陳祺鑫, 黃 偉, 任志英*, 楊洋洋, 白鴻柏, 堯杰程

(1.福州大學 機械工程及自動化學院，福建 福州 350116;2.福建省特種設備檢驗研究院，福建 福州 350008)

密封技術是工業(yè)領域的共性技術之一，密封元件適用范圍廣泛，大量應用于工業(yè)領域，它對于工業(yè)產(chǎn)品的“三漏”(油、水、氣體)以及外部雜質，微小介質侵入具有抵抗作用，為機械產(chǎn)業(yè)提供必不可少的重要基礎件[1].但是在航空航天、核電和化工等領域，密封件的使用環(huán)境惡劣，一些高精密、重大裝備設備中的零部件對密封防泄漏性能的要求也越來越嚴苛[2].

密封件在交變載荷中經(jīng)常發(fā)生疲勞破壞，從而影響工件的使用壽命和性能.因此，越來越多學者研究密封件的疲勞問題，疲勞磨損在密封系統(tǒng)中是極為重要的.Gent和Marteny[3]研究了施加載荷的順序和方式對橡膠材料的損傷影響，發(fā)現(xiàn)常用于分析金屬材料疲勞損傷的Minert線性損傷累積理論因為橡膠材料固有特性而不適用于橡膠材料.劉宇艷等[4]利用建立了疲勞力學的壽命模型，通過試驗確定相關參數(shù).歐陽小平等[5]以表面磨損失效理論和斷裂力學為依據(jù)，通過有限元法對O形圈模型進行仿真，獲取接觸壓力與磨損速率的關系，并計算O形密封圈的疲勞壽命，為航空密封件產(chǎn)品提供相關理論依據(jù).綜上所述，目前針對O形密封圈的研究主要為選制密封材料及優(yōu)化設計密封結構，以及通過有限元工具研究性能的影響參數(shù).

大部分學者都是以橡膠為密封件的材料作為研究條件，但橡膠材料自身的性能限制了密封件發(fā)展，橡膠材料不易在大溫差下正常工作，其在高溫下易老化、低溫下易脆裂，難以承受較大的壓力，超過橡膠的耐用指標和安全閾值，就會出現(xiàn)破壞失效[6].對于這樣的苛刻環(huán)境國內常用的密封橡膠難以滿足使用要求，進口密封件價格高昂等因素限制發(fā)展.因此，自主研發(fā)和探索在特殊工況下的高性能密封件，一直是國內密封防泄漏領域的主要研究課題之一.

金屬橡膠最早起源于美國，20世紀70年代，俄羅斯薩馬拉國立航空航天大學進一步研究金屬橡膠，并應用于航空航天領域和民用領域[7].金屬橡膠是一種彈性多孔材料，外載荷可以使金屬絲壓縮、回彈及阻尼耗能等作用，金屬橡膠經(jīng)過金屬絲繞制成型、螺旋卷定螺距拉伸、編織毛坯、冷沖壓成型、超聲波清洗等工藝制備而成，其內部是由螺旋狀金屬絲相互勾連形成的空間網(wǎng)狀結構[8-10].由于金屬橡膠的阻尼性能對溫度的不敏感，使得金屬橡膠可以在常溫(25 ℃)至高溫(300 ℃)這類大溫度區(qū)間內工作[11]，區(qū)別于傳統(tǒng)橡膠的工作溫度區(qū)間.夏宇宏等[12]闡述了壓縮變形量對金屬橡膠密封件接觸壓力的影響.趙宏宇等[13]以材料膨脹系數(shù)為參量，建立金屬橡膠的數(shù)學模型.袁濤[14]在氣體密封件中使用金屬橡膠材料，理論計算得到氣體泄漏率的公式.王亮[15]以密度為變量，確定金屬橡膠密封件的力學模型；李遠超[16]推導了溫度影響下的金屬橡膠密封件的力與位移關系式，并建立密度對于金屬橡膠密封件的力學特性試驗.姜雨薇[17]通過試驗得到，不同絲材導致金屬橡膠密封件的接觸應力分布不同，且金屬橡膠密封件的泄漏率隨著接觸應力的減少而增大.盧成壯等[18]通過分析疲勞斷口結果表明，發(fā)生單相奧氏體組織有利于提高金屬橡膠的疲勞強度.

