第四章-磨损2.pptx
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1、2024/4/15 周一1/58主要内容主要内容n n4.4 疲劳磨损疲劳磨损n n4.5 腐蚀磨损腐蚀磨损n n4.6 气蚀气蚀n n4.7 微动磨损微动磨损2024/4/15 周一2/584.4 疲劳磨损疲劳磨损n n定义定义定义定义:两接触表面摩擦时,在交变接触应力作用下,材:两接触表面摩擦时,在交变接触应力作用下,材:两接触表面摩擦时,在交变接触应力作用下,材:两接触表面摩擦时,在交变接触应力作用下,材料表面因疲劳而产生的物质损失现象叫做料表面因疲劳而产生的物质损失现象叫做料表面因疲劳而产生的物质损失现象叫做料表面因疲劳而产生的物质损失现象叫做表面疲劳磨损表面疲劳磨损表面疲劳磨损表面疲
2、劳磨损或接触疲劳或接触疲劳或接触疲劳或接触疲劳(又称麻点、点蚀又称麻点、点蚀又称麻点、点蚀又称麻点、点蚀)。n n实例实例实例实例:滚动轴承、齿轮副、凸轮副以及钢轨与轮箍。:滚动轴承、齿轮副、凸轮副以及钢轨与轮箍。:滚动轴承、齿轮副、凸轮副以及钢轨与轮箍。:滚动轴承、齿轮副、凸轮副以及钢轨与轮箍。n n表现形式:表现形式:表现形式:表现形式:1.1.在光滑的接触表面上分布有若干深浅不同的针状或豆状在光滑的接触表面上分布有若干深浅不同的针状或豆状在光滑的接触表面上分布有若干深浅不同的针状或豆状在光滑的接触表面上分布有若干深浅不同的针状或豆状凹坑;凹坑;凹坑;凹坑;2.2.较大面积的表面压碎;较大
3、面积的表面压碎;较大面积的表面压碎;较大面积的表面压碎;3.3.粗糙凸峰周围应力场变化引起的微观疲劳现象。粗糙凸峰周围应力场变化引起的微观疲劳现象。粗糙凸峰周围应力场变化引起的微观疲劳现象。粗糙凸峰周围应力场变化引起的微观疲劳现象。2024/4/15 周一3/582024/4/15 周一4/581、与整体疲劳破坏的区别、与整体疲劳破坏的区别n n疲劳磨损与整体的疲劳断裂有很多相似之处,为材料疲劳疲劳磨损与整体的疲劳断裂有很多相似之处,为材料疲劳疲劳磨损与整体的疲劳断裂有很多相似之处,为材料疲劳疲劳磨损与整体的疲劳断裂有很多相似之处,为材料疲劳断裂的一种断裂的一种断裂的一种断裂的一种特殊形式特殊
4、形式特殊形式特殊形式,与整体疲劳破坏的区别如下,与整体疲劳破坏的区别如下,与整体疲劳破坏的区别如下,与整体疲劳破坏的区别如下:n n(1)(1)裂纹萌生与扩展裂纹萌生与扩展裂纹萌生与扩展裂纹萌生与扩展 n n 疲劳磨损的裂纹由于接触应力场分布的特点,除从表疲劳磨损的裂纹由于接触应力场分布的特点,除从表疲劳磨损的裂纹由于接触应力场分布的特点,除从表疲劳磨损的裂纹由于接触应力场分布的特点,除从表面萌生以外,还可能从亚表面内产生;而整体疲劳裂纹源面萌生以外,还可能从亚表面内产生;而整体疲劳裂纹源面萌生以外,还可能从亚表面内产生;而整体疲劳裂纹源面萌生以外,还可能从亚表面内产生;而整体疲劳裂纹源都是从
5、表面开始。都是从表面开始。都是从表面开始。都是从表面开始。n n 两者裂纹扩展的途径也不同。疲劳磨损的裂纹扩展方两者裂纹扩展的途径也不同。疲劳磨损的裂纹扩展方两者裂纹扩展的途径也不同。疲劳磨损的裂纹扩展方两者裂纹扩展的途径也不同。疲劳磨损的裂纹扩展方向或是平行于表面,或是与表面成一定角度向或是平行于表面,或是与表面成一定角度向或是平行于表面,或是与表面成一定角度向或是平行于表面,或是与表面成一定角度(约为约为约为约为10-30)10-30),而且只限于在表层内扩展;而整体疲劳的裂纹一般都是,而且只限于在表层内扩展;而整体疲劳的裂纹一般都是,而且只限于在表层内扩展;而整体疲劳的裂纹一般都是,而且
