振动磨损：微动引起的表面损伤

振动磨损又称为微动磨损，是指两个配合表面之间由一微小振幅的相对振动引起的表面损伤，包括材料损失、表面或亚表面形貌变化或出现裂纹等。

振动磨损振幅一般很小（通常＜1mm），通过振动、振荡和弹性形变引发微小范围的滑动或滚动，有时存在冲击载荷叠加。振动磨损如图5-17所示。由于摩擦导致接触表面微米范围内发生黏着和变形，空气进入，达到金属摩擦副氧化所需的临界条件，形成摩擦氧化产物；钢铁氧化物大多数为深红、棕至黑色，有色金属则为其他颜色。耐腐蚀材料也易受侵蚀，因为钝化层持续被破坏，氧化颗粒的产生和消失将会影响磨损表现形式和磨损量。

振动磨损导致摩擦接触面尺寸改变和金属构件耐久性降低。常出现在紧配合件、轴台、配合面、制动器、驱动夹紧连接等部位。振动磨损的类型有摩擦氧化、斑痕、振蚀、条虫状凹坑等。

1.摩擦氧化

摩擦氧化又称为摩擦腐蚀、摩擦磨蚀、摩擦锈蚀、磨损氧化。

图5-17 振动磨损

（1）失效特征 钢铁材料表面氧化物开始为浅灰色至黑色，之后变粗糙，表面为红棕色，形状不规则，氧化产物周围可能出现垂直于运动方向的裂纹。润滑剂类型和用量不同，氧化产物分别为深色、糊状或油漆类涂层。微观观察，表面氧化产物为层状，局部聚集形成疤痕和凹槽，可能出现微裂纹。

（2）导致失效的条件、应力及失效过程 由于振荡、松动或由于紧密配合连接部件的扭转刚度和抗弯强度不同，导致接触表面小幅振动式相对运动，配合尺寸改变直至整个接触表面均出现形状偏差，生成摩擦氧化产物，呈塔状结构。摩擦氧化如图5-18所示。如果摩擦产物未转移，则作为填料继续磨损；如果摩擦产物转移，则使配合间隙增大。当摩擦产物呈点状或线状聚集时，会在接触表面内产生局部高应力作用。在进入空气和潮气时，钢铁材料会产生摩擦腐蚀和摩擦锈蚀，如果空气进入不畅，则会形成斑痕。

2.斑痕

（1）失效特征 接触表面上的小凹坑，分布不均匀，局部密集，斑痕处有时会形成裂纹。

图5-19所示为传动齿轮和斗轮（材质为28NiCrMoV的工具钢）压力连接的圆锥形支承面上振动磨损中的斑痕。(www.xing528.com)

图5-18 摩擦氧化

（2）导致失效的条件、应力及失效过程 与摩擦氧化过程相似。由于摩擦氧化产物不能转移，局部颗粒聚积，对周围塑性区产生应力作用，形成小凹坑。在极端情况下会出现疲劳裂纹，当构件中出现相应的应力比时，会出现振动断裂。

3.振蚀

（1）失效特征 接触表面上的凹陷，分布区域与摩擦副的形状相符，具有黑色至锈红色覆层。如滚珠压入滚珠轴承的导轨中，形成槽沟形分布的凹陷。

（2）导致失效的条件、应力及失效过程 不断的振动使静止的滚珠或滚动轴承产生微变形，形成摩擦氧化，伴随有由于法向应力导致的塑性变形。

4.条虫状凹坑

（1）失效特征 不规则形状的凹坑，方向不确定，大多数垂直于主应力方向，通常在两个接触面上的表现相同。

（2）导致失效的条件、应力及失效过程 在振动式滑动、轴向滚动时，由于表面压力高和缺少润滑，在局部较小的面积摩擦生热，导致磨损和摩擦氧化等，产生积聚的磨损产物，垂直于运动方向形成凹陷并不断加深。

图5-19 振动磨损中的斑痕