接触区小、压力高
接触面积很小，名义载荷不大也能在局部产生很高的接触应力。
接触应力与疲劳的产生
两个曲面接触时，接触区只是一条窄带或一个小椭圆，接触压力很高，这种局部应力状态称为赫兹接触应力。接触应力在表面以下形成三向压应力场，其中剪切应力的最大值并不在表面，而是在表面以下一定深度处；深度大小与接触区宽度有关，接触区越宽，最大剪应力位置越深。当表面存在摩擦或滑动时，最大应力的位置会向表面移动。
滚动体或齿面每经过一次，次表面某一点的剪切应力就经历一次正负变化。材料在这种循环下逐渐累积局部塑性变形和组织变化，最终在夹杂物、碳化物或其他薄弱处萌生微裂纹。裂纹先在次表面大致平行于表面扩展，随后向表面分枝，把一块材料整体掀起，形成剥落。接触疲劳寿命分散性大，即使同批产品在相同条件下运行，失效时间也会有明显差别，这是材料内部薄弱点分布随机造成的。
最大剪应力在次表面
纯滚动时最大剪应力位于表面以下，深度取决于接触区宽度。
滑动使应力上移
摩擦和滑动叠加切向力，使高应力区向表面移动，表面起裂风险增加。
寿命分散
内部夹杂物和组织薄弱点分布随机，同批零件的接触疲劳寿命差别明显。
次表面起裂与表面起裂
按裂纹萌生位置，接触疲劳可分为次表面起裂和表面起裂两类。两者的宏观形貌相近，都是凹坑和剥落，但指向的原因完全不同，因此判断起裂位置是分析的第一步。判断依据来自剥落坑的形状、坑底形貌，以及沿滚动方向剖开后观察到的裂纹深度和起点。
| 对比项 | 次表面起裂 | 表面起裂 |
|---|---|---|
| 起裂位置 | 表面以下最大剪应力附近，常与夹杂物有关 | 表面压痕、划伤、粗糙峰、磨削缺陷处 |
| 剥落坑形态 | 较深，坑底平坦，坑壁陡峭 | 较浅，常呈箭头形或扇形，从表面一点向外扩展 |
| 周围表面 | 剥落区以外表面状态往往良好 | 周围常有压痕、微点蚀、磨痕或润滑不良痕迹 |
| 截面特征 | 裂纹在次表面平行扩展，可见夹杂物或白蚀组织 | 裂纹从表面以较小角度向内扩展 |
| 主要指向 | 材料纯净度、硬化层深度、心部强度、载荷过大 | 润滑油膜不足、污染颗粒、粗糙度、滑动和边缘载荷 |
剥落扩展后会破坏原始起点，送样时应尽量提供早期较小的剥落坑，起裂位置更容易判断。
点蚀、剥落的形貌与白蚀组织
早期的接触疲劳损伤称为点蚀，表现为分散的小凹坑，在齿轮上多出现在节线附近和齿根一侧的齿面。点蚀进一步扩展、连成片后发展为面积更大、深度更深的剥落。剥落坑底常可看到类似疲劳贝纹的弧线，坑缘有新的细裂纹，说明剥落仍在扩展。剥落产生的碎屑进入接触区后会压出新的凹痕，引发更多表面起裂的剥落，所以损伤一旦开始，往往加速发展。
在截面金相中，接触疲劳区域常能看到浸蚀后呈白色的组织。夹杂物两侧对称分布的白色翼状区域称为蝴蝶组织，是次表面高剪应力区内材料局部组织变化的标志。另一类白蚀组织沿着分枝状裂纹网络分布，称为白蚀裂纹，多见于部分轴承的早期失效，裂纹网络可以在远未达到正常疲劳寿命时形成。其成因目前仍有争议，常被讨论的因素包括氢、电流、滑动和冲击载荷等，分析时应如实描述证据，不宜简单归于某一个原因。长时间运行的轴承次表面还可能出现暗蚀区和白色带状组织，反映材料在循环应力下的逐步演变。
- 初期点蚀：分散小坑，部分齿轮在跑合后可能不再发展，需要跟踪观察。
