第一章摩擦與潤滑第二章機械零部件的磨損失效第三章機械零部件

第二部分機械零件的失效分析（微觀理論）第一章摩擦與潤滑第二章機械零部件的磨損失效第三章機械零部件的變形失效第四章機械零部件的斷裂失效第一章摩擦與潤滑

摩擦學是研究材料（零件）的摩擦、磨損與潤滑及其應用的一門科學。摩擦是發(fā)生在相互運動零件表面之間的一種不可避免的自然現(xiàn)象。磨損是摩擦的必然結(jié)果。潤滑則是改善摩擦、減緩磨損的有效方法。第一節(jié)金屬表面特征一.基本概念1.金屬零件表面的幾何特性經(jīng)過精密加工的機械零件表面也存在許多微觀的凸峰和凹谷零件表面的這種凸凹不平的幾何形狀，稱之為表面形貌。表面上凸起處稱為波峰，凹下處稱為波谷。相鄰的波峰與波谷間的距離稱為波幅H，相鄰波峰或相鄰波谷間的距離稱為波距（或波長）L。

根據(jù)波距與波幅之比（L/H）分類:1.宏觀偏差（形狀誤差）不重復或不規(guī)則的宏觀變化，如凸凹度、錐度等。L/H大于1000。2.中間偏差（波紋度）周期性變化的偏差，由加工時的機具性能及不均勻進刀造成。L/H在50至1000.微觀偏差（粗糙度）表面波紋上的微觀幾何偏差，L/H小于50.微觀偏差的每一個單獨的峰叫微凸體。2.金屬零件表面層的結(jié)構(gòu)金屬零件的表面層是由不同物質(zhì)的薄層構(gòu)成，其性質(zhì)與金屬零件材料的基體不同。一般在大氣中機械加工金屬表面形成如圖所示的典型表面層結(jié)構(gòu)。金屬表面層的結(jié)構(gòu)

金屬基體上部是變質(zhì)層，表面在加工過程中產(chǎn)生了彈性變形、塑性變形和晶格扭曲而形成的加工硬化層。硬度高且有殘余應力，金相組織也發(fā)生了很大變化。在變形層的上部為貝氏層，這是加工過程中分子層熔化和表層流動而形成的冷硬層，結(jié)晶很細，有利于表層耐磨。在貝氏層上面是氧化層，在氧化層外還有吸附氣體分子層，以及塵埃、磨屑等形成的污染層。3.金屬表面的邊界膜實際的固體表面會含有各種各樣的吸附構(gòu)質(zhì)或化學反應物，只要把固體表面放在一定的環(huán)境之中，就會與環(huán)境（如各種潤滑劑）發(fā)生相互作用而形成不同的表面膜。表面膜可分成四種形式：物理吸附膜﹑化學吸附膜﹑化學反應膜和氧化膜。吸附膜：物理吸附膜，適用常溫、低速、輕載化學吸附膜，適用中等溫度、速度、載荷反應膜：化學反應膜，適用重載、高溫、高速氧化膜：只能起瞬時潤滑作用分類特點形成條件適用范圍吸附膜物理吸附膜由分子吸引力使極性分子定向排列，吸附在金屬表面。吸附與脫附完全可逆。在（2000~10000）×4.184J/mol的吸附熱時形成，在高溫時脫附。常溫、低速、輕載化學吸附膜由極性分子的有價電子與基體表面的電子發(fā)生交換而產(chǎn)生的化學結(jié)合力，使金屬皂的極性分子定向排列，吸附在金屬表面上，吸附與脫附不完全可逆在（2000~10000）×4.184J/mol的吸附熱時形成，在高溫時脫附，隨之發(fā)生化學變化中等溫度、速度、載荷反應膜化學反應膜硫、磷、氯等元素與金屬表面進行化學反應，生成金屬膜。這種膜的熔點高、剪切強度低、且反應是不可逆的在高溫條件下反應生成重載、高溫、高速氧化膜金屬表面由于結(jié)晶點陣原子處于不平衡狀態(tài)，化學活性比較大，與氧反應形成氧化膜。在室溫下無油純凈金屬表面氧化生成只能起瞬時潤滑作用邊界膜的分類、特點、形成條件及適用范圍4.金屬表面的接觸特性固體表面接觸時通常具有三種不同的接觸面積。名義接觸面積：物體的宏觀面積。輪廓接觸面積：接觸表面上波紋度的波峰因承載而被壓扁的區(qū)域（接觸斑點，圖中的小黑圈）所形成的面積總和；實際接觸面積：物體接觸時各微凸體發(fā)生變形而產(chǎn)生的微接觸面積的總和。固體接觸表面溫度：相互摩擦時，動能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，使物體表面溫度升高。摩擦表面的溫度隨載荷及速度增加而升高，并與導熱系數(shù)大小成反比。第二節(jié).摩擦（一）定義：任意兩個相互接觸的物體，在外力作用下，當有相對運動或相對運動趨勢而接觸面具有阻止相對運動或相對運動趨勢的作用的現(xiàn)象稱為摩擦。這種阻止兩物體相對運動或相對運動趨勢的作用力叫做摩擦力。出現(xiàn)或發(fā)生摩擦現(xiàn)象的三個充要條件：兩物體或物體的兩個部分；要相互接觸即相互作用又相互約束；有相對運動或運動的趨勢。摩擦有害的一面，有益的一面。（例子）（二）摩擦的分類分類類型特點按運動狀態(tài)靜摩擦一物體沿另一物體表面，只有相對運動的趨勢；靜摩擦力隨外力變化而變化；當外力克服最大靜摩擦力，才開始宏觀運動動摩擦

一物體沿另一物體表面有相對運動時的摩擦按運動形式滑動摩擦

兩接觸物體之間的動摩擦，接觸表面上切向速度的大小和方向不同滾動摩擦

兩接觸物體之間的動摩擦，其接觸表面上至少有一點切向速度的大小和方向均勻相同按接觸表面狀態(tài)干摩擦物體接觸表面無任何潤滑劑存在時的摩擦，它的摩擦系數(shù)極大邊界摩擦

物體表面被一層具有分層結(jié)構(gòu)和潤滑性能的、極薄的邊界膜分開的摩擦液體摩擦

兩物體表面完全被潤滑劑膜隔開時的摩擦，摩擦發(fā)生在界面間的潤滑劑內(nèi)部，摩擦系數(shù)最小混合摩擦

摩擦表面上同時存在著干摩擦和邊界摩擦，或同時存在液體摩擦和邊界摩擦的總稱（三）摩擦的實質(zhì)1.正壓力作用下，各凸峰接觸點處產(chǎn)生很大的接觸應力，塑性材料引起變形，表面膜破壞。再結(jié)晶中兩表面金屬生成新的晶格，撕裂剪斷晶格所需的力。2.兩物體硬度相差很大，嵌擠切削溝槽的切削阻力。3.實際接觸表面緊密相連，產(chǎn)生分子引力。4.產(chǎn)生發(fā)光、熱、噪聲、振動等消耗的能量。早期的摩擦理論：機械理論、分子理論、分子——機械理論二.摩擦理論粘著理論載荷作用下，接觸點產(chǎn)生壓力，引起塑性變形形成局部高溫，發(fā)生粘著，運動中又剪斷撕裂產(chǎn)生阻力；較硬金屬表面微凸體嵌入較軟金屬表面，相對運動時發(fā)生犁溝。能量理論摩擦能量消耗于表面的彈性和塑性變形，凸峰的斷裂、粘著與撕開犁溝等，產(chǎn)生熱能，發(fā)光、輻射、振動、噪音及化學反應等。從綜合觀點出發(fā)分析摩擦過程。

——摩擦力；

——實際接觸面積；

——剪應力；

——犁溝阻力。三、干摩擦

摩擦表面之間沒有任何潤滑介質(zhì)的潤滑，稱為無潤滑，即兩機件相對運動表面直接接觸，處于干摩擦狀態(tài)。干摩擦系數(shù)一般在0.1~0.5之間或更高，干摩擦的磨損也比較強烈。

四、滾動摩擦1.微觀滑移效應：自由滾動時壓力在兩物體引起的表面切向位移不等，導致界面上產(chǎn)生微量滑移并有相應的摩擦能量損失。2.彈性滯后：鋼球滾動時擠壓橡膠，后者發(fā)生形變，橡膠的彈性恢復對鋼球做功使其向前滾動，由于沒有完全彈性物體，因此存在能量損耗，就是滾動的摩擦損失。3.塑性變形：受載荷的鋼球在平面上滾動，使附近的金屬發(fā)生塑性變形，留下凹槽。4.粘著效應：滾動時接觸表面的相對運動是法向運動，產(chǎn)生粘著效應。五.邊界摩擦

液體摩擦過渡到干摩擦過程之前的臨界狀態(tài)。摩擦表面僅有一層吸附著的極薄的潤滑膜，這層薄膜的厚度通常在0.1左右，這層潤滑膜稱為邊界膜。特點：吸附力強、可以隨摩擦面的相對運動而運動，不能自由滾動，并且有良好的潤滑性能和較大的承載能力。邊界摩擦過程：（1）邊界膜完全起作用階段（2）邊界膜不能完全起作用階段當邊界膜能起很好的潤滑作用時，摩擦系數(shù)取決于邊界膜內(nèi)部的剪切強度。比干摩擦時金屬的剪切強度低得多，摩擦系數(shù)比干摩擦時的摩擦系數(shù)低得多；當邊界膜部分被破壞后，值比較大，使摩擦系數(shù)升高。此時的摩擦系數(shù)要比邊界膜完全起作用時的摩擦系數(shù)大3～4倍左右。

