機(jī)械零件的失效及分析

1、機(jī)械零件的失效及分析機(jī)械零件的失效及分析機(jī)械零件的失效及分析機(jī)械零件的失效及分析第二章第二章 機(jī)械零件失效及分析機(jī)械零件失效及分析第一節(jié)第一節(jié) 機(jī)械零件的磨損機(jī)械零件的磨損第二節(jié)第二節(jié) 金屬零件的斷裂金屬零件的斷裂第三節(jié)第三節(jié) 金屬零件的腐蝕損傷金屬零件的腐蝕損傷第四節(jié)第四節(jié) 機(jī)械零件的變形機(jī)械零件的變形機(jī)械零件的失效及分析機(jī)械零件的失效及分析零部件失去原有設(shè)計所規(guī)定的功能稱為失效。零部件失去原有設(shè)計所規(guī)定的功能稱為失效。 失效包括完全喪失原定功能；失效包括完全喪失原定功能； 功能降低和有嚴(yán)重?fù)p傷或隱患，功能降低和有嚴(yán)重?fù)p傷或隱患， 繼續(xù)使用會失去可靠性及安全性和安全性。繼續(xù)使用會失去可靠性及

2、安全性和安全性。 機(jī)械零件失效基本形式機(jī)械零件失效基本形式 1 1、磨損失效、磨損失效 最基本、最常見在失效形式最基本、最常見在失效形式 2 2、斷裂失效、斷裂失效 最危險的失效形式最危險的失效形式 3 3、變形失效、變形失效 4 4、腐蝕、氣蝕失效、腐蝕、氣蝕失效機(jī)械零件的失效及分析機(jī)械零件的失效及分析失效分析失效分析主要思路是：介紹失效機(jī)理，失效的主要特征和主要思路是：介紹失效機(jī)理，失效的主要特征和主要影響因素，以及減少失效發(fā)生在措施。主要影響因素，以及減少失效發(fā)生在措施。磨損是零部件失效的一種基本類型。通常意義上磨損是零部件失效的一種基本類型。通常意義上來講，磨損是指零部件幾何尺寸（體積

3、）變小。來講，磨損是指零部件幾何尺寸（體積）變小。機(jī)械零件的失效及分析機(jī)械零件的失效及分析機(jī)械零件的失效及其對策機(jī)械零件的失效及其對策機(jī)械零件的磨損及其對策機(jī)械零件的磨損及其對策以摩擦副為主要零件的機(jī)械設(shè)備，在正常運(yùn)轉(zhuǎn)時，以摩擦副為主要零件的機(jī)械設(shè)備，在正常運(yùn)轉(zhuǎn)時，機(jī)械零件的磨損一般可分為磨合（走合）階段、穩(wěn)機(jī)械零件的磨損一般可分為磨合（走合）階段、穩(wěn)定磨損階段和劇烈磨損階段，如圖定磨損階段和劇烈磨損階段，如圖1-11-1所示。所示。磨磨損損量量a ab bo o時間時間磨合階段磨合階段穩(wěn)定磨損階段穩(wěn)定磨損階段劇烈磨損階段劇烈磨損階段圖圖1-1 1-1 機(jī)械磨損過程機(jī)械磨損過程機(jī)械零件的失效及

4、分析機(jī)械零件的失效及分析機(jī)械零件的磨損失效常經(jīng)歷一定的磨損階段。圖機(jī)械零件的磨損失效常經(jīng)歷一定的磨損階段。圖1 1所示為典所示為典型的磨損過程曲線，圖型的磨損過程曲線，圖1 1表示磨損過程曲線的斜率，即磨損表示磨損過程曲線的斜率，即磨損率曲線。根據(jù)磨損率曲線，可以將磨損失效過程分為三個階率曲線。根據(jù)磨損率曲線，可以將磨損失效過程分為三個階段。段。(1)(1)跑合磨損階段（圖中跑合磨損階段（圖中0a0a段）段） 新的摩擦副在運(yùn)行初新的摩擦副在運(yùn)行初期，由于對偶表面的表面粗糙度值較大，實(shí)際接觸面積較小，期，由于對偶表面的表面粗糙度值較大，實(shí)際接觸面積較小，接觸點(diǎn)數(shù)少而多數(shù)接觸點(diǎn)的面積又較大，接觸點(diǎn)

5、粘著嚴(yán)重，接觸點(diǎn)數(shù)少而多數(shù)接觸點(diǎn)的面積又較大，接觸點(diǎn)粘著嚴(yán)重，因此磨損率較大。但隨著跑合的進(jìn)行，表面微峰峰頂逐漸磨因此磨損率較大。但隨著跑合的進(jìn)行，表面微峰峰頂逐漸磨去，表面粗糙度值降低，實(shí)際接觸面積增大，接觸點(diǎn)數(shù)增多，去，表面粗糙度值降低，實(shí)際接觸面積增大，接觸點(diǎn)數(shù)增多，磨損率降低，為穩(wěn)定磨損階段創(chuàng)造了條件。為了避免跑合磨磨損率降低，為穩(wěn)定磨損階段創(chuàng)造了條件。為了避免跑合磨損階段損壞摩擦副，因此跑合磨損階段多采取在空車或低負(fù)損階段損壞摩擦副，因此跑合磨損階段多采取在空車或低負(fù)荷下進(jìn)行；為了縮短跑合時間，也可采用含添加劑和固體潤荷下進(jìn)行；為了縮短跑合時間，也可采用含添加劑和固體潤滑劑的潤滑材料

6、，在一定負(fù)荷和較高速度下進(jìn)行跑合。跑合滑劑的潤滑材料，在一定負(fù)荷和較高速度下進(jìn)行跑合。跑合結(jié)束后，應(yīng)進(jìn)行清洗并換上新的潤滑材料。結(jié)束后，應(yīng)進(jìn)行清洗并換上新的潤滑材料。機(jī)械零件的失效及分析機(jī)械零件的失效及分析 (2) (2)穩(wěn)定磨損階段（圖中穩(wěn)定磨損階段（圖中abab段）段） 這一階段磨損緩慢且這一階段磨損緩慢且穩(wěn)定，磨損率保持基本不變，屬正常工作階段，圖中相應(yīng)穩(wěn)定，磨損率保持基本不變，屬正常工作階段，圖中相應(yīng)的橫坐標(biāo)就是摩擦副的耐磨壽命。的橫坐標(biāo)就是摩擦副的耐磨壽命。(3)(3)劇烈磨損階段（圖中劇烈磨損階段（圖中bcbc段）段） 經(jīng)過長時間的穩(wěn)定磨經(jīng)過長時間的穩(wěn)定磨損后，由于摩擦副對偶表面間

7、的間隙和表面形貌的改變以損后，由于摩擦副對偶表面間的間隙和表面形貌的改變以及表層的疲勞，其磨損率急劇增大，使機(jī)械效率下降、精及表層的疲勞，其磨損率急劇增大，使機(jī)械效率下降、精度喪失、產(chǎn)生異常振動和噪聲、摩擦副溫度迅速升高，最度喪失、產(chǎn)生異常振動和噪聲、摩擦副溫度迅速升高，最終導(dǎo)致摩擦副完全失效。終導(dǎo)致摩擦副完全失效。 機(jī)械零件的失效及分析機(jī)械零件的失效及分析2.影響磨損的因素影響磨損的因素(1)材料性能鋼中的非塑性夾雜物等冶金缺陷，材料性能鋼中的非塑性夾雜物等冶金缺陷，對疲勞磨損有嚴(yán)重的影響。如鋼中的氮化物、氧化物、對疲勞磨損有嚴(yán)重的影響。如鋼中的氮化物、氧化物、硅酸鹽等帶棱角的質(zhì)點(diǎn)，在受力過

8、程中，其變形不能與硅酸鹽等帶棱角的質(zhì)點(diǎn)，在受力過程中，其變形不能與基體協(xié)調(diào)而形成空隙，構(gòu)成應(yīng)力集中源，在交變應(yīng)力作基體協(xié)調(diào)而形成空隙，構(gòu)成應(yīng)力集中源，在交變應(yīng)力作用下出現(xiàn)裂紋并擴(kuò)展，最后導(dǎo)致疲勞磨損早期出現(xiàn)。因用下出現(xiàn)裂紋并擴(kuò)展，最后導(dǎo)致疲勞磨損早期出現(xiàn)。因此，選擇含有害夾雜物少的鋼（如軸承常用凈化鋼），此，選擇含有害夾雜物少的鋼（如軸承常用凈化鋼），對提高摩擦副抗疲勞磨損能力有著重要意義。在某些情對提高摩擦副抗疲勞磨損能力有著重要意義。在某些情況下，鑄鐵的抗疲勞磨損能力優(yōu)于鋼，這是因?yàn)殇撝形r下，鑄鐵的抗疲勞磨損能力優(yōu)于鋼，這是因?yàn)殇撝形⒘鸭y受摩擦力的影響具有一定方向性，且也容易滲入油裂紋受

