在两表面间滑动
动轴承间
力 划伤 磨料的作用应力低于其压溃 犁铧、输 的 磨损 强度，材料表面被轻微划伤 送机溜槽
作 碾压 磨料与表面接触最大压应力 破碎滚筒
在表层深处，磨损颗粒大。 **脆性材料粘着结点的破坏主要剥落，损伤深度较
浅，磨损颗粒较小，容易脱落，不堆积于表面。 **根据强度理论：脆性材料的破坏由正应力引起，
塑性材料的破坏决定于切应力。表面接触中的最 大正应力作用在表面，最大切应力离表面有一定 深度，所以材料塑性越高，粘着磨损越严重。
PPT课件
工 一般磨损 正常条件下的磨料磨损 作 环 腐蚀磨损 腐蚀介质中的磨料磨损 境 热料磨损 高温工作下的磨料磨损
石英-钢材 矿石-钢
球磨机干磨 球磨机湿磨 泥浆泵等 各类机械 化工机械等 沸腾炉等
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3 磨粒磨损机理
(1) 微观切削：法向载荷将磨料压入摩擦表面， 而滑动时的摩擦力通过磨料的犁沟作用使表面 剪切、犁皱和切削，产生槽状磨痕。
多出现在零件表面粗糙度低，相对滑动小，即摩 擦力小的情况下。 （a）裂纹产生于亚表层，该处切应力最大，塑性变 形最剧烈。 （b）在接触应力的反复作用下，塑性变形反复进行， 使材料局部弱化。
4-材料磨损与耐磨材料(第3章疲劳磨损课件)4详解
13
§3.4.3 疲劳磨损的基本原理
• 疲劳磨损表面接触处应力的性质和数值变化趋势，可根 据赫兹理论判定。
14
§3.4.3 疲劳磨损的基本原理
最大剪应力是发生在离表面一定距离处。 a为接触区宽度的1/2。
点接触
线接触
其距离点接触是0.47a
对（线接触）是0.78a
• 滚动接触时，在交变应力的影响下，裂纹容易在这里 形核。
整体疲劳
平行于表面，或是与表面成一定角度 (约为10~30 °)，且只限于在表面层内扩展。
疲劳磨损
表面沿与外加应力成45°角的方向扩展， 超过两三个晶粒后，即转向与应力垂直的方向
9
§3.4.2 疲劳磨损与整体疲劳的区别
• 其二：
• 疲劳寿命
整体疲劳中，一般都存在明显的疲劳极限，即对某一种材料 都有一个应力极限，低于该极限，疲劳寿命可认为是无限的。
18
§3.4.3 疲劳磨损的基本原理
点蚀过程： （1）裂纹的开口迎向接触点： ①由于接触压力产生的高压油波以极高的速度进入裂
纹，对裂纹壁产生强大液体冲击，同时配对的接触表 面又可能将裂纹口封闭，使裂纹内的油压进一步增高， 从而使裂纹向纵深扩展。
点蚀裂纹扩展示意图 (裂纹方向迎向接触点)
19
§3.4.3 疲劳磨损的基本原理
计算更复杂，由于一系列的因素都会影响根据理想光 滑表面接触的假设条件(如材料是均匀的、各向同性的、 只发生弹性变形等)计算出来的结果。 这些因素包括：材料的不均匀性、材料表面的特征、 载荷分布及接触的不连续性、油膜建立情况、切向力 的大小等等。
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§3.4 疲劳磨损
• §3.4.1 疲劳磨损的实质 • §3.4.2 疲劳磨损与整体疲劳的区别 • §3.4.3 疲劳磨损的基本原理 • §3.4.4 疲劳磨损的影响因素
§3.4.3 疲劳磨损的基本原理
• 疲劳磨损表面接触处应力的性质和数值变化趋势，可根 据赫兹理论判定。
14
§3.4.3 疲劳磨损的基本原理
最大剪应力是发生在离表面一定距离处。 a为接触区宽度的1/2。
点接触
线接触
其距离点接触是0.47a
对（线接触）是0.78a
• 滚动接触时，在交变应力的影响下，裂纹容易在这里 形核。
整体疲劳
平行于表面，或是与表面成一定角度 (约为10~30 °)，且只限于在表面层内扩展。
疲劳磨损
表面沿与外加应力成45°角的方向扩展， 超过两三个晶粒后，即转向与应力垂直的方向
9
§3.4.2 疲劳磨损与整体疲劳的区别
• 其二：
• 疲劳寿命
整体疲劳中，一般都存在明显的疲劳极限，即对某一种材料 都有一个应力极限，低于该极限，疲劳寿命可认为是无限的。