六.混合摩擦（半液體摩擦和半干摩擦）液體潤滑的油膜部分遭到破壞時，油膜破壞的部位就會出現(xiàn)摩擦表面的直接接觸，處于干摩擦或邊界潤滑狀態(tài)。如果這時液體潤滑仍占主要地位，則稱為半液體潤滑；如果油膜大部分遭到破壞，則稱為半干潤滑。半液體潤滑和半干潤滑時，液體潤滑的油膜是不連續(xù)的，摩擦表面之間可能同時存在液體潤滑、邊界潤滑和干摩擦三種情況，其摩擦系數(shù)和磨損的大小在很大范圍內(nèi)變化。摩擦系數(shù)和磨損的大小取決于液體潤滑油膜遭到破壞的程度、液體潤滑油膜遭到破壞的部位是處于邊界的潤滑狀態(tài)還是處于干摩擦狀態(tài)，以及遭到破壞的油膜恢復的能力等。七.影響摩擦的因素

1．潤滑條件6．靜止接觸的持續(xù)時間

7．溫度8．表面粗糙度2．表面氧化膜

3．材料性質(zhì)5．滑動速度4．載荷

八.摩擦時表面上發(fā)生的現(xiàn)象

1．表面化學效應

2．金屬的轉(zhuǎn)移

3．溫度作用形成溫度梯度，產(chǎn)生熱應力。①改變表面的摩擦狀態(tài)；、②硬度隨溫度升高而降低，表面易破壞，磨損要加??；③使金屬的互溶性隨溫度升高而變化；④引起金屬的相變，改變材料結(jié)構(gòu)4．產(chǎn)生振動

5．預位移兩摩擦物體在做宏觀相對滑動之前，表面間會出現(xiàn)微觀滑動稱為預位移第三節(jié).潤滑

摩擦按表面狀態(tài)分實際上是按其潤滑狀態(tài)來劃分的。按潤滑情況、潤滑狀態(tài)分為無潤滑、液體潤滑、邊界潤滑、半液體潤滑和半干潤滑等。相應的摩擦按摩擦表面的潤滑狀態(tài)分為：干摩擦、液體摩擦、邊界摩擦和混合摩擦（半干摩擦和半液體摩擦）等。一、分類：1.無潤滑（干摩擦）摩擦表面之間沒有任何潤滑介質(zhì)，相對運動表面直接接觸，處于干摩擦狀態(tài)。2.液體潤滑（液體摩擦）在摩擦表面間形成足夠厚度和強度的潤滑油膜，這層潤滑膜將摩擦表面凹凸不平的峰谷完全淹沒，相對運動的摩擦表面被完全分隔開來，使原來兩摩擦表面之間的“外摩擦”轉(zhuǎn)變?yōu)闈櫥?nèi)部液體分子之間的“內(nèi)摩擦”，而完全改變了摩擦的性質(zhì)，這種潤滑被稱為液體潤滑。這樣的潤滑油膜厚度一般在工程上是1.5um~1mm。

實現(xiàn)液體潤滑的方式：動壓潤滑、靜壓潤滑、彈性流體潤滑、邊界潤滑、固體潤滑等。3.邊界潤滑（邊界摩擦）兩摩擦表面被潤滑油邊界膜隔開。4.半液體和半干潤滑（半液體摩擦和半干摩擦）

液體潤滑的油膜部分遭到破壞時，油膜破壞的部位就會出現(xiàn)摩擦表面的直接接觸，處于干摩擦或邊界潤滑狀態(tài)。如果這時液體潤滑仍占主要地位，則稱為半液體潤滑；如果油膜大部分遭到破壞，則稱為半干潤滑。按潤滑介質(zhì)分類：1.氣體潤滑、2.液體潤滑3.半液體潤滑液體潤滑劑中加入稠化劑而成的半固體膏狀物4.固體潤滑按潤滑劑供應方法：分散、單獨潤滑、集中、油霧潤滑等按供油時間及有無壓力分：間歇、連續(xù)、常壓、壓力潤滑按潤滑系統(tǒng)特點：不循環(huán)、循環(huán)、混合潤滑系統(tǒng)等二、液體潤滑原理1、液體動壓潤滑※※※利用摩擦表面形狀和相對運動，使得潤滑油自然產(chǎn)生油壓，把接觸著的兩個表面分開，這種情況稱為液體動壓潤滑。一對摩擦副，底板固定，另一物體以ν速度相對滑動而形成油楔。條件：運動物體表面上的潤滑油的速度為ν潤滑油的流動為層流，且不可壓縮。滑動速度越大、潤滑油粘度越大，油膜的承載力越強。徑向滑動軸承動壓潤滑油膜建立2.實現(xiàn)液體動壓潤滑的條件：②兩表面間應該具有足夠大的相對運動速度，其運動方向必須從楔形間隙較大的一端向著較小的一端；③潤滑油必須具有適當?shù)恼扯龋鼙ＷC連續(xù)供應，油量充足；④外載荷必須小于油膜所能承受的負荷極限值；⑤動壓油膜必須將兩摩擦表面可靠地分隔開①兩相對運動的摩擦表面，必須沿著運動方向上有一個傾角，即能形成收斂的楔形間隙；徑向滑動軸承液體動壓潤滑油膜壓力分布a）徑向壓力分布b）軸向壓力分布3.液體靜壓潤滑

通過壓力供油系統(tǒng)把具有一定壓力的高壓油供到摩擦表面的間隙中，將兩相對運動的摩擦表面分隔開，從而保證運動副在承受一定載荷的情況下處于液體潤滑狀態(tài)的潤滑方式，稱為液體靜壓潤滑。4.液體動靜壓潤滑

液體動靜壓潤滑兼有液體動壓潤滑和液體靜壓潤滑的作用。液體動靜壓潤滑系統(tǒng)根據(jù)工作原理分為：①靜壓浮起、動壓工作；②動靜壓混合作用；③靜壓工作為主，動壓工作為輔。

5.彈性流體動壓潤滑

在綜合考慮流體動壓效應、彈性體接觸變形和潤滑油壓粘特性三者基礎上而確立的壓力潤滑油膜，將摩擦表面分離開來的潤滑狀態(tài)稱為彈性流體動壓潤滑，簡稱彈流潤滑。潤滑介質(zhì)：氣體潤滑、液體潤滑、半液體潤滑、固體潤滑。潤滑劑的供應方法：分散或單獨潤滑、集中潤滑、油霧潤滑等。根據(jù)供油的時間和有否壓力：間歇潤滑、連續(xù)潤滑、常壓潤滑、壓力潤滑等。潤滑方式與潤滑系統(tǒng)

潤滑方式與潤滑系統(tǒng)潤滑油的潤滑方式如圖所示潤滑方式與潤滑系統(tǒng)潤滑油的潤滑方式如圖所示對潤滑系統(tǒng)的要求保持潤滑的質(zhì)量和可靠性；結(jié)構(gòu)簡單，經(jīng)濟合理；具有冷卻和加熱功能；設置監(jiān)控裝置。潤滑方法適用范圍供油質(zhì)量結(jié)構(gòu)復雜性冷卻作用可靠性耗油量初始成本維修工作量勞務費潤滑油潤滑全損耗性潤滑手工加油潤滑

低速、輕載、間歇運轉(zhuǎn)的一般軸承，開式導軌、齒輪差低差差大很低小高滴油潤滑

輕、中載荷，低、中速的一般軸承、導軌、齒輪中中差中大低中中油繩或油墊潤滑

輕、中載荷與低、中速的一般軸承及導軌中中差中大低中中壓力強制潤滑

中、重載荷與中、高速的各種機械、軸承導軌、齒輪好高好好中中至高中中集中潤滑廣泛應用在各種場合好高優(yōu)好中高中中油霧潤滑高速、高溫滾動軸承、電機、泵、成套設備優(yōu)高優(yōu)好中中至高大中至高油氣潤滑

高速、高溫滾動軸承、導軌、齒輪、電機、泵、成套設備優(yōu)高優(yōu)好小中至高大中至高循環(huán)潤滑飛濺或油浴潤滑輕、中載荷普通軸承、齒輪箱、密閉結(jié)構(gòu)好中好好小低小低油環(huán)、油輪或油鏈潤滑輕、中載荷普通軸承好中中好小低小低噴油潤滑封閉齒輪、機構(gòu)好中好好中中至高中中壓力循環(huán)潤滑滑動軸承、滾動軸承、導軌、齒輪箱優(yōu)高優(yōu)好中高中中集中潤滑機床、自動化設備、自動生產(chǎn)線優(yōu)高中優(yōu)中高小中潤滑脂潤滑全損耗潤滑填裝脂封閉式潤滑滾動軸承、小型軸套、亦可用于精密軸承中低差中中低無低手工補充脂潤滑滾動軸承、導軌、含油軸承中低差中低低中高手工集中補充脂潤滑滾動軸承、導軌、含油軸承好高差好中中小中自動集中補充脂潤滑連續(xù)運轉(zhuǎn)的重要軸承、高精度滾動軸承、導軌好高中好中中至高小中第二章機械零部件的磨損失效

零件在載荷（包括機械載荷、熱載荷、腐蝕及綜合載荷等）作用下喪失最初規(guī)定的功能時，即稱為失效。一個機件處于下列三種狀態(tài)之一就認為是失效：①完全不能工作；②不能完成規(guī)定功能；③不能可靠和安全地繼續(xù)使用。這三個條件可以作為機件失效與否的判斷原則。機械零件的失效形式是按失效件的外部形態(tài)特征來分類的。大體包括：磨損失效、斷裂失效、變形失效和腐蝕與氣蝕失效。在生產(chǎn)實踐中，最主要的失效形式是零件工作表面的磨損失效；而最危險的失效形式是瞬間出現(xiàn)裂紋和破斷，統(tǒng)稱為斷裂失效。產(chǎn)品失效的后果

引發(fā)事故，甚至重大的或災難性的事故，造成危害，甚至生命財產(chǎn)的巨大損失（直接經(jīng)濟損失與間接經(jīng)濟損失）。直接經(jīng)濟損失泰坦尼克號郵輪與冰山相撞而傾覆；飛機失事；焊接輪船在低溫航行時的斷裂；北歐焊接鋼橋在寒冷冬季無人無車通過時突然坍塌；第一節(jié)機械零件的磨損失效

