微动疲劳：主要影响因素探究

微动疲劳可认为是微动磨损和疲劳联合作用的过程，涉及摩擦磨损、疲劳和腐蚀三种失效形式。微动疲劳过程的影响因素很多，涉及力学、物理、化学和材料科学，其损伤演变过程十分复杂，据Dobriomirski统计，微动疲劳的影响因素多达50多个，其中最主要的有滑动振幅、接触压力、摩擦系数、切向牵引力和循环远端载荷等。许多试验研究已经证实，这些因素之间并不是相互独立的，而是存在一定的内在联系。

1.滑动振幅

试验表明，微动疲劳对滑动振幅的变化极为敏感。Vingsbo和Söder⁃berg给出了滑动振幅与微动疲劳寿命之间的关系，指出微动疲劳寿命随着滑移振幅的增大而减小，达到某一阈值（一般为30μm）时，随着滑移振幅的继续增加，疲劳寿命增加。一般情况下，微动振幅在8～30μm时，微动疲劳强度最小。从微动磨损的机理看，滑动幅值小于一定值时，滑动被接触表面的凸峰的弹性变形所吸收，对疲劳寿命基本不产生影响。当滑动幅值过大时，萌生的微裂纹容易被接触面的磨损磨掉，对疲劳寿命的影响也较小。而当微动振幅为5～30μm时，正处在黏着和滑移的混合状态，最易发生微动疲劳。

2.接触压力

接触压力是微动疲劳的主要外部控制因素之一，它与构件刚度一起决定着微动的滑移幅值、切向牵引力等参数的变化。Adinazori和Hoeppner通过对7075-T6铝合金和Ti-6Al-4A合金的研究发现，接触正应力达到一定值后，微动疲劳寿命不再受正应力影响。Nakazawa等研究发现，随着接触压力的增大，起初微动疲劳下降，到达一定程度后不再下降。Naidu和Raman研究了接触压力对AA6061铝合金微动疲劳性能的影响，也发现了相同的规律。随着压力的增加，摩擦力增加，使裂纹形成和扩展的动力增加。但摩擦学的研究表明，摩擦力不会随压强的增加而无限制地增加，两者只在一定的范围内成正比。另外，接触压力太大使滑移幅值减小，两者作用相抵后使疲劳寿命不再随接触压力的增加而增加。

3.摩擦系数(www.xing528.com)

摩擦系数在微动过程中是不断变化的。在微动疲劳的初始阶段（最初的几千个循环中），摩擦系数将不断增加，然后逐步趋于稳定。Nishioka等在研究碳钢时发现，摩擦系数首先增加，但在100次循环后趋于稳定；同时发现，摩擦系数随位移幅增加而逐渐增加，在幅值为10～20μm时达到最大值，微动疲劳强度在此时降到最低，这种相似性意味着摩擦系数与寿命间存在着一种直接联系，最大摩擦系数被看成部分滑移向全面滑动转变的临界点，或者说是最小寿命向寿命逐渐增加的一个转折点。Swalla等应用多轴疲劳损伤模型对微动疲劳寿命进行了预测，并指出摩擦系数对寿命预测结果的重要作用。Fouvry等考察了Ti-6Al-4V合金的微动疲劳行为，并讨论了摩擦系数对微动疲劳的贡献。他们发现接触区的摩擦系数可以用一个与接触压力相关的函数来表述。Hills和Nowell给出了计算接触区摩擦系数的函数表达式。Naidu等针对AA6061铝合金进行了试验，发现在不同的接触压力作用下，随着循环次数的增加，摩擦系数也增加，在1 000次循环后摩擦系数趋于稳定，且施加的接触压力越大，摩擦系数的稳定值越大。

4.切向牵引力

切向牵引力是微动疲劳的重要影响因素之一，接触面间的摩擦，尤其是粗糙接触表面间的互锁和黏着是其产生的主要原因，另外构件的刚度也影响切向牵引力的大小。Jin和Mall考察了切向牵引力对微动疲劳的影响，发现其与滑移幅值有一定的相关性。Nowell等指出，当两物体间的微动状态为部分滑移时，滑移幅值的变化与切向牵引力的变化是等价的。Nix和Lindley注意到由切向牵引力和接触压力产生的接触表面应力决定着裂纹的萌生和初始扩展。

5.循环远端载荷

循环远端载荷是微动疲劳最主要的诱因之一，由于远端交变载荷的作用，接触体之间产生相对运动的趋势，从而在接触面上产生微动。一般情况下，外载荷的大小是微动疲劳寿命长短的关键因素。Wallace和Neu研究了循环应力幅及其他几种微动载荷因素对Ti-6Al-4V合金微动疲劳寿命的影响，发现远端循环载荷对疲劳寿命的影响最大。