疲劳磨损的影响因素
1) 材料成分对疲劳磨损的影响
高速
冲压机床中的关键零部件大都采用合金钢材料。其合金钢材料中的非金属杂质及气体含量会加速疲劳磨损。非金属夹杂物破坏了金属的连续性,容易形成应力集中和引发疲劳裂纹。钢中氢气容易引起氢脆和氢致裂纹。氮原子和氮化物可以阻碍位错运动,从而加速裂纹的萌生。此外,非金属夹杂物的形状、尺寸和分布对接触疲劳磨损影响极大。磨损表面氮化物的厚度会影响疲劳磨损,较厚的碳化物表层并不能明显提高磨损表面的疲劳磨损寿命,较薄的碳化物表层可以与基体金属协调变形和承受循环疲劳载荷,可以明显提高磨损表面的疲劳磨损寿命。
2)
材料组织结构对疲劳磨损的影响
组织结构与耐磨性存在密切的关系,如钢中残余奥氏体含量对其接触疲劳性能影响很大。增加残余奥氏体的含量可以增大接触面积,使接触应力下降,会发生形变强化和应变诱发马氏体相变,提高表面残余压应力,阻碍疲劳裂纹的萌生与扩展,从而有利于提高磨损表面的疲劳磨损寿命。
3) 材料硬度对疲劳磨损的影响
材料表面硬度反映了材料表面抵抗应力的能力,硬度值可用来近似确定表层材料的强度,判断材料的耐磨性。一般来说,材料的硬度越高其耐磨性越好,零件磨损也越小,但硬度越高材料的韧性越差,容易造成零件的断裂。因此对硬度选择应该适当,在能够满足一定的耐磨性的前提下,还应该考虑硬度值是否满足负荷条件。在疲劳磨损过程中,裂纹的萌生是主导过程,因此材料硬度越高裂纹萌生越困难,疲劳磨损寿命越长。在实际的滚动或滑动接触摩擦过程中,表面层会发生不同程度的塑性变形和加工硬化现象,因此影响疲劳磨损的材料硬度一般不是原始硬度,而是发生硬化后的实际硬度。
4) 表面粗糙度对疲劳磨损的影响
实际
零件加工表面不可能是理想的光滑表面,总会形成一定的粗糙度。这种微小的表面起伏对于疲劳磨损有着十分重要的影响。
5)温度对疲劳磨损的影响
温度对耐磨性的影响,主要通过塑性变形、晶体结构改变、溶解度以及氧化速率增加来起作用。随着温度升高金属晶体容易滑移,从而变形抗力和硬度下降,致使磨损率增加。而且大多数金属的互溶性随着温度升高而增加,当温度升高时摩擦副材料易于互溶,从而在摩擦界面上的接触点互溶形成固溶体,容易产生咬合降低耐磨性。有的金属元素会随着温度升高发生同素异构转变,摩损率会明显降低,这与不同晶体结构的不同塑性变形有关。温度的升高将导致润滑的恶化,如润滑液体的稀化流失和边晃膜的破坏等,导致磨损的加剧。
6)润滑对疲劳磨损的影响
在摩擦副之间采取有效的润滑方式,不仅能减少摩擦消耗的功率,而且还能避免接触表面的过量磨损。润滑剂进入接触表面,形成边界膜,把接触表面的摩擦变成了液体摩擦或边界摩擦,可以避免或减少两摩擦表面直接接触,从而减少能量损耗和减小摩擦磨损。
近几年,随着纳米科技的发展,摩擦磨损自修复润滑油添加剂性能研究取得了一定进展,在润滑油中添加纳米材料,促使磨损表面建立一层自修复润滑膜,可以有效降低磨损表面疲劳磨损,延长疲劳寿命,为零磨损和原位动态自修复的实现提供了切实可行的途径。