發(fā)生磨損的條件：有相互接觸的表面接觸表面間產(chǎn)生相對移動表面產(chǎn)生材料損失。c零件精度喪失零件發(fā)生磨損的危害：f機械發(fā)生故障a原有的尺寸、形狀和表面質(zhì)量發(fā)生改變；b破壞了配合副的配合性質(zhì)d機械效率下降e機械經(jīng)濟性下降一.磨損的分類c疲勞磨損按摩擦表面破壞的機理，磨損分為:e微動磨損a磨料磨損b粘著磨損d腐蝕磨損磨損液體磨損濕磨損金屬——液體磨損金屬——金屬磨損金屬——磨料磨損接觸疲勞磨損腐蝕磨損磨料磨損粘著磨損沖蝕磨損微動磨損沖擊磨損按表面接觸性質(zhì)分類按環(huán)境和介質(zhì)分類按機理分類

至今尚無統(tǒng)一的方法，圖為德國標準化協(xié)會對磨損的分類磨損干磨損

潤滑力學·流體潤滑與流體性質(zhì)·彈性流體潤滑·混合潤滑與邊界潤滑

固體力學·接觸應力大小與分布·塑性變形·裂紋萌生與擴展

摩擦化學·固體表面、潤滑劑與環(huán)境之間化學反應·表面膜的結(jié)構(gòu)與性能·潤滑材料

表面物理·表面吸附·摩擦溫度的形成·摩擦系數(shù)

材料科學·材料選擇·材料組織結(jié)構(gòu)與性能·材料缺陷

冶金學·生產(chǎn)工藝與冶金質(zhì)量·形變過程及組織性能變化·相變過程及組織性能變化磨損

表面技術(shù)·表面技術(shù)類型與工藝參數(shù)·涂層質(zhì)量·深層組織結(jié)構(gòu)與性能

機械學·結(jié)構(gòu)設計·接觸與運動方式·表面粗糙度與完整性表示材料磨損多學科性質(zhì)和系統(tǒng)性示意圖二.磨損特性：是十分復雜的現(xiàn)象，也是復雜的多學科的問題零件磨損是有規(guī)律的，但磨損規(guī)律也各不相同。表示磨損過程的曲線稱為磨損曲線，用來表示動配合摩擦副中配合副的磨損規(guī)律。磨合階段（Ⅰ階段）如圖中的O1A段，又稱跑合階段。穩(wěn)定磨損階段（Ⅱ階段）如圖中的AB段。急劇磨損階段（Ⅲ階段）如圖中曲線B點以右部分。三.磨損的一般規(guī)律降低磨損的方法：適當減小裝配間隙縮短磨合期降低正常磨損階段的磨損率第二節(jié)磨料磨損磨料磨損是由硬顆粒或硬突出物引起材料破壞，分離出磨屑的磨損一.磨料磨損分類按力的作用特點、受磨損表面、相對硬度、相對運動進行分類的情況如圖所示。

常用的是按摩擦表面所受的應力和沖擊力的大小分為：

鑿削式磨料磨損、高應力碾碎式磨料磨損低應力擦傷式磨料磨損。鑿削式磨損碾碎式磨損擦傷式磨損三體磨料磨損兩體磨料磨損軟磨料磨損硬磨料磨損固定磨料磨損自由磨料磨損特點分類按力的作用按受磨損表面分類按相對硬度分類按相對運動分類

磨料磨損磨料磨損分類二.磨料磨損的機理金屬材料的磨料磨損機理主要有：以微量切削為主的假說；以疲勞破壞為主的假說；以壓痕破壞為主的假說以斷裂起主要作用的假說。

1.微切削機理

認為磨料磨損主要是由于磨料在金屬表面產(chǎn)生微觀切削作用造成的。微觀切削機理磨粒作用在材料表面上的力可分解為法向分力和切向分力。在法向分力作用下，磨粒壓入材料表面形成壓痕，在切向分力作用下，磨粒向前推進，具有銳利棱角和適當迎角的磨粒像刀具一樣對材料進行切削而形成切屑，452.疲勞破壞機理金屬同磨料摩擦時，主要的磨損原因并不是由于磨料切下切屑，而是金屬的同一顯微體積的多次重復變形發(fā)生金屬疲勞破壞導致小顆料從表層上脫落下來。即：磨料對摩擦表面的法向力和切向力，使金屬表面承受交變接觸應力造成材料的疲勞破壞。與此同時，也有微切削過程。3、壓痕破壞機理當磨粒的形狀與位向不利于切削時，磨粒將使材料產(chǎn)生犁溝變形，即將材料推向前方或兩側(cè)并使溝底及溝槽附近的材料產(chǎn)生塑性變形。后繼的磨?？赡馨讯逊e起來的材料壓平，也可能使已經(jīng)犁溝變形的材料遭受再一次的犁溝變形，如此反復，將導致材料的加工硬化和其他強化作用，最后產(chǎn)生裂紋、斷裂而形成磨屑。4.斷裂破壞機理當磨料壓入和擦劃金屬表面時，壓痕處的金屬要產(chǎn)生變形。當磨料壓入深度達到臨界深度時，伴隨壓入而產(chǎn)生的拉伸應力足以產(chǎn)生裂紋。在擦劃過程中產(chǎn)生的裂紋可出現(xiàn)兩種類型，垂直于表面的中間裂紋和從壓痕的底部向表面擴展的橫向裂紋。當橫向裂紋相交或擴展到表面時，材料微粒便發(fā)生脫落，形成磨屑。5.磨料磨損產(chǎn)生的原因1）材料和磨料的相互作用

磨料顆粒承受的載荷可分解成法向分力和切向分力。在法向分力作用下，磨料的棱角刺入材料表面；在切向分力作用下，磨料沿平行表面方向滑動，若帶有銳利棱角，并具有合適迎角的磨料能切削材料而成切屑，使切槽底部及兩側(cè)擠壓產(chǎn)生塑性變形。如果磨料棱角不夠銳利或刺入表面角度不適合切削，會使材料表面產(chǎn)生犁溝變形。2）磨料本身的磨損機理磨料的硬度與磨損有很大關(guān)系。磨料硬度小，將會被壓碎；磨料硬度高，磨損率會很大。三.磨料磨損的影響因素分析1．金屬摩擦面材料的性質(zhì)一般情況下，金屬材料的硬度越高，耐磨性越好；2．磨料性質(zhì)磨料粒度對材料的磨損率存在一個臨界尺寸。磨料粒度的臨界值為60～100um

3.磨料的硬度Ha越大，磨損率越高。幾何形狀呈棱角狀的磨料其擠切磨損能力比呈圓滑狀磨料強；4．其他因素影響磨料磨損還有許多其他因素，例如摩擦表面相對運動的方式，磨損過程的工況條件等等。磨料磨損的機理是屬于磨料磨粒的機械作用。在很大程度上與磨粒的硬度、形狀、大小、固定程度以及載荷作用下磨粒與被磨材料表面的力學性能有關(guān)。

碳化物含量的影響試驗表明：無論是馬氏體基體還是奧氏體基體，耐磨性均隨碳化物含量增加而提高。當碳化物含量超過一定值后，耐磨性不再提高，有時反而下降。50碳化物顆粒的大小對材料的耐磨性也有影響一般認為隨碳化物顆粒平均尺寸增大，材料的磨損率降低。這是由于當碳化物顆粒尺寸比磨料顆粒的壓痕深度大時，碳化物對磨料的刺入起阻礙作用，使溝槽變淺，因而提高耐磨性。但是在某些工況條件下，細顆粒的碳化物表現(xiàn)出高的耐磨性。因此，應根據(jù)工況條件選擇適宜的碳化物粒度。51材料機械性能的影響

材料機械性能的影響主要表現(xiàn)在材料的硬度對耐磨性的影響。

(1)純金屬及退火鋼的相對耐磨性與材料的硬度成正比。

(2)經(jīng)淬火和不同溫度回火的鋼，其耐磨性也隨硬度的提高而增加，但比純金屬及退火鋼增加得慢一些。

(3)材料磨損后的表面硬度Hu與材料的耐磨性成正比。這一規(guī)律更符合生產(chǎn)實際，兩種原始硬度不同的材料，只要磨損后的最高硬度Hu相等，其相對耐磨性也相同。(4)純金屬的彈性模量E與其相對耐磨性有良好的線性關(guān)系。這種關(guān)系可用下式表示

工況條件的影響1、載荷的影響：

由磨料磨損的簡單模型和簡化方程式可知，材料的磨損量與載荷成正比。但實際上，磨損率與載荷之間的線性關(guān)系一般都有一個臨界值，超過此臨界載荷，線性關(guān)系開始破壞。2、滑動距離的影響

如果磨料在滑動磨損過程中不變圓鈍或碎裂，則材料的磨損量與滑動距離成正比，否則磨損量將有改變。533、滑動速度的影響:在帶式固定磨料磨損試驗機上的試驗結(jié)果表明：當速度較小時，磨損率隨速度的增高而有下降的趨勢，以后又逐漸升高，達到一定速度后趨于常數(shù)。載荷和速度對磨損的影響。實際上是熱和溫度的影響。特別是在高速重載情況下，摩擦引起的溫升能使材料表面氧化、軟化、硬化甚至熔化，這樣就使表面材料的磨損變得很復雜。環(huán)境的影響磨損系統(tǒng)的環(huán)境對材料的磨損有很大的影響。例如在采礦和選礦等機械中，常存在酸性液體介質(zhì)，此時材料經(jīng)受磨損和腐蝕的雙重作用，磨損量明顯增加。環(huán)境中水汽和濕度的增長也往往使材料的磨損率迅速增加。對于工程機械如推土機推土板等工作裝置。54四.減少磨料磨損的措施3.增加零件的抗磨性1.減少磨料的進入2.并及時清除摩擦過程中產(chǎn)生的磨屑

應設法阻止外界磨料進入磨擦副，具體措施為：對空氣、油料過濾；注意關(guān)鍵部位的密封；

經(jīng)常維護、清洗、換油；在潤滑系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)中裝入吸鐵石、集屑房和濾清器堵塞報警裝置；及時清洗各種濾清器及更換濾芯等