9、摩擦力的影響具有一定方向性，且也容易滲入油而擴(kuò)展；而鑄鐵基體組織中含有石墨，裂紋沿石墨發(fā)展而擴(kuò)展；而鑄鐵基體組織中含有石墨，裂紋沿石墨發(fā)展且沒有一定方向性，潤滑油不易滲入裂紋。且沒有一定方向性，潤滑油不易滲入裂紋。 機(jī)械零件的失效及分析機(jī)械零件的失效及分析(2)(2)硬度一般情況下，材料抗疲勞磨損能力隨表面硬硬度一般情況下，材料抗疲勞磨損能力隨表面硬度的增加而增強(qiáng)，而表面硬度一旦越過一定值，則情況相度的增加而增強(qiáng)，而表面硬度一旦越過一定值，則情況相反。反。 鋼的芯部硬度對抗疲勞磨損有一定影響，在外載荷一鋼的芯部硬度對抗疲勞磨損有一定影響，在外載荷一定的條件下，芯部硬度越高，產(chǎn)生疲勞裂紋的危險性

10、就越定的條件下，芯部硬度越高，產(chǎn)生疲勞裂紋的危險性就越小。因此，對于滲碳鋼應(yīng)合理地提高其芯部硬度，但也不小。因此，對于滲碳鋼應(yīng)合理地提高其芯部硬度，但也不能無限地提高，否則韌性太低也容易產(chǎn)生裂紋。此外，鋼能無限地提高，否則韌性太低也容易產(chǎn)生裂紋。此外，鋼的硬化層厚度也對抗疲勞磨損能力有影響，硬化層太薄時，的硬化層厚度也對抗疲勞磨損能力有影響，硬化層太薄時，疲勞裂紋將出現(xiàn)在硬化層與基體的連接處而易形成表面剝疲勞裂紋將出現(xiàn)在硬化層與基體的連接處而易形成表面剝落。因此，選擇硬化層厚度時，應(yīng)使疲勞裂紋產(chǎn)生在硬化落。因此，選擇硬化層厚度時，應(yīng)使疲勞裂紋產(chǎn)生在硬化層內(nèi)，以提高抗疲勞磨損能力。層內(nèi)，以提高抗

11、疲勞磨損能力。齒輪副的硬度選配，一般要求大齒輪硬度低于小齒輪，齒輪副的硬度選配，一般要求大齒輪硬度低于小齒輪，這樣有利于跑合，使接觸應(yīng)力分布均勻和對大齒輪齒面產(chǎn)這樣有利于跑合，使接觸應(yīng)力分布均勻和對大齒輪齒面產(chǎn)生冷作硬化作用，從而有效地提高齒輪副壽命。生冷作硬化作用，從而有效地提高齒輪副壽命。 機(jī)械零件的失效及分析機(jī)械零件的失效及分析(3)(3)表面粗糙度在接觸應(yīng)力一定的條件下，表面粗糙表面粗糙度在接觸應(yīng)力一定的條件下，表面粗糙度值越小，抗疲勞磨損能力越高；當(dāng)表面粗糙度值小度值越小，抗疲勞磨損能力越高；當(dāng)表面粗糙度值小到一定值后，對抗疲勞磨損能力的影響減小。如滾動到一定值后，對抗疲勞磨損能力的

12、影響減小。如滾動軸承，當(dāng)表面粗糙度值為軸承，當(dāng)表面粗糙度值為Ra0.32mmRa0.32mm時，其軸承壽命比時，其軸承壽命比Ra0.63mmRa0.63mm時高時高2 23 3倍倍,Ra0.16mm,Ra0.16mm比比Ra0.32mmRa0.32mm高高1 1倍，倍，Ra0.08mmRa0.08mm比比Ra0.16mmRa0.16mm高高0.40.4倍，倍，Ra0.08mmRa0.08mm以下時，其變以下時，其變化對疲勞磨損影響甚微。如果觸應(yīng)力太大，則無論表化對疲勞磨損影響甚微。如果觸應(yīng)力太大，則無論表面粗糙度值多么小，其抗疲勞磨損能力都低。此外，面粗糙度值多么小，其抗疲勞磨損能力都低。此外

13、，若零件表面硬度越高，其表面粗糙度值也就應(yīng)越小，若零件表面硬度越高，其表面粗糙度值也就應(yīng)越小，否則會降低抗疲勞磨損能力。否則會降低抗疲勞磨損能力。機(jī)械零件的失效及分析機(jī)械零件的失效及分析 (4) (4)摩擦力接觸表面的摩擦力對抗疲勞磨損有著摩擦力接觸表面的摩擦力對抗疲勞磨損有著重要的影響。通常，純滾動的摩擦力只有法向載荷的重要的影響。通常，純滾動的摩擦力只有法向載荷的1 12 2，而引入滑動以后，摩擦力可增加到法向載荷，而引入滑動以后，摩擦力可增加到法向載荷的的1010甚至更大。摩擦力促進(jìn)接觸疲勞過程的原因是：甚至更大。摩擦力促進(jìn)接觸疲勞過程的原因是：摩擦力作用使最大切應(yīng)力位置趨于表面，增加了

14、裂紋摩擦力作用使最大切應(yīng)力位置趨于表面，增加了裂紋產(chǎn)生的可能性。此外，摩擦力所引起的拉應(yīng)力會促使產(chǎn)生的可能性。此外，摩擦力所引起的拉應(yīng)力會促使裂紋擴(kuò)展加速。裂紋擴(kuò)展加速。(5)(5)潤滑試驗(yàn)表明：潤滑油的粘度越高，抗疲勞潤滑試驗(yàn)表明：潤滑油的粘度越高，抗疲勞磨損能力也越高；在潤滑油中適當(dāng)加入添加劑或固體磨損能力也越高；在潤滑油中適當(dāng)加入添加劑或固體潤滑劑，也能提高抗疲勞磨損能力；潤滑油的粘度隨潤滑劑，也能提高抗疲勞磨損能力；潤滑油的粘度隨壓力變化越大，其抗疲勞磨損能力也越大；潤滑油中壓力變化越大，其抗疲勞磨損能力也越大；潤滑油中含水量過多，對抗疲勞磨損能力影響也較大。含水量過多，對抗疲勞磨損能

15、力影響也較大。 機(jī)械零件的失效及分析機(jī)械零件的失效及分析機(jī)械零件的失效及分析機(jī)械零件的失效及分析第一節(jié)第一節(jié) 機(jī)械零件的磨損機(jī)械零件的磨損 通常將磨損分為粘著磨損、磨料磨損、疲勞磨損、腐蝕通常將磨損分為粘著磨損、磨料磨損、疲勞磨損、腐蝕磨損和微動磨損五種形式。磨損和微動磨損五種形式。一、粘著磨損一、粘著磨損2. 2. 粘著磨損的分類粘著磨損的分類3. 3. 影響粘著磨損的因素影響粘著磨損的因素 當(dāng)構(gòu)成摩擦副的兩個摩擦表面相互接觸并發(fā)生相對的運(yùn)動時，當(dāng)構(gòu)成摩擦副的兩個摩擦表面相互接觸并發(fā)生相對的運(yùn)動時，由于粘著作用，接觸表面的材料從一個表面轉(zhuǎn)移到另一個表面所由于粘著作用，接觸表面的材料從一個表面

16、轉(zhuǎn)移到另一個表面所引起的磨損稱為粘著磨損。粘著磨損又稱粘附磨損。引起的磨損稱為粘著磨損。粘著磨損又稱粘附磨損。（1 1）摩擦表面的狀態(tài)）摩擦表面的狀態(tài)（2 2）摩擦表面的材料的成分和金相組織）摩擦表面的材料的成分和金相組織1. 1. 粘著磨損機(jī)理粘著磨損機(jī)理機(jī)械零件的失效及分析機(jī)械零件的失效及分析 按照粘著結(jié)點(diǎn)的強(qiáng)度和破壞位置不同，粘著磨損有不同按照粘著結(jié)點(diǎn)的強(qiáng)度和破壞位置不同，粘著磨損有不同的形式的形式 1.1.輕微粘著磨損：當(dāng)粘結(jié)點(diǎn)的強(qiáng)度低于摩擦副兩材料的輕微粘著磨損：當(dāng)粘結(jié)點(diǎn)的強(qiáng)度低于摩擦副兩材料的強(qiáng)度時，剪切發(fā)生在界面上，此時雖然摩擦系數(shù)增大，但磨強(qiáng)度時，剪切發(fā)生在界面上，此時雖然摩擦

