1材料性能学(61,2,3,4)

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1、第六章 材料的磨损性能 河海大学机电工程学院河海大学机电工程学院做对的事情比把事情做对更重要。做对的事情比把事情做对更重要。六六往往般般聘聘狂狂害害础础尚尚泡泡梅梅凰凰匡匡饵饵标标视视刻刻屯屯毛毛拌拌赠赠剪剪扯扯贼贼茅茅忱忱才才蚕蚕三三契契希希岁岁邱邱1-材材料料性性能能学学(6-1,2,3,4)1-材材料料性性能能学学(6-1,2,3,4)摩擦磨损是工程材料失效的主要因素之一摩擦磨损是工程材料失效的主要因素之一因机件的相对运动产生摩擦，导致磨损因机件的相对运动产生摩擦，导致磨损摩擦摩擦磨损磨损降低使用寿命、增加能耗、产降低使用寿命、增加能耗、产生噪音和振动、影响环境。生噪音和振动、影响环境。

2、9/17/20242秒秒价价囊囊藐藐逃逃耘耘警警曰曰涅涅叹叹谬谬栏栏倚倚偏偏尊尊河河欢欢苇苇丘丘窃窃押押室室拼拼惹惹淄淄喷喷埠埠鞠鞠喀喀牺牺茁茁项项1-材材料料性性能能学学(6-1,2,3,4)1-材材料料性性能能学学(6-1,2,3,4)本章主要内容本章主要内容介绍材料摩擦磨损机理、摩擦磨损试验测试方介绍材料摩擦磨损机理、摩擦磨损试验测试方法以及提高材料摩擦磨损性能的主要途径。法以及提高材料摩擦磨损性能的主要途径。重点要掌握材料摩擦磨损的机理和提高材料摩重点要掌握材料摩擦磨损的机理和提高材料摩擦磨损性能的主要途径。擦磨损性能的主要途径。9/17/20243号号钞钞筷筷剔剔景景玫玫剪剪宿宿赢赢

3、滴滴狙狙垄垄液液窝窝匙匙铺铺灭灭翰翰赐赐按按象象况况挟挟断断京京达达咕咕络络渊渊滑滑辈辈崎崎1-材材料料性性能能学学(6-1,2,3,4)1-材材料料性性能能学学(6-1,2,3,4)第一节 磨损的基本概念及类型1、摩擦、摩擦机械零件的表面在显微镜下观察是高低不平的。机械零件的表面在显微镜下观察是高低不平的。高低不平的两个接触面相对运动时，就产生阻力高低不平的两个接触面相对运动时，就产生阻力接触物产生阻碍运动的现象就叫接触物产生阻碍运动的现象就叫摩擦摩擦，阻碍运动，阻碍运动的力称为摩擦力的力称为摩擦力。它与接触法向压力（。它与接触法向压力（p）和摩）和摩擦系数（擦系数（）的关系为：）的关系为：

4、 F = p摩擦的害处：磨损、消耗能量、降低机器性能。摩擦的害处：磨损、消耗能量、降低机器性能。摩擦的益处：行走、车辆制动等。摩擦的益处：行走、车辆制动等。 9/17/20244恰恰屯屯尚尚湃湃跌跌宋宋嫡嫡镐镐彻彻怠怠面面赴赴啃啃氦氦肤肤汾汾节节茧茧楞楞因因漆漆丝丝赛赛嚷嚷艺艺辫辫痹痹获获现现抄抄剐剐父父1-材材料料性性能能学学(6-1,2,3,4)1-材材料料性性能能学学(6-1,2,3,4)2、磨损、磨损摩擦运动的结果是产生磨屑，即产生磨损。摩擦运动的结果是产生磨屑，即产生磨损。磨屑的形成也是材料发生变形和断裂的过程。磨屑的形成也是材料发生变形和断裂的过程。材料的磨损过程除造成材料损失外，

5、还将发生材料的磨损过程除造成材料损失外，还将发生一系列物理、化学状态的变化，如形变硬化一系列物理、化学状态的变化，如形变硬化（高锰钢履带）和摩擦热引起的相变（淬火钢（高锰钢履带）和摩擦热引起的相变（淬火钢中的残余奥氏体转变为马氏体）等。这些变化中的残余奥氏体转变为马氏体）等。这些变化将影响材料的摩擦磨损性能。将影响材料的摩擦磨损性能。9/17/20245惟惟堆堆股股寂寂阑阑玛玛滨滨魄魄遇遇份份仪仪崎崎妓妓帮帮儒儒丧丧滤滤埔埔蝎蝎瓷瓷馆馆剧剧逞逞恤恤班班箍箍甲甲坷坷呐呐逢逢牢牢线线1-材材料料性性能能学学(6-1,2,3,4)1-材材料料性性能能学学(6-1,2,3,4)3 3、磨损的、磨损的3

6、 3个阶段：个阶段：跑合阶段跑合阶段：表面逐步磨平，：表面逐步磨平，实际接触面积不断增大磨损实际接触面积不断增大磨损速率不断减小。速率不断减小。稳定磨损阶段稳定磨损阶段：磨损量呈线：磨损量呈线性，磨损速率为一定值。工性，磨损速率为一定值。工件服役阶段，跑合越好，磨件服役阶段，跑合越好，磨损速率越低。损速率越低。剧烈磨损阶段剧烈磨损阶段：摩擦接触面：摩擦接触面间隙增大，机件的振动加剧，间隙增大，机件的振动加剧，润滑膜或保护层被损坏，机润滑膜或保护层被损坏，机件表面被恶化，磨损速率迅件表面被恶化，磨损速率迅速加大。速加大。 9/17/20246势势钾钾剑剑乳乳翔翔赖赖表表遂遂色色轩轩媒媒汪汪捕捕叭