6、只限于在表层内扩展;而整体疲劳的裂纹一般都是从表面沿与外加应力成从表面沿与外加应力成从表面沿与外加应力成从表面沿与外加应力成4545方向扩展,超过两三个晶粒后,方向扩展,超过两三个晶粒后,方向扩展,超过两三个晶粒后,方向扩展,超过两三个晶粒后,即转向与应力垂直的方向。即转向与应力垂直的方向。即转向与应力垂直的方向。即转向与应力垂直的方向。2024/4/15 周一5/582024/4/15 周一6/582024/4/15 周一7/58n n(2)(2)疲劳极限疲劳极限疲劳极限疲劳极限 n n未发现疲劳磨损有疲劳极限。未发现疲劳磨损有疲劳极限。未发现疲劳磨损有疲劳极限。未发现疲劳磨损有疲劳极限。在
7、点接触或线接触在点接触或线接触在点接触或线接触在点接触或线接触的情况下,由于接触应力可以达到很高的数值,的情况下,由于接触应力可以达到很高的数值,的情况下,由于接触应力可以达到很高的数值,的情况下,由于接触应力可以达到很高的数值,所以接触疲劳寿命要比整体疲劳低得多。所以接触疲劳寿命要比整体疲劳低得多。所以接触疲劳寿命要比整体疲劳低得多。所以接触疲劳寿命要比整体疲劳低得多。n n在整体疲劳中,一种材料一般都存有明显的疲劳在整体疲劳中,一种材料一般都存有明显的疲劳在整体疲劳中,一种材料一般都存有明显的疲劳在整体疲劳中,一种材料一般都存有明显的疲劳极限。极限。极限。极限。n n n n(3)(3)工
8、作条件工作条件工作条件工作条件 n n在疲劳磨损中,除承受循环应力作用外,材料还在疲劳磨损中,除承受循环应力作用外,材料还在疲劳磨损中,除承受循环应力作用外,材料还在疲劳磨损中,除承受循环应力作用外,材料还经受了摩擦过程中伴随发生的一系列物理化学变经受了摩擦过程中伴随发生的一系列物理化学变经受了摩擦过程中伴随发生的一系列物理化学变经受了摩擦过程中伴随发生的一系列物理化学变化。以及残余应力、组织结构缺陷、表面温度以化。以及残余应力、组织结构缺陷、表面温度以化。以及残余应力、组织结构缺陷、表面温度以化。以及残余应力、组织结构缺陷、表面温度以及塑性变形等因素的影响,使疲劳过程变得非常及塑性变形等因素
9、的影响,使疲劳过程变得非常及塑性变形等因素的影响,使疲劳过程变得非常及塑性变形等因素的影响,使疲劳过程变得非常复杂。复杂。复杂。复杂。2024/4/15 周一8/58n n(4)(4)接触应力接触应力接触应力接触应力 n n疲劳磨损接触应力的计算比整体疲劳断裂的应力疲劳磨损接触应力的计算比整体疲劳断裂的应力疲劳磨损接触应力的计算比整体疲劳断裂的应力疲劳磨损接触应力的计算比整体疲劳断裂的应力强度因子的计算要复杂得多。强度因子的计算要复杂得多。强度因子的计算要复杂得多。强度因子的计算要复杂得多。n n原因:原因:原因:原因:受到很多因素的影响,如材料的不均匀性、受到很多因素的影响,如材料的不均匀性