對工程機械中的許多遭受磨料磨損的零件，主要是選擇合適的耐磨材料，優(yōu)化結(jié)構(gòu)與參數(shù)設計；對軸頸與軸瓦、滾動軸承、缸套與活塞、機械傳動裝置等，提高摩擦副表面的制造精度；進行適當?shù)谋砻嫣幚?；兩接觸表面采用一軟一硬的材料一.粘著磨損的定義與機理1.定義指兩個作相對滑動的表面，在局部發(fā)生固相焊合，使一個表面的材料轉(zhuǎn)移到另一個表面的磨損。是干摩擦的結(jié)果2機理由于摩擦表面粗糙不平，兩摩擦表面實際上只是在一些微觀點上接觸。在重載或潤滑不良時由于法向載荷的作用，接觸點的壓力很大，使金屬表面膜破裂，兩表面的裸露金屬直接接觸，引起塑性變形和表面局部溫度急劇升高，接觸表面金屬因此熔化且又迅速冷卻，在接觸點上發(fā)生焊合，即粘著。第三節(jié)粘著磨損3過程當兩表面進一步相對滑動時，粘著點便發(fā)生剪切及材料轉(zhuǎn)移現(xiàn)象。在鄰近區(qū)域，凸出的材料又可能發(fā)生新的粘著。直至最后在表面上脫落下來，形成磨屑。這一過程可用圖表示。

粘著磨損的過程可描述為：摩擦表面相對滑動時，粘著點被剪切，隨后再粘著、再剪切，最后使摩擦表面破壞并形成磨屑。粘著磨損的大小與粘著點的剪切位置有關(guān)。二.粘著磨損的類別根據(jù)粘著點與摩擦副材料強度、載荷工況及摩擦表面的破壞的程度，分：輕微磨損、涂抹、擦傷、撕脫和咬死等。類別破壞現(xiàn)象損壞原因?qū)嵗p微磨損

剪切破壞發(fā)生在粘著結(jié)合面上，表面轉(zhuǎn)移的材料極輕微

粘著結(jié)合強度比摩擦副的兩基體金屬都弱

軸與滑動軸承、缸套與活塞環(huán)涂抹

剪切破壞發(fā)生在離粘著結(jié)合面不遠的較軟金屬淺層內(nèi)，軟金屬涂抹在硬金屬表面

粘著結(jié)合強度大于較軟金屬的剪切強度

發(fā)動機主軸軸頸與巴氏合金軸瓦、重載蝸輪副擦傷

剪切破壞，主要發(fā)生在軟金屬的亞表層內(nèi)，有時硬金屬亞表面也有滑痕

粘著結(jié)合強度比兩基體金屬都高，轉(zhuǎn)移到硬面上的粘著物質(zhì)又拉削軟金屬表面

減速器齒輪表面、發(fā)動機活塞與缸套內(nèi)孔膠合

剪切破壞發(fā)生在摩擦副一方或兩方金屬較深入處

粘著結(jié)合強度大于任一基體金屬的剪切強度，剪切應力高于粘著結(jié)合強度

主軸一軸瓦咬死

摩擦副之間咬死，不能相對運動

粘著結(jié)合強度比任一基體金屬的剪切強度都高，且粘著區(qū)域大，剪切應力低于粘著結(jié)合強度

齒輪油泵中的軸與軸承、齒輪副、不銹鋼螺栓與螺母，主軸——軸瓦等

也可分為外部粘著磨損和內(nèi)部粘著磨損，多數(shù)是外部和內(nèi)部粘著磨損同時發(fā)生。粘著磨損的破壞程度由輕到重。重載高速條件下發(fā)生的粘著磨損叫熱粘著磨損；重載低速條件下發(fā)生的粘著磨損叫冷粘著磨損。

粘著磨損存在三條規(guī)律：材料的磨損量與法向載荷成正比；與滑動距離成正比；與較軟材料的屈服點或硬度成反比。三.粘著磨損發(fā)生的條件6.接觸應力（負荷）過大等1.摩擦表面潔凈，無吸附物、氧化層和潤滑劑2.摩擦表面的成份和金相組織互溶性越好易發(fā)生5.配合副表面粗糙度太低或太高3.接觸面愈近愈易發(fā)生粘著磨損4.潤滑及散熱不良，潤滑油粘度太高或太低當載荷較大或速度極高、摩擦表面溫度很高時，磨損率反而顯著下降，因為裸露出的金屬會在高溫下迅速生成新的保護膜四.影響粘著磨損的因素1.材料的性能：塑性材料易發(fā)生2.潤滑性能：要求潤滑油的性能與機械的工作特性相適應3.溫度：溫度高，潤滑油粘度下降，油膜厚度變小，達到一定程度時，液體摩擦變?yōu)檫吔缒Σ?，溫度達150℃～180℃時邊界膜破裂，成為混合摩擦或干摩擦5.表面狀況4.載荷和速度五.減少粘著磨損的措施3．用硬的非金屬涂層

如工程塑料作耐磨層2．選擇選配材料

金屬與非金屬，鋼與石墨、塑料等非金屬配對

6.使用修理中采取防止油膜被破壞的措施

如不缺油、防雜質(zhì)，保證配合間隙，防止裝配變形和降低精度5．限制機械工作時的工作參數(shù)（控制摩擦副零件的工作條件）4．適當?shù)谋砻嫣幚肀砻娲慊?、表面化學處理、磷化處理、硫化處理、滲氮處理、四氧化三鐵處理以及適當?shù)膰娡刻幚?、提高零件表面的貯油性1．保證潤滑合理選用潤滑劑

保證摩擦面間形成液體潤滑狀態(tài)，隔離互相摩擦的金屬表面是最有效、最經(jīng)濟的措施第四節(jié).微動磨損微動磨損是兩固定接觸面上出現(xiàn)相對小幅振動而造成的表面損傷，主要發(fā)生在宏觀相對靜止的零件結(jié)合面上。微動磨損的主要危害是使配合精度下降，緊配合的零件變松，更嚴重的是引起應力集中，導致零件疲勞斷裂。圖中a）表示接觸區(qū)的應力分布，在邊緣處應力最大。b）表示在運行過程中，由于負荷作用，軸發(fā)生彎曲，在兩端出現(xiàn)微動。微動磨損會成為疲勞裂紋的核心，并可能引起接合件斷裂。

壓配合的壓力分布和負荷引起的微動一.微動磨損的過程當兩接觸表面具有一定壓力并產(chǎn)生小振幅相對振動，接觸面上的微凸體在振動沖擊力作用下產(chǎn)生強烈的塑性變形和高溫，發(fā)生相互粘著現(xiàn)象。在以后的振動中，粘著點又會被剪斷，粘著物在沖擊力作用下脫落，脫落的粘著物與被剪斷的表面因露出純潔表面會迅速氧化。由于兩接觸表面之間沒有宏觀相對運動，配合較緊，故磨屑不易排出，留在接合面上起磨料的作用，磨料磨損取代了粘著磨損。隨著表面進一步磨損和磨料的氧化，磨屑體積膨脹，磨損區(qū)間擴大，磨屑向微凸體四周溢出。隨著振動過程的持續(xù)，鄰近區(qū)域也發(fā)生微凸體轉(zhuǎn)化成麻點坑的過程，使麻點坑連成一片，形成大而深的麻坑。實質(zhì)：微動磨損是一種復合形式的磨損，兼有粘著磨損、氧化磨損、磨料磨損1.兩表面必須承受有載荷2兩表面間存在小振幅振動或反復相對運動3.界面的載荷和相對運動必須使表面產(chǎn)生變形和位移二.形成微動磨損的條件三.影響微動磨損的因素

影響微動磨損的因素很多,并且各種因素相互影響。因此微動磨損比其它磨損形式更為復雜和難以認識。四.減小微動磨損的措施

1．改進設計,消除和減小接觸表面之間的相對振動或盡可能減少接觸面2.選擇合適的材料和表面處理工藝，對表面進行強化3.用非腐蝕的潤滑劑減小微動磨損的措施

第五節(jié)疲勞磨損

疲勞磨損（或稱接觸疲勞磨損）是摩擦副表面相對滾動或滑動時，材料微體積受周期載荷引起的很大的交變接觸應力的作用而產(chǎn)生重復變形，當超過材料疲勞強度時，金屬表層產(chǎn)生疲勞裂紋并不斷擴展，最后引起表層材料脫落，造成點蝕和剝落，這一現(xiàn)象稱為表面疲勞磨損。疲勞磨損一般都經(jīng)歷裂紋的萌生、擴展、斷裂三個過程，可以說是材料疲勞斷裂的一種特殊形式。早期的磨損分類，沒有把這種接觸疲勞劃入磨損的范疇。后來的研究發(fā)現(xiàn)，不僅在滾動接觸，而且在滑動接觸及其它磨損形式中，也都發(fā)現(xiàn)了表面接觸疲勞過程，因此，接觸疲勞完全可以被認為是一種獨立的，而且是相當普遍的磨損形式。

一、概述

2.疲勞磨損與整體疲勞之間的區(qū)別疲勞磨損和整體疲勞破壞都是疲勞過程，主要區(qū)別：1）整體疲勞的裂紋都是從表面開始的，而疲勞磨損的裂紋，除去表面萌生外，還可能從亞表層內(nèi)產(chǎn)生。2）在整體疲勞中，一般都存在明顯的疲勞極限，即對某種材料都有一個應力極限，低于這個極限，疲勞壽命可以認為是無限的。疲勞磨損疲勞壽命有經(jīng)驗公式計算壽命，表示疲勞失效時間t與最大接觸應力之間的數(shù)值關(guān)系：

t=常數(shù)/在點接觸或者是線接觸的情況下，由于接觸應力可以達到很高的數(shù)值，所以接觸疲勞壽命要比整體疲勞壽命低的多。

整體疲勞疲勞磨損3）在疲勞磨損中，除去循環(huán)應力作用外，材料還經(jīng)受了復雜的摩擦過程，引起表層一系列物理化學變化；而整體疲勞只是簡單的承受循環(huán)應力的作用。4）疲勞磨損的應力計算要復雜得多，它受材料的均勻性、表面特征、載荷分布、油膜情況、切向力大小等多方面的影響。二、疲勞磨損現(xiàn)象及原理

