《摩擦学——摩擦与磨粒》课程教学资源（PPT课件）第二章 金属表面的接触

第二章金属表面的接触

第二章 金属表面的接触

§/接触表面的相互作用 ☆接触位置 两个表面相应微凸体高度之和的最大值部分开始 ☆接触变形 弹塑性变形状态,成对最高的微凸体变形最大 ☆粘着作用 粘着点--面积小应力大-分子相互作用 冷机械相互作用 以变形和位移适应相对运动

§1接触表面的相互作用 ❖接触位置 ❖ 两个表面相应微凸体高度之和的最大值部分开始 ❖接触变形 ❖ 弹塑性变形状态，成对最高的微凸体变形最大 ❖粘着作用 ❖ 粘着点---面积小应力大---分子相互作用 ❖机械相互作用 ❖ 以变形和位移适应相对运动

摩擦副分类(按金属焊合性) √完全焊合性:Pb-Cu、zn-Cu、A-Cu、Cu Fe、Mg-A|、Mg-Cu ˇ部分焊合性:CuAg、ZnFe、A|-Fe、Zn A、zn-Ti、A|-Ti; 有限焊合性:Ag-zr、Pb-Fe、Ag-Fe、Mg Fe

摩擦副分类（按金属焊合性） ✓ 完全焊合性：Pb-Cu、Zn-Cu、Al-Cu、Cu￾Fe、Mg-Al、Mg-Cu； ✓ 部分焊合性：Cu-Ag、Zn-Fe、Al-Fe、Zn￾Al、Zn-Ti、Al-Ti； ✓ 有限焊合性：Ag-Zr、Pb-Fe、Ag-Fe、Mg￾Fe；

机械相互作用 发生变形和位移以适应相对运动 √较硬的材料的微凸体会嵌入较软材料的表面中 较软材料的表面微凸体被压扁和改变形状。 A 运动方向 B 微凸体互嵌微凸体不发生变形就不能产生运动

机械相互作用 ✓ 发生变形和位移以适应相对运动 ✓ 较硬的材料的微凸体会嵌入较软材料的表面中， 较软材料的表面微凸体被压扁和改变形状。 A 运动方向 B 微凸体互嵌——微凸体不发生变形就不能产生运动

宏观位移—在运动中硬球A压向较软的表面B时引起材料B的位移

宏观位移——在运动中硬球A压向较软的表面B时引起材料B的位移

§2接触面积 冷分类 √名义接触面积 A 即接触面积的宏观面积,由接触物体的外部尺 寸决定,又称表观接触面积 √轮廓接触面积 即物体的接触面积被压扁部分所形成的面积, 与载荷相关。 √实际接触面积 A 即物体实际接触面积的总和

§2接触面积 ❖分类： ✓ 名义接触面积-----------An ✓ 即接触面积的宏观面积，由接触物体的外部尺 寸决定，又称表观接触面积 。 ✓ 轮廓接触面积 ---------Ap ✓ 即物体的接触面积被压扁部分所形成的面积， 与载荷相关。 ✓ 实际接触面积-----------Ar ✓ 即物体实际接触面积的总和

√实际接触面积与所加载荷的关系 A -KLm 理查德 Archard K为与材料弹性性质和假设的表面结构有关的系数 m依表面接触模型而异 表面接触的形式愈复杂,实际接触面积与载荷愈 接近线形关系。 两个固体表面接触时,A仅为A的很少一部分 般为0.01~0.1%,而A-般为A的5~15%

✓实际接触面积与所加载荷的关系 K为与材料弹性性质和假设的表面结构有关的系数； m依表面接触模型而异； 表面接触的形式愈复杂，实际接触面积与载荷愈 接近线形关系。 两个固体表面接触时，Ar仅为An的很少一部分， 一般为0.01~0.1%，而Ap一般为An的5~15%。 Ar=KLm 理查德Archard

◇实际接触面积与载荷的关系 微凸体等高的情况 假设:粗糙表面、微凸体、半径为R、球面弓形 体、载荷影响独立、基准平面xκ、高度相等、 单位名义面积的光滑平面

❖实际接触面积与载荷的关系 微凸体等高的情况： ✓ 假设：粗糙表面、微凸体、半径为R、球面弓形 体、载荷影响独立、基准平面xx′、高度相等、 单位名义面积的光滑平面。 x x′ z d

弹性接触 √接触半径 a=1R2-(R-6 √2R6-4≈√2RS √名义接触面积 A.=m≈2mR6 ♂为法向接近量 √实际接触面积A比A小 原因:加载时弹性球的侧 向变形受到限制。 A1≈A=mR 故实际接触面积A比A小

弹性接触 a R (R  ) 2R  2R 2 2 2 = − − = −  Ai  An = R 2 1 A a R n 2 2 =  ✓实际接触面积Ai比An小 ✓名义接触面积 ✓接触半径 δ为法向接近量 原因：加载时弹性球的侧 向变形受到限制。 故实际接触面积Ai比An小

√按赫兹理论计算每个微凸体 L==ER2(2-d A=7R2-d) EP?/4 3 R 各个微凸体发生相同变形并承受相同载荷L 当单位面积有n个微凸体,总载荷L为nL (z-d)为法向接近量

✓按赫兹理论计算每个微凸体 ( ) 2 3 2 1 3 4 Li = ER z − d A R(z d) i = − 2 3 2 1 3 4       =  R A L E R i i  Ar = nAi 各个微凸体发生相同变形并承受相同载荷Li， 当单位面积有n个微凸体，总载荷L为nLi （z-d）为法向接近量