10、、受到很多因素的影响,如材料的不均匀性、受到很多因素的影响,如材料的不均匀性、材料表面的特征、载荷分布的不连续性、油膜建材料表面的特征、载荷分布的不连续性、油膜建材料表面的特征、载荷分布的不连续性、油膜建材料表面的特征、载荷分布的不连续性、油膜建立情况及切向力的大小等。立情况及切向力的大小等。立情况及切向力的大小等。立情况及切向力的大小等。2024/4/15 周一9/582、疲劳磨损的种类、疲劳磨损的种类2024/4/15 周一10/582024/4/15 周一11/582024/4/15 周一12/583、疲劳磨损的机理、疲劳磨损的机理2024/4/15 周一13/582024/4/15 周
11、一14/582024/4/15 周一15/582024/4/15 周一16/582024/4/15 周一17/582024/4/15 周一18/584、影响疲劳磨损的主要因素、影响疲劳磨损的主要因素2024/4/15 周一19/582024/4/15 周一20/582024/4/15 周一21/582024/4/15 周一22/58n n轴承钢中的非金属夹杂物有轴承钢中的非金属夹杂物有轴承钢中的非金属夹杂物有轴承钢中的非金属夹杂物有塑性的、脆性的和球状的塑性的、脆性的和球状的塑性的、脆性的和球状的塑性的、脆性的和球状的三三三三类。其中以脆性的带有棱角的氧化物、硅酸盐夹杂物对类。其中以脆性的带有
12、棱角的氧化物、硅酸盐夹杂物对类。其中以脆性的带有棱角的氧化物、硅酸盐夹杂物对类。其中以脆性的带有棱角的氧化物、硅酸盐夹杂物对接触疲劳寿命危害最大。接触疲劳寿命危害最大。接触疲劳寿命危害最大。接触疲劳寿命危害最大。n n原因:原因:原因:原因:在与基体交界处在与基体交界处在与基体交界处在与基体交界处引起应力集中和塑性变形,导致材料硬引起应力集中和塑性变形,导致材料硬引起应力集中和塑性变形,导致材料硬引起应力集中和塑性变形,导致材料硬化。化。化。化。在脆性夹杂物的边缘在脆性夹杂物的边缘在脆性夹杂物的边缘在脆性夹杂物的边缘易产生微裂纹,降低接触疲劳寿命。易产生微裂纹,降低接触疲劳寿命。易产生微裂纹,
13、降低接触疲劳寿命。易产生微裂纹,降低接触疲劳寿命。塑性的硫化物夹杂塑性的硫化物夹杂塑性的硫化物夹杂塑性的硫化物夹杂易随基体一起塑变易随基体一起塑变易随基体一起塑变易随基体一起塑变。当硫化物夹杂把当硫化物夹杂把当硫化物夹杂把当硫化物夹杂把氧化物夹杂包住形成氧化物夹杂包住形成氧化物夹杂包住形成氧化物夹杂包住形成共生夹杂物共生夹杂物共生夹杂物共生夹杂物时,时,时,时,可降低氧化物夹杂可降低氧化物夹杂可降低氧化物夹杂可降低氧化物夹杂的破坏作用。的破坏作用。的破坏作用。的破坏作用。因此,钢中含有适当的硫化物夹杂对提高因此,钢中含有适当的硫化物夹杂对提高因此,钢中含有适当的硫化物夹杂对提高因此,钢中含有适
14、当的硫化物夹杂对提高接触疲劳寿命有益。接触疲劳寿命有益。接触疲劳寿命有益。接触疲劳寿命有益。n n生产上应尽量减少钢中夹杂物,即在炼钢时要净化处理。生产上应尽量减少钢中夹杂物,即在炼钢时要净化处理。生产上应尽量减少钢中夹杂物,即在炼钢时要净化处理。生产上应尽量减少钢中夹杂物,即在炼钢时要净化处理。2024/4/15 周一23/582024/4/15 周一24/58n n以滚动轴承为例,表面粗糙度以滚动轴承为例,表面粗糙度以滚动轴承为例,表面粗糙度以滚动轴承为例,表面粗糙度RaRaRaRa为为为为0.4m0.4m0.4m0.4m的轴承的轴承的轴承的轴承寿命比寿命比寿命比寿命比Ra0.8mRa0.