17、系數(shù)增大，但磨損卻很小，材料轉(zhuǎn)移也不顯著。通常在金屬表面有氧化膜、損卻很小，材料轉(zhuǎn)移也不顯著。通常在金屬表面有氧化膜、硫化膜或其它涂層時發(fā)生這種粘著磨損硫化膜或其它涂層時發(fā)生這種粘著磨損2.2.一般粘著磨損：當(dāng)粘結(jié)點(diǎn)的強(qiáng)度高于摩擦副中較軟材一般粘著磨損：當(dāng)粘結(jié)點(diǎn)的強(qiáng)度高于摩擦副中較軟材料的剪切強(qiáng)度時，破壞將發(fā)生在離結(jié)合面不遠(yuǎn)的軟材料表層料的剪切強(qiáng)度時，破壞將發(fā)生在離結(jié)合面不遠(yuǎn)的軟材料表層內(nèi)，因而軟材料轉(zhuǎn)移到硬材料表面上。這種磨損的摩擦系數(shù)內(nèi)，因而軟材料轉(zhuǎn)移到硬材料表面上。這種磨損的摩擦系數(shù)與輕微粘著磨損的差不多，但磨損程度加重與輕微粘著磨損的差不多，但磨損程度加重機(jī)械零件的失效及分析機(jī)械零件的

18、失效及分析 3. 3.擦傷磨損：當(dāng)粘結(jié)點(diǎn)的強(qiáng)度高于兩對磨材料的強(qiáng)度擦傷磨損：當(dāng)粘結(jié)點(diǎn)的強(qiáng)度高于兩對磨材料的強(qiáng)度時，剪切破壞主要發(fā)生在軟材料的表層內(nèi)，有時也發(fā)生在時，剪切破壞主要發(fā)生在軟材料的表層內(nèi)，有時也發(fā)生在硬材料表層內(nèi)。轉(zhuǎn)移硬材料上的粘著物又使軟材料表面出硬材料表層內(nèi)。轉(zhuǎn)移硬材料上的粘著物又使軟材料表面出現(xiàn)劃痕，所以擦傷主要發(fā)生在軟材料表面現(xiàn)劃痕，所以擦傷主要發(fā)生在軟材料表面4.4.膠合磨損：如果粘結(jié)點(diǎn)的強(qiáng)度比兩對磨材料的剪切膠合磨損：如果粘結(jié)點(diǎn)的強(qiáng)度比兩對磨材料的剪切強(qiáng)度得多，而且粘結(jié)點(diǎn)面積較大時，剪切破壞發(fā)生在對磨強(qiáng)度得多，而且粘結(jié)點(diǎn)面積較大時，剪切破壞發(fā)生在對磨材料的基體內(nèi)。此時，兩

19、表面出現(xiàn)嚴(yán)重磨損，甚至使摩擦材料的基體內(nèi)。此時，兩表面出現(xiàn)嚴(yán)重磨損，甚至使摩擦副之間咬死而不能相對滑動副之間咬死而不能相對滑動機(jī)械零件的失效及分析機(jī)械零件的失效及分析影響粘著磨損的因素影響粘著磨損的因素1、金屬的互溶性、金屬的互溶性2、金屬點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)與硬度的影響、金屬點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)與硬度的影響3、載荷和速度、載荷和速度減少粘著磨損減少粘著磨損 的措施的措施1、合理潤滑、合理潤滑2、選擇互溶性小的材料、選擇互溶性小的材料3、金屬非金屬配對、金屬非金屬配對4、適當(dāng)?shù)谋砻嫣幚怼⑦m當(dāng)?shù)谋砻嫣幚頇C(jī)械零件的失效及分析機(jī)械零件的失效及分析 磨料磨損又稱磨粒磨損。它是當(dāng)摩擦副的接觸表面之磨料磨損又稱磨粒磨損。它是當(dāng)摩

20、擦副的接觸表面之間存在這硬質(zhì)顆粒，或者當(dāng)摩擦副材料一方的硬度比另一方間存在這硬質(zhì)顆粒，或者當(dāng)摩擦副材料一方的硬度比另一方的硬度大得多時，所產(chǎn)生的一種類似金屬切削過程的磨損，的硬度大得多時，所產(chǎn)生的一種類似金屬切削過程的磨損，其特征是在接觸表面上有明顯的切削痕跡。其特征是在接觸表面上有明顯的切削痕跡。2. 2. 磨料磨損的分類磨料磨損的分類磨料磨損的形式可分為三類，如表所示：磨料磨損的形式可分為三類，如表所示：1. 1. 磨料磨損的機(jī)磨料磨損的機(jī)理理（1 1）微量切削）微量切削（2 2）疲勞破壞）疲勞破壞（3 3）壓痕破壞）壓痕破壞（4 4）斷裂）斷裂二、磨料磨損二、磨料磨損機(jī)械零件的失效及分析

21、機(jī)械零件的失效及分析機(jī)械零件的失效及分析機(jī)械零件的失效及分析3. 3. 影響磨料磨損的因素影響磨料磨損的因素 由于磨料模塑主要是由磨料顆粒與摩擦表面的機(jī)械作用而引由于磨料模塑主要是由磨料顆粒與摩擦表面的機(jī)械作用而引起的，而影響它的因素也就取決于這兩方面。起的，而影響它的因素也就取決于這兩方面。（1 1）磨料）磨料 磨料磨損與磨料的相對硬度、形狀、大小有密切磨料磨損與磨料的相對硬度、形狀、大小有密切關(guān)系。關(guān)系。（2 2）摩擦表面材料）摩擦表面材料 摩擦表面材料的顯微組織，力學(xué)性能如摩擦表面材料的顯微組織，力學(xué)性能如硬度、斷裂韌度、彈性模量等，與磨料磨損也有很大的關(guān)系。硬度、斷裂韌度、彈性模量等，

22、與磨料磨損也有很大的關(guān)系。機(jī)械零件的失效及分析機(jī)械零件的失效及分析減少磨料磨損的措施減少磨料磨損的措施1 1、選擇合適的材料、選擇合適的材料2 2、密封、密封3 3、維護(hù)，清洗、維護(hù)，清洗4 4、潤滑、潤滑5 5、提高加工精度、提高加工精度機(jī)械零件的失效及分析機(jī)械零件的失效及分析三、疲勞磨損三、疲勞磨損 疲勞磨損是摩擦表面材料微觀體積受循環(huán)接觸應(yīng)力作用產(chǎn)疲勞磨損是摩擦表面材料微觀體積受循環(huán)接觸應(yīng)力作用產(chǎn)生重復(fù)變形，導(dǎo)產(chǎn)生裂紋和分離出微片或顆粒的一種磨損。生重復(fù)變形，導(dǎo)產(chǎn)生裂紋和分離出微片或顆粒的一種磨損。1. 1. 疲勞磨損機(jī)理疲勞磨損機(jī)理按裂紋產(chǎn)生的位置，疲勞磨損的機(jī)理有兩種情況：按裂紋產(chǎn)生

23、的位置，疲勞磨損的機(jī)理有兩種情況：(1)(1)滾動接觸疲勞磨損滾動接觸疲勞磨損（2 2）滑動接觸疲勞磨損）滑動接觸疲勞磨損機(jī)械零件的失效及分析機(jī)械零件的失效及分析3. 3. 影響接觸疲勞磨損的主要因素：影響接觸疲勞磨損的主要因素：（1 1）材質(zhì)）材質(zhì)（2 2）接觸表面粗糙度）接觸表面粗糙度（3 3）表面殘余內(nèi)應(yīng)力）表面殘余內(nèi)應(yīng)力 （4 4）其他因素）其他因素2. 2. 疲勞磨損的分類：疲勞磨損的分類：（1 1）非擴(kuò)展性疲勞磨損）非擴(kuò)展性疲勞磨損（2 2）擴(kuò)展性疲勞磨損）擴(kuò)展性疲勞磨損機(jī)械零件的失效及分析機(jī)械零件的失效及分析提高抗疲勞磨損的途徑提高抗疲勞磨損的途徑1 1、減少材料中的脆性雜質(zhì)、減

