1.5 微動疲勞的主要影響因素

微動疲勞可認為是微動磨損和疲勞聯合作用的過程，涉及摩擦磨損、疲勞和腐蝕三種失效形式。微動疲勞過程的影響因素很多，涉及力學、物理、化學和材料科學，其損傷演變過程十分復雜，據Dobriomirski統計，微動疲勞的影響因素多達50多個，其中最主要的有滑動振幅、接觸壓力、摩擦系數、切向牽引力和循環遠端載荷等。許多試驗研究已經證實，這些因素之間并不是相互獨立的，而是存在一定的內在聯系。

1．滑動振幅

試驗表明，微動疲勞對滑動振幅的變化極為敏感。Vingsbo和S?derberg給出了滑動振幅與微動疲勞壽命之間的關系，指出微動疲勞壽命隨著滑移振幅的增大而減小，達到某一閾值（一般為30μm）時，隨著滑移振幅的繼續增加，疲勞壽命增加。一般情況下，微動振幅在8～30μm時，微動疲勞強度最小。從微動磨損的機理看，滑動幅值小于一定值時，滑動被接觸表面的凸峰的彈性變形所吸收，對疲勞壽命基本不產生影響。當滑動幅值過大時，萌生的微裂紋容易被接觸面的磨損磨掉，對疲勞壽命的影響也較小。而當微動振幅為5～30μm時，正處在黏著和滑移的混合狀態，最易發生微動疲勞。

2．接觸壓力

接觸壓力是微動疲勞的主要外部控制因素之一，它與構件剛度一起決定著微動的滑移幅值、切向牽引力等參數的變化。Adinazori和Hoeppner通過對7075-T6鋁合金和Ti-6Al-4A合金的研究發現，接觸正應力達到一定值后，微動疲勞壽命不再受正應力影響。Nakazawa等研究發現，隨著接觸壓力的增大，起初微動疲勞下降，到達一定程度后不再下降。Naidu和Raman研究了接觸壓力對AA6061鋁合金微動疲勞性能的影響，也發現了相同的規律。隨著壓力的增加，摩擦力增加，使裂紋形成和擴展的動力增加。但摩擦學的研究表明，摩擦力不會隨壓強的增加而無限制地增加，兩者只在一定的范圍內成正比。另外，接觸壓力太大使滑移幅值減小，兩者作用相抵后使疲勞壽命不再隨接觸壓力的增加而增加。

3．摩擦系數

摩擦系數在微動過程中是不斷變化的。在微動疲勞的初始階段（最初的幾千個循環中），摩擦系數將不斷增加，然后逐步趨于穩定。Nishioka等在研究碳鋼時發現，摩擦系數首先增加，但在100次循環后趨于穩定；同時發現，摩擦系數隨位移幅增加而逐漸增加，在幅值為10～20μm時達到最大值，微動疲勞強度在此時降到最低，這種相似性意味著摩擦系數與壽命間存在著一種直接聯系，最大摩擦系數被看成部分滑移向全面滑動轉變的臨界點，或者說是最小壽命向壽命逐漸增加的一個轉折點。Swalla等應用多軸疲勞損傷模型對微動疲勞壽命進行了預測，并指出摩擦系數對壽命預測結果的重要作用。Fouvry等考察了Ti-6Al-4V合金的微動疲勞行為，并討論了摩擦系數對微動疲勞的貢獻。他們發現接觸區的摩擦系數可以用一個與接觸壓力相關的函數來表述。Hills和Nowell給出了計算接觸區摩擦系數的函數表達式。Naidu等針對AA6061鋁合金進行了試驗，發現在不同的接觸壓力作用下，隨著循環次數的增加，摩擦系數也增加，在1000次循環后摩擦系數趨于穩定，且施加的接觸壓力越大，摩擦系數的穩定值越大。

4．切向牽引力

切向牽引力是微動疲勞的重要影響因素之一，接觸面間的摩擦，尤其是粗糙接觸表面間的互鎖和黏著是其產生的主要原因，另外構件的剛度也影響切向牽引力的大小。Jin和Mall考察了切向牽引力對微動疲勞的影響，發現其與滑移幅值有一定的相關性。Nowell等指出，當兩物體間的微動狀態為部分滑移時，滑移幅值的變化與切向牽引力的變化是等價的。Nix和Lindley注意到由切向牽引力和接觸壓力產生的接觸表面應力決定著裂紋的萌生和初始擴展。

5．循環遠端載荷

循環遠端載荷是微動疲勞最主要的誘因之一，由于遠端交變載荷的作用，接觸體之間產生相對運動的趨勢，從而在接觸面上產生微動。一般情況下，外載荷的大小是微動疲勞壽命長短的關鍵因素。Wallace和Neu研究了循環應力幅及其他幾種微動載荷因素對Ti-6Al-4V合金微動疲勞壽命的影響，發現遠端循環載荷對疲勞壽命的影響最大。