7、叭岳岳拌拌意意斥斥范范讫讫参参耪耪繁繁烩烩膛膛到到曙曙仿仿噬噬莫莫氨氨姨姨1-材材料料性性能能学学(6-1,2,3,4)1-材材料料性性能能学学(6-1,2,3,4) 磨损的基本类型磨损的基本类型按工作环境来分有：润滑磨损、干磨损、磨粒磨按工作环境来分有：润滑磨损、干磨损、磨粒磨损和和腐蚀磨损等。损和和腐蚀磨损等。按机理来分主要有按机理来分主要有粘着磨损、磨粒磨损、腐蚀磨粘着磨损、磨粒磨损、腐蚀磨损和疲劳磨损（接触疲劳）损和疲劳磨损（接触疲劳）等。等。摩擦面损伤摩擦面损伤和破坏形式不同。和破坏形式不同。腐蚀磨损是材料与周围环境发生化学或电化学反腐蚀磨损是材料与周围环境发生化学或电化学反应的结果

8、，这里就不讨论了。本章主要讲粘着磨应的结果，这里就不讨论了。本章主要讲粘着磨损、磨粒磨损和疲劳磨损。损、磨粒磨损和疲劳磨损。9/17/20247屋屋玖玖听听惹惹祁祁摇摇伪伪条条战战桃桃封封常常逆逆拌拌趟趟拄拄权权杏杏轩轩揍揍湘湘惋惋直直窍窍誊誊朵朵驴驴沪沪趴趴妖妖逐逐双双1-材材料料性性能能学学(6-1,2,3,4)1-材材料料性性能能学学(6-1,2,3,4)第二节第二节 磨损的基本过程磨损的基本过程一、粘着磨损一、粘着磨损凹凸不平的表面，少数微凸体的尖顶产生很高的凹凸不平的表面，少数微凸体的尖顶产生很高的应力，超过屈服点而发生塑性变形。应力，超过屈服点而发生塑性变形。若接触面上的油膜、氧化

9、膜等保护膜被破坏，裸若接触面上的油膜、氧化膜等保护膜被破坏，裸露的凸体直接与对磨面接触，摩擦热使凸体与接露的凸体直接与对磨面接触，摩擦热使凸体与接触的对磨材料直接熔合。触的对磨材料直接熔合。相对运动，使熔合点被拉开、脱落，形成磨屑。相对运动，使熔合点被拉开、脱落，形成磨屑。新的凸体将成为新的粘着点，如此反复，使工件新的凸体将成为新的粘着点，如此反复，使工件不断磨损。不断磨损。易发生条件：摩擦副相对滑动速度小，接触面氧易发生条件：摩擦副相对滑动速度小，接触面氧化膜脆弱，润滑条件差，接触应力大化膜脆弱，润滑条件差，接触应力大9/17/20248尹尹酷酷坎坎除除烬烬褪褪展展怖怖狄狄波波桓桓良良墟墟淄

10、淄逮逮硒硒陛陛座座霄霄匆匆票票客客秋秋醇醇合合焉焉馅馅掩掩农农榆榆纷纷涌涌1-材材料料性性能能学学(6-1,2,3,4)1-材材料料性性能能学学(6-1,2,3,4)粘着磨损粘着磨损粘着磨损的粘着磨损的表面特征表面特征： 机件表面有大小不等的机件表面有大小不等的结疤结疤9/17/20249鬼鬼烤烤户户欧欧姥姥弄弄寅寅厅厅赦赦观观独独瞪瞪新新零零拔拔近近鸡鸡鸿鸿领领俺俺重重盎盎充充钨钨诀诀靶靶焦焦鄂鄂他他明明蕊蕊给给1-材材料料性性能能学学(6-1,2,3,4)1-材材料料性性能能学学(6-1,2,3,4) 粘着点断裂的两种形式：粘着点断裂的两种形式：粘着点结合强度低于两侧材料粘着点结合强度低于

11、两侧材料，则接触点断裂。磨，则接触点断裂。磨损量较小，摩擦面显得较平滑，只有轻微擦伤。损量较小，摩擦面显得较平滑，只有轻微擦伤。锡锡基合金与钢的滑动就属此类型。基合金与钢的滑动就属此类型。粘着点的结合强度高于两侧材料粘着点的结合强度高于两侧材料，断裂发生在强度，断裂发生在强度较差的一侧，粘着点保留在强度较高的材料上，形较差的一侧，粘着点保留在强度较高的材料上，形成更大的凹坑和凸台，使接触面显得越来越粗糙，成更大的凹坑和凸台，使接触面显得越来越粗糙，造成磨损速率加大，甚至出现咬死现象。如造成磨损速率加大，甚至出现咬死现象。如铅基合铅基合金轴瓦与钢轴之间的滑动粘着磨损就属于此类。金轴瓦与钢轴之间的

12、滑动粘着磨损就属于此类。粘着磨损粘着磨损9/17/202410氛氛想想塌塌蓬蓬摔摔首首捡捡僵僵瑞瑞姜姜妙妙丧丧月月惩惩缉缉谦谦京京秤秤喳喳陨陨坎坎薪薪秦秦穷穷惹惹奸奸毛毛谅谅早早永永咬咬呢呢1-材材料料性性能能学学(6-1,2,3,4)1-材材料料性性能能学学(6-1,2,3,4) J. F. Archard提出了提出了粘着磨损的估算方法粘着磨损的估算方法。设法向力设法向力p，微凸体接触数量，微凸体接触数量n，粘着点平均直径，粘着点平均直径为为d的球体。当的球体。当n个接触点同时发生塑性变形时，个接触点同时发生塑性变形时，作用在接触点上的法向力作用在接触点上的法向力p为：为： （6-2） 粘着

13、磨损粘着磨损粘着磨损粘着磨损9/17/202411真实面积真实面积接触压缩屈服强度接触压缩屈服强度抡抡傅傅雾雾盾盾睁睁碳碳翱翱戮戮胃胃氧氧响响裙裙慑慑缺缺痴痴凭凭识识绚绚棵棵察察灌灌沿沿刊刊举举蛔蛔欺欺岗岗修修争争皮皮羹羹婆婆1-材材料料性性能能学学(6-1,2,3,4)1-材材料料性性能能学学(6-1,2,3,4)只要滑动只要滑动d距离，就有距离，就有n个接触点发生了粘着磨损，个接触点发生了粘着磨损，故单位滑动距离内出现的接触点数为：故单位滑动距离内出现的接触点数为： N = n/d = 4p/(3sc d3 )如接触点被拉出半球的几率是如接触点被拉出半球的几率是K，则滑动一段距离，则滑动一

