微動損傷及其防護(hù)

1、微動損傷及其防護(hù)衛(wèi)中山漢勝工業(yè)設(shè)備(上海)有限公司摘要：介紹了微動的危害及其損傷機(jī)理，分析了微動損傷的影響因素以及防護(hù)方法，綜述了采用表面技術(shù)提高金屬材料微動損傷抗力的研究與應(yīng)用。關(guān)鍵詞：微動損傷；微動圖；表面技術(shù)微動是指在機(jī)械振動、疲勞載荷、電磁振動或熱循環(huán)等交變載荷作用下，接觸表面間發(fā)生的振幅極小的相對運動(位移幅度一般為微米量級)，這些接觸表面名義上是靜止的，即微動發(fā)生在“緊固”配合的機(jī)械部件中。微動不僅可以導(dǎo)致表面磨損，引起配合

2、面咬合、松動、電阻增加、噪聲或環(huán)境污染等，還會加速裂紋的萌生和擴(kuò)展，使工件的疲勞壽命大大降低。3j。微動作用通常使材料的疲勞極限降低20％～50％，有時甚至降低得更多HJ。微動破壞過程中，微動磨損、微動疲勞和微動腐蝕都有可能發(fā)生，當(dāng)某一損傷形式占主導(dǎo)地位時，最終便表現(xiàn)為這一損傷失效模式。這樣，隨著微動條件的變化，微動失效模式的變換也是可能的。1微動實例微動損傷現(xiàn)象普遍存在于各類緊配合構(gòu)件中，代表性的場合有：(1)鉚釘、螺紋和銷軸連接件。

3、如鉚釘頭與板之間、兩塊被鉚板之間、鉚釘側(cè)面和板孔之間都是容易發(fā)生微動損傷的位置。(2)榫槽和花鍵配合。(3)過盈配合。熱套配合和壓配合的配合面，軸承和軸承座之間、軸瓦和座孔之間的過盈配合面等，名義上是靜止的，但在交變載荷下，都可能產(chǎn)生微動，出現(xiàn)微動損傷。(4)緊固和夾持機(jī)構(gòu)。如斜拉鋼索在夾持器邊緣產(chǎn)生的微動磨損和微動疲勞。(5)振動環(huán)境中的零件。如高空電纜及其懸掛機(jī)構(gòu)、鋼絲繩、汽車板簧、運輸中的滾動軸承和金屬板卷等。(188》2微動損傷

4、理論周仲榮51等基于球平面接觸微動磨損實驗結(jié)果，提出了“運行工況微動圖”來描述微動接觸區(qū)相對運動狀況，“材料響應(yīng)微動圖”來描述與運行工況微動圖相對應(yīng)的材料損傷形式，如圖l所示。這兩個圖的邊界不一定完全重合。從圖1(a)可看出，在極小的位移或較大的接觸應(yīng)力下，微動過程處于部分滑移區(qū)，接觸表面間的運動靠表面層的彈性變形來實現(xiàn)；反之，微動過程處于滑移區(qū)；混合區(qū)介于二者之間。圖l(b)顯示，材料的磨損主要發(fā)生薈R廈燃冬R廈燃位移，斗ma運行工況

5、微動圖位移／pmb材料響應(yīng)微動圖圈1微動圖(2091鋁合金)機(jī)械與密封的微動疲勞性能。非金屬涂層也有軟、硬之分。軟質(zhì)非金屬涂層主要指固體潤滑劑涂層及有機(jī)涂層，其特點是柔韌性好，摩擦系數(shù)小。有機(jī)涂層具有良好的潤滑、減摩效果，可以用來提高金屬材料的微動疲勞性能，如聚四氟乙烯(PTFE)涂層使鈦合金微動疲勞強度提高了40％L10]。有機(jī)粘結(jié)MoS，、石墨等固體潤滑劑用于鈦合金葉片榫頭的微動疲勞防護(hù)是航空發(fā)動機(jī)工業(yè)廣泛采用的方法，在其使用溫度范