15、8mRa0.8mRa0.8m的高的高的高的高2-32-32-32-3倍,倍,倍,倍,Ra0.2mRa0.2mRa0.2mRa0.2m比比比比Ra0.4mRa0.4mRa0.4mRa0.4m的高一倍,的高一倍,的高一倍,的高一倍,Ra0.1mRa0.1mRa0.1mRa0.1m比比比比Ra0.2mRa0.2mRa0.2mRa0.2m高高高高0.40.40.40.4倍,倍,倍,倍,Ra0.1mRa0.1mRa0.1mRa0.1m以下对寿命影响甚小。以下对寿命影响甚小。以下对寿命影响甚小。以下对寿命影响甚小。n n表面硬度愈高的轴承、齿轮等,往往必须经过精表面硬度愈高的轴承、齿轮等,往往必须经过精表
16、面硬度愈高的轴承、齿轮等,往往必须经过精表面硬度愈高的轴承、齿轮等,往往必须经过精磨、抛光等工序以降低表面粗糙度值。若再辅以磨、抛光等工序以降低表面粗糙度值。若再辅以磨、抛光等工序以降低表面粗糙度值。若再辅以磨、抛光等工序以降低表面粗糙度值。若再辅以适当的表面机械强化手段,可进一步提高接触疲适当的表面机械强化手段,可进一步提高接触疲适当的表面机械强化手段,可进一步提高接触疲适当的表面机械强化手段,可进一步提高接触疲劳寿命。劳寿命。劳寿命。劳寿命。n n不管表面粗糙度值怎样低,接触应力在一定值的不管表面粗糙度值怎样低,接触应力在一定值的不管表面粗糙度值怎样低,接触应力在一定值的不管表面粗糙度值怎
17、样低,接触应力在一定值的范围内疲劳磨损寿命最高,超过此值寿命均低。范围内疲劳磨损寿命最高,超过此值寿命均低。范围内疲劳磨损寿命最高,超过此值寿命均低。范围内疲劳磨损寿命最高,超过此值寿命均低。n n零件表面硬度越高,要求表面粗糙度值越低,否零件表面硬度越高,要求表面粗糙度值越低,否零件表面硬度越高,要求表面粗糙度值越低,否零件表面硬度越高,要求表面粗糙度值越低,否则也会降低寿命。则也会降低寿命。则也会降低寿命。则也会降低寿命。2024/4/15 周一25/58n n4.4.4.4.润滑与润滑剂的影晌润滑与润滑剂的影晌润滑与润滑剂的影晌润滑与润滑剂的影晌 n n润滑油粘度愈高,接触部分的压力分布
18、愈平均,润滑油粘度愈高,接触部分的压力分布愈平均,润滑油粘度愈高,接触部分的压力分布愈平均,润滑油粘度愈高,接触部分的压力分布愈平均,最大接触应力降低,抗疲劳磨损的能力愈高;最大接触应力降低,抗疲劳磨损的能力愈高;最大接触应力降低,抗疲劳磨损的能力愈高;最大接触应力降低,抗疲劳磨损的能力愈高;n n油的粘度愈低,愈易渗入裂纹中,加速裂纹扩展,油的粘度愈低,愈易渗入裂纹中,加速裂纹扩展,油的粘度愈低,愈易渗入裂纹中,加速裂纹扩展,油的粘度愈低,愈易渗入裂纹中,加速裂纹扩展,降低了寿命。降低了寿命。降低了寿命。降低了寿命。n n润滑油中含水量过多润滑油中含水量过多润滑油中含水量过多润滑油中含水量过
19、多(腐蚀作用腐蚀作用腐蚀作用腐蚀作用)对疲劳磨损有较大对疲劳磨损有较大对疲劳磨损有较大对疲劳磨损有较大影响,必须严格控制含水量。影响,必须严格控制含水量。影响,必须严格控制含水量。影响,必须严格控制含水量。n n润滑油中适当加入某些添加剂润滑油中适当加入某些添加剂润滑油中适当加入某些添加剂润滑油中适当加入某些添加剂(如如如如MoS2)MoS2)MoS2)MoS2)或硫化润或硫化润或硫化润或硫化润滑脂,可在接触表面层形成一层坚固薄膜,能提滑脂,可在接触表面层形成一层坚固薄膜,能提滑脂,可在接触表面层形成一层坚固薄膜,能提滑脂,可在接触表面层形成一层坚固薄膜,能提高抗疲劳磨损性能。高抗疲劳磨损性能
20、。高抗疲劳磨损性能。高抗疲劳磨损性能。n n实践证明,若采用透平油润滑,比采用变压器油实践证明,若采用透平油润滑,比采用变压器油实践证明,若采用透平油润滑,比采用变压器油实践证明,若采用透平油润滑,比采用变压器油或机油减轻麻点的效果好。或机油减轻麻点的效果好。或机油减轻麻点的效果好。或机油减轻麻点的效果好。2024/4/15 周一26/582024/4/15 周一27/58n n5.5.5.5.热处理组织结构的影响热处理组织结构的影响热处理组织结构的影响热处理组织结构的影响 n n(1)(1)(1)(1)马氏体碳的质量分数马氏体碳的质量分数马氏体碳的质量分数马氏体碳的质量分数 n n轴承钢在轴
