碳钢微动疲劳时表面损伤疲劳裂 纹扩展 循环次数 104，×400
诊断：
只要断口具有疲劳破坏特
征，裂纹源发生于微动磨痕，
裂纹扩展呈现阶段性即可确
认为微动疲劳破坏。
磨损及磨损原理-第二讲
（2）微动疲劳曲线（交变应力与循环周次曲线）
评定材料微动疲劳性能 的主要方法是在微动条 件下测定其应力(s)— 循环数(N)曲线，称为 s—N曲线。
磨损及磨损原理-第二讲
微动磨损的发生过程：
微动磨损基本上属于粘着磨损和磨粒磨损的混合机理： • 载荷使微凸体产生粘着磨损，而往复运动引起断裂并产生磨
屑。微动与腐蚀通常是同时发生的，被称作微动腐蚀。
• 例如，当钢磨粒产生后，出生的磨粒表面被氧化成Fe2O3， 形成褐红色粉末，这些氧化颗粒具有研磨性，由于表面之间 的紧配合和小振幅往复运动（约为几十微米），界面接触没 有暴露的机会，因而磨粒很难逃逸出摩擦表面，后续的往复 运动就会产生磨粒磨损和氧化. 往复运动通常来自外部振动， 但多数情况是接触界面的某个表面承受周期应力（或疲劳） 的结果，这将引发早起疲劳裂纹而产生更大的微动磨损，称 为微动疲劳。
根据被氧化磨屑的颜色，往往可以断定是否发生微动 磨损。如被氧化的铁屑呈红色，被氧化的铝屑呈黑色，则
磨损及磨损原理-第二讲
振动时就会引起磨损。
左图为303不 锈钢轴表面产 生微动腐蚀后 的照片。
在外观上，微动磨损的表面特 征是黑色金属上有褐红色斑点且 临近区域被抛光，因为硬质铁氧 化体磨屑具有研磨作用。
种复合型式的磨损。在有振动的机械中，螺纹联接、花键 联接和过盈配合联接等都容易发生微动磨损。
微动磨损的机理：摩擦表面间的法向压力使表面上的 微凸体粘着。粘合点被小振幅振动剪断成为磨屑，磨屑接 着被氧化。被氧化的磨屑在磨损过程中起着磨粒的作用， 使摩擦表面形成麻点或虫纹形伤疤。这些麻点或伤疤是应 力集中的根源。
磨损及磨损原理-第二讲
影响微动磨损的因素
1.在一定范围内磨损率随载荷增加而增加，超过某极大值后 又逐渐下降；
2.温度升高则磨损加速； 3.抗粘着磨损好的材料抗微动磨损也好； 螺纹联接加装聚四氟乙烯垫圈也可减小微动磨损。 若氧化物能牢固地粘附在金属表面，则可减轻磨损 4.零件金属氧化物的硬度与金属的硬度之比较大时，容易剥 落成为磨粒，增加磨损；
①接触表面膜去除， 摩擦系数较低；
②二体接触，发 生粘着，摩擦 系数上升。并 伴随材料组织 结构变化；
磨损及磨损原理-第二讲
③磨屑剥落，二体接触 逐渐变成三体接触， 因第三体的保护作用， 粘着受抑制，摩擦系 数降低；
④磨屑连续不断地形成和排除，其成分和接触表 面随时间改变，形成和排出的磨屑达到平衡， 微动磨损进入稳定阶段。
磨损及磨损原理
——第二讲
磨损及磨损原理-第二讲
题纲
一 .概 述 二 .粘着磨损 三 .磨粒磨损 四 .疲劳磨损 五.其他形式的磨损（补充）
微动磨损 六 .磨损的转化与复合
七.磨损的控制与预防
磨损及磨损原理-第二讲
五.磨损的主要类型（补充）
微动磨损（Fretting Corrosion）
1.微动磨损定义 在相互压紧的金属表面间由于小振幅振动而产生的一
低碳钢的平面弯曲 疲劳曲线
这是微动疲劳的一般规律：
(1)微动造成疲劳强度明显下降．这里普通疲劳极限为233MN／m2，微
动 动疲劳极限下降57．7%。
(2)在高应力低循环数时，微动对疲劳强度的影响较小，而当应力较低，
循环数增加时，疲劳强度降低的比例也增加；
(3）尽管在高循环次数下，微动疲劳强度降至很低值.仍有一确定的疲劳
磨损及磨损原理-第二讲
微动的三体理论
微动的三体理论认为磨屑的产生可看成是两 个连续和同时发生的过程：
① 磨屑的形成过程 ➢ 接触表面粘着和塑性变形，并伴随强烈的加工
硬化； ➢ 加工硬化使材料脆化，白层同时形成，随着白
层的破碎，颗粒剥落； ➢ 磨粒(三体磨粒)被碾碎，并发生迁移，迁移过
程取决于颗粒的尺寸、形状和机械参数（如振 幅、频率、载荷等）。
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微动磨损的特征
➢ 具有引起微动的振动源（机械力、电磁场、冷热循环等），流体运 动所诱发的振动；
➢ 磨痕具有方向一致的划痕、硬结斑和塑性变形以及微裂纹； ➢ 磨屑易于聚团、含有大量类似锈蚀产物的氧化物。
磨损及磨损原理-第二讲
微动磨损机理主要解释下列实验现象：
➢ 真空或惰性气氛中微动损伤较小； ➢ 微动产生的磨屑主要由氧化物组成； ➢ 循环数一定时，低频微动比高频损伤大； ➢ 材料流失量随负荷和振幅而增加； ➢ 低于室温比高于室温的磨损严重； ➢微动疲劳
（1）微动疲劳的特征与诊断 微动疲劳是指因微动而萌生裂纹源，并在交变应力下
裂纹扩展而导致疲劳断裂的破坏形式。 特征一：出现位置：微动接触区或其影响区内。
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特征二：裂纹扩展的阶段性。
将遭受微动疲劳的部件在断 裂之前沿微动方向剖开，可看 到受微动影响的亚表层产生的 疲劳裂纹。裂纹在近表面处扩 展受材料晶界或缺陷影响，较 深处为穿晶裂纹。
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5.一般湿度增大则磨损下降，在界面间加入非腐蚀性润 滑 剂或对钢进行表面处理，可减小微动磨损； 如对钢铁而言，相对湿度大于50%时，表面生成 Fe2O3•H2O薄膜，他比通常的Fe2O3软，具有较低的磨 损率。
6.在大气中，振幅很小时（如0.012mm），钢的微动磨 损 量基本与振动频率无关，但在较大振幅时，随振动频 率 的增加，微动磨损量有减小的倾向。
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② 磨屑的氧化过程 ➢ 起初磨屑呈轻度氧化，仍为金属本色，粒度
为微米量级（约1μm）； ➢ 在碾碎和迁移过程中进一步氧化，颜色变成
灰褐色，粒度在亚微米量级（约0.1μm）； ➢ 磨屑深度氧化，呈红褐色，粒度进一步减小
为纳米颗粒（约10nm） ，
磨损及磨损原理-第二讲
利用三体理论来解释钢铁材料微动摩擦系数随循环 周次的变化过程：
极限，在该值上，循环数可达107次以上,即使进一步增加循环数疲劳强
度不再降低．
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（3）微动摩擦力和疲劳应力的协同作用将导致裂纹的萌