摩擦磨損失效案列分析

腐蝕磨損失效實(shí)例分析磨損分類(lèi)（按照機(jī)理分類(lèi)）微動(dòng)磨損磨粒磨損粘著磨損表面疲勞失效磨損腐蝕磨損磨損氫致磨損宏觀微觀綜合分析1了解失效零件的機(jī)械功能2了解零部件相對(duì)運(yùn)動(dòng)的方式或速度3了解耦合表面所受的力或應(yīng)力4了解潤(rùn)滑劑品種、潤(rùn)滑方式及換油周期5了解零件的工作環(huán)境是否合適:磨粒顆粒、水分、腐蝕氣體以及溫度等。6了解該零件及其耦合件的材料以及工藝條件，尤其是實(shí)際執(zhí)行的情況7了解零件的壽命、磨損量8在宏觀和微觀范圍檢查磨損表面以及摩擦表面下的組織情況9根據(jù)以上所獲信息判斷出磨損形式和失效原因磨損分析步驟和主要方法結(jié)論高鉻鑄鐵鋁礦漿泵泵殼腐蝕磨損失效分析一、背景介紹鋁礦漿泵是氧化鋁廠輸送鋁礦漿的主要設(shè)備，其泵殼、葉輪等過(guò)流部件是大量消耗的易損件，其中以泵殼的腐蝕磨損最為嚴(yán)重、使用壽命最短。鋁礦漿泵的工況苛刻，高溫強(qiáng)堿是主要特點(diǎn)。這一工況與其他礦漿泵明顯不同。鑒于高鉻鑄鐵泵殼用得較多，本工作對(duì)廣西某鋁業(yè)公司氧化鋁廠失效的高鉻鑄鐵鋁礦漿泵泵殼進(jìn)行失效分析，了解失效機(jī)制，為選材和提高使用壽命提供依據(jù)。高鉻鑄鐵鋁礦漿泵泵殼腐蝕磨損失效分析二、工況介紹鋁礦漿泵

LC250.580用于輸送經(jīng)研磨后的鋁礦漿。一般入泵鋁礦石粒度小于1mm,礦漿濃度40%～45%。泵流量630m3/h。礦漿整體流向?yàn)橛勺笾劣?。礦漿堿濃度230g/L(Na2O),pH>14,溫度80～100°C。鋁礦主要為一水硬鋁石,成分(ω%):Al2O360～65,Fe2O314～17,SiO23.5～4.5,TiO23.5～4.5。鋁礦莫氏硬度7。CSiMnCrNiMoPS1.890.430.9413.941.150.970.0290.04序號(hào)泵型號(hào)流量范圍揚(yáng)程范圍效率范圍轉(zhuǎn)速范圍（m3/h）（m）%（r/min）1LC250/580500-130012-7060-70650-1100表1泵殼的化學(xué)成分三、分析步驟首先對(duì)泵殼殘?bào)w進(jìn)行成分、組織與性能分析,以及宏觀形貌觀察分析。然后進(jìn)行腐蝕磨損微觀失效分析,借助電子探針掃描電鏡,觀察分析失效葉輪腐蝕磨損最嚴(yán)重部位的形貌及45°角斜切面亞表層特征。為區(qū)分泵殼的腐蝕與磨損特征,在實(shí)驗(yàn)室中取泵殼材料做了50%NaOH堿溶液(pH>14)、95℃、168h的掛片腐蝕試驗(yàn),以對(duì)比分析泵殼高溫強(qiáng)堿鋁礦漿條件下的腐蝕特征。四、泵殼腐蝕磨損宏觀形貌泵殼靠近軸孔的端面區(qū)域腐蝕磨損最嚴(yán)重，見(jiàn)圖1。沿圓周分布有許多腐蝕磨損溝槽，每一溝槽順礦漿流向由尖窄變寬，由淺入深。泵殼局部溝槽腐蝕磨損至穿透而失效報(bào)廢。圖1泵殼腐蝕磨損宏觀形貌高鉻鑄鐵鋁礦漿泵泵殼腐蝕磨損失效分析高鉻鑄鐵鋁礦漿泵泵殼腐蝕磨損失效分析五、腐蝕微觀結(jié)構(gòu)

泵殼腐蝕磨損溝槽前尖部形貌見(jiàn)圖2，其斜切面形貌見(jiàn)圖3、4。圖2前尖部腐蝕磨損形貌1000x圖3前尖部斜切面腐蝕磨損形貌2000x高鉻鑄鐵鋁礦漿泵泵殼腐蝕磨損失效分析

圖5

后底部腐蝕磨損形貌

1000×圖7泵殼材料試驗(yàn)室高溫強(qiáng)堿腐蝕形貌1000×圖2前尖部腐蝕磨損形貌1000x首先將泵殼溝槽前尖部、后底部的腐蝕磨損特征與其材料純腐蝕特征對(duì)比高鉻鑄鐵鋁礦漿泵泵殼腐蝕磨損失效分析