24、少材料中的脆性雜質(zhì)2 2、適當(dāng)?shù)挠捕?、適當(dāng)?shù)挠捕? 3、提高表面精度、提高表面精度4 4、表面處理、表面處理5 5、潤滑、潤滑機(jī)械零件的失效及分析機(jī)械零件的失效及分析四、微動磨損兩個接觸表面由于受相對低振幅震蕩運(yùn)動而產(chǎn)生的磨損叫做微動磨損。1. 微動磨損的機(jī)理2. 影響微動磨損的主要因素微動磨損是一種兼有磨料磨損、粘著磨損和氧化磨損的復(fù)合磨損形式。 實(shí)踐與試驗(yàn)表明，外界條件（載荷、振幅、溫度、潤滑等）及材質(zhì)對微動磨損影響相當(dāng)大。機(jī)械零件的失效及分析機(jī)械零件的失效及分析造成的危害造成的危害緊配合機(jī)體變松、引起應(yīng)力集中，產(chǎn)生其他的磨損緊配合機(jī)體變松、引起應(yīng)力集中，產(chǎn)生其他的磨損見圖見圖2-92-9

25、微動磨損的過程。微動磨損的過程。微動磨損的影響因素微動磨損的影響因素1 1、材料：提高材料的硬度、材料：提高材料的硬度2 2、載荷因素：載荷過小，過大都會產(chǎn)生微動磨損。通常、載荷因素：載荷過小，過大都會產(chǎn)生微動磨損。通常采用實(shí)驗(yàn)測得臨界值。手段采用實(shí)驗(yàn)測得臨界值。手段預(yù)緊、過盈配合預(yù)緊、過盈配合3 3、振幅：振幅小，微動磨損小、振幅：振幅小，微動磨損小4 4、表面處理：電鍍、滾壓等手段、表面處理：電鍍、滾壓等手段機(jī)械零件的失效及分析機(jī)械零件的失效及分析五、沖蝕磨損五、沖蝕磨損沖蝕磨損是指液體或固體以松散的小顆粒按一定的速沖蝕磨損是指液體或固體以松散的小顆粒按一定的速度或角度對材料表面進(jìn)行沖擊所

26、造成的度或角度對材料表面進(jìn)行沖擊所造成的. . 1 1、硬粒沖蝕、硬粒沖蝕鍋爐在啟動或長期低負(fù)荷情況下，特別在啟動工況下，鍋爐在啟動或長期低負(fù)荷情況下，特別在啟動工況下，過熱器內(nèi)外溫差較大，導(dǎo)致蒸汽通過時過熱器管子受過熱器內(nèi)外溫差較大，導(dǎo)致蒸汽通過時過熱器管子受到熱沖擊，過熱器管的氧化鐵發(fā)生剝落形成硬粒隨蒸到熱沖擊，過熱器管的氧化鐵發(fā)生剝落形成硬粒隨蒸汽進(jìn)入汽輪機(jī)高壓缸，使葉片產(chǎn)生了汽進(jìn)入汽輪機(jī)高壓缸，使葉片產(chǎn)生了固體硬粒沖蝕固體硬粒沖蝕現(xiàn)象，損傷葉片，影響汽輪機(jī)的安全運(yùn)行?，F(xiàn)象，損傷葉片，影響汽輪機(jī)的安全運(yùn)行。 2 2、液滴沖蝕、液滴沖蝕液滴高速沖擊機(jī)件表面，產(chǎn)生的損傷。液滴高速沖擊機(jī)件表面

27、，產(chǎn)生的損傷。機(jī)械零件的失效及分析機(jī)械零件的失效及分析3.3.氣蝕磨損氣蝕磨損 當(dāng)零件與液體接觸并作相對運(yùn)動時，在接觸面附近的當(dāng)零件與液體接觸并作相對運(yùn)動時，在接觸面附近的局部壓力低于相應(yīng)溫度液體的飽和蒸汽壓時，液體就局部壓力低于相應(yīng)溫度液體的飽和蒸汽壓時，液體就會加速汽化而產(chǎn)生大量氣泡，會加速汽化而產(chǎn)生大量氣泡，與此同時，原混在或溶解于液體中的空氣也都游離出與此同時，原混在或溶解于液體中的空氣也都游離出來形成氣泡；當(dāng)氣泡流到高壓區(qū)時，因壓力超過氣泡來形成氣泡；當(dāng)氣泡流到高壓區(qū)時，因壓力超過氣泡壓潰強(qiáng)度而使氣泡潰滅，瞬間產(chǎn)生極大的沖擊力和高壓潰強(qiáng)度而使氣泡潰滅，瞬間產(chǎn)生極大的沖擊力和高溫。溫。

28、氣泡的形成和壓潰的反復(fù)作用，使零件表面疲勞破壞，氣泡的形成和壓潰的反復(fù)作用，使零件表面疲勞破壞，產(chǎn)生麻點(diǎn)，隨后擴(kuò)展成海綿狀空穴，這種磨損稱為氣產(chǎn)生麻點(diǎn)，隨后擴(kuò)展成海綿狀空穴，這種磨損稱為氣蝕磨損。氣蝕磨損嚴(yán)重者，其擴(kuò)展深度可達(dá)蝕磨損。氣蝕磨損嚴(yán)重者，其擴(kuò)展深度可達(dá)20mm20mm。機(jī)械零件的失效及分析機(jī)械零件的失效及分析減輕氣蝕的主要措施有：減輕氣蝕的主要措施有：1 1）減小與液體接觸表面的振動，以減少水擊現(xiàn)象的發(fā)生。）減小與液體接觸表面的振動，以減少水擊現(xiàn)象的發(fā)生。2 2）選用耐氣蝕的材料。）選用耐氣蝕的材料。3 3）零件表面涂塑料、陶瓷等防氣蝕材料，也可在表面電鍍。）零件表面涂塑料、陶瓷等

29、防氣蝕材料，也可在表面電鍍。4 4）改進(jìn)零件結(jié)構(gòu)。）改進(jìn)零件結(jié)構(gòu)。5 5）水中添加乳化油。）水中添加乳化油。3 3、氣蝕、氣蝕 氣蝕是一種比較復(fù)雜的破壞現(xiàn)象，它不單是機(jī)氣蝕是一種比較復(fù)雜的破壞現(xiàn)象，它不單是機(jī)械作用，還有化學(xué)、電化學(xué)作用，當(dāng)液體中含有雜質(zhì)械作用，還有化學(xué)、電化學(xué)作用，當(dāng)液體中含有雜質(zhì)或磨粒時，就會加劇這一破壞過程?；蚰チr，就會加劇這一破壞過程。機(jī)械零件的失效及分析機(jī)械零件的失效及分析機(jī)械零件的失效及分析機(jī)械零件的失效及分析第二節(jié)第二節(jié) 金屬零件的斷裂金屬零件的斷裂 斷裂是零件在機(jī)械、熱、磁、腐蝕等單獨(dú)作用或者聯(lián)合斷裂是零件在機(jī)械、熱、磁、腐蝕等單獨(dú)作用或者聯(lián)合作用下，其本身連

30、續(xù)性遭到破壞，發(fā)生局部開裂或分裂成幾部分作用下，其本身連續(xù)性遭到破壞，發(fā)生局部開裂或分裂成幾部分的現(xiàn)象。的現(xiàn)象。 斷裂的分類方法很多，包括過載斷裂、延性斷裂、斷裂的分類方法很多，包括過載斷裂、延性斷裂、脆性斷裂、疲勞斷裂和環(huán)境斷裂。脆性斷裂、疲勞斷裂和環(huán)境斷裂。 環(huán)境斷裂主要有環(huán)境斷裂主要有應(yīng)力腐蝕斷裂應(yīng)力腐蝕斷裂氫脆斷裂氫脆斷裂高溫蠕變斷裂高溫蠕變斷裂腐蝕疲勞斷裂及冷脆斷裂等腐蝕疲勞斷裂及冷脆斷裂等過載斷裂過載斷裂機(jī)械零件的失效及分析機(jī)械零件的失效及分析外加載荷超過金屬構(gòu)件危險截面所能承受的極限應(yīng)力時所發(fā)外加載荷超過金屬構(gòu)件危險截面所能承受的極限應(yīng)力時所發(fā)生的斷裂。生的斷裂。2 2、疲勞斷裂