14、段距离后，总拉出的磨损量为：后，总拉出的磨损量为： 粘着磨损粘着磨损粘着磨损粘着磨损9/17/202412K为粘着磨损系数为粘着磨损系数厩厩砷砷蒙蒙掌掌筏筏湿湿祝祝蚁蚁俊俊酉酉佐佐偿偿啦啦呈呈校校雀雀词词过过抛抛打打砂砂帘帘咒咒琐琐敞敞食食处处壳壳甲甲炯炯轿轿券券1-材材料料性性能能学学(6-1,2,3,4)1-材材料料性性能能学学(6-1,2,3,4)WKpL/3Hv 表明，粘着磨损量与接触压表明，粘着磨损量与接触压力力p、滑动距离、滑动距离L成正比，与成正比，与材料的硬度成反比。材料的硬度成反比。Archard模型的适用性模型的适用性当当p 1/3摩擦副材料硬度时，摩擦副材料硬度时，适用。

15、适用。当当pb时，时，K值急剧增大，值急剧增大，磨损量也急剧增加，造成大磨损量也急剧增加，造成大面积的焊合和咬死。面积的焊合和咬死。 9/17/202413燎燎仔仔象象蛛蛛英英杨杨镊镊炽炽谋谋惧惧酒酒郸郸差差塌塌癸癸暖暖苹苹驮驮彤彤荡荡瘩瘩吉吉刚刚耘耘幂幂席席刁刁悉悉击击名名发发匹匹1-材材料料性性能能学学(6-1,2,3,4)1-材材料料性性能能学学(6-1,2,3,4)复复 习习提高金属疲劳性能有哪些措施？提高金属疲劳性能有哪些措施？什么是热疲劳？有哪些因素影响材料热疲劳性能？什么是热疲劳？有哪些因素影响材料热疲劳性能？磨损过程分哪三个阶段？磨损过程分哪三个阶段？磨损的基本类型有哪些？磨损

16、的基本类型有哪些？什么是粘着磨损？它的表面特征是什么？什么是粘着磨损？它的表面特征是什么？粘着磨损中，粘着点断裂的形式有哪两种？粘着磨损中，粘着点断裂的形式有哪两种？Archard公式是什么？它表明磨损与什么因素有关？公式是什么？它表明磨损与什么因素有关？9/17/202414冕冕憾憾吩吩置置帛帛妊妊常常严严约约伦伦材材贬贬免免侯侯拾拾癌癌缓缓纫纫会会根根饲饲袋袋汉汉指指猖猖宾宾琵琵砖砖手手拖拖寒寒腆腆1-材材料料性性能能学学(6-1,2,3,4)1-材材料料性性能能学学(6-1,2,3,4)二、磨粒磨损二、磨粒磨损磨粒磨损又称为磨料磨损，磨粒磨损又称为磨料磨损，是摩擦副的一方坚硬的细微是摩擦

17、副的一方坚硬的细微凸起或在接触面间存在硬质凸起或在接触面间存在硬质粒子（从外界进入或从表面粒子（从外界进入或从表面剥落）时产生的磨损。剥落）时产生的磨损。两体磨损、三体磨损两体磨损、三体磨损磨粒磨损分类：凿削式、高磨粒磨损分类：凿削式、高应力碾碎式、低应力擦伤式应力碾碎式、低应力擦伤式磨粒磨损的磨粒磨损的特征特征是摩擦表面是摩擦表面出现有擦伤或因明显梨皱形出现有擦伤或因明显梨皱形成的沟槽。成的沟槽。9/17/202415狄狄胳胳揽揽范范骋骋虞虞沪沪炼炼停停芜芜椽椽沤沤灰灰义义咒咒视视痰痰焰焰悲悲宴宴许许癣癣沉沉汹汹敌敌胃胃郡郡违违昨昨捏捏绿绿好好1-材材料料性性能能学学(6-1,2,3,4)1

18、-材材料料性性能能学学(6-1,2,3,4)磨粒对表面的作用力磨粒对表面的作用力分分法向力法向力和和切向力切向力。主要。主要作用是使材料表面产生应力集中。作用是使材料表面产生应力集中。法向力法向力在表面形成压痕，在表面形成压痕，切向力切向力推动颗粒前进。推动颗粒前进。在一定的条件下（压力、颗粒形貌、相位），颗在一定的条件下（压力、颗粒形貌、相位），颗粒才会象刀具一样切削表面。粒才会象刀具一样切削表面。圆钝颗粒或软材料，颗粒划出槽沟，材料产生塑圆钝颗粒或软材料，颗粒划出槽沟，材料产生塑性变形并不脱落。随后的摩擦又将槽沟两侧堆积性变形并不脱落。随后的摩擦又将槽沟两侧堆积部分压平，如此反复地变形、堆

19、积、压平，便导部分压平，如此反复地变形、堆积、压平，便导致形成裂纹并引起剥落。致形成裂纹并引起剥落。脆性材料则较容易剥落，形成槽沟。脆性材料则较容易剥落，形成槽沟。磨粒磨损磨粒磨损磨粒磨损磨粒磨损9/17/202416衣衣咋咋光光纷纷贰贰医医阂阂根根谈谈撬撬秩秩颠颠麻麻维维甥甥焕焕潘潘跺跺犁犁渴渴急急才才端端纤纤套套洞洞禹禹浪浪富富人人咋咋盏盏1-材材料料性性能能学学(6-1,2,3,4)1-材材料料性性能能学学(6-1,2,3,4)磨粒磨损量的数学表达式为：磨粒磨损量的数学表达式为： W= KpL/3sc KpLtan/Hv 式中：式中：p为接触压力；为接触压力；L为滑动距离；为滑动距离；为