疲勞點蝕誘發(fā)機理：疲勞裂紋擴展成點蝕理論、摩擦溫度誘發(fā)點蝕理論以及最大剪應力理論。

1）疲勞裂紋擴展成點蝕理論于1935年提出：a.發(fā)生點蝕的必要條件是摩擦副之間有油潤滑；b.潤滑油粘度高于某一定值，點蝕將不會發(fā)生；c.光滑的接觸表面不易發(fā)生點蝕；d.熱處理條件對于點蝕有顯著的影響。

二、疲勞磨損現(xiàn)象及原理

2）摩擦溫度誘發(fā)點蝕理論

摩擦溫度引發(fā)點蝕形成過程的框圖二、疲勞磨損現(xiàn)象及原理

3）最大剪應力理論

前述兩種理論限于當時的條件，都缺乏深入的力學及微觀組織結(jié)構(gòu)的分析，也缺少充分的試驗證明，因此只能認為是一種假說。近些年來逐漸形成了一種新的比較深入的理論。認為點蝕裂紋主要發(fā)生在接觸表面下的最大剪應力處。不同運動形式下的剪應力分布疲勞磨損形成的機理

按裂紋產(chǎn)生的位置有三種解釋。1）裂紋在表面產(chǎn)生點蝕裂紋一般都從表面開始，向內(nèi)傾斜擴展，最后二次裂紋折向表面，裂紋以上的材料折斷脫落下來即形成點蝕。單個點蝕坑的表面形貌常表現(xiàn)為“扇形”。

2）裂紋從接觸表層下產(chǎn)生

在純滾或既滾又滑的接觸過程中，根據(jù)彈性力學，兩接觸物體在距表面下剪應力最大處（純滾時為0.786b處，b為赫茲接觸區(qū)寬度之半）塑性變形最劇烈，在周期載荷作用下的反復變形使材料局部弱化、并在剪應力最大處出現(xiàn)裂紋，沿著最大剪應力方向擴展到表面，形成疲勞磨損。

3）表面壓碎剝落

這種破壞方式主要發(fā)生在表面經(jīng)過強化處理的零件上，如滲碳、表面淬火等。點蝕實物圖疲勞磨損過程

以一個表面在另一個表面作純滾動或滾動加滑動時為例，此時最大切應力發(fā)生在亞表層，根據(jù)摩擦表層發(fā)生的現(xiàn)象，疲勞磨損過程是由三個發(fā)展階段組成：

表面的相互作用；在摩擦力影響下，接觸材料表層性質(zhì)的變化；表面的破壞和磨損微粒的脫離。三、影響疲勞磨損的因素載荷性質(zhì)的影響1材料性能的影響2表面粗糙度的影響3潤滑劑潤滑劑的影響45環(huán)境的影響三、影響疲勞磨損的因素1載荷性質(zhì)的影響

（1）蘇聯(lián)科學家的試驗

短期的高峰載荷周期性地附加在基本載荷上，不僅不降低反而提高了接觸疲勞壽命（原因？）。只有當高峰載荷作用時間接近循環(huán)周期時間一半時，高峰載荷才開始降低接觸疲勞壽命。

（2）溫詩鑄教授的試驗

施加拉伸彎曲應力顯著地縮短接觸疲勞壽命，而壓縮彎曲應力對疲勞壽命的影響取決于壓縮彎曲應力的數(shù)值大小。較小的附加壓縮應力能夠增加疲勞壽命，而大的壓縮彎曲應力將降低疲勞壽命。

另外，少量的滑動將顯著地降低接觸疲勞磨損壽命，因為，摩擦力作用使最大切應力位置趨于表面，增加了裂紋萌生的可能性。此外，摩擦力所引起的拉應力促使裂紋擴展加速。應力循環(huán)速度越大，表面積聚熱量和溫度就越高，使金屬軟化而降低機械性能，因而加速表面的疲勞磨損。2材料性能的影響

鋼材中的非金屬夾雜物破壞了基體的連續(xù)性，在循環(huán)應力作用下與基體材料脫離形成空穴，構(gòu)成應力集中源，從而導致疲勞裂紋的早期出現(xiàn)。

通常增加材料硬度可以提高抗疲勞磨損能力，但硬度過高，材料脆性增加，反而會降低接觸疲勞壽命。3

表面粗糙度的影響

粗糙度值越大，疲勞壽命越短。

因為實際加工表面的微凸體接觸，使橢圓分布的應力場變成了很多分散的微觀應力場，從而引發(fā)了很多微觀點蝕。微觀點蝕的出現(xiàn)往往構(gòu)成了宏觀點蝕裂紋的起源，因此，提高表面光潔度有利于延長疲勞磨損壽命。

4潤滑與潤滑劑的影響

實驗表明：增加潤滑油的粘度將提高抗接觸疲勞能力。粘度影響疲勞磨損機理的不同觀點：

增加潤滑劑粘度使彈流油膜增厚，從而減輕粗糙峰的互相作用；

潤滑油中帶有水分，加速疲勞裂紋的擴展；

表面吸附了氫原子，可以降低表面性能，使裂紋在較低應力下擴展；

在高溫下潤滑油的分解，會在高應力區(qū)造成酸性物質(zhì)的堆積，降低接觸疲勞壽命。

在相同溫度和相同粘度下，使用合成油的接觸疲勞壽命高于使用天然油的，因為合成油的粘壓系數(shù)值較大，因而油膜厚度較大。說明油膜厚度對阻止裂紋形成具有一定的影響。

在疲勞磨損的初期階段是微裂紋的形成階段，無論有無潤滑油存在，循環(huán)應力起著主要作用。裂紋萌生在表面或表層，但很快擴展到表面，此后，潤滑油的粘度對于裂紋擴展起重要影響。5環(huán)境的影響

環(huán)境對于金屬疲勞與疲勞磨損也有重要影響。疲勞磨損只限于表面層，表面積/(承受應力的體積)比值比一般整體疲勞要大得多。因此環(huán)境的因素在這種情況下具有更大的影響。

例如在潤滑油中有水分，將加速軸承鋼的接觸疲勞失效，甚至很少量的溶解水分都是很有害的，而且油中帶水將使油膜厚度變小。四、防止疲勞磨損的表面處理技術(shù)

磨損是一種表面損傷形式，在磨損過程中發(fā)生的一些復雜的物理和化學變化都出現(xiàn)在不到一個毫米的范圍內(nèi)，而大多數(shù)是在幾十個微米數(shù)量級的表面層內(nèi)，因此為了提高材料的耐磨性，從整體上改善材料的性能是很不經(jīng)濟的，如果針對遭受磨損的表面層采取必要的改性措施，不但可以節(jié)約大量的原材料，而且可以賦于表面層各種特殊的，甚至作為整體材料根本無法得到的組織結(jié)構(gòu)與性能。表面滲碳、滲氮及碳氮共滲1磷化及硫化處理2自熔合金表面涂層3電鍍4四、防止疲勞磨損的表面處理技術(shù)5固體潤滑膜涂層1表面滲碳、滲氮及碳氮共滲

表面滲碳處理：

將工件置入具有活性滲碳介質(zhì)中,加熱到900--950攝氏度的單相奧氏體區(qū),保溫足夠時間后,使?jié)B碳介質(zhì)中分解出的活性碳原子滲入鋼件表層,從而獲得表層高碳,心部仍保持原有成分.20鋼(920℃滲碳)處理金相圖

表面滲氮處理：

在氨分解的溫度(大約550℃)下．將特殊成分的鋼加熱，目的是在表面層形成彌散分布的硬氮化合物相。

表面碳氮共滲處理：

碳氮共滲是在零件表面同時滲入碳原子和氮原子的熱處理過程。滲碳、滲氮以及碳氮共滲的比較：

滲氮處理的溫度比滲碳處理要低，而且通常隨爐冷卻，不需要像滲碳處理要經(jīng)過熱處理才能夠變硬，故變形很小，需要的時間較長，滲層的深度較淺，不過滲氮能使零件獲得比滲碳更高的表面硬度、耐磨性及疲勞強度。滲氮處理的滲氮層有一定的脆性，接觸應力較大時容易剝落。

碳氮共滲處理滲后也不需要熱處理，硬化層的厚度比滲碳處理的要薄一半左右，但是該滲層的壽命要比滲碳處理高四倍左右。而且碳氮共滲比單純的滲碳處理的具有高的多的接觸疲勞強度。

2磷化處理

目的：增加表面潤滑效果，降低摩擦系數(shù)，防止擦傷。

概念：磷化處理是把零件至于磷酸及其它化學成分的稀釋溶液中，使金屬表面與磷酸發(fā)生化學反應而生成一層磷酸鹽保護膜的過程。

應用：磷化層可以顯著降低摩擦系數(shù)，但是其壽命較短，所以主要用于跑合期防止早期擦傷，形成良好的跑和表面，從而提高磨損壽命。

普遍用在滾動軸承的保持架、內(nèi)外套圈、凸輪、挺桿、活塞環(huán)和齒輪等等。3自熔合金表面涂層

自熔合金：以鐵、鎳、鈷為基，含有強脫氧元素硼和硅的一種低熔點合金。

自熔性：自熔性是指合金粉在熔融狀態(tài)時具有自行脫氧的能力。

原理：合金中的硼與硅能與氧化物反應生成B2O3和SiO2，并與其它金屬氧化物形成硼硅酸鹽玻璃渣，防止合金繼續(xù)氧化，并保證涂層與基層之間的牢固結(jié)合。