31、、疲勞斷裂零件在交變載荷下經(jīng)過較長時間的工作而發(fā)生斷裂的現(xiàn)象就零件在交變載荷下經(jīng)過較長時間的工作而發(fā)生斷裂的現(xiàn)象就叫作疲勞斷裂。叫作疲勞斷裂。盡管疲勞載荷有各種類型，但它們都有一些共同的特點(diǎn)。盡管疲勞載荷有各種類型，但它們都有一些共同的特點(diǎn)。 第一，第一， 斷裂時并無明顯的宏觀塑性變形，斷裂前沒有明顯斷裂時并無明顯的宏觀塑性變形，斷裂前沒有明顯的預(yù)兆，而是突然地破壞。的預(yù)兆，而是突然地破壞。 第二，第二， 引起疲勞斷裂的應(yīng)力很低，常常低于靜載時的屈服引起疲勞斷裂的應(yīng)力很低，常常低于靜載時的屈服強(qiáng)度。強(qiáng)度。 第三，第三， 疲勞破壞能清楚地顯示出裂紋的發(fā)生、擴(kuò)展和最后疲勞破壞能清楚地顯示出裂紋的發(fā)

32、生、擴(kuò)展和最后斷裂三個組成部份。斷裂三個組成部份。斷裂的分類斷裂的分類1 1、過載斷裂、過載斷裂機(jī)械零件的失效及分析機(jī)械零件的失效及分析一個典型的疲勞斷口總是由疲勞源，一個典型的疲勞斷口總是由疲勞源，疲勞裂紋擴(kuò)展區(qū)、疲勞裂紋擴(kuò)展區(qū)、最終斷裂區(qū)三部份構(gòu)成。最終斷裂區(qū)三部份構(gòu)成。 疲勞斷口有各種型式，它取決于載荷的類型，即所受應(yīng)疲勞斷口有各種型式，它取決于載荷的類型，即所受應(yīng)力為彎曲應(yīng)力、扭轉(zhuǎn)應(yīng)力還是拉力為彎曲應(yīng)力、扭轉(zhuǎn)應(yīng)力還是拉- -壓應(yīng)力，同時與應(yīng)力的大壓應(yīng)力，同時與應(yīng)力的大小和應(yīng)力集中程度有關(guān)。小和應(yīng)力集中程度有關(guān)。 3、脆性斷裂、脆性斷裂構(gòu)件未經(jīng)明顯的變形而發(fā)生的斷裂。斷裂時材料幾乎沒有構(gòu)

33、件未經(jīng)明顯的變形而發(fā)生的斷裂。斷裂時材料幾乎沒有發(fā)生過塑性變形。如桿件脆斷時沒有明顯的伸長或彎曲，發(fā)生過塑性變形。如桿件脆斷時沒有明顯的伸長或彎曲，更無縮頸，容器破裂時沒有直徑的增大及壁厚的減薄。脆更無縮頸，容器破裂時沒有直徑的增大及壁厚的減薄。脆斷的構(gòu)件常形成碎片。材料的脆性是引起構(gòu)件脆斷的重要斷的構(gòu)件常形成碎片。材料的脆性是引起構(gòu)件脆斷的重要原因。原因。 機(jī)械零件的失效及分析機(jī)械零件的失效及分析氫脆 由于氫和應(yīng)力的共同作用，而導(dǎo)致金屬材料產(chǎn)生脆性斷裂的現(xiàn)象，稱為氫脆斷裂（簡稱氫脆）一、氫在金屬中存在的形式 內(nèi)含的（冶煉和加工中帶入的氫）； 外來的（工作中，吸H）。 間隙原子狀固溶在金屬中；

34、 分子狀氣泡中； 化學(xué)物（氫化物）。機(jī)械零件的失效及分析機(jī)械零件的失效及分析二、氫脆類型及其特征 1、氫蝕（或稱氣蝕） 高壓氣泡（H2，CH4） 宏觀斷口：呈氧化色，顆粒狀（沿晶）； 微觀斷口：晶界明顯加寬，沿晶斷裂。 2、白點(diǎn)（發(fā)裂） 氫的溶解度，形成氣泡體積，將金屬的局部脹裂。 宏觀：斷面呈圓形或橢圓形，顏色為銀白色。甚至有白線。機(jī)械零件的失效及分析機(jī)械零件的失效及分析 3、氫化物 形成氫化物（凝固、熱加工時形成；或應(yīng)力作用下，元素擴(kuò)散而形成）。 氫化物很硬、脆，與基體結(jié)合不牢。 裂紋沿界面擴(kuò)展。 4、氫導(dǎo)致延滯斷裂 由于氫的作用而產(chǎn)生的延滯斷裂現(xiàn)象。 原因：氫顯著降低金屬材料的斷后伸長率

35、。 條件：一定溫度范圍；慢速加載（恒載）機(jī)械零件的失效及分析機(jī)械零件的失效及分析三、鋼的氫致延滯斷裂機(jī)理 三個階段：孕育，亞穩(wěn)擴(kuò)展，失穩(wěn)擴(kuò)展。 1）孕育期 氫原子數(shù)量；擴(kuò)散，偏聚。 氫固溶，在位錯線周圍偏聚，形成氣團(tuán)；位錯運(yùn)動受阻，產(chǎn)生應(yīng)力集中，萌生裂紋。 2）溫度的影響 ttH 氫氣團(tuán)擴(kuò)散，無氫脆。 3）應(yīng)力狀況 應(yīng)變速率高，不會出現(xiàn)氫脆。拉應(yīng)力促進(jìn)H溶解。 高強(qiáng)鋼的氫致延滯裂還具有可逆性。循環(huán)軟化機(jī)械零件的失效及分析機(jī)械零件的失效及分析四、氫致延滯斷裂與應(yīng)力腐蝕的關(guān)系 “相互促進(jìn)”； 陽極溶解、金屬開裂； 陰極吸氫，延滯斷裂。五、防止氫脆的措施 1）材料 降低含氫量，細(xì)化組織； 2）環(huán)境

36、減少吸氫的可能性； 3）力學(xué)因素 減小殘余應(yīng)力。機(jī)械零件的失效及分析機(jī)械零件的失效及分析機(jī)械零件的失效及分析機(jī)械零件的失效及分析 金屬與周圍介質(zhì)發(fā)生化學(xué)，電化學(xué)作用或物理溶解產(chǎn)生變質(zhì)和破壞的現(xiàn)象稱為腐蝕腐蝕。金屬腐蝕破壞發(fā)生在零件表面，逐漸向內(nèi)部擴(kuò)展或同時向四周蔓延。 腐蝕是現(xiàn)代工業(yè)中極為有害的破壞因素。不僅造成機(jī)器、零部件的失效，且造成大最金屬材料的浪費(fèi)和巨大的經(jīng)濟(jì)損失。例如，全世界每年因腐蝕浪費(fèi)的鋼鐵約占當(dāng)年鋼鐵產(chǎn)盤的10%。此外，腐蝕破壞還帶來安全性和資源保護(hù)等問題，導(dǎo)致機(jī)器設(shè)備的突然破壞，嚴(yán)重危及人身安全和使地球上有限資源日漸枯竭，使人類生存受到威脅。第三節(jié) 金屬零件的腐蝕失效 金屬零

37、件的腐蝕失效，是指金屬材料與周圍介質(zhì)產(chǎn)生化學(xué)或電化學(xué)反應(yīng)而導(dǎo)致的破壞。金屬腐蝕是普遍存在的自然現(xiàn)象。機(jī)械零件的失效及分析機(jī)械零件的失效及分析一、金屬零件的化學(xué)腐蝕單純由化學(xué)作用而引起的腐蝕叫化學(xué)腐蝕。金屬氧化膜要在含氧氣的條件下其保護(hù)膜作用必須具有以下條件：膜必須是緊密的，能完整的把金屬表面全部覆蓋??；膜在氣體介質(zhì)中是穩(wěn)定的；膜和基體金屬的結(jié)合力強(qiáng)，且具有一定的強(qiáng)度和塑性；膜具有與基體金屬相當(dāng)?shù)臒崤蛎浵禂?shù)。機(jī)械零件的失效及分析機(jī)械零件的失效及分析 電化學(xué)腐蝕的根本原因是腐蝕電池的形成。需要形成腐蝕電池的三條是： 有兩個或兩個以上的不同電極電位的物體，或在同一物體具有不同電極電位的區(qū)域，以形成正

38、、負(fù)極； 電極之間需要有導(dǎo)體相連接或電極直接接觸； 要有電解液。常見的電化學(xué)腐蝕形式有：在熔融鹽中的腐蝕大氣腐蝕土壤腐蝕在電解質(zhì)溶液中的腐蝕三、減輕腐蝕危害的措施1. 正確選材2. 合理設(shè)計3. 覆蓋保護(hù)層4. 電化學(xué)保護(hù)二、金屬零件的電化學(xué)腐蝕 電化學(xué)腐蝕是金屬與電解物質(zhì)接觸時產(chǎn)生的腐蝕。機(jī)械零件的失效及分析機(jī)械零件的失效及分析一、金屬腐蝕過程一、金屬腐蝕過程 自然界中大多數(shù)金屬是以金屬化合物的形式存在于礦石中，例如鐵以Fe2O3，形式存在于赤鐵礦中，而Fe2O3也是鐵的腐蝕產(chǎn)物鐵銹的成分。冶煉金屬是消耗能量把礦石中的化合物轉(zhuǎn)變成金屬，所以金屬比其化合物具有更高自由能。金屬腐蝕是使金屬恢復(fù)其