20、磨粒与摩为磨粒与摩擦面的夹角，与磨粒形状有关；擦面的夹角，与磨粒形状有关；Hv为材料硬度；为材料硬度；K为系数为系数(与磨粒形状、取向等因素有关与磨粒形状、取向等因素有关)。磨粒磨损磨粒磨损磨粒磨损磨粒磨损9/17/202417逃逃雾雾肯肯披披耶耶店店借借谩谩准准昆昆效效洛洛便便沫沫跌跌霉霉柜柜瘦瘦他他驳驳渤渤芥芥塑塑乘乘县县萝萝甚甚擂擂长长梧梧啄啄轩轩1-材材料料性性能能学学(6-1,2,3,4)1-材材料料性性能能学学(6-1,2,3,4)磨粒磨损的影响因素十磨粒磨损的影响因素十分复杂：基体材料的分复杂：基体材料的力力学性能学性能（硬度与韧性）、（硬度与韧性）、基体基体显微组织显微组织和和

21、磨粒硬磨粒硬度度等。等。对金属材料来说，一般对金属材料来说，一般材料硬度越高，抗磨粒材料硬度越高，抗磨粒磨损性能就越好。磨损性能就越好。 磨粒磨损磨粒磨损磨粒磨损磨粒磨损9/17/202418审审畔畔仇仇迹迹勾勾鬃鬃弯弯鼻鼻圈圈秸秸抿抿壤壤痢痢戚戚菲菲罐罐科科畴畴迟迟均均荷荷可可造造章章桌桌馋馋补补玛玛捍捍暴暴秽秽扬扬1-材材料料性性能能学学(6-1,2,3,4)1-材材料料性性能能学学(6-1,2,3,4)弹性模量的影响弹性模量的影响材料的材料的H/E值越大，则在相同接触压力下，弹性值越大，则在相同接触压力下，弹性变形量增大。由于接触面积增加，单位法向载荷变形量增大。由于接触面积增加，单位法

22、向载荷反而下降，导致沟槽深度减小，堆在沟槽两侧的反而下降，导致沟槽深度减小，堆在沟槽两侧的材料也少，所以磨损量就小。然而，材料也少，所以磨损量就小。然而，E是组织不敏感的，因此，机件抵抗磨粒磨损的是组织不敏感的，因此，机件抵抗磨粒磨损的能力主要与材料的硬度成正比。所以，能力主要与材料的硬度成正比。所以，一般情况下，材料硬度高，其抗磨粒磨损能力也一般情况下，材料硬度高，其抗磨粒磨损能力也越好。越好。9/17/202419至至箍箍筛筛健健唐唐互互虏虏赁赁吵吵曙曙娇娇乾乾战战朋朋坪坪守守钦钦抡抡瀑瀑顽顽抱抱皋皋秩秩绩绩纹纹癌癌炳炳妮妮酮酮靠靠趟趟辽辽1-材材料料性性能能学学(6-1,2,3,4)1-

23、材材料料性性能能学学(6-1,2,3,4)断裂韧性的影响断裂韧性的影响9/17/202420外外流流腆腆澄澄脉脉泻泻带带狄狄兹兹窗窗褐褐期期岔岔型型钙钙敝敝乳乳曰曰峙峙觉觉佳佳痊痊范范彭彭烛烛胶胶胶胶侗侗碉碉阴阴操操骇骇1-材材料料性性能能学学(6-1,2,3,4)1-材材料料性性能能学学(6-1,2,3,4)三、接触疲劳三、接触疲劳1、现象与特征现象与特征接触疲劳是两接触材料作滚接触疲劳是两接触材料作滚动或滚动加滑动摩擦时，交动或滚动加滑动摩擦时，交变接触应力长期作用使材料变接触应力长期作用使材料表面疲劳损伤，局部区域出表面疲劳损伤，局部区域出现小片或小块状剥落，使材现小片或小块状剥落，使材

24、料发生磨损的现象。料发生磨损的现象。接触疲劳的特征是：接触表接触疲劳的特征是：接触表面出现许多面出现许多痘状痘状、贝壳状贝壳状或或不规则形状的不规则形状的凹坑（麻坑）凹坑（麻坑），有些凹坑较深，底部有疲劳有些凹坑较深，底部有疲劳裂纹扩展的痕迹。裂纹扩展的痕迹。 9/17/202421臃臃闪闪绑绑期期炒炒宴宴质质令令弧弧穆穆茶茶噶噶孺孺淡淡奶奶唁唁褂褂郭郭遣遣熄熄间间樊樊寥寥糕糕坤坤圈圈橱橱艾艾敖敖突突腿腿驰驰1-材材料料性性能能学学(6-1,2,3,4)1-材材料料性性能能学学(6-1,2,3,4)2、接触应力的概念、接触应力的概念两个物体相互接触时在局部产生的压应力称为接两个物体相互接触时在

25、局部产生的压应力称为接触应力，也叫赫兹应力。触应力，也叫赫兹应力。接触应力分为线接触（齿轮接触）和点接触（滚接触应力分为线接触（齿轮接触）和点接触（滚珠轴承）。珠轴承）。接触疲劳接触疲劳接触疲劳接触疲劳9/17/202422凯凯娜娜肺肺躬躬甘甘甭甭屁屁圆圆氖氖涛涛验验煽煽努努栈栈滦滦紧紧芍芍谓谓造造镍镍涎涎艳艳虞虞气气吭吭渭渭速速钨钨谋谋缨缨泣泣输输1-材材料料性性能能学学(6-1,2,3,4)1-材材料料性性能能学学(6-1,2,3,4)（1 1）圆柱体的线接触应力）圆柱体的线接触应力 设有两个圆柱体，半径设有两个圆柱体，半径分别为分别为R1、R2，长度为，长度为L。未变形前为线接触，。未变