根據(jù)上述現(xiàn)有資料顯示，目前有關O形金屬橡膠密封件的研究主要集中在研制徑比小的密封件、金屬橡膠與高分子外包覆的設計結構等方面，但大環(huán)徑比且用不銹鋼包覆的金屬橡膠密封件研究較少.金屬橡膠又是一種累加損傷的材料，壽命長且性能相對穩(wěn)定，但目前國內外尚未對加了不銹鋼套的金屬橡膠密封件進行壽命評定，為此，本文作者針對大環(huán)徑比O形金屬橡膠密封件在實際工程應用中的影響因素，對密封件進行多變量動態(tài)疲勞試驗獲得一定的試驗結果，為金屬橡膠密封件的疲勞損傷研究提供基礎.

1 O形大口徑MR密封件制備

本次制備的金屬橡膠密封件外徑為283 mm，內徑為276 mm，截面直徑為3.5 mm，包裹層材質需選金屬類材料，包裹層厚度為0.5 mm，金屬橡膠內芯截面直徑為2.5 mm，金屬橡膠內芯材料為不銹鋼材質，密封圈的環(huán)徑比為552:7，屬于大環(huán)徑比O形密封圈.結構簡圖如圖1所示，工藝流程包含兩個部分，分別是金屬橡膠制備和包裹層制備，制備流程如圖2所示.

其中金屬橡膠制備第一步先選絲，不同材質會帶來不同的材料力學性能，本次選用了絲徑為0.15 mm的不銹鋼絲，然后采用螺旋卷金屬絲定螺距拉伸機進行卸力拉伸螺旋狀金屬絲，其中螺旋卷的螺距與其直徑大致相等，保證嚙合效果和后續(xù)在壓制金屬橡膠毛坯時體積穩(wěn)定性最高[19]；接著用自動纏繞機進行纏繞，完成毛坯的制作，用沖壓機對毛坯進行冷沖壓，得到金屬橡膠內芯成品.另一個制備工藝是不銹鋼包覆，在本論文中，將開槽的鋼管放置在特制的折彎模具中進行折彎、整圓工藝處理.由于毛細鋼管材質較硬難以折彎，因此折彎時使用便攜式高溫火焰噴槍，噴槍內所含氣體為丁烷，最高溫度達1 000 ℃，可以滿足本次試驗要求.最終獲得本論文的大環(huán)徑比O形金屬橡膠密封件，如圖3所示.

Fig.1 Semi wrapped metal rubber seal圖1 半包裹金屬橡膠密封件

Fig.2 Flow chart of metal rubber seal preparation圖2 金屬橡膠密封件制備流程圖

2 金屬橡膠密封件疲勞試驗判定指標

材料在實際工程應用中，往往會因為磨損、輻射、腐蝕和疲勞斷裂等因素導致材料失去原有的應用性能，使材料最終失效[20].研究金屬橡膠的疲勞壽命損傷可以參考金屬材料和橡膠材料的失效原因，但是金屬橡膠的疲勞破壞形式不同于一般金屬材料或橡膠材料.由于金屬橡膠為空間網(wǎng)狀結構，隨著振動時間變化，內部金屬絲相互之間的摩擦，滑移導致金屬絲磨損、斷裂和損壞.因此金屬橡膠材料的疲勞破壞屬于累計損傷，因此選用耗能 ?W，損耗因子 η和損傷因子D來表達金屬橡膠材料漸進式的損傷程度[10]，公式表達在下文列出.圖4為金屬橡膠材料的遲滯特性圖，其中W代表材料儲存的最大彈性勢能.

Fig.3 O-shape metal rubber seal with large ring diameter ratio圖3 大環(huán)徑比O形金屬橡膠密封件

Fig.4 Hysteresis characteristic diagram of metal rubber圖4 金屬橡膠遲滯特性圖

實測遲滯環(huán)面積?W為

其中：α為初相位，X0為位移幅值，和f分別為采樣頻率和加載頻率.

材料中所存最大彈性勢能W為

其中Fmax、Fmin分別為所采集的恢復力中的最大值和最小值.計算等效損耗因子η 為

損傷因子D為

式中：k0為 金屬橡膠材料的初始剛度，kn為試樣承受n次周期循環(huán)作用后的剛度.此外，損傷因子滿足如下邊界條件：

金屬橡膠常用相對密度進行評定，由于金屬橡膠彈性內芯的環(huán)徑比較大，材料內部結構孔隙較多，因此本文中采用孔隙度來描述金屬橡膠材料性能，孔隙度P和相對密度的關系為

式中：m為 金屬橡膠彈性體內芯的質量，單位g；V為金屬橡膠彈性體內芯的體積，單位mm3，ρ為不銹鋼金屬絲的密度，單位g/mm3.