39、自然狀態(tài)，金屬釋放出能量回到熱力學(xué)上更穩(wěn)定的自然存在形式化合物狀態(tài)，即金屬從金屬狀態(tài)自發(fā)地變成離子狀態(tài)，生成氧化物、硫化物等。所以腐蝕過程是金屬釋放出能量使自身穩(wěn)定的自發(fā)過程，也是冶金的逆過程。金屬釋放的能最就是腐蝕的動力，而其他破壞形式，如磨損、裂紋等則要消耗有用功。機(jī)械零件的失效及分析機(jī)械零件的失效及分析二、金屬腐蝕的分類二、金屬腐蝕的分類 依金屬腐蝕過程的特點(diǎn)分為:化學(xué)腐蝕、電化學(xué)腐蝕。 依腐蝕表面的特征分為:全面腐蝕、局部腐蝕。 全面腐蝕是機(jī)件整個表面上發(fā)生的腐蝕，一般多為全面不均勻腐蝕。局部腐蝕是機(jī)件表面局部發(fā)生的腐蝕，而表面上其他部分幾乎不發(fā)生腐蝕。局部腐蝕較多，危害也比全面腐蝕嚴(yán)

40、重，往往會發(fā)生突然破壞，造成機(jī)件的損壞，甚至惡性事故。機(jī)械零件的失效及分析機(jī)械零件的失效及分析根據(jù)化學(xué)腐蝕的機(jī)理，可在零件表面上覆蓋一層保護(hù)膜，如鍍錫、鍍鋅、發(fā)藍(lán)處理等。 排氣閥等的高溫腐蝕，可選用含釩、鈉、硫少的燃油，控制其成分;加強(qiáng)燃燒室零件的冷卻，使零件溫度在550以下等。 此外，還應(yīng)注意零件材料的選擇，對腐蝕環(huán)境下工作的零件應(yīng)選用耐腐蝕性強(qiáng)的材料。機(jī)械零件的失效及分析機(jī)械零件的失效及分析 電化學(xué)腐蝕電化學(xué)腐蝕 金屬表面與離子導(dǎo)電的電解介質(zhì)溶液發(fā)生電化學(xué)作用產(chǎn)生的破壞稱為電化學(xué)腐蝕。電化學(xué)腐蝕過程中產(chǎn)生電流。電化學(xué)腐蝕是自然界和生產(chǎn)中最普遍和最常見的腐蝕，破壞作用也顯著。金屬在大氣、濕空

41、氣、海水、土壤及酸、堿、鹽溶液中都能發(fā)生電化學(xué)腐蝕。在船上，船體和船機(jī)發(fā)生電化學(xué)腐蝕的部位和零部件較多。機(jī)械零件的失效及分析機(jī)械零件的失效及分析一、電化學(xué)腐蝕原理一、電化學(xué)腐蝕原理 電池作用原理可以充分說明金屬在電解質(zhì)溶液中的腐蝕過程。圖的Fe-Cu電池示意圖中，鐵板和銅板分別為陽極和陰極，同裝于盛有電解質(zhì)溶液(如稀硫酸)的容器中，并用導(dǎo)線連接兩極。電池反應(yīng)發(fā)生后導(dǎo)線中有電流通過。電池反應(yīng): 陽極氧化反應(yīng)后鐵被溶解 Fe Fe+2 陰極還原反應(yīng)后放出氫氣 2H+2H2 所以，電池作用使陽極鐵板不斷地被腐蝕，溶液中氫離子不斷地從陰極獲得電子變成氫氣逸出。機(jī)械零件的失效及分析機(jī)械零件的失效及分析F

42、e-Cu電池示意圖機(jī)械零件的失效及分析機(jī)械零件的失效及分析電化學(xué)腐蝕中，腐蝕電池起著重要作用。依電池中電極大小分為宏觀電池與微觀電池。 1. 1.宏觀腐蝕電池宏觀腐蝕電池 宏觀腐蝕電池是肉眼可見電極構(gòu)成的宏觀大電池，引起局部宏觀腐蝕。主要有: 1) 1)異金屬接觸電池異金屬接觸電池 兩種具有不同電位的金屬或合金相互接觸(直接接觸或用導(dǎo)線連接)，并處于同一電解質(zhì)溶液中時，會使電位低的金屬不斷地被腐蝕，這種電池稱為異金屬接觸電池。兩種金屬的電位差越大，腐蝕也越嚴(yán)重。例如，F(xiàn)e-Cu電池、海水中船的碳鋼尾軸與銅質(zhì)螺旋槳等也構(gòu)成這種電池。 機(jī)械零件的失效及分析機(jī)械零件的失效及分析2) 2)濃差電池濃差

43、電池 同一金屬的不同部位與濃度(含氧量或含鹽量)或溫度不同的介質(zhì)接觸構(gòu)成的電池稱濃差電池。最常見的有氧濃差電池、鹽濃差電池和溫差電池等。 金屬與含氧量不同的介質(zhì)接觸，載氧濃廢低處金屬的電位較低;氧濃度較高處金屬的電位較高。 例如鐵棒埋于土壤中，因土壤深度不同含氧量不同，氧的濃度不同，則氧的分壓不同。濃度越高分壓越大，鐵棒的電位越高，否則電位越低，于是構(gòu)成氧濃差電池，使深埋于土壤中的鐵棒端腐蝕最嚴(yán)重。 同樣，分別插入濃、稀硫酸銅溶液中的銅棒兩端電位不同，稀硫酸銅溶液中的棒端電位低，另一端電位高，構(gòu)成鹽濃差電池。 浸于電解質(zhì)溶液中的金屬當(dāng)不同部位的溫度不同時構(gòu)成溫差電池。例如,換熱器的高溫端比低溫

44、端腐蝕嚴(yán)重。機(jī)械零件的失效及分析機(jī)械零件的失效及分析2. 2.微觀電池微觀電池 微觀電池使指金屬表面由于電化學(xué)不均勻性構(gòu)成無數(shù)微小電極的電池,又稱微電池。零件金屬表面電化學(xué)不均勻性使由于金屬表面的微觀不均勻性引起的,主要有: （1 1）化學(xué)成分不均勻性）化學(xué)成分不均勻性 工業(yè)用的金屬材料不同程度含有雜質(zhì)、或有偏析,使金屬表面化學(xué)成分不均勻。金屬、雜質(zhì)、非金屬夾雜物的電極電位不同,當(dāng)有電解質(zhì)溶液時就會構(gòu)成無數(shù)微小電池,如圖機(jī)械零件的失效及分析機(jī)械零件的失效及分析（2 2）金屬組織不均勻性）金屬組織不均勻性 零件金屬材料中不同的金相組織和晶體缺陷具有不同的電極電位,在有電解質(zhì)溶液的情況下就會構(gòu)成微

45、電池, 如圖機(jī)械零件的失效及分析機(jī)械零件的失效及分析（3 3）物理性質(zhì)或狀態(tài)的不均勻性）物理性質(zhì)或狀態(tài)的不均勻性 金屬材料冷、熱加工后材料各部分的受力和變形不同或物理性質(zhì)不均勻,在有電解質(zhì)溶液的情況下構(gòu)成微電池,如圖中變形大的1處電位較低，易被腐蝕。機(jī)械零件的失效及分析機(jī)械零件的失效及分析(4)(4)金屬表面膜不完整金屬表面膜不完整 金屬表面都有一層氧化膜，當(dāng)膜破裂、有孔等不完整時，破裂處和有孔處電位較低，易構(gòu)成微電池的陽極，如圖所示。機(jī)械零件的失效及分析機(jī)械零件的失效及分析二、船上常見的電化學(xué)腐蝕二、船上常見的電化學(xué)腐蝕 (1)(1)電偶腐蝕電偶腐蝕 船上的機(jī)器零部件或船體構(gòu)件只要構(gòu)成異金屬