21、承钢在轴承钢在轴承钢在未溶碳化物未溶碳化物未溶碳化物未溶碳化物状态相同的条件下,当马氏状态相同的条件下,当马氏状态相同的条件下,当马氏状态相同的条件下,当马氏体碳的质量分数在体碳的质量分数在体碳的质量分数在体碳的质量分数在0.4%-0.5%0.4%-0.5%0.4%-0.5%0.4%-0.5%左右时,接触疲劳左右时,接触疲劳左右时,接触疲劳左右时,接触疲劳寿命最高。寿命最高。寿命最高。寿命最高。n n轴承钢中未溶碳化物总的质量分数应控制在轴承钢中未溶碳化物总的质量分数应控制在轴承钢中未溶碳化物总的质量分数应控制在轴承钢中未溶碳化物总的质量分数应控制在6.5%6.5%6.5%6.5%以内,否则易
22、形成粗大晶粒及带状组织,造成钢以内,否则易形成粗大晶粒及带状组织,造成钢以内,否则易形成粗大晶粒及带状组织,造成钢以内,否则易形成粗大晶粒及带状组织,造成钢中基体碳含量不均匀,使钢中马氏体基体产生强中基体碳含量不均匀,使钢中马氏体基体产生强中基体碳含量不均匀,使钢中马氏体基体产生强中基体碳含量不均匀,使钢中马氏体基体产生强度差异,降低抗疲劳磨损的能力。度差异,降低抗疲劳磨损的能力。度差异,降低抗疲劳磨损的能力。度差异,降低抗疲劳磨损的能力。高碳钢在高碳钢在Ac1Acm之间加热淬火,碳化物不会完之间加热淬火,碳化物不会完全溶解到奥氏体当中,此时淬火组织为高碳马氏全溶解到奥氏体当中,此时淬火组织为
23、高碳马氏体体+未溶碳化物未溶碳化物+残余奥氏体。残余奥氏体。2024/4/15 周一28/58n n(2)(2)(2)(2)马氏体及残余奥氏体级别马氏体及残余奥氏体级别马氏体及残余奥氏体级别马氏体及残余奥氏体级别 n n若残余奥氏体量越多和马氏体针状愈粗大,则表若残余奥氏体量越多和马氏体针状愈粗大,则表若残余奥氏体量越多和马氏体针状愈粗大,则表若残余奥氏体量越多和马氏体针状愈粗大,则表层有益的残余应力和渗碳层强度就愈低,容易产层有益的残余应力和渗碳层强度就愈低,容易产层有益的残余应力和渗碳层强度就愈低,容易产层有益的残余应力和渗碳层强度就愈低,容易产生显微裂纹,降低材料的接触疲劳寿命。生显微裂
24、纹,降低材料的接触疲劳寿命。生显微裂纹,降低材料的接触疲劳寿命。生显微裂纹,降低材料的接触疲劳寿命。n n(3)(3)(3)(3)未溶碳化物颗粒大小形状或带状碳化物未溶碳化物颗粒大小形状或带状碳化物未溶碳化物颗粒大小形状或带状碳化物未溶碳化物颗粒大小形状或带状碳化物 n n未溶碳化物与基体很难一起塑变,因此未溶碳化未溶碳化物与基体很难一起塑变,因此未溶碳化未溶碳化物与基体很难一起塑变,因此未溶碳化未溶碳化物与基体很难一起塑变,因此未溶碳化物颗粒愈粗大,与碳化物接壤的边界越易成为接物颗粒愈粗大,与碳化物接壤的边界越易成为接物颗粒愈粗大,与碳化物接壤的边界越易成为接物颗粒愈粗大,与碳化物接壤的边界
25、越易成为接触疲劳触疲劳触疲劳触疲劳微裂纹萌生地微裂纹萌生地微裂纹萌生地微裂纹萌生地。n n因此,通常通过热处理,使未溶碳化物颗粒趋于因此,通常通过热处理,使未溶碳化物颗粒趋于因此,通常通过热处理,使未溶碳化物颗粒趋于因此,通常通过热处理,使未溶碳化物颗粒趋于小、少、匀、圆为好。小、少、匀、圆为好。小、少、匀、圆为好。小、少、匀、圆为好。n n若未溶碳化物呈若未溶碳化物呈若未溶碳化物呈若未溶碳化物呈带状分布带状分布带状分布带状分布,则在带内易生成脆性,则在带内易生成脆性,则在带内易生成脆性,则在带内易生成脆性针状马氏体,最易成为接触疲劳微裂纹的发源地。针状马氏体,最易成为接触疲劳微裂纹的发源地。
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