金属断裂与失效分析，蠕变特性试验

疲劳磨损

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，后使裂纹以上的材料断裂剥落下来的磨损过程称疲劳磨损。

疲劳磨损与整体疲劳的区别

①裂纹源与裂纹扩展不同。整体疲劳的裂纹源都是从表面开始，一般从表面沿与外加应力成45°的方向扩展，超过两三个晶粒以后，即转向与应力垂直的方向。而疲劳磨损裂纹除来源于表面外，或与表面呈一定角度，一般为10°~30°，而且只限于在表面层内扩展。

②疲劳寿命不同。整体疲劳一般有明显的疲劳极限，低于疲劳极限，疲劳理论寿命可以大大延长。而疲劳磨损尚未发现疲劳极限，疲劳磨损的零件寿命波动很大。

③疲劳磨损的工作条件更复杂更恶劣。疲劳磨损除循环应力作用外，还经受复杂的摩擦过程，可能引起表面层一些列物理化学变化以及各种力学性能与物理性能变化等。

疲劳磨损特征

疲劳磨损典型特征是零件表面出现深浅不同，大小不一的凹坑，或较大面积的表面剥落，简称点蚀或剥落。

点蚀裂纹一般都是从表面开始，向内倾斜扩展，后二次裂纹折向表面，裂纹以上的材料折断脱落下来即成点蚀。单个点蚀坑的表面形貌常表面为扇形。剥落裂纹一般起源于亚表层内部较深的层次。

纯滚动接触时，裂纹发生在亚表层大切应力处，裂纹发展慢，经历时间比裂纹萌生长，裂纹断口颜色比较光亮。滚动加滑动的疲劳磨损，因切应力和压应力，易在表面上产生微裂纹，它的萌生阶段往往大于扩展阶段，断口较暗。

疲劳磨损的基本原理

大的正应力发生在表面，大的切应力发生在离表面一定距离外。滚动接触时在交变应力的影响下，裂纹就容易在这些部位形核，并扩展到表面而产生剥落。若除滚动接触外还有滑动接触，破坏位置就逐渐移向表面。这是因为纯滑动时，大的切应力发生在表面。

实际中，由于构件表面粗糙度、材料不均、夹杂物、微裂纹及硬质点，疲劳破坏的位置会改变，所以有些裂纹从表面开始，而有些从次表面开始。

影响疲劳磨损的因素

①材质

材料纯度越高寿命越长，钢中的非金属夹杂物，特别是是脆性的带有棱角的氧化物、硅酸盐以及其他各种复杂成分的点状、球状夹杂物破坏基体的连续性，对疲劳磨损有严重不良影响。此外要控制金属的组织结构。

增加材料的加工硬化硬度对疲劳磨损有重要影响，硬度越高裂纹越难形成，降低表面粗糙度可有效提高抗疲劳磨损的能力；表层内一定深度的残余压应力可提高对接触疲劳磨损的抗力，表面渗碳、淬火、喷丸、滚压等处理都可使表面产生压应力。

②载荷

载荷是影响疲劳磨损寿命的主要原因之一。

一般认为球轴承的寿命与载荷的立方成反比。

③润滑油膜厚度

润滑油黏度高且足够厚时，可使表面微凸体不发生接触，从而不容易产生接触疲劳磨损。由于接触表面压力很高，要选择在超高压下黏度高的润滑油。

④环境。周围环境，如空气中的水、海水中的盐、润滑油中有腐蚀性的添加剂对材料的疲劳磨损有不利的影响。如润滑油中的水会加速轴承钢的接触疲劳失效，甚至很少量都危害重大。