46、接觸電池就會發(fā)生電偶腐蝕，且較為普遍。例如，螺旋槳與尾軸、離心泵的葉輪與軸等。 (2 (2）氧濃差腐蝕）氧濃差腐蝕 金屬浸入含氧溶液中形成氧電極產(chǎn)生氧濃差腐蝕。例如，工程上連接件的結(jié)合面縫隙處、氣缸套與氣缸體下部密封圈的縫隙處，因充氣不足或冷卻水的停滯使氧濃度低。此處金屬為陽極與附近氧濃度高處金屬，即陰極構(gòu)成氧濃差電池，發(fā)生氧濃差腐蝕。機(jī)械零件的失效及分析機(jī)械零件的失效及分析(3 (3）選擇性腐蝕）選擇性腐蝕 是由微觀電池引起的電化學(xué)腐蝕。例如黃銅制件的脫鋅黃銅在酸性或鹽溶液中構(gòu)成無數(shù)微電池使鋅被腐蝕。又如鑄鐵氣缸套外圓表面在冷卻水中發(fā)生鐵素體被腐蝕的(僅剩下石墨)微觀電化學(xué)腐蝕。 (4 (4

47、）應(yīng)力腐蝕）應(yīng)力腐蝕 碳鋼、不銹鋼、黃銅等工程材料的加工制件均會由于加工引起的內(nèi)應(yīng)力較大而發(fā)生微觀電化學(xué)腐蝕。例如黃銅制件的皸裂就是這種應(yīng)力腐蝕。(5 (5）海水腐蝕）海水腐蝕 海水是唯一含鹽濃度高的電解質(zhì)溶液，是腐蝕性最強(qiáng)的天然腐蝕劑之一。船舶常年航行在海上，在海水與海洋大氣包圍之中，船體、甲板機(jī)械和與海水接觸的零部件等受到嚴(yán)重的腐蝕。如船體鋼板、螺旋槳、尾軸、舵及甲板機(jī)械起貨機(jī)、起錨機(jī)、絞纜機(jī)等。此外，柴油機(jī)的空冷器、冷卻器、冷凝器、空氣壓縮機(jī)的機(jī)體、各種海水管等郡與海水接觸，均會受到海水腐蝕。 機(jī)械零件的失效及分析機(jī)械零件的失效及分析海水的成分和總鹽度恒定，內(nèi)海則因地而異。海水中的鹽類主

48、要是氯化物(NaCl、MgCl2)，其次是硫酸鹽(MgS04、CaSO4)。由于海水能離解鹽類，所以海水是一種導(dǎo)電性很強(qiáng)的電解質(zhì)溶液。海水中的大量氯離子，能使零件金屬表面的氧化膜遭到破壞，因而海水對大多數(shù)金屬有很強(qiáng)的腐蝕作用。腐蝕可能是微觀電池作用，也可能是宏觀電池作用。鋼鐵在海水中的腐蝕速度為0.13mm/a。如果海水流速增加、海水溫度升高等還會加速海水腐蝕。 此外 ，海水中的含氧量、pH值、海洋生物等物理、化學(xué)因素都會影響海水腐蝕速度。機(jī)械零件的失效及分析機(jī)械零件的失效及分析三三、防止電化學(xué)腐蝕的措施防止電化學(xué)腐蝕的措施 根據(jù)電化學(xué)腐蝕原理可知，只要破壞產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕的條件之一，就能有效地

49、阻止腐蝕的發(fā)生，這是防止電化學(xué)腐蝕的基本原。另外，由于電化學(xué)腐蝕破壞的形式較多，每種破壞形式都有其產(chǎn)生的具體原因和條件，所以防止腐蝕的方法也是多種多樣的，根據(jù)不同情況選用不同方法。生產(chǎn)中主要有以下幾種: (1) (1)合理選材合理選材 根據(jù)介質(zhì)和機(jī)器的使用條件，零件的材料盡最選用相同材料或電位相近的材料或其他耐腐蝕的材料。機(jī)械零件的失效及分析機(jī)械零件的失效及分析(2 (2）陰極保護(hù)）陰極保護(hù) 利用電化學(xué)腐蝕原理使被保護(hù)零件成為陰極則可防止腐蝕，一種方法是將被保護(hù)零件與外加直流電源的負(fù)極相連，用外加陰極電流使陰極電位向負(fù)的方向變化，阻止腐蝕過程的進(jìn)行。另一種方法是犧牲陰極保護(hù)法，即在被保護(hù)零件上

50、安裝電位更低的金屬使之成為陽極，被保護(hù)零件成為陰極而不被腐蝕。例如，在船體鋼板上、氣缸套外表面上安裝鋅塊。 (3)(3)陽極保護(hù)陽極保護(hù) 將被保護(hù)零件與外加直流電源的正極相連，用外加電流使陽極電位向正的方向變化，腐蝕速度迅速降低并保持一定的穩(wěn)定低電位，使陽極鈍化降低腐蝕。機(jī)械零件的失效及分析機(jī)械零件的失效及分析 (4) (4)介質(zhì)處理介質(zhì)處理 除去介質(zhì)中促進(jìn)腐蝕的有害成分。例如，鍋爐給水的除氧處理；調(diào)節(jié)介質(zhì)的pH值和改變介質(zhì)的濕度；在介質(zhì)中添加阻止和減緩腐蝕的物質(zhì)，例如常在柴油機(jī)冷卻水中添加鉻酸鹽、亞硝酸鹽等無機(jī)緩蝕劑，使在零件金屬表面上形成鈍化膜，抑制陽極腐蝕。此外，還可在冷卻水中添加乳化防

51、銹油。（5 5）表面覆蓋保護(hù)膜）表面覆蓋保護(hù)膜 在零件表面上覆蓋一層金屬或非金屬保護(hù)膜，使與腐蝕介質(zhì)隔開防止腐蝕，如采用電鍍、電刷鍍、噴涂或磷化、氧化處理等工藝在零件表面上形成金屬模或非金屬膜。（6 6）加強(qiáng)維護(hù)和管理）加強(qiáng)維護(hù)和管理 機(jī)械零件的失效及分析機(jī)械零件的失效及分析腐蝕失效主要表現(xiàn)形態(tài)腐蝕失效主要表現(xiàn)形態(tài)1 1、均勻腐蝕、均勻腐蝕 腐蝕發(fā)生在金屬表面的全部或大部，也稱全面腐蝕。多數(shù)情腐蝕發(fā)生在金屬表面的全部或大部，也稱全面腐蝕。多數(shù)情況下，金屬表面會生成保護(hù)性的腐蝕產(chǎn)物膜，使腐蝕變慢。況下，金屬表面會生成保護(hù)性的腐蝕產(chǎn)物膜，使腐蝕變慢。有些金屬有些金屬 , , 如鋼鐵在鹽酸中如鋼鐵在

52、鹽酸中 , , 不產(chǎn)生膜而迅速溶解。通常用平不產(chǎn)生膜而迅速溶解。通常用平均腐蝕率（即材料厚度每年損失若干毫米）作為衡量均勻腐均腐蝕率（即材料厚度每年損失若干毫米）作為衡量均勻腐蝕的程度，也作為選材的原則蝕的程度，也作為選材的原則 , , 一般年腐蝕率小于一般年腐蝕率小于 1 1 1.5mm, 1.5mm, 可認(rèn)為合用（有合理的使用壽命）?？烧J(rèn)為合用（有合理的使用壽命）。2 2、點(diǎn)腐蝕、點(diǎn)腐蝕鈍性金屬在含有活性離鈍性金屬在含有活性離 子的介質(zhì)中發(fā)生的一種局部腐蝕。又子的介質(zhì)中發(fā)生的一種局部腐蝕。又稱小孔腐蝕。稱小孔腐蝕。 點(diǎn)腐蝕會導(dǎo)致設(shè)備或管線穿孔，泄漏點(diǎn)腐蝕會導(dǎo)致設(shè)備或管線穿孔，泄漏 物料，污

53、染環(huán)境，容易物料，污染環(huán)境，容易引起火災(zāi)引起火災(zāi); ;在有應(yīng)力時，蝕孔往在有應(yīng)力時，蝕孔往 往是裂紋的發(fā)源處。往是裂紋的發(fā)源處。 碳碳 鋼、不銹鋼、鋁、銅等金屬在活性離子鋼、不銹鋼、鋁、銅等金屬在活性離子機(jī)械零件的失效及分析機(jī)械零件的失效及分析3 3、許多金屬構(gòu)件是由螺釘、鉚、焊等方式連接的，在這些、許多金屬構(gòu)件是由螺釘、鉚、焊等方式連接的，在這些連接件或焊接接頭缺陷處可能出現(xiàn)狹窄的縫隙，其縫寬連接件或焊接接頭缺陷處可能出現(xiàn)狹窄的縫隙，其縫寬（一般在（一般在0.0250.1mm0.0250.1mm）足以使電解質(zhì)溶液進(jìn)入，使縫內(nèi)金）足以使電解質(zhì)溶液進(jìn)入，使縫內(nèi)金屬與縫外金屬構(gòu)成短路原電池，并且在