26、形前为线接触，施加法向力施加法向力p后，因弹性后，因弹性变形而变成变形而变成面接触面接触，接，接触面积为触面积为2bL。接触疲劳接触疲劳接触疲劳接触疲劳9/17/202423朝朝汀汀稼稼讳讳针针死死拯拯卖卖恰恰吁吁挺挺罚罚习习墟墟允允款款噎噎棋棋栽栽乳乳亥亥决决陨陨室室听听迷迷崇崇祝祝帚帚腐腐杏杏舷舷1-材材料料性性能能学学(6-1,2,3,4)1-材材料料性性能能学学(6-1,2,3,4)（1 1）圆柱体的线接触应力）圆柱体的线接触应力 根据弹性力学分析，接根据弹性力学分析，接触压应力触压应力z沿沿Y轴按半椭轴按半椭圆规律分布，在接触中心圆规律分布，在接触中心Y=0处，处，z达到最大值：达到

27、最大值： E为综合弹性模量为综合弹性模量.接触疲劳接触疲劳接触疲劳接触疲劳9/17/202424莉莉渺渺厘厘郑郑揩揩舍舍袒袒绰绰没没谤谤诛诛瞳瞳队队未未剿剿皱皱厚厚氓氓煮煮逮逮疤疤尔尔唇唇歼歼瑞瑞室室鸟鸟抛抛疵疵审审骤骤所所1-材材料料性性能能学学(6-1,2,3,4)1-材材料料性性能能学学(6-1,2,3,4)（1 1）圆柱体的线接触应力）圆柱体的线接触应力三向压应力，在三向压应力，在Y=0的对称面的对称面上，上，z、x、y与与YZ45沿沿Z方方向分布图。向分布图。在在Z=0.786b处，处，YZ45达到最达到最大，约为大，约为0.3zmax，方向与接，方向与接触面成触面成45。在连续滚动

28、过程中，切应力在连续滚动过程中，切应力从从00.3zmax交替变化着，应交替变化着，应力幅为力幅为YZ45/ 2 = 0.15zmax。接触疲劳接触疲劳接触疲劳接触疲劳9/17/202425吊吊礼礼夕夕磊磊叮叮韵韵岁岁嘴嘴釜釜认认仙仙钙钙槛槛肇肇苟苟备备系系械械犹犹釉釉力力拘拘榨榨恿恿倦倦蜀蜀挡挡躲躲刷刷膨膨淀淀岿岿1-材材料料性性能能学学(6-1,2,3,4)1-材材料料性性能能学学(6-1,2,3,4)（2）球体的点接触）球体的点接触滚珠与轴承圈接触可近似认滚珠与轴承圈接触可近似认为点接触，接触应力为：为点接触，接触应力为： E为综合弹性模量；为综合弹性模量；p为法为法向力。向力。YZ45

29、max在在Z=0.786b处，约处，约为为0.3max接触疲劳接触疲劳接触疲劳接触疲劳9/17/202426总总烫烫株株卒卒抚抚变变层层鹿鹿白白股股撇撇簇簇搏搏篷篷寓寓儡儡巳巳墓墓绞绞孔孔絮絮扫扫瞪瞪牲牲呕呕言言曲曲眷眷片片筐筐含含殉殉1-材材料料性性能能学学(6-1,2,3,4)1-材材料料性性能能学学(6-1,2,3,4)接触应力分析接触应力分析上述是在纯滚动情况分析。上述是在纯滚动情况分析。两物体既作滚动又有滑动，应附加切向摩擦力。两物体既作滚动又有滑动，应附加切向摩擦力。切向摩擦力与压应力共同作用在接触区域上，使切向摩擦力与压应力共同作用在接触区域上，使应力分布相应改变，最大切应力的位

30、置将向表面应力分布相应改变，最大切应力的位置将向表面移动。当摩擦系数移动。当摩擦系数0.2时，最大切应力的位置将时，最大切应力的位置将移到材料接触表面，因此接触疲劳裂纹的产生地移到材料接触表面，因此接触疲劳裂纹的产生地也将移到零件表面。也将移到零件表面。接触疲劳接触疲劳接触疲劳接触疲劳9/17/202427是是鞭鞭反反宰宰忿忿揉揉泞泞鳞鳞抡抡驾驾否否插插变变说说庇庇解解彩彩铃铃魁魁狭狭竟竟绝绝解解涸涸碎碎库库写写半半揪揪任任拟拟呸呸1-材材料料性性能能学学(6-1,2,3,4)1-材材料料性性能能学学(6-1,2,3,4)3、接触疲劳过程当最大切应力大于材料剪切疲劳强度时，在长期当最大切应力大

31、于材料剪切疲劳强度时，在长期循环作用，裂纹便在该处形成。根据最大切应力循环作用，裂纹便在该处形成。根据最大切应力位置的深浅，接触疲劳分位置的深浅，接触疲劳分3类：类：根据根据最大切应力与材料强度之应力判据最大切应力与材料强度之应力判据分析各种分析各种接触疲劳的裂纹萌生和扩展。接触疲劳的裂纹萌生和扩展。接触疲劳接触疲劳接触疲劳接触疲劳9/17/202428槛槛泉泉卿卿瓜瓜嘻嘻击击矛矛苛苛庐庐藕藕钝钝羽羽儡儡鲸鲸窘窘羞羞蹄蹄惹惹帛帛蛀蛀鹏鹏震震元元环环院院澳澳逗逗免免遍遍他他桨桨低低1-材材料料性性能能学学(6-1,2,3,4)1-材材料料性性能能学学(6-1,2,3,4)（1）点蚀（麻点剥落）点

32、蚀（麻点剥落）：深深度为度为0.10.2mm，小块剥落，小块剥落，形成不对称形成不对称V型针状或痘状型针状或痘状凹坑。受力情况：凹坑。受力情况：滚动滚动+滑滑动动，最大综合切应力在材料，最大综合切应力在材料表面。滑动摩擦系数越大，表面。滑动摩擦系数越大，疲劳剥落点就越浅。疲劳剥落点就越浅。表面接触应力较小、滑动摩表面接触应力较小、滑动摩擦力较大或表面质量较差擦力较大或表面质量较差（如粗糙、脱碳、烧伤、淬（如粗糙、脱碳、烧伤、淬火不足、有夹杂物等）时，火不足、有夹杂物等）时，易出现这种麻点剥落。易出现这种麻点剥落。接触疲劳接触疲劳接触疲劳接触疲劳9/17/202429帝帝戈戈凝凝航航纷纷秃秃摔摔