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§3.4.3 疲劳磨损的基本原理
点蚀过程： （1）裂纹的开口迎向接触点： ①由于接触压力产生的高压油波以极高的速度进入裂
纹，对裂纹壁产生强大液体冲击，同时配对的接触表 面又可能将裂纹口封闭，使裂纹内的油压进一步增高， 从而使裂纹向纵深扩展。
点蚀裂纹扩展示意图 (裂纹方向迎向接触点)
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§3.4.3 疲劳磨损的基本原理
计算更复杂，由于一系列的因素都会影响根据理想光 滑表面接触的假设条件(如材料是均匀的、各向同性的、 只发生弹性变形等)计算出来的结果。 这些因素包括：材料的不均匀性、材料表面的特征、 载荷分布及接触的不连续性、油膜建立情况、切向力 的大小等等。
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§3.4 疲劳磨损
• §3.4.1 疲劳磨损的实质 • §3.4.2 疲劳磨损与整体疲劳的区别 • §3.4.3 疲劳磨损的基本原理 • §3.4.4 疲劳磨损的影响因素
金属材料磨损及耐磨材料
分析： 相互接触的两表面上的原子靠的极近，甚至进入斥 力场，在相互运动时就会产生能量损耗。当物体充 分接触时，原子将被排斥而其自然的趋势是回到原 来的位置上去，然而这是个似乎不可能的假说，即 原子可能被撞击出，并运动的足够远以致进入相对 表面的另一个原子场内，在这里得到新的平衡位置。 也就是说原子可以从一个物体表面上被另一个物体 表面俘获。
1.材料磨损的定义 2.材料磨损的分类及影响因素 3.低温合金耐磨钢
材料的磨损
材料接触表面在相对运动中由于机械作用、间或伴 有化学作用而产生的不断损耗现象。磨损一般来源 于摩擦，但磨损与摩擦力、摩擦系数之间的关系却 很复杂。在具体工作条件下影响磨损的因素很多， 其中有环境因素（湿度、温度和介质等)、润滑条件、 工作条件(载荷、速度和运动方式等)、材料的成分和 组织，以及工件表面的物理化学性质等。每一因素 稍有变化都会使磨损量改变，并可能改变磨损机理。
材料组织性能的影响提高材料疲劳寿命的关键是材料的纯度这就要就在材料的制备时减少非金属夹杂物气泡等另外增加奥氏体的含量会增加寿命残余奥氏体可以增加接触面积降低接触应力还会发生变形强化和应变诱发马氏体相变提高表面残余应力阻碍裂纹的萌生于发展
材料的磨损
史涛涛 10721436 2010.10.17
材料的磨损
THE
END
疲劳磨损的影响因素
1.材料组织性能的影响，提高材料疲劳寿命的关键是材 料的纯度，这就要就在材料的制备时减少非金属夹 杂物，气泡等，另外增加奥氏体的含量会增加寿命， 残余奥氏体可以增加接触面积，降低接触应力，还 会发生变形强化和应变诱发马氏体相变提高表面残 余应力，阻碍裂纹的萌生于发展。 2.强度的影响，材料的强度越高，裂纹就越难产生，所 以疲劳寿命就会长。
黏着磨损
1.材料磨损的定义 2.材料磨损的分类及影响因素 3.低温合金耐磨钢
材料的磨损
材料接触表面在相对运动中由于机械作用、间或伴 有化学作用而产生的不断损耗现象。磨损一般来源 于摩擦，但磨损与摩擦力、摩擦系数之间的关系却 很复杂。在具体工作条件下影响磨损的因素很多， 其中有环境因素（湿度、温度和介质等)、润滑条件、 工作条件(载荷、速度和运动方式等)、材料的成分和 组织，以及工件表面的物理化学性质等。每一因素 稍有变化都会使磨损量改变，并可能改变磨损机理。
材料组织性能的影响提高材料疲劳寿命的关键是材料的纯度这就要就在材料的制备时减少非金属夹杂物气泡等另外增加奥氏体的含量会增加寿命残余奥氏体可以增加接触面积降低接触应力还会发生变形强化和应变诱发马氏体相变提高表面残余应力阻碍裂纹的萌生于发展
材料的磨损
史涛涛 10721436 2010.10.17
材料的磨损
THE
END
