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。

　　

　　（1）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

　　

　　（2）裂紋從表層下產生

　　

　　兩點（或線）接觸的摩擦副對偶表面，最大壓應力發生在表面，最大切應力發生在距表面0. 786a （a是點或線接觸區寬度的一半）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次數之后才發生明顯的磨損，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次數。

　　

　　2.影響磨損的因素

　　

　　（1）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。

　　

　　（4）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。

　　

　　（5）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。