分類：鎳基自熔合金、鈷基自熔合金、鐵基自熔合金以及鐵鎳鈷基自熔合金。

應用：由于自熔合金涂層有良好的耐磨性，因此在實際中能明顯的提高零件的使用壽命。4電鍍一般電鍍

優(yōu)點：不會引起零件變形，可以采用廉價的基體材料賦予鍍層以優(yōu)良的性能，工藝簡單，設備便宜。還可以修復磨損的零件，如在嚴重磨損的表面，先鍍鐵或鎳打底恢復尺寸，然后再鍍上所需要的金屬．電鍍產(chǎn)品刷鍍1)可用以修復有缺陷的電鍍零件。2)可在現(xiàn)場原位進行電鍍。3)可以進行選區(qū)電鍍。4)可防止鍍液的污染。5)鍍層與基體的結(jié)合強度較高。6)可進行磨損零件的局部修復。

兩種電鍍工藝的比較：刷鍍工藝比起一般電鍍（槽鍍）需要較大的勞動量進行手工操作，鍍液的成本比較高，電鍍刷是用棉布包起來的，陽極消耗比較快等。因此刷鍍這種工藝最適合于復雜形狀大型工件的修復工作。刷鍍后的軋機軸承座軟金屬硬鉻鎳銅錫復合鍍提高材料耐磨性電鍍合金鍍層常用固體潤滑劑是石墨、二硫化鉬和聚四氟乙烯主要用來實現(xiàn)軟金屬鍍層，其鍍層質(zhì)量比一般的鍍層質(zhì)量要好有很大的靈活性和通用性，適用于濺射合金和化合物的鍍層。涂層方法粘結(jié)涂層離子鍍離子濺射5固體潤滑膜涂層

在滑動摩擦過程中，為了防止擦傷問題出現(xiàn)，應用固體潤滑是很有效的措施，它不但能避免金屬與金屬的直接接觸，而且由于固體膜具有低的剪切強度和摩擦系數(shù)，可以顯著地減少基體材料的塑性變形，抑制疲勞裂紋的萌生與擴展。典型疲勞磨損1.齒輪的疲勞磨損齒面摩擦力大小隨嚙合點位置不同而異。在節(jié)點上趨于純滾動,摩擦力小,隨著產(chǎn)生很小滑動,摩擦力急劇增大。在離節(jié)點很近的區(qū)域內(nèi)便產(chǎn)生滑動,表明了節(jié)點兩側(cè)區(qū)域摩擦力是相當大的。齒頂齒根側(cè)滑動率大,故摩擦力較大。摩擦力在赫芝接觸區(qū)域內(nèi)也是不同的。接觸區(qū)域前側(cè)滑動小,摩擦力小,接觸區(qū)域后側(cè)滑動大,摩擦力較大。由此可見,齒面間摩擦力從開始嚙合點到最后脫開的時間間隔內(nèi),都是變化的。齒廓接觸點的公法線與連心線的交點稱為節(jié)點,典型疲勞磨損2.滾動軸承的疲勞磨損軸承在其運轉(zhuǎn)總小時數(shù)或總轉(zhuǎn)數(shù)超過軸承計算壽命后，所發(fā)生的疲勞剝落為正常疲勞磨損.原因是滾動表面的金屬由于運轉(zhuǎn)時的應力循環(huán)數(shù)超過材料的疲勞極限，從次表層開始萌生疲勞裂紋，并向表面層開裂而落下金屬碎片一一剝落。特征是：滾動表面沿運動方向發(fā)生較光滑的磨損條紋，新條紋有較顯著的金屬光澤。滾動軸承的正常磨損也有三個階段，即短期的“跑合”磨損，很長時間的平緩磨損，以及短期的劇烈磨損，最終使軸承的精度喪失，或引起振動和噪聲而不能繼續(xù)使用。

影響疲勞磨損的因素4.表面粗糙度3.潤滑油的粘度2.表面硬度和基體硬度1.材料質(zhì)量1．減少材料中的脆性夾雜物2．表面要有適當?shù)挠捕?，摩擦副適當?shù)挠捕绕ヅ湟彩菧p少疲勞磨損的正確途徑3．提高表面加工質(zhì)量降低摩擦表面粗糙度和形狀誤差提高抗疲勞磨損的途徑4．對表面進行滲碳、淬火、表面噴丸、滾壓處理等，使表層產(chǎn)生殘余壓應力，提高接觸疲勞抗力5．潤滑油可使接觸區(qū)壓應力的集中載荷分散，加強潤滑合理選用潤滑油及粘度6．提高裝配質(zhì)量，保證裝配精度，避免局部壓力過大或變形7．配合副工作表面要清潔，要防止灰塵進入摩擦表面之間，對磨損磨粒要及時清除，避免硬磨粒對摩擦表面的磨損和局部應力過大產(chǎn)生壓痕第六節(jié).腐蝕磨損材料在摩擦過程中，表面發(fā)生化學或電化學反應，生成腐蝕物，在隨后的摩擦中將腐蝕物磨損掉，從而不斷腐蝕、磨損的方式稱為腐蝕磨損。分為：氧化磨損、特殊介質(zhì)下的腐蝕磨損。氧化磨損：金屬表面由于氧的作用而形成氧化膜層并不斷在摩擦中被磨損除去。特殊介質(zhì)下的腐蝕磨損：是摩擦副金屬在酸、堿、鹽等介質(zhì)起作用生成的各種化合物，在摩擦過程中不斷被除去的磨損。1.氧化磨損發(fā)生氧化磨損的條件：1）摩擦表面能夠氧化，且氧化速度大于磨損速度。2）氧化膜與摩擦表面的結(jié)合強度大于所受剪切應力。3）氧化膜厚度大于摩擦表面破壞深度。若金屬表面氧化膜緊密、完整無孔，且于金屬基體結(jié)合牢固，有利于防止金屬表面的氧化。氧化膜硬度與金屬基體硬度對氧化磨損的影響：1）若氧化膜硬度大于基體硬度，小載荷下也易破碎和磨損。2）若氧化膜硬度與基體硬度相近，小載荷下不易脫落，但是大載荷時易破碎。只有在氧化膜硬度與基體硬度相近，且硬度若金屬很高時，在載荷作用下才不易破碎，耐磨性好。2.氧化特殊介質(zhì)下的腐蝕磨損影響該腐蝕磨損的條件：1）與介質(zhì)的腐蝕性質(zhì)、作用溫度、相互摩擦的兩金屬形成電化學腐蝕的電位差有關(guān)。2）與受到重復應力作用有關(guān)。3）氧化膜厚度大于摩擦表面破壞深度。

同樣，若金屬表面氧化膜緊密、完整無孔，且于金屬基體結(jié)合牢固，有利于防止金屬表面的氧化。3.防止腐蝕性磨損的方法與途徑氧化磨損：1）控制接觸載荷或滑動速度。2）合理匹配氧化膜硬度與基體硬度。3）合理選用潤滑油粘度，并適量加入中性極壓添加劑。特殊介質(zhì)腐蝕磨損：1）利用特殊元素與介質(zhì)相互作用，生成氧化膜。2）合理選用摩擦潤滑劑與摩擦副材料幾種腐蝕磨損的例子第七節(jié).沖蝕磨損材料受到固定粒子、液滴或液體中氣泡沖擊時，表面出現(xiàn)的損傷的現(xiàn)象。分為：硬粒子沖蝕、液滴沖蝕、氣蝕。硬粒子沖蝕：沖蝕零部件的粒子小而松散，平均直徑小于1mm，沖擊速度在50m/s以內(nèi)，粒子硬度高于被沖蝕材料表面硬度。液滴沖蝕：是軟粒子沖蝕中的一種特殊情況，液滴高速沖擊零件表面時，會造成零件表面的損傷。如洗車時對車漆的損傷。BA液滴沖蝕舉例：汽輪機末級葉片受到蒸汽攜帶水滴的沖蝕；高速飛行的飛機、火箭等受到暴雨的沖蝕、水滴石穿。鑄造時合金水滴沖蝕形貌氣蝕（穴蝕）氣蝕是零件與液體接觸并有相對運動時，零件表面出現(xiàn)的一種損壞現(xiàn)象。破壞的特點：局部出現(xiàn)麻點、針孔，嚴重的呈聚集的蜂窩狀的空穴群，深度可穿透零件壁厚。氣蝕是一種復雜的破壞現(xiàn)象，液體的化學及電化學作用、液體中含有的磨料、機械的振動等均可造成。P′P一.氣蝕的機理

液體在流動時因流速變化或者固體表面的振動使液體某特定部位局部出現(xiàn)壓力下降至低于液體的飽和蒸汽壓時，溶解在液體中的空氣析出成核，并長大至一穩(wěn)定尺寸。當壓力再次升高或氣泡隨液體流動到達高壓區(qū)時，氣泡將被壓縮變形，最后被壓潰、破裂，氣泡周圍的液體急速向氣泡中心涌進，氣泡潰滅速度可達500m/s，在氣泡破裂的瞬間引起液體局部壓力劇烈變化，并以潰滅中心呈對稱地向周圍液體發(fā)出高達幾百兆帕甚至上千兆帕的局部的沖擊壓力和達數(shù)百度高溫的微射流。