6、圍內(nèi)能有效地提高鈦合金的微動疲勞性能。針對鐵路機(jī)車柴油機(jī)連桿與連桿蓋齒型配合面上經(jīng)常出現(xiàn)的齒根裂紋問題，在配合面上噴涂粘結(jié)MoS：涂層，有效提高了抗微動磨損性能，使用效果良好。硬質(zhì)非金屬涂層主要是一些陶瓷類涂層，如等離子噴涂陶瓷粉末涂層、離子鍍硬質(zhì)膜、濺射陶瓷涂層及類金剛石膜等。磁控濺射TiC、TiB，等膜層對金屬材料的抗微動損傷也有較好的效果。電鍍、化學(xué)鍍、電刷鍍等工藝的膜基結(jié)合強度較低，并有氫脆隱患、降低常規(guī)疲勞強度、環(huán)境污染等問題

7、，一般不宜使用。34高能束表面處理激光淬火可以細(xì)化金屬材料的表層組織，提高表面硬度，降低摩擦系數(shù)，還在改性層形成殘余壓應(yīng)力，故能有效減緩微動損傷。張明川的研究表明，激光掃描表面處理使TC4鈦合金的微動疲勞壽命比未處理試樣提高了35％。金屬蒸汽真空弧離子源離子注入是上世紀(jì)末發(fā)展起來的新技術(shù)，可以根據(jù)工藝需要引出各種強流金屬離子束，不僅能在材料表面產(chǎn)生間隙原子、空穴、位錯等輻照損傷、增強擴(kuò)散、超飽和固溶體等效應(yīng)，還具有表面自潤滑和表面拋光作

8、用。210“／cm2劑量的Mo離子注入TC4鈦合金，可使其微動磨損體積比未處理試樣減少43％引。35復(fù)合表面技術(shù)微動的特點是既有接觸條件下的微動磨損作用，又承受疲勞載荷，減緩其破壞的難點在于抗磨損和提高疲勞強度的措施往往是互相矛盾的。在既要抗磨又要提高疲勞強度時，可考慮復(fù)合處理。例如，在合金表面制備CrN、CuNiln膜層，然后進(jìn)行噴丸處理，其效果優(yōu)于單一噴丸者。單純滲氮處理有損于鈦合金的微動疲勞抗力，但以噴丸強化為其后處理(190》時

9、，則可達(dá)到聯(lián)合提高合金微動疲勞抗力的目的。這是由于滲氮層有良好的減摩抗磨性能，而噴丸層可有效地阻止裂紋擴(kuò)展‘131。4結(jié)束語微動損傷看似非常特殊、狹窄，其實十分普遍。因早期損傷很難被檢測到，所以其破壞具有隱蔽性，當(dāng)發(fā)現(xiàn)時有可能已發(fā)生災(zāi)難性后果。深入研究微動損傷機(jī)理，推廣基礎(chǔ)研究成果在工業(yè)中的應(yīng)用，加強對典型機(jī)械構(gòu)件中的微動損傷研究，合理選材，優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計，并應(yīng)用系統(tǒng)工程的方法選用合適的表面工程技術(shù)，有效提高材料的微動損傷抗力，具有重要的

10、現(xiàn)實意義。參考文獻(xiàn)[1]周仲榮，朱曼吳復(fù)合微動磨損[M]上海：上海交通大學(xué)出版社。2004[2]陳躍良，楊茂勝，胡家林飛機(jī)結(jié)構(gòu)搭接件微動疲勞研究的關(guān)鍵技術(shù)[J]海軍航空工程學(xué)院學(xué)報。2008，23(4)：361366[3]黃偉九，陳安華，侯濱AMrOB鎂合金在滑移區(qū)的微動磨損行為研究[J]武漢理工大學(xué)學(xué)報，2004，26(9)：2326[4]劉道新，何家文微動疲勞影響因素及鈦合金微動疲勞行為[J]航空學(xué)報，2001，22(5)：4544

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