材料性能学,,,.ppt

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3类： 根据最大切应力与材料强度之应力判据分析各种接触疲劳的裂纹萌生和扩展。 接触疲劳 * * （1）点蚀（麻点剥落）：深度为0.1~0.2mm，小块剥落，形成不对称V型针状或痘状凹坑。受力情况：滚动+滑动，最大综合切应力在材料表面。滑动摩擦系数越大，疲劳剥落点就越浅。 表面接触应力较小、滑动摩擦力较大或表面质量较差（如粗糙、脱碳、烧伤、淬火不足、有夹杂物等）时，易出现这种麻点剥落。 接触疲劳 * * （2）浅层剥落 在滚动或滑动摩擦力很小的情况下，次表层（在0.5~0.7b之间）承受最大的循环切应力，长期循环，在此产生位错塞积和空位，逐步形成裂纹。 裂纹在最大应力层面上沿着薄弱方向发展，到一定程度后，垂直扩向表面，形成盆状剥落凹坑，深度一般为0.2~0.4mm。 接触疲劳 * * （3）深层剥落 一般发生在经强化但强化深度不足的工件，裂纹源都位于强化与未强化的结合处，即剥落层厚度与强化层深度相当（＞0.4mm）。 裂纹形成处虽然切应力不是最大，但该处切应力/材料抗切强度的比值最大，安全系数最小。 接触疲劳 * * 渗碳淬火试样试验表明： 切应力/抗剪切强度的比值大于0.55时，在过渡区产生疲劳裂纹，出现大块剥落。 比值在0.5~0.55时，出现表层剥落和麻点剥落的混合情况。 比值小于0.5时，则出现麻点剥落。 * * 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。 影响材料接触疲劳的因素： 除了加载条件外， 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副硬度匹配、硬化层深度、表面状态 第三节 耐磨性及其测量方法 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。 磨损量的测量方法有两种：称重法和尺寸法。 称重法就是称试样或零件磨损前后的重量变化； 尺寸法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 * * 二、磨损试验方法 磨损试验分实物试验和实验室试验。 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。 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情况。 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杂的，这就是迄今没有一个统一标准的主要原因。 * * 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。 * * 摩擦磨损试验机形式： （a）销盘磨损试验机 （b）环块磨损试验机 （c）往复式摩擦磨损试验机 （d）滚动磨损试验机 （e）砂纸磨损试验机 （f）快速磨损试验机 （g）橡胶轮磨粒磨损试验机 * * 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4~5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。 * * 第四节 提高材料耐磨性的途径 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。 * * 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。 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，如球墨铸铁。 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。 * * 二、减轻磨粒磨损的主要措施 低应力磨粒磨损——提高材料的硬度 重载荷——贝氏体（高硬度、高韧性） 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。 摩擦副材料的硬度Hm与磨粒硬度Ha应满足：Hm≥1.3Ha。 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