根據(jù)上述表征參數(shù)判定金屬橡膠材料的疲勞，本章結合疲勞試驗和理論計算方法研究分析大環(huán)徑比O形金屬橡膠密封件的疲勞壽命變化.

3 試驗系統(tǒng)

圖5(a)為本次疲勞試驗的夾具工裝示意圖，夾具包括圓形壓盤和加持臺：圓形壓盤通過轉接口與試驗機相接，可保證載荷均勻分布在金屬橡膠密封件上；加持臺的空腔用來放置大環(huán)比O型金屬橡膠密封件，空腔的功能是防止樣件發(fā)生徑向偏移.為獲取更好的試驗結果，同時保證試驗操作過程安全，對試驗樣件進行預試驗，通過多次預試驗調整以獲得良好的試驗操作方式.動態(tài)試驗設備是中科院長春機械研究所研制的SDS-200高低溫動靜態(tài)材料試驗機以及試驗數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，設備如圖5(b)所示.由于研究的金屬橡膠密封件的截面尺寸較小，但是動態(tài)機的測試量程較大，為了更好地測試分析樣件的力學性能，因此在搭建試驗工裝時一定要注意工裝水平度以便樣件受力均勻，采用十字交叉法，用水平尺進行放置臺的水平調平.

4 O形大口徑MR密封件疲勞試驗結果分析

本次疲勞試驗用金屬橡膠密封件試驗樣件的外徑283 mm、內徑276 mm、截徑3.5 mm.試驗組分成3組，如表1所示，其中組別1設為普通組用以研究常態(tài)下試驗樣件的疲勞特性，組別2設為振幅組用以研究加載振幅對試驗樣件疲勞特性的影響，組別3設為孔隙度組用以研究孔隙度對試驗樣件疲勞特性的影響，其中根據(jù)對金屬橡膠密封件疲勞磨損性能的設計要求，孔隙度為69.7%的金屬橡膠密封件在振幅為0.3 mm、頻率為5 Hz環(huán)境下進行20萬周期循環(huán)的疲勞試驗，設為極限疲勞試驗.

Fig.5 Schematic diagram (a)and testing machine of metal rubber seal(b)圖5 金屬橡膠密封件試驗工裝示意圖(a)及試驗機(b)

表1 金屬橡膠密封件疲勞試驗組Table 1 Fatigue test group of metal rubber seals

4.1 試驗樣件磨損分析

金屬橡膠密封件的試驗樣件在進行動態(tài)疲勞試驗前其結構形態(tài)如圖3所示，在本節(jié)中選取部分具有代表性的密封件進行過疲勞試驗，其試驗樣件前后對比如圖6所示.其中圖6(a)為孔隙度69.7%的試驗樣件在振幅為0.3 mm、激振頻率為5 Hz、振動周期為20萬次動態(tài)疲勞試驗后的樣件變化，圖6(b)為試驗組1中的試驗樣件的磨損變化圖.

孔隙度為69.7%的試驗樣件在疲勞試驗后出現(xiàn)明顯的金屬橡膠彈性內芯溢出、包裹層磨損而導致金屬橡膠密封件失效[圖6(a)]，而該組試驗中的試驗樣件在進行疲勞試驗后沒有產(chǎn)生明顯的破損現(xiàn)象，只在樣件的包裹層出現(xiàn)微弱的表面點蝕，且點蝕深度較小，樣件的整體結構保存較好[圖6(b)].可以看出兩組試驗皆出現(xiàn)了不同程度的疲勞磨損甚至破壞失效，金屬橡膠密封件是由金屬橡膠彈性內芯和不銹鋼包裹層兩者組合而成，導致其疲勞試驗不同于以往的單一金屬橡膠材料疲勞試驗[21].出現(xiàn)圖6(a)這一現(xiàn)象的原因是試驗樣件的孔隙度較大，即內芯的單位截面內所含金屬絲較少，試驗樣件在較大振幅條件下隨著振動周期不斷增加，金屬橡膠彈性內芯出現(xiàn)磨損、局部塑性變形以及截面發(fā)生不規(guī)則變化等，導致內芯在疲勞試驗后期從包裹層開槽處溢出，這將加速試樣樣件的磨損破壞.

