剥层磨损理论及计算

剥层理论其基本论点是：

当摩擦副相互滑动时，软表面的粗糙峰容易变形，同时在循环载荷作用下软粗糙峰首先断裂，从而形成较光滑的表面。这样，接触状态不再是粗糙峰对粗糙峰，而是硬表面的粗糙峰在相对光滑的软表面上滑动。硬表面粗糙峰在软表面上滑动时，软表面上各点经受一次循环载荷，在表层产生剪切塑性变形并不断积累，这就在金属表层内出现周期的位错。由于映象力的作用，距离表面深度为几十微米的表层位错消失。这样靠近表层的位错密度小于内部的位错密度，即最大剪切变形发生在一定深度以内。在摩擦过程中，剪切变形不断积累，使表面下一定深度处出现位错堆积，进而导致形成裂纹或孔穴。当裂纹在一定深度形成后，根据应力场分析，平行表面的正应力阻止裂纹向深度方向扩展，所以裂纹在一定深度沿平行于表面的方向延伸。当裂纹扩展到临界长度后，在裂纹与表面之间的材料将以片状磨屑的形式剥落下来。

根据剥层磨损理论可以得出简单的磨

损计算公式。硬表面对软表面滑动时的总磨损可以用下式表示：

0Q k Ws =

式中：0k 为磨损系数；W 为载荷；s 为滑动距离。

片状磨屑厚度h 可以根据低位错密度区的厚度来确定，即

()41j

Gb h πμσ=- 式中，G 为剪切弹性模量；μ为材料的泊松比；j σ为表面摩擦应力；b 称为Burger 矢量。

磨损体积V 与滑动距离s 和临界滑动距离0s 有关。临界滑动距离是指与空穴和裂纹

形成时间和裂纹扩展到临界尺寸的速度有关的滑动。磨损体积V 为

0s V Ah s ⎛⎫= ⎪⎝⎭

片状磨屑的面积A 与载荷和材料屈服极限有关，即s W

A σ=。将A 和h 代入上式，则

得

()041s j

WsGb V s πσμσ=- 从上式可知，磨损量与载荷、滑动距离成正比，而不直接与材料的硬度有关，这点不同于粘着磨损的计算公式。