（1）形成氣泡（2）氣泡破滅，膜破壞（3）重新成膜（4）形成新氣泡（5）氣泡破滅，膜毀壞（6）重新成膜如果氣泡在緊靠零件表面破裂，就會對零件表面產(chǎn)生很大的沖擊和擠壓，使零件表面產(chǎn)生塑性變形，并導致疲勞損壞而脫落。這種破壞在開始時呈針狀小孔，隨后擴展、加深成為泡沫海綿狀。因此，氣泡被壓潰瞬時產(chǎn)生的局部高壓和微射流沖擊金屬是發(fā)生氣蝕的力學原因和根本原因，液體的化學或電化學腐蝕作用以及液流中含有的顆粒等將加劇這一破壞過程。二.氣蝕部位舉例發(fā)動機濕式缸套工作條件：氣缸內(nèi)壓力的周期變化和活塞側(cè)推力的作用，使氣缸套發(fā)生彈性變形并高頻振動，引起冷卻液體中產(chǎn)生氣泡后又被壓潰，產(chǎn)生瞬時高壓沖擊波影響沖蝕磨損的因素：環(huán)境因素：沖蝕速度、沖角、沖蝕時間、環(huán)境溫度等；磨粒性質(zhì)：磨粒硬度、形狀、粒度、破碎性等；靶材性質(zhì)：靶材硬度、組織、力學性能、物理性能等。三.防止和減輕氣蝕破壞的措施1．減少氣泡的產(chǎn)生2.設法使氣泡在遠離零件表面的地方破裂3.采用耐氣蝕材料防止和減輕氣蝕破壞的措施防止和減輕氣蝕破壞的措施1）盡可能減少液體內(nèi)的壓力波動，防止液流中產(chǎn)生氣泡的萌生與潰滅。具體方法有：采用減振措施；與液體接觸的零件表面設計成流線型；加寬液流通道，避免通道彎曲，防止液體產(chǎn)生渦流；加大液體靜壓力；除去液體中雜質(zhì)以及在液體中加入乳化劑等。2）選用強度高、抗腐蝕性能好的材料，如不銹鋼、陶瓷、尼龍等。3）零件發(fā)生氣蝕部位的表面覆蓋高強度耐蝕層。4）對液體加強降溫措施，在液體中添加緩蝕劑及防乳化油。5）增加零件剛度，適當減小配合件間的配合間隙，機械工作應柔和，減少振動。第三章機械零部件的變形失效

受力的作用而使零件的尺寸或形狀發(fā)生改變的現(xiàn)象稱變形。危害：機械零件的變形超過允許極限，將會引起結(jié)合零件出現(xiàn)附加載荷，相互關(guān)系失常，加速磨損，卡滯或卡死，劇烈的振動或噪聲，載荷分布不均勻等，造成零件及支承結(jié)構(gòu)的損壞，甚至造成斷裂等災難性后果?；A件的變形，使零部件之間的相互位置精度遭到破壞，影響了零部件之間的相互關(guān)系。需深刻研究變形的機理，了解變形的規(guī)律，認真分析掌握產(chǎn)生變形的原因，采取措施減輕變形帶來的危害。零部件的變形的形式：彈性變形、塑性變形和蠕變。類型變形形式失效原因舉例變形1．扭曲

在一定載荷條件下發(fā)生過量變形，使零件失去應有的功能而不能正常工作花鍵、機架2．拉長緊固件3．脹大超限箱體4．高低溫下的蠕變動力機械5．彈性元件產(chǎn)生永久變形彈簧第一節(jié).金屬零件的彈性變形

一.金屬彈性變形的機理

金屬原子間存在著相互平衡的力——吸引力和排斥力。吸引力使原子彼此密合到一起，而排斥力則使原子間不能接近的太緊密。在正常情況下，原子占據(jù)的是這兩種力保持平衡的位置。這種互相作用情況可用雙原子模型來分析。

N1和N2分別代表晶體相鄰兩原子的中心；曲線1代表兩原子間的吸力隨距離的變化關(guān)系；曲線2代表兩原子間的斥力隨距離的變化關(guān)系；曲線為曲線2的對稱投影；原子間最終的合力如曲線3所示。在無外力作用情況下，原子間的距離，此時吸力與斥力平衡，曲線3與橫軸相交；此時原子間相互作用能最小，在能量上原子處于最穩(wěn)定的狀態(tài)；原子間距離此時亦最為穩(wěn)定。當施加外力，使原子間距離靠近，，或原子間距離拉遠時，都必將產(chǎn)生相應的相斥抗力或相吸抗力，與之建立新的平衡。當外力去除后，又出現(xiàn)新的不平衡；原子重新回到原來相互平衡的位置。這就是彈性變形的機理。二.包申格效應包申格效應：金屬材料經(jīng)過預先加載產(chǎn)生少量塑性變形（殘余應變?yōu)?%～2%），卸載后再同向加載，殘余應力（彈性極限或屈服強度）增加；反向加載，殘余應力降低（特別是彈性極限在反向加載時幾乎降低到零）的現(xiàn)象。

應用：研究疲勞材料預處理后及處理方法的選擇。如建筑用鋼筋進行拉伸，鋼鐵零件的冷作硬化三、彈性后效

材料在彈性范圍內(nèi)受某一不變載荷作用，其彈性變形隨時間緩緩增長的現(xiàn)象。在去除載荷后，不能立即恢復而需要經(jīng)過一段足夠時間之后才能逐漸恢復原狀。材料越均勻，彈性后效越小。高熔點的材料，彈性后效極小。加載時應變落后于應力的現(xiàn)象稱為正彈性后效，也稱為彈性蠕變或冷蠕變；卸載時應變落后于應力的現(xiàn)象稱為反彈性后效。第二節(jié).金屬零件的塑性變形一．特點

①引起材料的組織結(jié)構(gòu)和性能發(fā)生變化；②較大的塑性變形會使多晶體的各向同性遭到破壞而表現(xiàn)各向異性，金屬產(chǎn)生硬化現(xiàn)象；③多晶體在塑性變形時，各晶粒及同一晶粒內(nèi)部的變形是不均勻的，當外力去除后晶粒的彈性恢復也不一樣，因而產(chǎn)生內(nèi)應力；④塑性變形使原子活潑能力提高，造成金屬的耐磨腐蝕性下降。二．類型1）翹曲變形當金屬零件受外加機械應力、熱應力或組織應力等的作用，其實際應力值超過了金屬在該狀態(tài)下的拉伸屈服極限或壓縮屈服極限后，就會產(chǎn)生呈翹曲、橢圓和歪扭的塑性變形。如：細長軸類、薄板狀零件以及薄壁的環(huán)形和套類零件。2）體積變形金屬零件在受熱與冷卻過程中，由于金相組織轉(zhuǎn)變引起比容變化，導致金屬零件體積脹縮的現(xiàn)象稱為體積變形。如，鋼件淬火相變時，奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體或下貝體時比容增大，體積膨脹。鋼件中含碳量越多，形成馬氏體時的比容變化越大，膨脹量也大。鋼中碳化物不均勻分布也會增大變形程度。體積變形如果發(fā)生在金屬零件的局部范圍內(nèi)，則往往是在該區(qū)域產(chǎn)生微裂紋的原因。3）時效變形金屬零件中的不穩(wěn)定組織引起的內(nèi)應力在常溫或零下溫度較長時間的放置或使用過程中，會逐漸消除或趨于穩(wěn)定，伴隨此過程產(chǎn)生的變形稱為時效變形。三．金屬塑性變形的機理1.單晶體塑性變形

切應力作用下發(fā)生，主要以滑移和孿晶兩種方式進行。切應力超過晶體的彈性極限后，晶體的一部分沿著原子排列最緊密的晶面（滑移面）并沿著該晶面上原子排列最緊密的方向（晶面間的間距較大，原子結(jié)合力較弱）發(fā)生相對滑動。這種相對滑動不能復原，大量層片間滑動的累積表現(xiàn)為宏觀的塑性流動?；频慕Y(jié)果會產(chǎn)生滑移線和滑移帶。

晶體的滑移并非是晶體一部份沿著滑移面與晶體的另一部分作整體剛性的滑動，而是以位錯中心移動方式進行。在切應力作用下，位錯中心前進一個原子距時，只要求位錯中心附近原子作不到一個原子間距的位移就能實現(xiàn)。當位錯線移動至晶體邊緣時，就使晶體沿此滑移面產(chǎn)生了一個原子間距的臺階，而大量位錯的移動導致晶體發(fā)生宏觀的塑性變形。單晶體的塑性變形常溫下塑性變形的主要方式：滑移、孿晶1滑移切應力作用下，晶體的一部分相對于另一部分沿著一定的晶面（滑移面）和晶向(滑移方向）產(chǎn)生相對位移，且不破壞晶體內(nèi)部原子排列規(guī)律性的塑變方式叫滑移。Zn單晶的滑移滑移的表象光學顯微鏡：滑移帶電子顯微鏡：每條滑移帶由許多平行滑移線組成對于Al單晶：每根滑移線的滑移量為100~200nm；兩滑移線間距~20nm；滑移帶之間~2000nm

滑移變形過程

切應力的作用下，晶格發(fā)生彈性外扭，進一步將使晶格發(fā)生滑移。外力去除后，由于原子到了一新的平衡位置，晶體不能恢復到原來的形狀，而保留永久的變形。大量晶面的滑移將得到宏觀變形效果，在晶體的表面將出現(xiàn)滑移產(chǎn)生的臺階。

作用在晶格上的正應力只能使晶格的距離加大，不能使原子從一個平衡位置移動到另一平衡位置，不能產(chǎn)生塑性變形；正應力達到破壞原子間的吸引力，晶格分離，材料則出現(xiàn)斷裂。材料在正應力作用下，在應力方向雖然不能發(fā)生塑性變形，但正應力的分量在另一方向就有切應力，可使晶格沿另外的方向上發(fā)生滑移?；葡祵π阅艿挠绊懢w中滑移系愈多，晶體發(fā)生滑移的可能性愈大，塑性愈好?；泼婷芘懦潭雀?，滑移面上滑移方向個數(shù)越多，塑性越好?；浦荒茉谇袘Φ淖饔孟掳l(fā)生?；瞥Ｑ鼐w中原子密度最大的晶面和晶向發(fā)生。因為在最密晶面之間的面間距最大，原子面之間的結(jié)合力最弱，沿最密晶向滑移步長最小，滑移所需外加切應力最小?；茣r晶體的一部分相對另一部分的滑移距離為原子間距的整數(shù)倍，在晶體表面形成臺階。滑移的同時必然伴隨有晶體的轉(zhuǎn)動?；谱冃蔚闹饕攸c晶體的一部分相對于一定的晶面(孿生面)，沿著一定的方向(孿生方向)發(fā)生切變，形成對稱的晶格排列，發(fā)生切變部分叫做孿生帶，或簡稱為孿晶。切變部分和未切變部分呈鏡面對稱，對稱面為孿生面。