金屬橡膠密封件在進行動態(tài)疲勞試驗后，因為磨粒磨損、斷裂以及塑性變形等原因會發(fā)生質量和外形尺寸的變化.表2列出各試驗組在疲勞試驗前后外形尺寸和質量變化數(shù)據(jù)，從表2中可以看出，試驗樣件的截徑發(fā)生較小的變化，這說明樣件因疲勞試驗發(fā)生了微量塑性變形，試驗樣件的質量在疲勞試驗后有所減小，但變化較小，此外，分析表2中的孔隙度為69.7%的3組試驗數(shù)據(jù)變化量可得，隨著加載振幅的增加，試驗樣件的質量減小，比例也會有所增加，這在一定程度上說明振幅對試驗樣件影響較大.

Fig.6 Wear changes of metal rubber seals after fatigue test圖6 金屬橡膠密封件疲勞試驗后磨損變化圖

表2 試驗樣件疲勞試驗前后的截徑及質量變化Table 2 Section diameter and mass change of test sample before and after fatigue test

由上述所得金屬橡膠材料在發(fā)生疲勞斷裂時不會出現(xiàn)斷崖式的突然斷裂失效，而是當其內部相互勾連的螺旋狀金屬絲的疲勞損傷達到一定程度時才會出現(xiàn)失效現(xiàn)象，這是由于金屬橡膠內部金屬絲之間相互纏繞，本次選用絲徑0.15 mm的金屬絲，截面為圓形.當金屬橡膠密封件承受載荷時，金屬絲之間的接觸狀態(tài)從未接觸轉變?yōu)橄嗷セ啤⑾嗷D壓，如圖7所示.單位時間內越多金屬絲之間的相互摩擦，增加金屬橡膠密封件的剛度數(shù)值，承受一定次數(shù)載荷后，材料內部勾連的螺旋狀金屬絲產(chǎn)生局部的磨損、點蝕及斷裂，進一步改變密封件的循環(huán)后剛度，從而影響金屬橡膠的損傷因子D.

4.2 金屬橡膠密封件的疲勞特性

本節(jié)中選用了組別1(常態(tài)組)進行疲勞試驗來研究常態(tài)下金屬橡膠密封件的疲勞特性，并且采用耗能?W、損耗因子 η及 損傷因子D這三種金屬橡膠材料常用疲勞判定參量來定性分析金屬橡膠密封件的疲勞特性.

4.2.1 常態(tài)下金屬橡膠密封件的疲勞特性

圖7是常態(tài)下孔隙度為51.5%(振幅為0.2 mm)的金屬橡膠密封件在不同振動周期下的遲滯回線變化趨勢圖，本節(jié)中選取500次、5萬次、10萬次、15萬次和20萬次五種振動周期后的遲滯回線.

從圖8中可以直觀地看出：其一，在五種不同的的振動周期后，試驗樣件的遲滯回線形狀基本相同；其二，隨著振動周期的不斷增加，遲滯回線沿著圖中所示的箭頭標注方向偏移；其三，在15萬次振動周期前，遲滯回線隨著振動次數(shù)的增加，其偏移的變化較為明顯，在15萬次之后，偏移變化較小，其遲滯回線基本重合；其四，振動初期，試驗樣件的遲滯回線是較為規(guī)整的，隨著振動周期的不斷增加，遲滯回線的右上端曲線會出現(xiàn)一段較小的水平變化段；其五，隨著振動周期的增加，試驗樣件的遲滯回線面積逐漸減小.出現(xiàn)上述現(xiàn)象的主要原因如下：對于同一孔隙度的試驗樣件，隨著振動周期的不斷增加，將會使得密封件的不銹鋼包裹層出現(xiàn)一定量的永久塑性變形，彈性內芯出現(xiàn)局部的磨損斷裂并且部分彈性內芯會從密封件的包裹層開槽處溢出，從而導致整個試驗樣件的承載能力下降，即絕對耗能能力減小.

Fig.7 State of metal rubber material under load of metal wire圖7 金屬橡膠材料內部金屬絲承載狀態(tài)

Fig.8 Hysteresis loops of different vibration periods(porosity：51.5%)圖8 試驗樣件在不同振動周期的遲滯回線(孔隙度：51.5%)

圖9 為孔隙度為51.5%的試驗樣件的耗能 ?W、損耗因子η 和損傷因子D隨著振動周期變化趨勢圖.從圖9中可得試驗樣件的3個疲勞參數(shù)均隨著振動周期的增加而出現(xiàn)不同程度的減小，從圖9(a)、(b)中可得試驗樣件的耗能能力(絕對耗能?W和相對耗能η)隨著振動周期的增加不斷減小，并且下降速度較快，從圖9(c)中可得損傷因子D在15萬次振動周期前減小的程度較小，而在15萬次振動周期后，試驗樣件的損傷因子D會急劇減小.這是因為在振動周期達到一定范圍后，試驗樣件的結構中會產(chǎn)生較多的磨損和金屬絲斷裂，從而導致樣件喪失大部分阻尼耗能能力，樣件的損傷程度加劇.

