摩擦副兩對(duì)偶表面作滾動(dòng)或滾滑復(fù)合運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于交變接觸應(yīng)力的作用，使表面材料疲勞斷裂而形成點(diǎn)蝕或剝落的現(xiàn)象，稱為表面疲勞磨損（或接觸疲勞磨損）。

　　

　　TPM咨詢公司如前所述，粘著磨損和磨粒磨損，都起因于固體表面間的直接接觸。如果摩擦副兩對(duì)偶表面被一層連續(xù)不斷的潤(rùn)滑膜隔開，而且中間沒有磨粒存在時(shí)，上述兩種磨損則不會(huì)發(fā)生。但對(duì)于表面疲勞磨損來說，即使有良好的潤(rùn)滑條件，磨損仍可能發(fā)生。因此，可以說這種磨損一般是難以避免的。

　　

　　1．磨損機(jī)理

　　

　　表面疲勞磨損形成的原因，按照疲勞裂紋產(chǎn)生的位置，目前存在兩種解釋。

　　

　?。?）裂紋從表面上產(chǎn)生　　摩擦副兩對(duì)偶表面在接觸過程中，由于受到法向應(yīng)力和切應(yīng)力的反復(fù)作用，必然引起表層材料塑性變形而導(dǎo)致表面硬化，最后在表面的應(yīng)力集中源（如切削痕、碰傷、腐蝕或其它磨損的痕跡等）出現(xiàn)初始裂紋，該裂紋源以與滾動(dòng)方向小于45°的傾角由表向內(nèi)擴(kuò)伸。

　　

　　當(dāng)潤(rùn)滑油楔入裂紋中后，若滾動(dòng)體的運(yùn)動(dòng)方向與裂紋方向一致，當(dāng)接觸到裂口時(shí)，裂口封住，裂紋中的潤(rùn)滑油則被堵塞在裂紋內(nèi)，因滾動(dòng)使裂紋內(nèi)的潤(rùn)滑油產(chǎn)生很大壓力將裂紋擴(kuò)展，經(jīng)交變應(yīng)力重復(fù)作用，裂紋發(fā)展到一定深度后則成為懸臂梁形狀，在油壓作用下材料從根部斷裂而在表面形成扇形的疲勞坑，造成表面疲勞磨損，這種磨損稱為點(diǎn)蝕。點(diǎn)蝕主要發(fā)生在高質(zhì)量鋼材以滑動(dòng)為主的摩擦副中，這種磨損的裂紋形成時(shí)間很長(zhǎng)，但擴(kuò)展速度十分迅速。

 

表面疲勞磨損

　　

　?。?）裂紋從表層下產(chǎn)生

　　

　　兩點(diǎn)（或線）接觸的摩擦副對(duì)偶表面，最大壓應(yīng)力發(fā)生在表面，最大切應(yīng)力發(fā)生在距表面0. 786a （a是點(diǎn)或線接觸區(qū)寬度的一半）處。在最大切應(yīng)力處，塑性變形最劇烈，且在交變應(yīng)力作用下反復(fù)變形，使該處材料局部弱化而出現(xiàn)裂紋。裂紋首先順滾動(dòng)方向平行于表面擴(kuò)展，然后分叉延伸到表面，使表面材料呈片狀剝落而形成淺凹坑，造成表面疲勞磨損，這種磨損常稱為鱗剝。若在表層下最大切應(yīng)力處附近有非塑性夾雜物等缺陷，造成應(yīng)力集中，則極易早期產(chǎn)生裂紋而引起疲勞磨損，這種表面疲勞磨損主要發(fā)生在以滾動(dòng)為主的一般質(zhì)量的鋼制摩擦副中。這種磨損的裂紋形成時(shí)間較短，但裂紋擴(kuò)展速度較慢。這種從表層下產(chǎn)生裂紋的疲勞磨損通常是滾動(dòng)軸承的主要破壞形式。

　　

　　滾動(dòng)接觸疲勞磨損要經(jīng)過一定的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)之后才發(fā)生明顯的磨損，并很快形成較大的磨屑，使摩擦副對(duì)偶表面出現(xiàn)凹坑而喪失其工作能力；而在此之前磨損極微，可以不計(jì)。這與粘著磨損和磨粒磨損從一開始就發(fā)生磨損并逐漸增大的情況完全不同。因此，對(duì)滾動(dòng)接觸疲勞磨損來說，磨損度或磨損率似乎不是一個(gè)很有用的參數(shù)，更有意義的是表面出現(xiàn)凹坑前的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)。

　　

