微接触条件下,机床结合面的压缩曲线初期表现为非线性规律,且非线性的程度和机床材料的热处理状态、加工方法及工艺、配副材料、接触尺寸和预加载等有关。尽管经过预变形后,非线性程度减小,但始终无法消除,且无规律可循。而这种应力-应变的非线性规律由于“误差复印原理”导致在实际使用中被放大数百倍甚至上千倍,严重影响了机床精度的可控性。现有机床精度的控制是基于弹性变形的线性规律通过补偿机制进行的,而非线性规律又是随机变化的,使得误差补偿难以进行,从而制约了机床的发展。本文选择40Cr、45 钢、38CrMnAlA、HT250、AZ91D 镁合金、316不锈钢和 CrAlYN/HSS等试样进行微压缩实验,并结合试样表面粗糙度和接触微观形貌的变化、材料的硬化程度以及45钢拉伸及弯曲实验结果,探讨了接触弹性系数非线性规律形成的原因和本质。结果表明:微压缩条件下,40Cr-、45钢、38CrMnAlA和HT250的加工面的接触弹性系数(K)非线性变化的原因是压缩面弹塑性接触导致的。同一次压缩过程中,由于加工面上弹性加部分塑性变形方式,K值不断变化;不同压缩条件下同一试样K达到稳态值Kmax时对应最大的非线性应变(ε’mx)不同。试样的ε’max大小不仅取决于实际加工面的接触形貌,同时与材料在压缩过程中塑性变形抗力的变化有关。压缩过程中,材料起始表面粗糙度越大,非线性程度越明显,ε’max越大。起始表面粗糙度分别为1.108μm和1.153μm的45钢试样,形变后ε’max分别为0.83 ×10-3和0.88×10-3;试样的塑性变形程度与试样的ε’max呈正相关。相同压缩次数下,表面微凸体高度变化程度为15%和11%的试样,ε’max分别下降了 51.6%和45.3%;材料的二次硬化能力越强,试样的ε’max越容易达到稳态,压缩过程中ε’max变化越迅速。其中,316不锈钢、AZ91D镁合金和CrAlYN/HSS试样,压缩前后ε’max分别为降低了 38.4%、1.7%和0.9%;316不锈钢ε’max到达稳态时的压缩次数仅为4次,而AZ91D镁合金和CrAlYN/HSS试样分别压缩了 10次ε’max还未到达稳态。微压缩条件下材料非线性变形规律的本质原因是材料在受力方向上塑性变形抗力的非均质造成。塑性变形抗力的非均质程度越大,试样的非线性程度越大。非均质程度分别为73%和77%的45试样,其复合屈服强度相比于基体分别提高了 8.1%和11%。非均质程度为均为73%的45钢试样,拉伸复合屈服强度增加了 8.1%,而四点弯曲试验中,由于试样表层分载程度更大,弯曲复合屈服强度增加了 23.7%。由弹塑性接触造成ε’max对试样精度的影响呈工件厚度倍数的放大。微压缩实验中厚度分别为5.5 mm和5 mm的试样,差值为0.5mm,当ε’max相等时,试样的最大非线性位移分别为2.34 μm和1.68 μm,位移相差1.45倍。实际使用中,减小金属加工面在受力过程中塑性变形所占比例及变形程度的不均匀性是控制材料微压缩应力-应变非线性规律的有效方法。