4.2.2 孔隙度對試驗樣件疲勞特性的影響

金屬橡膠是一種多孔阻尼材料，孔隙度對金屬橡膠材料的力學性能具有較大的影響，因此為了更好地研究孔隙度對金屬橡膠密封件疲勞特性的影響，本節(jié)中選取了四種不同孔隙度的金屬橡膠密封件作為試驗樣件進行疲勞試驗.圖10為四種不同孔隙度的試驗樣件在相同振幅(0.3 mm)進行疲勞試驗所得的遲滯回線.

從圖10可以得出：四種不同孔隙度的試驗樣件的疲勞遲滯回線出現(xiàn)和上節(jié)所述基本相同的現(xiàn)象，并且隨著孔隙度的減小，金屬橡膠密封件的遲滯回線從彎月形狀逐漸變成平直形狀，亦即金屬橡膠密封件的剛度隨著孔隙度的增加而減小，出現(xiàn)這一種現(xiàn)象的原因是試驗樣件的孔隙度越小，其填充在包裹層內的金屬絲就更加致密、飽和，樣件在單位體積內包含更多的金屬絲，導致金屬橡膠彈性特性越弱、剛度特性越強.為了更好地研究孔隙度對金屬橡膠密封件疲勞特性的影響，選取振幅相同下的四種不同孔隙度的試驗樣件在相同振動周期后(5萬次、20萬次)的表征疲勞性能參數(shù)進行對比分析，結果如圖11所示.

從圖11可得，在不同振動周期后，試驗樣件的疲勞參數(shù)變化趨勢基本一致，亦即試驗樣件的耗能 ?W、損耗因子 η和損傷因子D三者均隨著孔隙度的減小而不斷增加，出現(xiàn)這一現(xiàn)象的主要原因在于：孔隙度越小的試驗樣件的內部含有較多的相互勾連的螺旋狀金屬絲，而金屬絲越多的試驗樣件，其單位體積內金屬絲相互接觸擠壓產(chǎn)生干摩擦的幾率就越大，這一方面會使試驗樣件的抵抗變形能力和耗能能力增強，另一方面會使金屬絲之間的摩擦磨損有所增加，導致試驗樣件的損耗因子η 和損傷因子D增大.

4.2.3 加載幅值對試驗樣件疲勞特性的影響

金屬橡膠材料是一種多孔性阻尼材料，相互勾連的金屬絲受載后具有良好回彈能力，這一特性可以使金屬橡膠材料在卸去載荷后可以恢復到正常使用狀態(tài)，金屬橡膠材料在實際工程應用中往往需要施加一定的預緊量和工作載荷以滿足工程需求.因此，在本節(jié)中研究金屬橡膠密封件在不同振幅下的疲勞特性變化，并選取了孔隙度為69.7%的金屬橡膠密封件作為試驗樣件，振幅設定為0.1、0.2和0.3 mm三種進行疲勞試驗，其疲勞變化趨勢如圖12所示.

Fig.9 Variation of fatigue performance parameters of specimens under different vibration periods圖9 不同振動周期后試驗樣件的疲勞性能參數(shù)變化

Fig.10 Fatigue hysteresis loops of test specimens with different porosity圖10 四種不同孔隙度的試驗樣件的疲勞遲滯回線

Fig.11 Variation of fatigue performance parameters of samples with different porosity (50 000 times and 200 000 times)圖11 不同孔隙度試驗樣件的疲勞性能參數(shù)變化(5萬次、20萬次)