　　2.影響磨損的因素

　　

　?。?）材料性能　鋼中的非塑性夾雜物等冶金缺陷，對(duì)疲勞磨損有嚴(yán)重的影響。如鋼中的氮化物、氧化物、硅酸鹽等帶棱角的質(zhì)點(diǎn)，在受力過程中，其變形不能與基體協(xié)調(diào)而形成空隙，構(gòu)成應(yīng)力集中源，在交變應(yīng)力作用下出現(xiàn)裂紋并擴(kuò)展，最后導(dǎo)致疲勞磨損早期出現(xiàn)。因此，選擇含有害夾雜物少的鋼（如軸承常用凈化鋼），對(duì)提高摩擦副抗疲勞磨損能力有著重要意義。在某些情況下，鑄鐵的抗疲勞磨損能力優(yōu)于鋼，這是因?yàn)殇撝形⒘鸭y受摩擦力的影響具有一定方向性，且也容易滲入油而擴(kuò)展；而鑄鐵基體組織中含有石墨，裂紋沿石墨發(fā)展且沒有一定方向性，潤(rùn)滑油不易滲入裂紋。

　　

　　（2）硬度　一般情況下，材料抗疲勞磨損能力隨表面硬度的增加而增強(qiáng)，而表面硬度一旦越過一定值，則情況相反。

　　

　　鋼的芯部硬度對(duì)抗疲勞磨損有一定影響，在外載荷一定的條件下，芯部硬度越高，產(chǎn)生疲勞裂紋的危險(xiǎn)性就越小。因此，對(duì)于滲碳鋼應(yīng)合理地提高其芯部硬度，但也不能無限地提高，否則韌性太低也容易產(chǎn)生裂紋。此外，鋼的硬化層厚度也對(duì)抗疲勞磨損能力有影響，硬化層太薄時(shí)，疲勞裂紋將出現(xiàn)在硬化層與基體的連接處而易形成表面剝落。因此，選擇硬化層厚度時(shí)，應(yīng)使疲勞裂紋產(chǎn)生在硬化層內(nèi)，以提高抗疲勞磨損能力。

　　

　　齒輪副的硬度選配，一般要求大齒輪硬度低于小齒輪，這樣有利于跑合，使接觸應(yīng)力分布均勻和對(duì)大齒輪齒面產(chǎn)生冷作硬化作用，從而有效地提高齒輪副壽命。

　　

　?。?）表面粗糙度　在接觸應(yīng)力一定的條件下，表面粗糙度值越小，抗疲勞磨損能力越高；當(dāng)表面粗糙度值小到一定值后，對(duì)抗疲勞磨損能力的影響減小。如滾動(dòng)軸承，當(dāng)表面粗糙度值為Ra0.32mm時(shí)，其軸承壽命比Ra0.63mm時(shí)高2～3倍,Ra0.16mm比Ra0.32mm高1倍，Ra0.08mm比Ra0.16mm高0.4倍，Ra0.08mm以下時(shí)，其變化對(duì)疲勞磨損影響甚微。如果觸應(yīng)力太大，則無論表面粗糙度值多么小，其抗疲勞磨損能力都低。此外，若零件表面硬度越高，其表面粗糙度值也就應(yīng)越小，否則會(huì)降低抗疲勞磨損能力。

　　

　　（4）摩擦力　接觸表面的摩擦力對(duì)抗疲勞磨損有著重要的影響。通常，純滾動(dòng)的摩擦力只有法向載荷的1％～2％，而引入滑動(dòng)以后，摩擦力可增加到法向載荷的10％甚至更大。摩擦力促進(jìn)接觸疲勞過程的原因是：摩擦力作用使最大切應(yīng)力位置趨于表面，增加了裂紋產(chǎn)生的可能性。此外，摩擦力所引起的拉應(yīng)力會(huì)促使裂紋擴(kuò)展加速。

　　

　?。?）潤(rùn)滑　試驗(yàn)表明：潤(rùn)滑油的粘度越高，抗疲勞磨損能力也越高；在潤(rùn)滑油中適當(dāng)加入添加劑或固體潤(rùn)滑劑，也能提高抗疲勞磨損能力；潤(rùn)滑油的粘度隨壓力變化越大，其抗疲勞磨損能力也越大；潤(rùn)滑油中含水量過多，對(duì)抗疲勞磨損能力影響也較大。

　　

　　此外，接觸應(yīng)力的大小、循環(huán)速度、表面處理工藝、潤(rùn)滑油量等因素，對(duì)抗疲勞磨損也有較大影響。