疲劳磨损
表面沿与外加应力成45°角的方向扩展， 超过两三个晶粒后，即转向与应力垂直的方向
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§3.4.2 疲劳磨损与整体疲劳的区别
➢ 其二：
➢ 疲劳寿命
➢ 整体疲劳中，一般都存在明显的疲劳极限，即对某一 种材料都有一个应力极限，低于该极限，疲劳寿命可 认为是无限的。
➢ 疲劳磨损尚未发现这样的疲劳极限，零件的寿命波动
认为是一种独立的，而且是相当普遍的磨损形式。
➢ 疲劳磨损定义：当两个接触体相对滚动或滑动时，在 接触区形成的循环应力超过材料的疲劳强度的情况下， 在表面层将引发裂纹并逐步扩展。最后使裂纹以上的 材料断裂剥落下来的磨损过程。
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§3.4 疲劳磨损
➢ §3.4.1 疲劳磨损的实质与特点 ➢ §3.4.2 疲劳磨损与整体疲劳的区别 ➢ §3.4.3 疲劳磨损的基本原理 ➢ §3.4.4 疲劳磨损的影响因素
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➢疲劳磨损与整体疲劳的区别 ➢整体 ➢磨损
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➢裂纹萌生和扩展方式 ➢疲劳寿命 ➢环境复杂程度 ➢计算和追踪复杂性
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§3.4.2 疲劳磨损与整体疲劳的区别
➢ 区别一： ➢ 裂纹源的萌生位置
整体疲劳 疲劳磨损
表面 亚表层
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§3.4.2 疲劳磨损与整体疲劳的区别 ➢裂纹扩展的途径和方向
整体疲劳
平行于表面，或是与表面成一定角度 (约为10~30 °)，且只限于在表面层内扩展。
➢最大剪应力是发生在离表面一定距离处。 a为接触区宽度的1/2。
点接触
线接触
其距离点接触是0.47a
对（线接触）是0.78a
➢ 滚动接触时，在交变应力的影响下，裂纹容易在这里 形核。
➢ 若除滚动接触还存在滑动接触，破坏位置就逐渐移向 表面，因为纯滑动时最大应力应在表面处。
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➢点蚀与剥落是机器零件表面上接触 疲劳磨损的典型特征。
§3.4.1 疲劳磨损的实质与特点
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➢ 疲劳磨损是一种最普遍的磨损形式，主要发生在承受 周期性的接触载荷或交变应力的零件表面上。如滚动 轴承、齿轮、车轴、钢轨、轧辊等。
➢ ——也被称为接触疲劳磨损，是在循环载荷作用下产生的表面 失效形式， 其过程包括裂纹的萌生、扩展及最后断裂，其典型 特征为点蚀及剥落。
➢ 与整体的疲劳断裂有很多相似之处，可以看作材料疲劳断裂的 一种特殊形式。
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§3.4.1 疲劳磨损的实质与特点
➢ 从本质看，接触疲劳符合磨损的一般规律，即发生接 触、摩擦、造成表面累计损伤并形成磨屑，特别是不 仅在滚动接触，而且在滑动接触及其它磨损形式中， 也都发现了表面疲劳过程，因此疲劳磨损完全可以被
➢ 这使疲劳磨损比整体疲劳处于更恶劣的工况，而
且过程非常复杂。
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§3.4.2 疲劳磨损与整体疲劳的区别
➢ 其四： ➢ 计算和评价复杂性 ➢ 接触应力的计算比起整体疲劳断裂的应力强度因子的
计算更复杂，由于一系列的因素都会影响根据理想光 滑表面接触的假设条件(如材料是均匀的、各向同性 的、只发生弹性变形等)计算出来的结果。 ➢ 这些因素包括：材料的不均匀性、材料表面的特征、 载荷分布及接触的不连续性、油膜建立情况、切向力 的大小等等。
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§3.4.3 疲劳磨损的基本原理