54、縫內(nèi)發(fā)生強(qiáng)烈的腐屬與縫外金屬構(gòu)成短路原電池，并且在縫內(nèi)發(fā)生強(qiáng)烈的腐蝕，這種局部腐蝕稱為縫隙腐蝕。蝕，這種局部腐蝕稱為縫隙腐蝕。 4 4、晶間腐蝕是一種常見的局部腐蝕。金屬腐蝕沿著金屬或、晶間腐蝕是一種常見的局部腐蝕。金屬腐蝕沿著金屬或合金的晶粒邊界或它的鄰近區(qū)域發(fā)展，材料晶粒本身腐蝕合金的晶粒邊界或它的鄰近區(qū)域發(fā)展，材料晶粒本身腐蝕很輕微，材料這種腐蝕便稱為晶間腐蝕。很輕微，材料這種腐蝕便稱為晶間腐蝕。機(jī)械零件的失效及分析機(jī)械零件的失效及分析 這種腐蝕使晶粒間的結(jié)合力大大削弱，材料嚴(yán)重時可這種腐蝕使晶粒間的結(jié)合力大大削弱，材料嚴(yán)重時可使機(jī)械強(qiáng)度完全喪失。金屬例如遭受這種腐蝕的不銹鋼，使機(jī)械強(qiáng)度

55、完全喪失。金屬例如遭受這種腐蝕的不銹鋼，材料表面看起來還很光亮，材料但經(jīng)不起輕輕敲擊便破碎材料表面看起來還很光亮，材料但經(jīng)不起輕輕敲擊便破碎成細(xì)粒。金屬由于晶間腐蝕不易檢查，材料所以廷民設(shè)備成細(xì)粒。金屬由于晶間腐蝕不易檢查，材料所以廷民設(shè)備的突然破十，材料它的危害性很大。金屬不銹鋼、金屬鎳的突然破十，材料它的危害性很大。金屬不銹鋼、金屬鎳基合金、金屬鋁合金、金屬鎂合金等都是晶間腐蝕敏感性基合金、金屬鋁合金、金屬鎂合金等都是晶間腐蝕敏感性高的材料。金屬在受熱情況下使用或焊接過程都會造成晶高的材料。金屬在受熱情況下使用或焊接過程都會造成晶間腐蝕的問題。金屬以晶間腐蝕為起源，材料在應(yīng)力和介間腐蝕的問

56、題。金屬以晶間腐蝕為起源，材料在應(yīng)力和介質(zhì)的共同作用下，材料可使不銹鋼、金屬鋁合金等誘發(fā)晶質(zhì)的共同作用下，材料可使不銹鋼、金屬鋁合金等誘發(fā)晶間應(yīng)力腐蝕，材料所以晶間腐蝕有時是應(yīng)力腐蝕的先導(dǎo)。間應(yīng)力腐蝕，材料所以晶間腐蝕有時是應(yīng)力腐蝕的先導(dǎo)。 機(jī)械零件的失效及分析機(jī)械零件的失效及分析5 5、析氫腐蝕、析氫腐蝕一一. . 在酸性較強(qiáng)的溶液中發(fā)生電化腐蝕時放出氫氣，在酸性較強(qiáng)的溶液中發(fā)生電化腐蝕時放出氫氣，這種腐蝕叫做析氫腐蝕。這種腐蝕叫做析氫腐蝕。二二. . 在鋼鐵制品中一般都含有碳。在潮濕空氣中，鋼在鋼鐵制品中一般都含有碳。在潮濕空氣中，鋼鐵表面會吸附水汽而形成一層薄薄的水鐵表面會吸附水汽而形成

57、一層薄薄的水 膜。水膜中膜。水膜中溶有二氧化碳后就變成一種電解質(zhì)溶液，使水里的溶有二氧化碳后就變成一種電解質(zhì)溶液，使水里的H H 增多。是就構(gòu)成無數(shù)個以鐵為負(fù)極、碳為正極、增多。是就構(gòu)成無數(shù)個以鐵為負(fù)極、碳為正極、酸性水膜為電解質(zhì)溶液的微小原電池。酸性水膜為電解質(zhì)溶液的微小原電池。 機(jī)械零件的失效及分析機(jī)械零件的失效及分析6 6、 材料或零件在交變應(yīng)力和腐蝕介質(zhì)的共同作用下造材料或零件在交變應(yīng)力和腐蝕介質(zhì)的共同作用下造成的失效叫做腐蝕疲勞。這里需注意的是，腐蝕疲勞和成的失效叫做腐蝕疲勞。這里需注意的是，腐蝕疲勞和應(yīng)力疲勞不同，雖然兩者都是應(yīng)力和腐蝕介質(zhì)的聯(lián)合作應(yīng)力疲勞不同，雖然兩者都是應(yīng)力和腐

58、蝕介質(zhì)的聯(lián)合作用，但作用的應(yīng)力是不同的，應(yīng)力腐蝕指的是靜應(yīng)力，用，但作用的應(yīng)力是不同的，應(yīng)力腐蝕指的是靜應(yīng)力，而且主要是指拉應(yīng)力，因此也叫靜疲勞。而后者則強(qiáng)調(diào)而且主要是指拉應(yīng)力，因此也叫靜疲勞。而后者則強(qiáng)調(diào)的是交變應(yīng)力。的是交變應(yīng)力。 在空氣介質(zhì)中，氧和水蒸氣是引起腐蝕的主要成分。在空氣介質(zhì)中，氧和水蒸氣是引起腐蝕的主要成分。它們對降低材料和腐蝕疲勞強(qiáng)度作用很大。對于銅、黃它們對降低材料和腐蝕疲勞強(qiáng)度作用很大。對于銅、黃銅和碳鋼等韌性材料，起腐蝕作用主要的是氧。而對于銅和碳鋼等韌性材料，起腐蝕作用主要的是氧。而對于高強(qiáng)度鋼，高強(qiáng)度鋁合金等對應(yīng)力腐蝕敏感的材料，水高強(qiáng)度鋼，高強(qiáng)度鋁合金等對應(yīng)力腐

59、蝕敏感的材料，水蒸氣對裂紋擴(kuò)展速率有很大影響。蒸氣對裂紋擴(kuò)展速率有很大影響。 材料強(qiáng)度越高，腐蝕疲勞裂紋擴(kuò)展越快。材料強(qiáng)度越高，腐蝕疲勞裂紋擴(kuò)展越快。 機(jī)械零件的失效及分析機(jī)械零件的失效及分析7 7、腐蝕磨損、腐蝕磨損 在摩擦過程中，金屬同時與周圍介質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)或電在摩擦過程中，金屬同時與周圍介質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)或電化學(xué)反應(yīng)引起金屬表面的腐蝕產(chǎn)物剝落，這種現(xiàn)象成為腐蝕化學(xué)反應(yīng)引起金屬表面的腐蝕產(chǎn)物剝落，這種現(xiàn)象成為腐蝕磨損。磨損。機(jī)械零件的失效及分析機(jī)械零件的失效及分析1. 氧化磨損 摩擦表面要能夠發(fā)生氧化，而且氧化膜生成速度要大于其磨損破壞速度；氧化膜與摩擦表面的結(jié)合強(qiáng)度大于摩擦表面承受的切應(yīng)

60、力；氧化膜厚度大于摩擦表面破壞的深度。2. 特殊介質(zhì)下的腐蝕磨損 它是摩擦副金屬材料與酸、堿、鹽等介質(zhì)作用生成的各種化合物，在摩擦過程中不斷被除去的磨損過程?；谘趸p的特點(diǎn)，可以看出發(fā)生氧化磨損必須同時具備三個條件：機(jī)械零件的失效及分析機(jī)械零件的失效及分析腐蝕介質(zhì)來源常有以下方面：2）摩擦金屬表面受到工作過程中產(chǎn)生的腐蝕性介質(zhì)作用。3）極壓齒輪油中由于油極壓添加劑。1）工作介質(zhì)。4）潤滑油在工作中因氧化而形成機(jī)酸。機(jī)械零件的失效及分析機(jī)械零件的失效及分析設(shè)備維修工程中的防腐技術(shù)設(shè)備維修工程中的防腐技術(shù)對在腐蝕性介質(zhì)中的金屬材料及其制品采用的各種不同的防腐對在腐蝕性介質(zhì)中的金屬材料及其制品采