- 扩展性点蚀：坑数和面积随时间增加，连成片后进入剥落阶段。
- 剥落：较大较深的片状缺损，坑底可见扩展弧线，坑缘有裂纹。
- 蝴蝶组织：夹杂物周围的白色翼状区，指示次表面起裂。
- 白蚀裂纹：沿裂纹网络分布的白色组织，与早期失效有关，成因需综合分析。
硬化层深度、夹杂物与润滑油膜
接触疲劳抗力主要取决于材料在次表面高应力区的强度和纯净度。渗碳、感应淬火等表面硬化零件，如果硬化层过浅或心部硬度不足，最大剪应力区会落在硬化层与心部之间的过渡区，那里的强度不足以承受接触应力，就会产生深层剥落，即硬化层压碎。硬化层中过多的残余奥氏体、非马氏体组织、表面脱碳、磨削烧伤和晶界氧化，也会降低接触疲劳抗力。
钢中的硬质氧化物夹杂与基体变形不协调，是次表面起裂最常见的源头；夹杂物尺寸越大、越靠近高应力区，影响越明显。润滑油膜则决定表面起裂的风险：油膜足以把两表面的粗糙峰隔开时，表面应力较为平缓；油膜过薄时粗糙峰直接接触，产生局部高应力和微点蚀。油温过高使黏度下降、低速重载、润滑剂中混入水分和硬颗粒，都会削弱油膜作用。
硬化层深度
必须与接触区尺寸和载荷相匹配，过浅时最大剪应力区落入过渡区。
心部强度
心部过软会使硬化层缺少支撑，在重载下发生压碎和深层剥落。
钢材纯净度
硬质氧化物夹杂是次表面裂纹的主要起点，大尺寸夹杂的影响尤为突出。
表面完整性
磨削烧伤、脱碳和加工缺陷降低表面硬度，成为表面起裂的薄弱点。
油膜厚度
受黏度、温度、速度和载荷影响，油膜不足时粗糙峰接触，产生微点蚀。
润滑清洁度
硬颗粒压出凹痕，水分降低润滑性能，两者都会缩短接触疲劳寿命。
在轴承与齿轮中的表现
接触疲劳损伤的位置记录了载荷分布。滚动轴承滚道上的运行轨迹宽度、位置和剥落所在区域，可以反映载荷方向、配合过紧、不对中和边缘载荷等问题；齿轮齿面点蚀沿齿宽的分布，可以反映啮合偏载和齿向误差。因此分析时不只看剥落坑本身，还要看整个接触面的痕迹。
| 部件与位置 | 典型表现 | 提示的问题 |
|---|---|---|
| 轴承外圈承载区的剥落 | 剥落位于固定载荷方向，运行轨迹正常 | 接近正常疲劳，或载荷偏大、润滑不足 |
| 轴承内圈整圈剥落或轨迹偏宽 | 全周均有接触痕迹 | 配合过紧或游隙不足，产生过大预载 |
| 轴承滚道一侧边缘剥落 | 运行轨迹偏向一侧或呈斜向 | 不对中、轴挠曲或轴承座变形导致边缘载荷 |
| 齿轮节线附近点蚀 | 沿齿宽分布较均匀 | 接触应力水平与材料和润滑条件的匹配问题 |
| 齿轮齿宽一端集中点蚀 | 点蚀和剥落集中在齿面一端 | 齿向误差、轴承座不平行或轴挠曲引起偏载 |
| 渗碳齿轮深层大块剥落 | 剥落深度明显超过一般点蚀 | 硬化层过浅或心部强度不足导致硬化层压碎 |
接触疲劳在振动信号中有明确表现：轴承剥落会在外圈、内圈、滚动体或保持架特征频率处出现冲击成分，齿面点蚀会使啮合频率及其边频带变化，结合现场振动数据有助于还原损伤发展过程。
与相似表面损伤的区分
| 损伤类型 | 形貌特点 | 鉴别要点 |
|---|---|---|
| 接触疲劳剥落 | 边缘陡峭的凹坑，坑底有扩展弧线 | 截面可见平行于表面的疲劳裂纹 |
| 微点蚀 | 大面积灰暗无光的表面，由极小的坑组成 | 发生在油膜不足、滑动较大的区域，可作为剥落的前兆 |