疲劳磨损的影响因素
1.材料组织性能的影响，提高材料疲劳寿命的关键是材 料的纯度，这就要就在材料的制备时减少非金属夹 杂物，气泡等，另外增加奥氏体的含量会增加寿命， 残余奥氏体可以增加接触面积，降低接触应力，还 会发生变形强化和应变诱发马氏体相变提高表面残 余应力，阻碍裂纹的萌生于发展。 2.强度的影响，材料的强度越高，裂纹就越难产生，所 以疲劳寿命就会长。
黏着磨损
7-材料磨损与耐磨材料(第3章粘着磨损)4详解
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§3.1.2 粘着磨损一般规律
图(b)表示两个摩擦表面相对滑动时，由于摩擦力的 作用，在表层产生塑性流动(实线表示)，表层的缺陷 不断扩展。表面接触部位发生金属间的粘着。
17
§3.1.2 粘着磨损一般规律
图(c)表示表面层内的裂缝扩展到表面，金属从表面 撕裂下来，形成磨粒。一些金属粘着在另一个金属表 面。图(d)是磨损后形成的新表面。
2
Chapter 3: 材料的磨损机理
图(b)为磨粒磨损，主要特征是磨损表面有明显的 划痕或犁沟，磨损物为条状或切屑状，常见于农用犁 铧、斗齿等。
3
Chapter 3: 材料的磨损机理
图(c)是接触疲劳磨损，主要特征为磨损表面有裂 纹、小坑等，磨损产物为块状或饼状，通常在滚动轴 承、齿轮的表面发生较普遍。
将粘附对摩件金属，发生“金属转移”，即发生”物质 转移”。
在以后的摩擦过程中，附着物碾转于对磨件的表面之 间，有些粘附物在反复的摩擦中可能由金属表面脱落下 来→磨屑。
9
§3.1.1 粘着磨损的概念
粘着磨损也称咬合(胶合)磨损。磨损产物通常呈小 颗粒状，从一物体表面粘附到另一个物体表面上，然 后在继续的摩擦过程中，表面层发生断裂，有时还发 生反粘附．即被粘附到另一个表面上的材料又回到原 来的表面上，这种粘附反粘附往往使材料以自由磨屑 状脱落下来。粘着磨损产物可以在任意的循环中形成。 粘着以后的断裂分离，并不一定在最初的接触表面产 生。
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§3.1 粘着磨损
• §3.1.1 粘着磨损的概念 • §3.1.2 粘着磨损一般规律 • §3.1.3 粘着磨损分类 • §3.1.4 粘着磨损表达式与定律 • §3.1.5 影响粘着磨损的因素
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§3.1.2 粘着磨损一般规律
§3.1.2 粘着磨损一般规律
图(b)表示两个摩擦表面相对滑动时，由于摩擦力的 作用，在表层产生塑性流动(实线表示)，表层的缺陷 不断扩展。表面接触部位发生金属间的粘着。
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§3.1.2 粘着磨损一般规律
图(c)表示表面层内的裂缝扩展到表面，金属从表面 撕裂下来，形成磨粒。一些金属粘着在另一个金属表 面。图(d)是磨损后形成的新表面。
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Chapter 3: 材料的磨损机理
图(b)为磨粒磨损，主要特征是磨损表面有明显的 划痕或犁沟，磨损物为条状或切屑状，常见于农用犁 铧、斗齿等。
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Chapter 3: 材料的磨损机理
图(c)是接触疲劳磨损，主要特征为磨损表面有裂 纹、小坑等，磨损产物为块状或饼状，通常在滚动轴 承、齿轮的表面发生较普遍。
将粘附对摩件金属，发生“金属转移”，即发生”物质 转移”。
在以后的摩擦过程中，附着物碾转于对磨件的表面之 间，有些粘附物在反复的摩擦中可能由金属表面脱落下 来→磨屑。
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§3.1.1 粘着磨损的概念