➢ 1. 早期点蚀理论——S．Way模型（于1935年提出）： 1）发生点蚀的必要条件：摩擦副之间有油润 滑； 2）如果润滑油的粘度高于某一定值，点蚀将不 会发生； 3）光滑的接触表面不易发生点蚀； 4 ) 热处理条件对于点蚀有显著的影响。
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§3.4.3 疲劳磨损的基本原理
点蚀裂纹扩展示意图 (裂纹方向迎向接触点)
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§3.4.3 疲劳磨损的基本原理
（2）裂纹方向背离接触点： 当裂纹开口逐渐进入接触区，由于开口没有被封
闭，润滑油被挤出，因此这种裂纹不会扩展，也不会 发展成为点蚀。
点蚀裂纹扩展示意图 (裂纹方向背向接触点)
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§3.4.3 疲劳磨损的基本原理
➢ 2. 早期点蚀理论——摩擦温度诱发理论： ➢ 当两体互相接触时，由于表面粗糙不平，使局部接
很大。有经验公式可以表示疲劳失效时间t与最大接触
应力σm之间的数值关系：
t 常数/m9
➢ 在点接触或线接触情况下，由于接触应力可以很高，
所以接触疲劳寿命要比整体疲劳低得多。
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§3.4.2 疲劳磨损与整体疲劳的区别
➢ 其三：
➢ 环境复杂性
➢ 疲劳磨损中，除循环应力作用外，材料还经受复 杂的摩擦过程，可引起表面层一系列的物理化学 变化（如残余应力、组织结构、缺陷特征、表面 温度、塑性变形以及各种机械及物理性能变化 等）。
触区压力很大，表面层发生塑性变形，因此接触区 处于瞬时高温状态。在温度变化和高压作用下，接 触区的金属组织逐渐发生变化。同时产生局部内应 力，使表面层金属组织结构变化，并在表面层引起 很大的压应力。
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§3.4.3 疲劳磨损的基本原理
当压应力超过临界值时，表面层丧失稳定性而隆起。隆起现象只有在材 料具有绝对均一性的条件下才能实现，而实际材料往往不均匀，结果在 表面层可能出现裂纹或剪断，然后再受到润滑油的作用便成为点蚀。
点蚀过程： （1）裂纹的开口迎向接触点： ①由于接触压力产生的高压油波以极高的速度进入裂
纹，对裂纹壁产生强大液体冲击，同时配对的接触表 面又可能将裂纹口封闭，使裂纹内的油压进一步增高， 从而使裂纹向纵深扩展。
点蚀裂纹扩展示意图 (裂纹方向迎向接触点)
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§3.4.3 疲劳磨损的基本原理
②裂纹的缝隙越大，作用在裂纹壁上的压力也越大。 ③裂纹与表面之间的材料犹如一个悬臂梁承受弯曲载 荷，当其根部强度不够时就将发生折断，在表面上形 成点蚀坑。
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§4.3 疲劳磨损的基本原理
一、点蚀 ➢ 点蚀裂纹一般都从表面开始，向内倾斜扩展(与表面
成l0~30°角)，最后裂纹折向表面，裂纹以上的材料折 断脱落下来即成点蚀，因此单个的点蚀坑的表面形貌 常表现为“扇形”或“贝壳形”。当点蚀充分发展后， 这种形貌特征已难于辨别。
齿轮节圆上形成的点蚀
发动机冷激铸铁挺杆端面上的点蚀
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§3.4 疲劳磨损
➢ §3.4.1 疲劳磨损的实质 ➢ §3.4.2 疲劳磨损与整体疲劳的区别 ➢ §3.4.3 疲劳磨损的基本原理 ➢ §3.4.4 疲劳磨损的影响因素
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§3.4.3 疲劳磨损的基本原理
➢ 疲劳磨损表面接触处应力的性质和数值变化趋势，可 根据赫兹理论判定。
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§3.4.3 疲劳磨损的基本原理