從圖12可得，在不同振幅條件下，相同孔隙度(69.7%)的試驗樣件呈現(xiàn)出相似的遲滯回線.在振幅為0.1和0.2 mm時，試驗樣件的遲滯回線的斜率較大，滯環(huán)形狀為獨特的“柳葉狀”，而當振幅增加到0.3 mm時，樣件的遲滯回線變?yōu)椤皬澰聽睢?為了更好地分析這一現(xiàn)象即加載振幅對試驗樣件疲勞特性的影響，構建O形金屬橡膠密封件受力單元簡圖，如圖13所示.從圖13可得，當加載振幅在較小范圍內時，試驗樣件在金屬橡膠彈性內芯和不銹鋼包裹層的共同作用下，樣件上下振動較小，塑性變形也較小，表現(xiàn)出較為良好的遲滯特性，當振幅增加到0.3 mm時，試驗樣件的不銹鋼包裹層和金屬橡膠彈性內芯出現(xiàn)較多的不同程度的不可逆塑性變形，隨著振動周期的不斷增加會導致金屬橡膠彈性內芯和包裹層出現(xiàn)較多的疲勞磨損，如圖6所示，并且由于試驗用金屬橡膠密封件的孔隙度相對較大，即單位截面內金屬絲含量低，導致在進行動態(tài)疲勞試驗過程中部分金屬橡膠內芯從包裹層的開槽處溢出，如圖6(a)所示，從而使得金屬橡膠密封件承載能力發(fā)生較大的變化.

選取上述振幅組中試驗樣件經(jīng)過5萬次和20萬次下振動周期后的性能參數(shù)進行對比，如圖14所示.從圖14中可得，相同孔隙度的試驗樣件在兩種不同的振動幅值進行疲勞試驗，其疲勞參數(shù)數(shù)值呈現(xiàn)出相同的變化趨勢，即隨著振動幅值的增加，試驗樣件的3個疲勞性能參數(shù)都出現(xiàn)不同程度的減小.從圖14(a)、(c)可得，耗能 ?W和損傷因子D均隨著振動幅值的增加而不斷減小，并且振動周期越大，試驗樣件的耗能 ?W和損傷因子D越小，這是因為試驗樣件所受的振動幅值越大、經(jīng)歷的振動周期越長，樣件的金屬橡膠彈性內芯中的金屬絲越容易磨損、斷裂，導致樣件絕對耗能能力減小.而從圖14(b)可得，振動幅值從0.1 mm增加到0.2 mm時，試驗樣件的損耗因子η 減小，振幅從0.2 mm增加到0.3 mm時，試驗樣件的損耗因子基本不變，這是由于樣件中存在金屬橡膠彈性內芯，在較小的振幅下，試驗樣件變形范圍較小，試驗樣件的耗能主要由金屬橡膠彈性內芯承擔，此時樣件的可塑性和回彈性均較好，而當振幅增加時，樣件的不銹鋼包裹層和金屬橡膠彈性內芯兩者變形范圍增加，此時樣件的不銹鋼包裹層將成為主要的承載單元，樣件出現(xiàn)一定量的永久變形，導致樣件的剛度增加，損耗因子變化范圍不明顯.

Fig.12 Fatigue hysteresis loops of the same porosity test sample under different amplitudes圖12 同一孔隙度試驗樣件在不同振幅下的疲勞遲滯回線

Fig.13 Stress unit diagram of O-shaped metal rubber seal圖13 O形金屬橡膠密封件受力單元簡圖

Fig.14 Influence of different amplitude on fatigue (porosity：69.7%)圖14 不同振幅對試驗樣件疲勞影響(孔隙度：69.7%)

5 結論

通過疲勞試驗研究了金屬橡膠密封件的疲勞磨損特性，發(fā)現(xiàn)最先出現(xiàn)疲勞磨損的位置是金屬橡膠內芯，并且金屬橡膠內芯的斷裂失效形式屬于累積損傷.金屬絲的磨損、破裂導致金屬橡膠整體的疲勞破壞，不會出現(xiàn)瞬間的突然斷裂失效，具體的性能表現(xiàn)為

a.在常溫下，金屬橡膠密封件的疲勞曲線出現(xiàn)了“柳葉狀”，試驗樣件的遲滯回線隨著振動周期的不斷增加會發(fā)生沿一定方向偏移，遲滯回線的右上端曲線會出現(xiàn)一段較小的水平變化段，并且在15萬次振動周期前，試驗樣件的耗能能力下降較快.

b.金屬橡膠密封件的剛度隨著孔隙度的減小而增加，并且試驗樣件的遲滯回線從彎月形狀逐漸會變成平直形狀，試驗樣件的耗能、損耗因子和損傷因子三者均隨著孔隙度的減小而不斷增加.

c.同一孔隙度的金屬橡膠密封件在加載振幅增加到一定范圍后，試驗樣件的遲滯回線形狀會從“柳葉狀”發(fā)展成“彎月狀”，加載的振幅增加到一定程度后將加劇金屬橡膠密封件疲勞磨損(疲勞極限試驗).