第三章 失效理論概述

第三章失效理論概述第1頁(yè)，課件共85頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月ContentsClicktoaddTitle1ClicktoaddTitle2ClicktoaddTitle3ClicktoaddTitle4第2頁(yè)，課件共85頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

第一節(jié)概念

一、失效的定義： 機(jī)械零件在使用過(guò)程中，由于設(shè)計(jì)、材料、工藝及裝配等各方面原因，使其喪失規(guī)定的功能，無(wú)法繼續(xù)工作的現(xiàn)象稱失效。一般機(jī)械設(shè)備中，80%失效來(lái)源于磨損。

第3頁(yè)，課件共85頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

二、分類1、按失效原因分:誤用失效、本質(zhì)失效、獨(dú)立失效、從屬失效。2、按工作時(shí)間：早期失效、偶然失效、耗損失效。3、按發(fā)生速度分：突變失效、退化失效、間隙時(shí)效。4、按失效程度分：完全失效、部分失效、5、按危害程度分：致命失效、嚴(yán)重實(shí)效、一般失效、輕度失效。6、不可預(yù)測(cè)失效，可預(yù)測(cè)失效。第4頁(yè)，課件共85頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月三、誘發(fā)因素：應(yīng)力環(huán)境時(shí)間四、形式： 變形、斷裂、損傷（磨損和腐蝕、氣蝕）及其它（松動(dòng)、打滑、老化、泄漏、燒傷）等形式，見(jiàn)表3-1所示。第5頁(yè)，課件共85頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

第二節(jié)變形 一、變形的概念 機(jī)械設(shè)備在工作過(guò)程中，由于受力的作用而使零件的尺寸或形狀發(fā)生改變的現(xiàn)象稱變形。 分類：變形分彈性變形和塑性變形兩種。

第6頁(yè)，課件共85頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月彈性變形是指外力去除后能完全恢復(fù)的那一部分變形。彈性變形特點(diǎn)：1)具有可塑性，當(dāng)外力去除后變形完全消失；2)彈性變形量很小，一般不超過(guò)材料原來(lái)長(zhǎng)度的0.1～1.0%；3)在彈性變形范圍內(nèi)，應(yīng)力和應(yīng)變成線性關(guān)系，符合虎克定律。1．彈性變形第7頁(yè)，課件共85頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月彈性后效：許多金屬材料在低于彈性極限應(yīng)力作用下，會(huì)產(chǎn)生應(yīng)變并逐漸恢復(fù)，但總是落后于應(yīng)力，這種現(xiàn)象稱彈性滯后或彈性后效。因素：取決于金屬材料的性質(zhì)、應(yīng)力大小和狀態(tài)、以及溫度等經(jīng)過(guò)校直的軸類零件過(guò)了一段時(shí)間后又會(huì)發(fā)生彎曲，就是彈性后效的表現(xiàn)，進(jìn)行回火處理。第8頁(yè)，課件共85頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

2．塑性變形

塑性變形是指外力去除后不能恢復(fù)的那部分永久變形。特點(diǎn)是： ①引起材料的組織結(jié)構(gòu)和性能發(fā)生變化。 ②表現(xiàn)出各向異性，金屬產(chǎn)生加工硬化現(xiàn)象。 ③多晶體在塑性變形時(shí)，各晶粒及同一晶粒內(nèi)部的變形是不均勻的，當(dāng)外力去除后各晶粒的彈性恢復(fù)也不一樣，因而產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。

