摩擦副兩對偶表面作滾動或滾滑復合運動時，由于交變接觸應力的作用，使表面材料疲勞斷裂而形成點蝕或剝落的現象，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。如果摩擦副兩對偶表面被一層連續(xù)不斷的潤滑膜隔開，而且中間沒有磨粒存在時，上述兩種磨損則不會發(fā)生。但對于表面疲勞磨損來說，即使有良好的潤滑條件，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．磨損機理

　　

　　表面疲勞磨損形成的原因，按照疲勞裂紋產生的位置，目前存在兩種解釋。

　　

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

　　

　　當潤滑油楔入裂紋中后，若滾動體的運動方向與裂紋方向一致，當接觸到裂口時，裂口封住，裂紋中的潤滑油則被堵塞在裂紋內，因滾動使裂紋內的潤滑油產生很大壓力將裂紋擴展，經交變應力重復作用，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，這種磨損稱為點蝕。點蝕主要發(fā)生在高質量鋼材以滑動為主的摩擦副中，這種磨損的裂紋形成時間很長，但擴展速度十分迅速。

 

表面疲勞磨損

　　

　?。?）裂紋從表層下產生

　　

　　兩點（或線）接觸的摩擦副對偶表面，最大壓應力發(fā)生在表面，最大切應力發(fā)生在距表面0. 786a （a是點或線接觸區(qū)寬度的一半）處。在最大切應力處，塑性變形最劇烈，且在交變應力作用下反復變形，使該處材料局部弱化而出現裂紋。裂紋首先順滾動方向平行于表面擴展，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力處附近有非塑性夾雜物等缺陷，造成應力集中，則極易早期產生裂紋而引起疲勞磨損，這種表面疲勞磨損主要發(fā)生在以滾動為主的一般質量的鋼制摩擦副中。這種磨損的裂紋形成時間較短，但裂紋擴展速度較慢。這種從表層下產生裂紋的疲勞磨損通常是滾動軸承的主要破壞形式。

　　

　　滾動接觸疲勞磨損要經過一定的應力循環(huán)次數之后才發(fā)生明顯的磨損，并很快形成較大的磨屑，使摩擦副對偶表面出現凹坑而喪失其工作能力；而在此之前磨損極微，可以不計。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，對滾動接觸疲勞磨損來說，磨損度或磨損率似乎不是一個很有用的參數，更有意義的是表面出現凹坑前的應力循環(huán)次數。

　　

　　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，對疲勞磨損有嚴重的影響。如鋼中的氮化物、氧化物、硅酸鹽等帶棱角的質點，在受力過程中，其變形不能與基體協(xié)調而形成空隙，構成應力集中源，在交變應力作用下出現裂紋并擴展，最后導致疲勞磨損早期出現。因此，選擇含有害夾雜物少的鋼（如軸承常用凈化鋼），對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，這是因為鋼中微裂紋受摩擦力的影響具有一定方向性，且也容易滲入油而擴展；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，而表面硬度一旦越過一定值，則情況相反。

　　

　　鋼的芯部硬度對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，產生疲勞裂紋的危險性就越小。因此，對于滲碳鋼應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生裂紋。此外，鋼的硬化層厚度也對抗疲勞磨損能力有影響，硬化層太薄時，疲勞裂紋將出現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，應使疲勞裂紋產生在硬化層內，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，使接觸應力分布均勻和對大齒輪齒面產生冷作硬化作用，從而有效地提高齒輪副壽命。

　　

　　（3）表面粗糙度　在接觸應力一定的條件下，表面粗糙度值越小，抗疲勞磨損能力越高；當表面粗糙度值小到一定值后，對抗疲勞磨損能力的影響減小。如滾動軸承，當表面粗糙度值為Ra0.32mm時，其軸承壽命比Ra0.63mm時高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，其變化對疲勞磨損影響甚微。如果觸應力太大，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越小，否則會降低抗疲勞磨損能力。

　　

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

　　

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

　　

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