圖6

后底部斜切面腐蝕磨損形貌

1000×圖3前尖部斜切面腐蝕磨損形貌2000x圖8泵殼材料試驗(yàn)室高溫強(qiáng)堿腐蝕后斜切面貌2000×高鉻鑄鐵鋁礦漿泵泵殼腐蝕磨損失效分析

圖4

前尖部斜切面腐蝕磨損形貌

1500×堿脆金屬及合金材料在堿性溶液中，由于拉應(yīng)力和腐蝕介質(zhì)的聯(lián)合作用而產(chǎn)生的開(kāi)裂。它是應(yīng)力腐蝕破裂的一種類(lèi)型。堿脆主要發(fā)生在鍋爐水因軟化處理帶來(lái)堿性并在鍋爐縫隙里濃縮造成的鍋爐破裂，也發(fā)生在接觸苛性堿的碳鋼、低合金鋼、奧氏體不銹鋼設(shè)備上。再將溝槽前尖部與后底部的腐蝕磨損情況進(jìn)行對(duì)比,可見(jiàn)前尖部碳化物相界腐蝕更顯著(圖3單箭頭),基體剝落坑又大又深(圖3雙箭頭),基體堿脆裂紋更加明顯(圖4箭頭),亞表層裂紋擴(kuò)展相連(圖3單箭頭),整個(gè)基體腐蝕磨損剝落而顯示更加粗糙。難以見(jiàn)到顯微切削的痕跡;而后底部則不同高鉻鑄鐵鋁礦漿泵泵殼腐蝕磨損失效分析六、結(jié)論

綜上所述,泵殼失效的根本原因是高溫強(qiáng)堿腐蝕與較高角度沖蝕磨損的綜合作用,其中腐蝕所起的作用更為重要。嚴(yán)重的碳化物相界腐蝕使碳化物與基體分離,失去了良好的支撐,在高角度沖蝕磨損過(guò)程中逐漸斷裂剝落,即腐蝕促進(jìn)了磨損;強(qiáng)烈的基體“堿脆”,即陽(yáng)極溶解型應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂,顯微裂紋萌生與擴(kuò)展,加劇了沖蝕磨損,促使基體不斷剝落;泵殼材料自身耐高溫強(qiáng)堿腐蝕性能不佳,基體活化溶解剝落也是失效原因之一;礦漿對(duì)泵殼的沖蝕特別是高角度沖蝕磨損,不僅使材料直接流失,又使材料產(chǎn)生較大的應(yīng)力，更促進(jìn)了腐蝕,加速了堿脆裂紋的萌生與擴(kuò)展。氧化鋁廠渣漿泵高鉻鑄鐵葉輪腐蝕磨損失效分析微觀結(jié)構(gòu)觀察圖2

葉輪腐蝕磨損后的宏觀形貌圖3

葉輪腐蝕磨損微觀形貌(后方側(cè)板),

1000×圖4

葉輪腐蝕磨損后微觀形貌(側(cè)板外緣),

1000×氧化鋁廠渣漿泵高鉻鑄鐵葉輪腐蝕磨損失效分析圖5

葉輪材料純腐蝕后微觀形貌,

1000×圖6

葉輪斜切面SEM照片,

3000×圖7

葉輪葉片腐蝕區(qū)斜切面SEM照片,

4000×圖5是對(duì)比分析用的葉輪材料實(shí)驗(yàn)室高溫強(qiáng)堿腐蝕形貌。其特點(diǎn)也是碳化物凸起,基體凹陷,基體區(qū)域有網(wǎng)狀微裂紋及高低起伏剝落痕跡。還可以肯定的是嚴(yán)重的碳化物相界腐蝕。氧化鋁廠渣漿泵高鉻鑄鐵葉輪腐蝕磨損失效分析圖9

葉輪材料純腐蝕斜切面SEM照片,

2400×圖8

葉輪材料純腐蝕斜切面SEM照片,

2000×礦漿沖蝕磨損將促進(jìn)裂紋的萌生和擴(kuò)展,加速基體的剝落,由于葉輪材料抗強(qiáng)堿腐蝕性能不足(見(jiàn)圖8、圖9),其陽(yáng)極活化溶解腐蝕剝落也是失效原因之一;有趣的是葉輪相界腐蝕之重,在二次碳化物相界也清晰可見(jiàn)(見(jiàn)圖7三箭頭所示,對(duì)比圖9箭頭所示)氧化鋁廠渣漿泵高鉻鑄鐵葉輪腐蝕磨損失效分析分析結(jié)論僅就沖蝕磨損而言,雖然因腐蝕速度高于磨損速度,而沒(méi)有留下明顯的顯微切削痕跡,但考慮到葉輪的運(yùn)轉(zhuǎn)方式及礦漿的流向,觀察到腐蝕磨損嚴(yán)重區(qū)域靠近葉輪外緣,并根據(jù)各位置形貌的相似特點(diǎn),以及以往相關(guān)的經(jīng)驗(yàn),推斷出沖蝕磨損主要是礦漿的低角度沖刷。(1)葉輪失效的原因是強(qiáng)堿腐蝕與低角度沖蝕磨損的綜合作用,而腐蝕所起的作用更為主要