33、湛湛江江丢丢皇皇乃乃个个拷拷慢慢饶饶嗡嗡探探友友贴贴揍揍分分诺诺剥剥衙衙纱纱埃埃封封磋磋瀑瀑赛赛殉殉1-材材料料性性能能学学(6-1,2,3,4)1-材材料料性性能能学学(6-1,2,3,4)（2 2）浅层剥落）浅层剥落在滚动或滑动摩擦力很小的情在滚动或滑动摩擦力很小的情况下，次表层（在况下，次表层（在0.50.7b之之间）承受最大的循环切应力，间）承受最大的循环切应力，长期循环，在此产生位错塞积长期循环，在此产生位错塞积和空位，逐步形成裂纹。和空位，逐步形成裂纹。裂纹在最大应力层面上沿着薄裂纹在最大应力层面上沿着薄弱方向发展，到一定程度后，弱方向发展，到一定程度后，垂直扩向表面，形成垂直扩向

34、表面，形成盆状剥落盆状剥落凹坑凹坑，深度一般为，深度一般为0.20.4mm。接触疲劳接触疲劳接触疲劳接触疲劳9/17/202430致致姆姆桔桔理理赖赖凑凑壶壶浴浴耘耘陋陋救救炬炬骸骸樊樊宅宅剑剑誉誉炔炔惕惕识识疹疹详详暂暂帘帘颜颜说说腻腻延延族族卓卓粱粱壹壹1-材材料料性性能能学学(6-1,2,3,4)1-材材料料性性能能学学(6-1,2,3,4)（3 3）深层剥落）深层剥落一般发生在经强化但强一般发生在经强化但强化深度不足的工件，裂化深度不足的工件，裂纹源都位于强化与未强纹源都位于强化与未强化的结合处，即剥落层化的结合处，即剥落层厚度与强化层深度相当厚度与强化层深度相当（0.4mm）。）。裂

35、纹形成处虽然切应力裂纹形成处虽然切应力不是最大，但该处切应不是最大，但该处切应力力/材料抗切强度的比值材料抗切强度的比值最大，安全系数最小。最大，安全系数最小。接触疲劳接触疲劳接触疲劳接触疲劳9/17/202431莹莹矢矢煎煎划划投投兑兑韶韶雄雄脾脾慌慌连连陌陌胆胆根根暇暇限限窒窒责责殖殖椰椰涸涸眉眉瓶瓶云云致致先先姿姿诣诣菩菩锤锤穆穆救救1-材材料料性性能能学学(6-1,2,3,4)1-材材料料性性能能学学(6-1,2,3,4) 渗碳淬火试样试验表明：渗碳淬火试样试验表明：切应力切应力/抗剪切强度的比值抗剪切强度的比值大于大于0.55时，在过时，在过渡区产生疲劳裂纹，出现大块剥落。渡区产生疲

36、劳裂纹，出现大块剥落。比值在比值在0.50.55时，出现表层剥落和麻点剥落时，出现表层剥落和麻点剥落的混合情况。的混合情况。比值小于比值小于0.5时，则出现麻点剥落。时，则出现麻点剥落。 9/17/202432接触疲劳裂纹的形成与扩展是：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。接触综合切应力高于材料接触疲劳强度的结果。影响材料接触疲劳的因素：影响材料接触疲劳的因素：除了加载条件外，除了加载条件外，主要是材料因素，主要是材料因素，如材料成分和组织状态，表面硬度与心部硬度或摩擦如材料成分和组织状态，表面硬度与心部硬度或摩擦副硬度匹配、硬化层深度、表面状态副硬度匹配、

37、硬化层深度、表面状态列列骗骗他他陕陕侗侗大大傻傻秋秋鹅鹅灼灼拍拍释释莎莎煌煌弛弛趋趋乏乏姚姚完完烃烃躺躺喉喉峻峻戳戳院院充充均均应应血血靡靡吮吮涸涸1-材材料料性性能能学学(6-1,2,3,4)1-材材料料性性能能学学(6-1,2,3,4)第三节第三节 耐磨性及其测量方法耐磨性及其测量方法一、材料的耐磨性一、材料的耐磨性材料的耐磨性是指材料抵抗磨损的性能指标，迄今材料的耐磨性是指材料抵抗磨损的性能指标，迄今还没有一个统一的指标。通常用磨损量来表示。磨还没有一个统一的指标。通常用磨损量来表示。磨损量越小，表示耐磨性越好。损量越小，表示耐磨性越好。磨损量的测量方法有两种：称重法和尺寸法。磨损量的测

38、量方法有两种：称重法和尺寸法。称重法称重法就是称试样或零件磨损前后的重量变化；就是称试样或零件磨损前后的重量变化；尺寸法尺寸法就是测量试样或机件磨损前后的尺寸变化就是测量试样或机件磨损前后的尺寸变化磨损量的倒数、相对耐磨性磨、损系数磨损量的倒数、相对耐磨性磨、损系数9/17/202433遣遣俗俗居居撑撑除除酞酞瘩瘩摧摧兵兵祈祈朋朋欧欧冯冯罐罐徊徊加加躲躲共共灰灰琢琢丰丰膳膳龟龟正正醉醉苗苗人人扳扳伤伤乐乐忌忌歹歹1-材材料料性性能能学学(6-1,2,3,4)1-材材料料性性能能学学(6-1,2,3,4)二、磨损试验方法二、磨损试验方法磨损试验分实物试验和实验室试验。磨损试验分实物试验和实验室试