粘着磨损也称咬合(胶合)磨损。磨损产物通常呈小 颗粒状，从一物体表面粘附到另一个物体表面上，然 后在继续的摩擦过程中，表面层发生断裂，有时还发 生反粘附．即被粘附到另一个表面上的材料又回到原 来的表面上，这种粘附反粘附往往使材料以自由磨屑 状脱落下来。粘着磨损产物可以在任意的循环中形成。 粘着以后的断裂分离，并不一定在最初的接触表面产 生。
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§3.1 粘着磨损
• §3.1.1 粘着磨损的概念 • §3.1.2 粘着磨损一般规律 • §3.1.3 粘着磨损分类 • §3.1.4 粘着磨损表达式与定律 • §3.1.5 影响粘着磨损的因素
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§3.1.2 粘着磨损一般规律
疲劳磨损最新PPT资料
有人曾对冷激铸铁挺杆上106条点蚀裂纹进行 了统计分析，结果表明，大约80%的裂纹是从表 面起源的，从亚表层内部萌生的只占20%。
大量的研究证明，点蚀裂纹的萌生，不仅决定 于应力状态，而且与材料的组织结构、性能、表 面粗糙度、表面完整性，以及润滑状态与润滑剂 等一系列因素有密切关系。
二、疲劳磨损的机理 1. 疲劳裂纹诱发点蚀理论
常数
t
9 max
（3）作用过程的差别 裂纹萌生在表面或表层，但很快扩展到表面，此后，润滑油的粘度对于裂纹扩展起重要影响。
与外加应力成45º角，超过两三个晶粒后，转向与应力垂直
接触疲劳磨损机理可以归纳如下：
➢ 整体疲劳一般只受循环应力的作用； 有人曾对冷激铸铁挺杆上106条点蚀裂纹进行了统计分析，结果表明，大约80%的裂纹是从表面起源的，从亚表层内部萌生的只占20%
摩（擦1）温苏度联诱科发学点家蚀的理试点论验 蚀疲劳裂纹都起源于表面，再顺滚动方向
整体疲劳一般只受循环应力的作用；
向表层内扩展，并形成扇形疲劳坑； 此外，摩擦力所引起的拉应力促使裂纹扩展加速。
疲劳磨损与整体疲劳之间的区别
鳞剥疲劳裂纹始于表层内，随后裂纹与表面
平行向两端扩展，最后在两端断裂。
• 表面萌生裂纹形成点蚀磨损，表层萌生裂纹形 成鳞剥磨损是否有根据？ 还没有足够的根据
（2）温诗铸教授的试验
附加拉伸弯曲应力 显著地缩短接触疲劳 寿命，而压缩弯曲应 力的影响取决于它的 数值大小。较小的附 加压缩应力能够增加 疲劳寿命，而大的压 缩弯曲应力将降低疲 劳寿命。
少量的滑动将显著地降低接触疲劳磨损寿命， 因为，摩擦力作用使最大切应力位置趋于表面， 增加了裂纹萌生的可能性。此外，摩擦力所引起 的拉应力促使裂纹扩展加速。
大量的研究证明，点蚀裂纹的萌生，不仅决定 于应力状态，而且与材料的组织结构、性能、表 面粗糙度、表面完整性，以及润滑状态与润滑剂 等一系列因素有密切关系。
二、疲劳磨损的机理 1. 疲劳裂纹诱发点蚀理论
常数
t
9 max
（3）作用过程的差别 裂纹萌生在表面或表层，但很快扩展到表面，此后，润滑油的粘度对于裂纹扩展起重要影响。
与外加应力成45º角，超过两三个晶粒后，转向与应力垂直
接触疲劳磨损机理可以归纳如下：
➢ 整体疲劳一般只受循环应力的作用； 有人曾对冷激铸铁挺杆上106条点蚀裂纹进行了统计分析，结果表明，大约80%的裂纹是从表面起源的，从亚表层内部萌生的只占20%
摩（擦1）温苏度联诱科发学点家蚀的理试点论验 蚀疲劳裂纹都起源于表面，再顺滚动方向
整体疲劳一般只受循环应力的作用；
向表层内扩展，并形成扇形疲劳坑； 此外，摩擦力所引起的拉应力促使裂纹扩展加速。
疲劳磨损与整体疲劳之间的区别
鳞剥疲劳裂纹始于表层内，随后裂纹与表面
平行向两端扩展，最后在两端断裂。
• 表面萌生裂纹形成点蚀磨损，表层萌生裂纹形 成鳞剥磨损是否有根据？ 还没有足够的根据
（2）温诗铸教授的试验
附加拉伸弯曲应力 显著地缩短接触疲劳 寿命，而压缩弯曲应 力的影响取决于它的 数值大小。较小的附 加压缩应力能够增加 疲劳寿命，而大的压 缩弯曲应力将降低疲 劳寿命。
