材料性能学作业第六章

1、掌握下列概念

磨损、粘着磨损、耐磨性、接触疲劳

（1）磨损：机件表面接触并作相对运动时，因摩擦作用表面逐渐分离出碎屑，使表面材料逐渐损失，造成表面损伤的现象。

（2）粘着磨损：又称咬合磨损，是因两种材料表面某些接触点局部压应力超过该处材料屈服强度发生粘合并拽开而产生的一种表面磨损。多发生在摩擦副相对滑动速度较小，缺乏润滑油，摩擦副表面无氧化膜；接触应力大。

（3）耐磨性：指材料抵抗磨损的性能。

（4）接触疲劳：机件两接触面作滚动或滚动加滑动摩擦时，在交变接触压应力长期作用使材料表面疲劳损伤，导致局部产生小片或小块剥落，而使表面损伤的现象。

2、粘着磨损是如何产生的？如何提高材料或零件的抗粘着磨损的能力？

（1）产生过程：

1)粘着：接触面凸起处接触,局部σ>σs,因塑性变形碾平,界面双方原子强烈粘着(冷焊)，

或因表面摩擦生热温度升高使接触的材料直接焊合；

2)剪断：在摩擦滑动副较软一方远离界面内发生断裂,从该金属上脱落大碎屑,并转移到另

一方金属表面上；

3)脱落：粘在另一些金属上的碎屑在滑动过程中脱落(被另一凸处剪脱)形成磨屑。

（2）高材料或零件的抗粘着磨损的能力措施

1)合理选择摩擦副材料：尽量选互溶性少，粘着倾向小的材料配对。粘着倾向两单相合金

配对大于多相,化合物小于固溶体,金属与非金属组成的摩擦副小于金属与金属;

2)避免或阻止两摩擦副间直接接触，增强表面氧化膜稳定性，提高表面光洁度，改善润滑

条件;

3)表面处理：

4)（1）表面渗硫、渗磷、渗氮等工艺，表面形成一化合物层或非金属层，既可以降低接

触层原子间结合力，减少摩擦系数，又可以避免直接接触，使磨屑多沿接触面剥落

5)（2）渗碳（氮）、碳氮共渗、碳、氮、硼三元共渗等，使磨损发生在较软材料表层。

3、简述常见的磨损类型和特点？如何提高材料的耐磨粒磨损抗力？

根据磨擦面损伤和破坏形式，磨损可分为粘着磨损、磨粒磨损、接触疲劳。

1)粘着磨损的特征：在机件表面形成大小不等结疤。

2)磨粒磨损特征：摩擦面上有擦伤或因明显犁皱形成的沟槽。

3)接触疲劳特征：接触表面出现许多小针状或痘状凹坑。

4、接触疲劳破坏有几种形式？如何产生的？如何提高零件的接触疲劳抗力？（1）形式：

1)麻点剥落(点蚀)：深0.1～0.2mm,呈针状或痘凹状；

2)浅层剥落：深0.2 ～ 0.4mm；

3)深层剥落：>0.4mm。

（2）产生：

1)麻点剥落、由滚动加滑动产生的，最大切应力将由0.786b处移至表层防腐作用使表层

材料累积损伤。

2)浅层剥落：当机件仅滚动或相对滑动较小，即摩擦力较小时，次表层承受着最大综合切

应力，此处（0.5b～0.7b）塑性变形最大。在变形层内产生位错塞积和空位，逐步形成

裂纹。

3)深层剥落：当材料表面经表面处理硬化，如果强化层深度不足，裂纹常出现在硬化层与

心部的交界处（过渡区），深度大于0.786b。该处切应力虽不大，但能高于材料强度而产生裂纹。

裂纹形成后起初平行扩展，而后向垂直表面扩展，最后形成较深的剥落坑。表面硬化机件如心部强度太低或硬化层深度不合理，深层剥落越深。

接触疲劳裂纹的形成与扩展是接触综合切应力高于材料接触疲劳强度的结果。其中循环切应力的大小及分布随接触载荷及接触物尺寸（半径、长度）而变化，而材料强度因材料表面强化、表面缺陷及内部缺陷而变化。表面渗碳淬火试样的试验表明：若切应力/抗切强度值大于0.55，即在过渡区产生疲劳裂纹，平行表面扩展后，垂直折向表面，呈大块剥落；若比值在0.5~ 0.55，则出现表层剥落和麻点剥落混合区；若比值小于0.5，则只出现麻点剥落。

（3）提高零件的接触疲劳抗力措施：

对于材料内部（材质）：

1)非金属夹杂物：与基体接触处的弹塑性变形不协调，引起应力集中，往往成为裂纹源。

消除：采用电渣重熔，真空熔炼，添加活性元素净化；

2)合理的成分：相同碳化物状态下，碳含量0.4-0.5%时，寿命最高。

3)热处理组织形态：承受接触应力的机件，常采用高碳钢或渗碳钢淬火，以获最佳表面硬

度。此时应减小马氏体中碳化物粒度并使粒状或球状均匀分布;使马氏体、残余奥氏体量、未溶碳化物量最佳匹配；

4)合理的表层硬度、深度和匹配的心部硬度：齿轮一般渗碳最佳硬化层深度

t=m(15-20/100)（m:齿轮模数）。心部硬度控制在35—40HRC。

5)两摩擦副硬度匹配：两个接触滚体硬度匹配为：小齿轮/大齿轮=1.4---1.7。

6)合理选择表面硬化工艺：在表层一定深度范围内保存残余压应力。

对于材料外部：

1)表面粗糙度：减少表面冷热加工缺陷；通过精加工，降低表面粗糙度。

2)提高接触机件的接触精度。

3)润滑：润滑油粘度高，麻点倾向小。