39、验。实物试验的条件与实际工况一致或较接近，试验结实物试验的条件与实际工况一致或较接近，试验结果可靠，但试验周期长。果可靠，但试验周期长。实验室试验周期短，费用低，易于控制各因素，但实验室试验周期短，费用低，易于控制各因素，但条件与实际情况相差甚远，结果不能完全反映真实条件与实际情况相差甚远，结果不能完全反映真实情况。情况。柴油机缸套、活塞和活塞环的磨损试验一般在几个柴油机缸套、活塞和活塞环的磨损试验一般在几个月才能显示出差异，在实验室强化的条件下，也要月才能显示出差异，在实验室强化的条件下，也要几百个小时才能有差异，试验费用十分巨大。几百个小时才能有差异，试验费用十分巨大。磨损试验是一个十分复

40、杂的，这就是迄今没有一个磨损试验是一个十分复杂的，这就是迄今没有一个统一标准的主要原因。统一标准的主要原因。9/17/202434时时涨涨洒洒叫叫沾沾绅绅函函芭芭腋腋嗜嗜苏苏凿凿嗽嗽硼硼登登辫辫卿卿胎胎乙乙鲸鲸凝凝星星斜斜廖廖立立抬抬镶镶斧斧旱旱抬抬肯肯吭吭1-材材料料性性能能学学(6-1,2,3,4)1-材材料料性性能能学学(6-1,2,3,4)二、磨损试验方法二、磨损试验方法实验室磨损实验的方法很多，主要是想尽可能与实验室磨损实验的方法很多，主要是想尽可能与实际工作条件一致起来。实际工作条件一致起来。按工作环境分：干磨损试验、润滑摩擦磨损试验按工作环境分：干磨损试验、润滑摩擦磨损试验和磨粒

41、磨损试验。和磨粒磨损试验。按运动方式分：滑动摩擦磨损和滚动摩擦磨损。按运动方式分：滑动摩擦磨损和滚动摩擦磨损。9/17/202435厄厄河河聋聋趴趴幼幼凿凿窝窝友友处处阔阔她她罪罪馁馁宪宪屑屑蹋蹋裙裙胡胡增增蓖蓖屡屡反反舷舷炬炬即即志志彻彻冶冶幽幽帮帮鄂鄂呢呢1-材材料料性性能能学学(6-1,2,3,4)1-材材料料性性能能学学(6-1,2,3,4)摩擦磨损试验机形式：摩擦磨损试验机形式：（a）销盘磨损试验机）销盘磨损试验机（b）环块磨损试验机）环块磨损试验机（c）往复式摩擦磨损试）往复式摩擦磨损试验机验机（d）滚动磨损试验机）滚动磨损试验机（e）砂纸磨损试验机）砂纸磨损试验机（f）快速磨损试

42、验机）快速磨损试验机（g）橡胶轮磨粒磨损试）橡胶轮磨粒磨损试验机验机 9/17/202436芋芋次次葫葫却却谤谤杉杉祥祥尝尝攻攻钾钾脚脚绽绽括括惨惨哟哟恢恢屹屹仅仅矿矿履履辱辱划划日日揩揩箕箕乾乾区区何何臻臻巢巢缨缨柬柬1-材材料料性性能能学学(6-1,2,3,4)1-材材料料性性能能学学(6-1,2,3,4)磨损量的测量方法：称重法和尺寸法。磨损量的测量方法：称重法和尺寸法。磨损数据一般较分散，不仅受计量仪器精度的限磨损数据一般较分散，不仅受计量仪器精度的限制，而且受其他一些因素的影响。如在润滑条件制，而且受其他一些因素的影响。如在润滑条件下作的磨损试验，本身磨损量就很小，加上液体下作的磨损

43、试验，本身磨损量就很小，加上液体浸入等一些因素的影响，往往数据分散，一般在浸入等一些因素的影响，往往数据分散，一般在同一中条件下要做同一中条件下要做45试验，取其平均值。试验，取其平均值。摩擦磨损试验受环境和试验条件的影响很大，试摩擦磨损试验受环境和试验条件的影响很大，试验数据只能做相对比较，引用文献资料时要特别验数据只能做相对比较，引用文献资料时要特别注意，一般不能用不宜资料上的数据进行比较。注意，一般不能用不宜资料上的数据进行比较。 9/17/202437骚骚脸脸脸脸陕陕蛆蛆自自踌踌甜甜塌塌刽刽缺缺佐佐斤斤众众匣匣挠挠廖廖迷迷当当施施痉痉呸呸轴轴慨慨捕捕明明讶讶竿竿诚诚亿亿梗梗萍萍1-材材

44、料料性性能能学学(6-1,2,3,4)1-材材料料性性能能学学(6-1,2,3,4)第四节第四节 提高材料耐磨性的途径提高材料耐磨性的途径 首先必须要弄清楚磨损机理。首先必须要弄清楚磨损机理。针对不同的机理，选择合适的措施。针对不同的机理，选择合适的措施。9/17/202438潦潦第第及及萄萄化化拍拍衫衫综综令令浦浦献献挞挞唬唬萝萝鸡鸡依依烁烁感感脐脐洋洋狞狞舌舌宇宇宴宴某某肚肚漫漫民民瞳瞳交交泰泰范范1-材材料料性性能能学学(6-1,2,3,4)1-材材料料性性能能学学(6-1,2,3,4)一、减轻粘着磨损的主要措施一、减轻粘着磨损的主要措施选用互溶性少，粘着倾向小的材料配对，如异种选用互溶

45、性少，粘着倾向小的材料配对，如异种金属或晶格类型、电化学性质相差甚远的材料。金属或晶格类型、电化学性质相差甚远的材料。选用强度高而且不易塑性变形的材料。选用强度高而且不易塑性变形的材料。降低表面粗糙度，改善摩擦副润滑条件。降低表面粗糙度，改善摩擦副润滑条件。表面处理（如氮化处理），形成一层化合物或非表面处理（如氮化处理），形成一层化合物或非金属层，减少摩擦系数；采用渗碳、碳氮共渗等金属层，减少摩擦系数；采用渗碳、碳氮共渗等表面热处理，提高表面硬度；渗硫、渗磷使磨屑表面热处理，提高表面硬度；渗硫、渗磷使磨屑多沿接触面剥落，以降低磨损量。多沿接触面剥落，以降低磨损量。采用复合材料，减少粘着倾向，如

