疲劳一词通常是指由重复作用的应力循环引起的一种特殊破坏形式,这样应力循环不超过材料的弹性极限。今年来出现了材料在大小超过弹性极限的周期性重复应力作用下的破坏现象,这种现象称为低循环疲劳,它大大广大了疲劳破坏一词的含义。由于真实物体具有粗糙度,摩擦时两物体的相互作用是离散的,接触发生在各别地区,其总和组成了实际接触面积。两个粗糙面在法向载荷作用下相互压入或压平,而在实际接触斑点区产生了相应的压力和变形。摩擦时,表层下材料的固定体积承受很多次重复作用。
当应力超过疲劳极限后,微应力的变化过程可分为三个阶段,即迅速度变化区、稳定区和最后引起破坏的急剧增大区。有趣的是,当应力低于疲劳极限时,没有第三阶段。
石墨在石墨或金属表面上滑动时的磨损与摩擦面的疲劳破坏机理有关,用了光学显微镜可以发现摩擦面上的缺陷。这种破坏情况是由实际接触区内周期性的机械作用所引起的。有人用扫描电子显微镜发现了石墨表面上正在扩展的裂纹,这些裂纹汇合在一起,就使磨粒脱落。
弹性接触状况下的磨损率是与摩擦系数成正比的,即摩擦系数的变化会引起磨损率很大的变化。如果使用时间比较短,那么旋转接头可以在各种摩擦状态下使用。如前所述,摩擦状况可以分为:在流体动压式、流体静压式机械密封结构的旋转接头和平衡型机械密封结构的旋转接头摩擦副变形面中的混合摩擦和液体摩擦,在液压加载(非平衡式)和气体介质中的干摩擦,液化气体中的低温摩擦。当处在有利的条件下,旋转接头的密封寿命在边界摩擦范围内可以长达好几年,甚至十几年。在工程干摩擦或者甚至在完全真空的摩擦条件下,寿命只有几个月或几个星期。加入一种摩擦状态连续地过度到另一种摩擦状态时,采用平均办法将整个摩擦范围划分成不同的摩擦状态。把低温摩擦和真空摩擦并在一起,其原因是这两种摩擦的磨损性质很相似。在给定载荷范围内,对于混合摩擦来讲,根据试验结果其磨损量,在边界摩擦状态下,如果摩擦副的材料选得合适和使用适当的流体介质润滑剂时,磨损量也可以达到上面的数值。这里给出的磨损量有一部分要高出几百倍,这时由于在工程干摩擦过程中出现很高的温度造成的。在工程干摩擦范围中,材料影响是十分显著的,这时磨损量很容易地增到二百倍。对于真空旋转接头摩擦范围也可以得到如上的结果。甚至在很低的载荷下,使用低温液化气体时,同样地会出现很高的磨损量。各种各样侵渍的碳材料在液氮中的磨损量比在干摩擦过程中测得得数值大约高二百倍。在干摩擦、真空摩擦和低温摩擦范围内,根据粘附磨损理论,采用合适得侵渍和粘结剂,减弱自由表面里得作用,可以将很大得磨损量降低很多。塑料对金属得摩擦也有类似得结果。
摩擦系数不总是与磨损量成比例地增大,但是,在粘附磨损为主时,从液体摩擦过度到真空摩擦和低温摩擦,磨损量是逐渐增加。在工程干摩擦,真空摩擦和低温摩擦得范围中,磨损量可能增大300倍。磨损量受介质种类、侵渍和所选择得摩擦材料得影响也特别大。