少量的滑动将显著地降低接触疲劳磨损寿命， 因为，摩擦力作用使最大切应力位置趋于表面， 增加了裂纹萌生的可能性。此外，摩擦力所引起 的拉应力促使裂纹扩展加速。
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疲劳磨损
表面沿与外加应力成45°角的方向扩展， 超过两三个晶粒后，即转向与应力垂直的方向
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§3.4.2 疲劳磨损与整体疲劳的区别
➢ 其二：
➢ 疲劳寿命
➢ 整体疲劳中，一般都存在明显的疲劳极限，即对某一 种材料都有一个应力极限，低于该极限，疲劳寿命可 认为是无限的。
➢ 疲劳磨损尚未发现这样的疲劳极限，零件的寿命波动
认为是一种独立的，而且是相当普遍的磨损形式。
➢ 疲劳磨损定义：当两个接触体相对滚动或滑动时，在 接触区形成的循环应力超过材料的疲劳强度的情况下， 在表面层将引发裂纹并逐步扩展。最后使裂纹以上的 材料断裂剥落下来的磨损过程。
3
§3.4 疲劳磨损
➢ §3.4.1 疲劳磨损的实质与特点 ➢ §3.4.2 疲劳磨损与整体疲劳的区别 ➢ §3.4.3 疲劳磨损的基本原理 ➢ §3.4.4 疲劳磨损的影响因素
4
➢疲劳磨损与整体疲劳的区别 ➢整体 ➢磨损
5
➢裂纹萌生和扩展方式 ➢疲劳寿命 ➢环境复杂程度 ➢计算和追踪复杂性
6
§3.4.2 疲劳磨损与整体疲劳的区别
➢ 区别一： ➢ 裂纹源的萌生位置
整体疲劳 疲劳磨损
表面 亚表层
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§3.4.2 疲劳磨损与整体疲劳的区别 ➢裂纹扩展的途径和方向
整体疲劳
平行于表面，或是与表面成一定角度 (约为10~30 °)，且只限于在表面层内扩展。
➢最大剪应力是发生在离表面一定距离处。 a为接触区宽度的1/2。
点接触
线接触
其距离点接触是0.47a
对（线接触）是0.78a
➢ 滚动接触时，在交变应力的影响下，裂纹容易在这里 形核。
➢ 若除滚动接触还存在滑动接触，破坏位置就逐渐移向 表面，因为纯滑动时最大应力应在表面处。
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➢点蚀与剥落是机器零件表面上接触 疲劳磨损的典型特征。
§3.4.1 疲劳磨损的实质与特点
1
➢ 疲劳磨损是一种最普遍的磨损形式，主要发生在承受 周期性的接触载荷或交变应力的零件表面上。如滚动 轴承、齿轮、车轴、钢轨、轧辊等。
➢ ——也被称为接触疲劳磨损，是在循环载荷作用下产生的表面 失效形式， 其过程包括裂纹的萌生、扩展及最后断裂，其典型 特征为点蚀及剥落。
➢ 与整体的疲劳断裂有很多相似之处，可以看作材料疲劳断裂的 一种特殊形式。
2
§3.4.1 疲劳磨损的实质与特点
➢ 从本质看，接触疲劳符合磨损的一般规律，即发生接 触、摩擦、造成表面累计损伤并形成磨屑，特别是不 仅在滚动接触，而且在滑动接触及其它磨损形式中， 也都发现了表面疲劳过程，因此疲劳磨损完全可以被
➢ 这使疲劳磨损比整体疲劳处于更恶劣的工况，而
且过程非常复杂。
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§3.4.2 疲劳磨损与整体疲劳的区别
➢ 其四： ➢ 计算和评价复杂性 ➢ 接触应力的计算比起整体疲劳断裂的应力强度因子的
计算更复杂，由于一系列的因素都会影响根据理想光 滑表面接触的假设条件(如材料是均匀的、各向同性 的、只发生弹性变形等)计算出来的结果。 ➢ 这些因素包括：材料的不均匀性、材料表面的特征、 载荷分布及接触的不连续性、油膜建立情况、切向力 的大小等等。
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§3.4.3 疲劳磨损的基本原理
