Page 187 - 《摩擦学学报》2021年第6期

972 摩 擦 学 学 报 第 41 卷

0.6 0.6 0.6 0.6
Crack depth Crack depth Crack depth f=3 Hz
Fitting curve Fitting curve Fitting curve f=4 Hz
0.5 0.5 0.5
f=5 Hz
0.4 0.4 0.4 0.4
h/mm 0.3 h/mm 0.3 h/mm 0.3 h/mm

0.2 0.2 0.2 0.2
0.1 0.1 0.1
f=3 Hz f=4 Hz f=5 Hz
0.0 0.0 0.0 0.0
0 2 4 6 0 2 4 6 0 2 4 6 0 2 4 6
4
4
4
4
N/10 cycles N/10 cycles N/10 cycles N/10 cycles
(a) Fitting curve at fretting (b) Fitting curve at fretting (c) Fitting curve at fretting (d) Comparison of fitting curves at
frequency of 3 Hz frequency of 4 Hz frequency of 5 Hz different fretting frequencies

Fig. 6 Fitting curves of maximum crack depths of fatigue wires in case of different fretting frequencies
图 6 不同微动频率时疲劳钢丝最大裂纹深度拟合曲线
−2 −400

−4 −300
Log (i/A) −6 |Z′′|/(Ω·cm 2 ) −200

−8 f=3 Hz −100 f=3 Hz
f=4 Hz f=4 Hz
f=5 Hz f=5 Hz
−10 0
−1.2 −1.0 −0.8 −0.6 −0.4 −0.2 0.0 0 200 400 600
Potential/V Z/(Ω·cm ) 2
(a) Polarization curve (b) Nyquist diagram

Fig. 7 Polarization curves and Nyquist diagrams of fatigue wires in cases of different fretting frequencies
图 7 不同微动频率时疲劳钢丝极化曲线和Nyquist图

时，腐蚀电流快速降低，表明阴极反应为析氢腐蚀，即 6 结论
2H +2e =H . 当微动频率增加时，阳极和阴极极化曲
−
+
2
线的斜率均总体增大，这说明疲劳钢丝极化程度高、 a. 在拉扭复合微动腐蚀疲劳过程中，钢丝间轴向
接触状态由完全滑移和部分滑移的混合接触状态变
电极过程受到阻碍增大和阳极溶解效应降低，由第
为完全滑移状态，扭转角滞后于扭矩现象明显；
3节可知，微动频率增加导致电解质溶液对钢丝接触
b. 微动频率增加导致F -D和T-θ滞后回线对应耗
面电化学腐蚀效应和腐蚀产物膜去除速率降低. 当微 t
散能均总体降低. 钢丝间摩擦系数和疲劳钢丝磨损深
动频率分别由4 Hz变为3 Hz和5 Hz变为3 Hz时，疲劳
度均随微动频率增加而降低，钢丝微动磨损机理均为
钢丝自腐蚀电位分别负移30和110 mV. 由此可知，微
磨粒磨损、黏着磨损、疲劳磨损和腐蚀磨损.
动频率增加导致自腐蚀电位增加，相应腐蚀电流总体
c. 随着微动频率的增加，疲劳钢丝裂纹扩展速率
降低，进而分别引起疲劳钢丝腐蚀倾向下降和腐蚀速
率升高. 因此，疲劳钢丝电化学腐蚀程度随着微动频 降低，疲劳寿命增大，拉扭微动疲劳在裂纹扩展中主
导地位愈加明显，疲劳钢丝电化学腐蚀程度降低和耐
率增加而降低.
图7(b)所示，Nyquist图能揭示疲劳钢丝电化学阻 腐蚀性增强.
抗谱特性. 每种微动频率下，Nyquist图均为有一定半 参 考 文 献
径的容抗弧，容抗弧半径越大，说明疲劳钢丝耐腐蚀
[ 1 ] Wang Dagang, Zhang Dekun. Mechanical modeling and fretting
[23]
性越强 . 微动频率增加导致容抗弧半径增大，故疲
fatigue damage behavior of hoisting rope[M]. Changsha: Central
劳钢丝耐腐蚀性增强. 由此可知，微动频率3 Hz对应 South University Press, 2015 (in Chinese) [王大刚, 张德坤. 提升钢
的疲劳钢丝电化学腐蚀损伤最严重，这与第3节结论一致. 丝绳的力学建模与微动疲劳损伤行为[M]. 长沙: 中南大学出版