46、球墨铸铁。采用复合材料，减少粘着倾向，如球墨铸铁。改善接触面的状态，如润滑，或在润滑油中添加改善接触面的状态，如润滑，或在润滑油中添加一些介质，如乌克兰的摩圣。一些介质，如乌克兰的摩圣。 9/17/202439徊徊四四赐赐崔崔纵纵差差眨眨此此枫枫船船犹犹俞俞温温问问猎猎肚肚锨锨裤裤邓邓嗓嗓承承狸狸脏脏糟糟尊尊场场拽拽筋筋饥饥设设诉诉甘甘1-材材料料性性能能学学(6-1,2,3,4)1-材材料料性性能能学学(6-1,2,3,4)二、减轻磨粒磨损的主要措施二、减轻磨粒磨损的主要措施低应力磨粒磨损低应力磨粒磨损提高材料的硬度提高材料的硬度重载荷重载荷贝氏体（高硬度、高韧性）贝氏体（高硬度、高韧性）控

47、制碳化物的数量、形态和分布。在保证冲击韧控制碳化物的数量、形态和分布。在保证冲击韧度的前提下，碳化物多，有利于提高耐磨性；形度的前提下，碳化物多，有利于提高耐磨性；形态要呈颗粒形，在特殊情况下最好要有一定的方态要呈颗粒形，在特殊情况下最好要有一定的方向性，如抛丸机叶片；碳化物分布要均匀。向性，如抛丸机叶片；碳化物分布要均匀。摩擦副材料的硬度摩擦副材料的硬度Hm与磨粒硬度与磨粒硬度Ha应满足：应满足：Hm1.3Ha。对于承受大冲击载荷的机件，要利用奥氏体和残对于承受大冲击载荷的机件，要利用奥氏体和残余奥氏体的冷作硬化特点。如高锰钢、等温淬火余奥氏体的冷作硬化特点。如高锰钢、等温淬火球铁和贝氏体高

48、碳钢等。球铁和贝氏体高碳钢等。9/17/202440理想的抗凿削磨损材料理想的抗凿削磨损材料霓霓币币扇扇煎煎钵钵蹦蹦豹豹唯唯璃璃琳琳卤卤零零仓仓揩揩洋洋饺饺键键汉汉膳膳持持坡坡挣挣丙丙未未涸涸架架篙篙拙拙咐咐娄娄俺俺猿猿1-材材料料性性能能学学(6-1,2,3,4)1-材材料料性性能能学学(6-1,2,3,4)三、提高接触疲劳抗力的措施三、提高接触疲劳抗力的措施优质纯净的原材料优质纯净的原材料马氏体数量：马氏体数量：0.4%0.5% 马氏体形态：粒度小，呈球形马氏体形态：粒度小，呈球形 马氏体分布：与残余奥氏体、未溶碳化物之间合理马氏体分布：与残余奥氏体、未溶碳化物之间合理搭配搭配材料表面硬度

49、的梯度变化，有足够的硬化层深度材料表面硬度的梯度变化，有足够的硬化层深度合理的表面硬度工艺，在一定范围内保存残余应力合理的表面硬度工艺，在一定范围内保存残余应力改善接触配对副的表面状态，减少冷热加工缺陷，改善接触配对副的表面状态，减少冷热加工缺陷，降低表面粗糙度，降低摩擦系数降低表面粗糙度，降低摩擦系数9/17/202441哇哇敞敞盐盐娄娄最最砖砖褂褂霜霜胁胁一一沏沏忿忿佐佐布布寓寓琶琶洛洛肚肚逾逾捐捐彻彻闪闪属属翅翅事事猴猴桔桔散散廊廊初初涟涟迭迭1-材材料料性性能能学学(6-1,2,3,4)1-材材料料性性能能学学(6-1,2,3,4)三、非金属材料的磨损特性三、非金属材料的磨损特性 聚合

50、物聚合物硬度远低于金属，但具有良好的耐磨性：硬度远低于金属，但具有良好的耐磨性：聚合物特有的高弹性可在接触表面产生大的变形聚合物特有的高弹性可在接触表面产生大的变形但不发生切削和产生犁沟式损伤。但不发生切削和产生犁沟式损伤。聚合物的化学组成、结构与金属相差较大，两者聚合物的化学组成、结构与金属相差较大，两者的粘着倾向很小。聚合物与金属配对形成的摩擦的粘着倾向很小。聚合物与金属配对形成的摩擦副优于金属对金属的摩擦副。副优于金属对金属的摩擦副。大多数液体对塑料具有润滑减磨作用，在聚合物大多数液体对塑料具有润滑减磨作用，在聚合物加入加入MoS2、石墨、聚四氟乙烯等材料可以减磨。、石墨、聚四氟乙烯等材

51、料可以减磨。摩擦磨损特性比较复杂，对聚合物的认识还不如摩擦磨损特性比较复杂，对聚合物的认识还不如金属材料。金属材料。9/17/202442桔桔裳裳竞竞釜釜歇歇芳芳拆拆转转夷夷烧烧毋毋憋憋朝朝咨咨韧韧进进颠颠挨挨怪怪寂寂弹弹胺胺亮亮罩罩窿窿宝宝闹闹港港庆庆来来昏昏睦睦1-材材料料性性能能学学(6-1,2,3,4)1-材材料料性性能能学学(6-1,2,3,4)小结小结磨损的类型磨损的类型粘着粘着磨粒磨粒接触疲劳接触疲劳耐磨性的检测方法耐磨性的检测方法提高材料耐磨性的途径提高材料耐磨性的途径作业：作业：P.122，第，第2，6题。题。9/17/202443胃胃肚肚邀邀一一哺哺邻邻穗穗梨梨盖盖壁壁梁梁勒勒缕缕潦潦东东疵疵舍舍卤卤酚酚吞吞佃佃昂昂蒂蒂针针苦苦最最汪汪韵韵奄奄质质那那爹爹1-材材料料性性能能学学(6-1,2,3,4)1-材材料料性性能能学学(6-1,2,3,4)