| 压痕 | 光滑的凹痕，边缘有隆起，位置与滚动体间距一致 | 来自安装冲击或过载，属于塑性变形而非疲劳 |
| 伪压痕 | 凹痕中带有磨痕和氧化产物，位置按滚动体间距排列 | 设备静止时受振动引起的微动磨损 |
| 电蚀 | 细小熔坑或垂直于滚动方向的搓板状条纹 | 电流通过轴承时放电，表面有重熔组织 |
| 磨损 | 表面均匀变光或变粗糙，尺寸减小 | 无疲劳裂纹，常与磨粒或润滑不良相关 |
分析步骤
- 记录接触痕迹拆卸前后记录轴承滚道、滚动体和齿面的运行轨迹与损伤位置，标注载荷方向和安装方位。
- 保存润滑剂与碎屑采集油样或润滑脂及磁性碎屑，分析黏度、水分、颗粒和磨损金属，判断润滑状态与污染。
- 观察剥落形貌选择早期较小的剥落坑，观察坑形、坑底扩展弧线和周围表面状态，初步判断起裂位置。
- 剖切截面沿滚动方向和垂直方向剖切剥落坑，观察裂纹深度、起点、夹杂物、蝴蝶组织和白蚀组织。
- 硬度与组织检查测量表面硬度、硬化层深度分布和心部硬度，检查残余奥氏体、脱碳和磨削烧伤。
- 复核载荷与工况核对设计载荷、实际载荷、转速、温度、润滑方式以及振动和冲击记录，判断是否超出设计条件。
改进方向
- 材料：选用纯净度更高的钢材，控制大尺寸硬质氧化物夹杂，必要时加严入厂检验。
- 热处理：硬化层深度与载荷和接触尺寸匹配，保证心部强度，控制残余奥氏体和表面脱碳。
- 加工：避免磨削烧伤，改善表面粗糙度，必要时通过喷丸等工艺引入表面残余压应力。
- 润滑：按工作温度和速度选择合适黏度，加强过滤和密封，防止水分和硬颗粒进入。
- 装配与对中：控制配合和游隙，保证对中和轴承座精度，齿轮采用合适的齿向修形以改善载荷分布。
- 运行：避免长期超载和频繁冲击，消除轴承中的电流通路，利用振动和油液监测及早发现剥落。
北京与杭州的分工
北京团队负责现场调查、振动相关测试和综合分析；需要实验室仪器分析的部分，可由集团杭州实验室承接。具体由哪个实验室完成哪些项目、报告是否带 CMA、CNAS 标志，在方案和报价中写明。
常见问题
轴承运转不久就剥落，是材料问题还是使用问题？
要先判断起裂位置。次表面起裂且伴有大尺寸夹杂物，倾向于材料问题；表面起裂且周围有压痕、磨痕或润滑不良痕迹，倾向于润滑、污染或装配问题。运行轨迹还能反映配合过紧和不对中，综合判断后才能分清责任。
齿轮齿面出现小麻点，需要马上更换吗？
不一定。部分齿轮在跑合阶段出现的初期点蚀会逐渐稳定，不再扩展。如果麻点数量和面积随时间增加，或已经连成片剥落，就属于扩展性点蚀，需要尽快查找原因并安排更换，同时检查润滑和载荷分布。
什么是白蚀裂纹，和普通剥落有什么不同？
白蚀裂纹是沿分枝状裂纹网络分布、浸蚀后呈白色的组织，常导致轴承远早于正常疲劳寿命失效。普通剥落多由夹杂物或表面缺陷引起，裂纹较简单。白蚀裂纹的成因仍有争议，需要结合材料、润滑、电流和载荷条件综合分析。
换用黏度更高的润滑油能延长接触疲劳寿命吗？
在油膜不足导致表面起裂的情况下，提高工作温度下的有效黏度通常有帮助。但黏度过高可能导致温升、搅油损失和低温启动困难，还要兼顾密封和清洁度。如果失效属于次表面起裂，单靠改油效果有限。
振动监测能提前发现接触疲劳吗？
可以。轴承剥落会在特征频率处产生周期性冲击，包络解调等方法能在剥落早期发现；齿面点蚀会改变啮合频率及边频带。配合油液中磨损颗粒的变化，可以在损伤扩大前安排检修。