兩個接觸表面做純滾動或滾動與滑動複合摩擦時，在高接觸壓應力的作用下，經過多力循環後，在其相互作用表面的局部地區產生小塊材料剝落，形成麻點或凹坑，這種表面疲勞磨損或簡稱疲勞磨損。
兩個物體接觸（摩擦副）表面作相對運動，在法向力作用下，摩擦使表面物質逐漸耗損的過程稱為磨損。例如舵面滑輪在滑軌上的運動。磨損的結果會提高應力水平，增加應力集中，但磨損所造成的耗損主要影響運動機構的功能，所以磨損量的預估是磨損疲勞分析的一個重要問題。
基本介紹
- 中文名：磨損疲勞
- 外文名：chafing fatigue
- 全稱：表面疲勞磨損
- 分類：點蝕、剝落
基本類型,磨損機理,影響因素,
基本類型
按照引起疲勞剝落的初始裂紋出現的部位，表面疲勞磨損可以分為以下兩大類型。
1、點蝕
點蝕的特徵是初始裂紋出現在零件表面．表面裂紋逐漸擴展並產生疲勞破壞。材料破壞深度淺．以甲殼蟲狀小片脫落，最後在零件表面形成麻點狀小坑。例如，在閉式傳動的減速慧中，其主動齒輪的齒面常常會發生這種磨損，點蝕多集中在離節點以下2～3mm的部位究表明，當表面接觸壓應力較小（小於材料剪下強度r的55%），而摩擦係數較大時，表面磨損主要表現為點蝕。尤其是當零件表面質量較差時（如脫碳、淬火不足，有夾雜物等），更是如此。
2、剝落
當表面接觸壓應力較大（大於材料剪下強度τ的60%），而摩擦係數較小時，其初始裂紋往往在表面以下萌生並擴展，疲勞破壞大都突然發生，材料呈片狀脫落，破壞區較大，這種疲勞磨損的形式稱為剝落。一般滾動軸承常發生這種形式的表面疲勞磨損，其破壞部位大都在軸承內、外圈的滾道和滾動體表面。
兩種疲勞磨損特徵對比見下圖：
兩種疲勞磨損特徵然而，在相同工作條件下。同一種零件也有可能會同時出現以上兩種磨損形式。綜上所述，產生表面疲勞磨損的基本條件是：產生滾動摩擦或滑動摩擦或二者兼有的摩擦副承受了較高的重複接觸應力（壓應力或剪應力）。它與一般材料疲勞破壞的主要區別是：
①磨損的產生與摩擦力有關；
②磨損往往發生在材料的表層或次表層；
③材料不存在疲勞極限。
磨損機理
1、點蝕
點蝕的物理過程可分為以下三個階段：
（1）微觀裂紋的萌生階段在滾動摩擦或滾動與滑動摩擦同時出現時，由於表面接觸剪應力的作用非常接近表層，在表層產生塑性流變（流變層厚度為0.1～0.3mm），形成各向異性的纖維組織。因沿纖維組織方向（即塑性流向）的金屬移動的阻力最小．當表面剪應力足夠大時，在表面就會產生晶界微裂紋。
（2）裂紋擴展階段
表面形成微裂紋後，潤滑油進入其中，如下圖：
裂紋擴展示意圖而在零件做相對運動的過程中，潤滑油會被反覆壓人裂紋內部並被封閉，並使所形成的封閉腔中的油壓增大，迫使裂紋擴展。
（3）表層疲勞剝落階段
裂紋擴展的尺寸越大，裂紋形成封閉腔內的儲油越多。作用於裂紋內壁的油壓也越大。在多次重複作用下，裂紋擴大到使表層材料在其危險截面處折斷並脫落，從而使零件表面形成麻點剝落。在沒有潤滑油的情況下，由於摩擦表面的摩擦力更大，溫度更高，使表面材料產生畸變。局部應力增大，從而使接觸表面在高的壓應力、摩擦力和熱應力等作用下，也會產生點蝕。
2、剝落
剝落的形成過程與點蝕相似。也可分為以下三個階段：
（1）裂紋萌生階段
當表面接觸應力較大而摩擦力較小時，根據彈性理論中的赫茲方程可知，表層最薄弱處是在表面以下距表面0．768b的地方（b表示赫茲接觸長度的一半，見下圖），即最大剪應力的作用點。由於最大剪應力的反覆作用，微裂紋首先在該點產生，裂紋的方向與零件相對運動的表面平行。
裂紋萌生與擴展示意圖（2）裂紋擴展階段
隨著循環作用次數的增加，微裂紋逐漸擴展，並產生與表面垂直或傾斜的分枝裂紋。
（3）表層脆斷剝落階段
隨著分枝裂紋的進一步擴展並互相交織在一起，在裂紋包圍的地區引起脆斷而剝落。對於滲碳淬火的滾動接觸零件，當滲碳層的深度不夠大時．其初始裂紋往往發生在硬化層與心部交界的過渡區。
影響因素
1、軸承鋼的性能與質量
鋼中非金屬的脆性夾雜物（氧化物、氯化物和矽酸鹽等）在交變應力作用下，易與基體材料分離而形成空穴。當空穴棱邊尖角處產生的應力集中超過材料的彈性極限後，會產生較大的塑性變形，導致材料硬化，從而產生裂紋。為此，必須改善鋼錠的冶煉方法，進行淨化處理，這是降低鋼中夾雜物含量的根本措施。
此外，軸承鋼中碳化物含量太多、粒度太大、形狀不規則和分布不勻也會引起材料組織性能的不均勻和應力集中，從面降低材料抵抗表面疲勞磨損的能力。因此，適當降低軸承鋼中的含碳量，充分的鍛造．採用合理的球化退火工藝，以減少鋼中碳化物的含量，並使片狀及網狀碳化物變成球狀，以降低硬度，改善組織，減少淬火缺陷，這也是提高零件壽命的重要措施之一。
2、滲碳鋼的性能與質量
滲碳層一般具有較高的強度和耐磨性，其深度直接影響到滾動接觸零件內部剪應力的分布，以及剪應力與材料剪下強度二者比值的變化。合理選擇滲碳層深度，將使最大剪應力落在高強度的滲碳層內，從而可大大提高零件的壽命。
3、潤滑油的粘度
潤滑油的粘度愈低，愈易進入裂縫，加速裂紋的擴展。根據彈性流體動壓潤滑理論．潤滑油的粘度越高，接觸壓力的分布就越均勻，零件抗疲勞磨損的能力也就越高。因此，必須嚴格控制潤滑油的含水量。而適當地在潤滑油中加入固體潤滑劑（如MoS2），也可改善零件表面抗疲勞磨損的性能。