孿晶變形孿晶是指兩個晶體（或一個晶體的兩部分）沿一個公共晶面（即特定取向關(guān)系）構(gòu)成鏡面對稱的位向關(guān)系，這兩個晶體就稱為"孿晶"，此公共晶面就稱孿晶面。黃鐵礦的孿晶面孿晶需要的臨界切應力很大，僅在滑移困難時才會發(fā)生。一般孿晶出現(xiàn)在滑移系很少的晶體結(jié)構(gòu)的材料中(如密排六方晶格金屬)；某些容易發(fā)生滑移的立方材料僅在低溫度滑移困難或受沖擊時來不及滑移時才可能產(chǎn)生孿生。孿晶帶中，每層原子面對于相鄰原子面的移動量都相同，其移動量不是原子間距的整倍數(shù)(一般為原子間距的分數(shù))，但它們在孿生后各自移動的距離和離孿生面的距離成正比。

孿晶變形的特點孿生帶的晶格位向發(fā)生了變化，抗腐蝕性和光學反射性與母體不同，變形孿晶呈薄片狀或透鏡片狀。孿生變形的速度很快，接近于聲速。孿生變形在晶體表面可形成浮凸。孿生變形所產(chǎn)生的塑性變形總量不大，一般不超過10%。會在周圍得晶格中引起很大的畸變。孿生變形生成的孿晶改變了晶體的位向可能有助于滑移。孿生變形在未穿透晶體整個斷面前，具有彈性特征，繼續(xù)加載時，孿晶會增長變厚；相反，卸載時孿晶則逐漸變小，甚至消失。

滑移孿生相同點1.切變；2沿一定晶面、晶向進行；3不改變結(jié)構(gòu)。不同點

晶體位向不改變（對拋光面觀察無重現(xiàn)性）。改變，形成鏡面對稱關(guān)系(對拋光面觀察有重現(xiàn)性)位移量滑移方向上原子間距的整數(shù)倍，較大。小于孿生方向上的原子間距，較小。對塑變的貢獻很大，總變形量大。有限，總變形量小。變形應力有一定的臨界分切壓力臨界分切應力遠高于滑移變形條件一般先發(fā)生滑移滑移困難時發(fā)生變形機制全位錯運動的結(jié)果不全位錯運動的結(jié)果單晶體塑性變形

孿生是晶體塑性流動的另一種基本形式。它通常發(fā)生在滑移系少的晶體中或在低溫、沖擊作用的條件下。通常孿生變形的特點是：（1）在晶體的一部分發(fā)生了均勻的切變，不像滑移那樣集中于滑移面進行；（2）孿生變形區(qū)中各層晶面對應于一定晶面（孿生面），沿著一定方向（孿生方向）作相對移動；（3）孿生變形后，晶體變形部分與未變形部分以孿晶面為分界面，構(gòu)成了鏡面對稱的位向關(guān)系；（4）孿生變形時，孿生面和孿生方向與晶體結(jié)構(gòu)有關(guān)，但與滑移面、滑移方向不盡相同；（5）孿生變形的發(fā)生也必須有一定的臨界分切應力，但其值遠較滑移臨界分切應力大。

孿生與滑移的區(qū)別是：①孿生的晶格取向是傾動的；②切變是連續(xù)的。2.多晶體塑性變形

多晶體塑性流動的主要方式也是滑移和孿生。由于多晶體通常由不同位向的晶粒組成，各晶粒受到晶界和相鄰晶粒的制約，晶粒變形時必須克服晶界的阻礙以及需要相鄰晶粒作相應的變形才能保持晶粒之間的結(jié)合和物體的連續(xù)性。因此，多晶體的塑性流動過程較單晶體復雜。四、蠕變

金屬在恒應力作用下發(fā)生緩慢塑性變形的現(xiàn)象。分：

①在再結(jié)晶溫度以下發(fā)生的蠕變——對數(shù)蠕變；隨著塑性變形的增加，材料內(nèi)部出現(xiàn)加工硬化效應。在恒定應力作用下，變形速率直線下降。②在再結(jié)晶溫度區(qū)內(nèi)發(fā)生的蠕變——回復蠕變；材料內(nèi)部同時出現(xiàn)再結(jié)晶過程，沒有加工硬化現(xiàn)象，故在恒應力作用下，塑性變形速度恒穩(wěn)，變形過程不斷進行，直至斷裂。

③在接近熔點溫度時發(fā)生的蠕變——擴散蠕變。擴散蠕變因溫度高，發(fā)生分子擴散現(xiàn)象，在低載荷作用下會很快斷裂，這種失效形式工程上不常見。蠕變主要與外加載荷的大小與溫度的高低有關(guān)。當外加載荷較小或者溫度較低時，蠕變將停止或蠕變速率很低；外加載荷較大或者溫度較高，蠕變速率很高，甚至短時間發(fā)生蠕變斷裂。變形的原因

機械零件變形的原因主要是零件的應力超過材料的屈服強度。影響因素：外載荷（如超載、結(jié)構(gòu)布置不合理）、溫度、內(nèi)應力（塑性變形、零件從高溫時冷卻、相變應力）、結(jié)晶缺陷（點、線、面缺陷）等。

如溫度升高，金屬材料的屈服強度降低，臨界切變抗力下降，容易產(chǎn)生滑移變形，且引起體積膨脹而發(fā)生變形，同時各處體積膨脹不均勻還會產(chǎn)生內(nèi)應力。當溫度超過一定程度時，在一定應力作用下，金屬材料將緩慢地發(fā)生蠕變。如果零件受熱不均，各處溫差較大，會產(chǎn)生較大的熱應力和內(nèi)應力而引起零件變形。注意：零件變形的原因是多方面的，往往是幾種原因共同作用的結(jié)果。較小的應力也能使零件產(chǎn)生變形，而這種變形并不一定是一次產(chǎn)生的，實際上是多次變形累積的結(jié)果。塑性變形后產(chǎn)生內(nèi)應力零件從高溫冷卻下來時，壁厚不同產(chǎn)生內(nèi)應力工件在加熱和冷卻過程中，由于表層和心部的冷卻速度和時間的不一致，形成溫差，就會導致體積膨脹和收縮不均而產(chǎn)生應力，即熱應力。在熱應力的作用下，由于表層開始溫度低于心部，收縮也大于心部而使心部受拉，當冷卻結(jié)束時，由于心部最后冷卻體積收縮不能自由進行而使表層受壓心部受拉。即在熱應力的作用下最終使工件表層受壓而心部受拉。第五節(jié).減少變形的措施

變形是不可避免的，只能從產(chǎn)生的原因及規(guī)律著手采取相應的對策來減少變形。如在機械設備大修時，除檢查并修復零件配合面的磨損情況外，對于相互位置精度即零件的變形情況也必須認真檢查，精心修復，修理質(zhì)量才有保證。

一．設計

設計時要考慮零件的強度、剛度、截面尺寸大小和形狀等，考慮制造、裝配、使用、拆卸、修理等問題。

①正確選用材料，注意工藝性能。如焊接的冷裂、熱裂傾向；機加工的可切削性；熱處理的淬透性、冷脆性等。

②要合理設計零部件，選擇適當?shù)慕Y(jié)構(gòu)尺寸，避免截面多變、尖角、棱角，盡量做到過渡平順，多用圓角、倒角；厚薄懸殊的部分可開工藝孔或加厚太薄的地方；部件布置應合理，避免懸臂受力等。

③形狀復雜的零件在可能條件下采用組合結(jié)構(gòu)、鑲拼結(jié)構(gòu)，改善受力狀況。

④形成較好的熱對流效果，減少工作溫度的差異。

⑤設計中注意應用新技術(shù)、新工藝和新材料。

在加工和裝配中要采取工藝措施來減小內(nèi)應力，防止和減少變形。如鑄鐵殼體零件自然時效處理不充分會存在殘余內(nèi)應力，應進行高溫退火等人工時效處理或利用振動的作用來消除。高精度零件在精加工過程中繼續(xù)要安排人工時效處理等。不適當?shù)难b配，可能使零件承受附加載荷，引起變形。在制定零件機械加工工藝規(guī)程中，應在工序、工步安排及工藝裝備和操作上采取減少變形的工藝措施。如，采用粗精加工分開；在粗、精加工中間留出存放時間，利于消除內(nèi)應力。有些零件在知道變形規(guī)律之后，預先加以反向變形量，經(jīng)熱處理后兩者抵消；也可預加應力或控制應力的產(chǎn)生和變化，使最終變形量符合要求，達到減少變形的目的。裝配時應注意嚴格按規(guī)程進行，避免使零件承受附加載荷。如連接螺栓緊固順序應正確，擰緊力矩過大、過小或不均勻。二．制造減少變形的措施

三．修理減少變形的措施

2.檢查和修復主要零件的形狀及位置誤差；3.采用適當?shù)幕謴凸に嚒Ｖ贫ǔ雠c變形有關(guān)的標準和修理規(guī)范，大力推廣能減小內(nèi)應力及變形的新修復工藝，如刷鍍、真空熔結(jié)等，用來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的焊接；4.合理選擇機加工定位；5.修理中應注意零件正確放置，如軸類零件應豎直放，以免產(chǎn)生變形等1.滿足恢復零件的尺寸、配合精度、表面質(zhì)量等；2.發(fā)現(xiàn)零部件有局部變形，應及時校正四使用減少變形的措施

3.避免局部高溫4.避免劇烈沖擊5.機械出現(xiàn)故障征兆時及時維修等，才可減少變形的發(fā)生1.機械在使用中，應嚴格執(zhí)行操作規(guī)程，避免超負荷、超速運行第四章機械零部件的斷裂失效第一節(jié).概述一.研究斷裂的重要性

斷裂是零件失效的重要原因之一，其占失效的百分比較小，但零件的斷裂往往會造成重大的機械事故產(chǎn)生嚴重的后果，具有更大的危險性。工程機械通常是在較嚴酷的工況下工作，工作環(huán)境較惡劣，載荷較高、短時間的超載很嚴重，而且頻繁的起動和停車以及由于零件外形復雜造成的應力集中，都是促使零件發(fā)生斷裂的因素。發(fā)動機內(nèi)一個螺釘斷裂，往往