➢ 1. 早期点蚀理论——S．Way模型（于1935年提出）： 1）发生点蚀的必要条件：摩擦副之间有油润 滑； 2）如果润滑油的粘度高于某一定值，点蚀将不 会发生； 3）光滑的接触表面不易发生点蚀； 4 ) 热处理条件对于点蚀有显著的影响。
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§3.4.3 疲劳磨损的基本原理
点蚀裂纹扩展示意图 (裂纹方向迎向接触点)
19
§3.4.3 疲劳磨损的基本原理
（2）裂纹方向背离接触点： 当裂纹开口逐渐进入接触区，由于开口没有被封
闭，润滑油被挤出，因此这种裂纹不会扩展，也不会 发展成为点蚀。
点蚀裂纹扩展示意图 (裂纹方向背向接触点)
20
§3.4.3 疲劳磨损的基本原理
➢ 2. 早期点蚀理论——摩擦温度诱发理论： ➢ 当两体互相接触时，由于表面粗糙不平，使局部接
很大。有经验公式可以表示疲劳失效时间t与最大接触
应力σm之间的数值关系：
t 常数/m9
➢ 在点接触或线接触情况下，由于接触应力可以很高，
所以接触疲劳寿命要比整体疲劳低得多。
9
§3.4.2 疲劳磨损与整体疲劳的区别
➢ 其三：
➢ 环境复杂性
➢ 疲劳磨损中，除循环应力作用外，材料还经受复 杂的摩擦过程，可引起表面层一系列的物理化学 变化（如残余应力、组织结构、缺陷特征、表面 温度、塑性变形以及各种机械及物理性能变化 等）。
触区压力很大，表面层发生塑性变形，因此接触区 处于瞬时高温状态。在温度变化和高压作用下，接 触区的金属组织逐渐发生变化。同时产生局部内应 力，使表面层金属组织结构变化，并在表面层引起 很大的压应力。
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§3.4.3 疲劳磨损的基本原理
当压应力超过临界值时，表面层丧失稳定性而隆起。隆起现象只有在材 料具有绝对均一性的条件下才能实现，而实际材料往往不均匀，结果在 表面层可能出现裂纹或剪断，然后再受到润滑油的作用便成为点蚀。
点蚀过程： （1）裂纹的开口迎向接触点： ①由于接触压力产生的高压油波以极高的速度进入裂
纹，对裂纹壁产生强大液体冲击，同时配对的接触表 面又可能将裂纹口封闭，使裂纹内的油压进一步增高， 从而使裂纹向纵深扩展。
点蚀裂纹扩展示意图 (裂纹方向迎向接触点)
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§3.4.3 疲劳磨损的基本原理
②裂纹的缝隙越大，作用在裂纹壁上的压力也越大。 ③裂纹与表面之间的材料犹如一个悬臂梁承受弯曲载 荷，当其根部强度不够时就将发生折断，在表面上形 成点蚀坑。
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§4.3 疲劳磨损的基本原理
一、点蚀 ➢ 点蚀裂纹一般都从表面开始，向内倾斜扩展(与表面
成l0~30°角)，最后裂纹折向表面，裂纹以上的材料折 断脱落下来即成点蚀，因此单个的点蚀坑的表面形貌 常表现为“扇形”或“贝壳形”。当点蚀充分发展后， 这种形貌特征已难于辨别。
齿轮节圆上形成的点蚀
发动机冷激铸铁挺杆端面上的点蚀
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§3.4 疲劳磨损
➢ §3.4.1 疲劳磨损的实质 ➢ §3.4.2 疲劳磨损与整体疲劳的区别 ➢ §3.4.3 疲劳磨损的基本原理 ➢ §3.4.4 疲劳磨损的影响因素
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§3.4.3 疲劳磨损的基本原理
➢ 疲劳磨损表面接触处应力的性质和数值变化趋势，可 根据赫兹理论判定。
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§3.4.3 疲劳磨损的基本原理