④金屬的耐腐蝕性下降。第9頁(yè)，課件共85頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月 二、變形的危害變形將使其它零件加速磨損，甚至斷裂，還有可能導(dǎo)致整臺(tái)機(jī)械設(shè)備被破壞，極大地降低使用壽命，所以變形的危害是十分嚴(yán)重的。 三、變形的原因主要原因是零件的應(yīng)力超過(guò)材料的屈服強(qiáng)度所致。 1．外載荷 當(dāng)外載荷產(chǎn)生的應(yīng)力超過(guò)材料的屈服強(qiáng)度時(shí)，則零件將產(chǎn)生過(guò)應(yīng)力，永久變形。如經(jīng)常滿載或超載工作、頻繁制動(dòng)、停車和起動(dòng)，有振動(dòng)和沖擊，結(jié)構(gòu)布置不合理等情況下很容易出現(xiàn)。第10頁(yè)，課件共85頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月 2．溫度1)溫度升高．金屬材料的原子熱振動(dòng)增大，臨界切變抗力下降．容易產(chǎn)生滑移變形，使材料屈服強(qiáng)度降低。長(zhǎng)期在400℃以上使用的鑄鐵，反復(fù)加熱與冷卻會(huì)使體積膨脹而發(fā)生變形，溫度愈高，變形愈厲害。這是由于珠光體中的Fe3C在高溫下分解為鐵素體和石墨，引起體積增大的結(jié)果；同時(shí)各處體積膨脹不均勻還會(huì)產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。2)當(dāng)溫度超過(guò)一定程度時(shí)．在一定溫度和應(yīng)力作用下，隨著時(shí)間的增加，金屬材料將緩慢地發(fā)生塑性變形，這種現(xiàn)象稱蠕變，叫高溫蠕變。例如碳鋼的溫度高于300～350℃．時(shí)就會(huì)產(chǎn)生蠕變。當(dāng)溫度更高時(shí)；產(chǎn)生蠕變的應(yīng)力則相應(yīng)變小。3)如果零件受熱不均．各處溫差較大，會(huì)產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力和內(nèi)應(yīng)力而引起零件變形.第11頁(yè)，課件共85頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月 3．內(nèi)應(yīng)力尤其是鑄造毛坯，形狀復(fù)雜、尺寸較大、厚薄不均，在澆鑄后冷卻過(guò)程中，形成拉伸、壓縮等不同的應(yīng)力狀態(tài)。內(nèi)應(yīng)力影響零件的靜強(qiáng)度和尺寸的穩(wěn)定性，不僅使其彈性極限降低，還會(huì)產(chǎn)生減小內(nèi)應(yīng)力的塑性變形，嚴(yán)重時(shí)將引起斷裂。毛坯的內(nèi)應(yīng)力是不穩(wěn)定的，通常在12～20個(gè)月的時(shí)間內(nèi)逐步消失。但隨著應(yīng)力的重新分布，零件將產(chǎn)生變形。

雖然對(duì)毛坯安排了消除內(nèi)應(yīng)力的工序，即時(shí)效處理，但內(nèi)應(yīng)力不一定消除得那么徹底，將有部分殘存下來(lái)。在殘余應(yīng)力的長(zhǎng)期作用下，使彈性極限降低，產(chǎn)生減少內(nèi)應(yīng)力的塑性變形，這種現(xiàn)象稱內(nèi)應(yīng)力松弛。尤其是箱體類零件和大的基礎(chǔ)件，厚薄過(guò)渡很多，為殘余應(yīng)力的產(chǎn)生創(chuàng)造了條件，所以內(nèi)應(yīng)力松弛引起的變形問(wèn)題也突出。第12頁(yè)，課件共85頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

4．結(jié)晶缺陷產(chǎn)生變形的內(nèi)在原因是材料內(nèi)部缺陷、如位錯(cuò)、空位等，特別是位錯(cuò)其移動(dòng)和擴(kuò)散，構(gòu)成影響變形的主要內(nèi)在因素。零件變形的原因是多方面的，往往是幾種原因共同作用的結(jié)果。較小的應(yīng)力也能產(chǎn)生變形，這種變形不是一次產(chǎn)生的，實(shí)際上是多次變形累計(jì)的結(jié)果。第13頁(yè)，課件共85頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

四、減少變形的措施 1．設(shè)計(jì)： 2．加工：3．修理：

4．使用：

1．設(shè)計(jì)：內(nèi)應(yīng)力和變形

設(shè)計(jì)時(shí)不僅要考慮零件的強(qiáng)度，還要重視零件的剛度和制造、裝配、使用、拆卸、修理等問(wèn)題。正確選用材料、注意工藝性能，如鑄造的流動(dòng)性、收縮性；鍛造的可鍛性；焊接的冷裂、熱裂傾向；機(jī)加工的可切削性；熱處理的淬透性、冷脆性等。要合理布置零部件，選擇適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)尺寸，如避免尖角、棱角改為圓角、倒角；厚薄懸殊的部分可開(kāi)工藝孔或加厚太薄的地方；安排好孔洞位置，把盲孔改為通孔等。形狀復(fù)雜的零件在可能條件下，采用組合結(jié)構(gòu)、鑲拼結(jié)構(gòu)，改善受力狀況。在設(shè)計(jì)中注意應(yīng)用新技術(shù)、新工藝和新材料，減少制造時(shí)的內(nèi)應(yīng)力和變形。第14頁(yè)，課件共85頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2．加工在加工中要采取工藝措施來(lái)防止和減少變形。對(duì)毛坯要進(jìn)行時(shí)效處理，以消除其殘余內(nèi)應(yīng)力。可以將生產(chǎn)出來(lái)的毛坯在露天存放1～2年，利用內(nèi)應(yīng)力在12～20月逐漸消失的特點(diǎn)進(jìn)行自然時(shí)效，效果最佳，但周期太長(zhǎng)；也可使毛坯受到高溫退火、保溫緩冷而消除內(nèi)應(yīng)力即進(jìn)行人工時(shí)效；還可利用振動(dòng)的作用來(lái)消除內(nèi)應(yīng)力。復(fù)雜零件和精密零件在粗加工后仍要進(jìn)行人工時(shí)效，高精度零件在精加工過(guò)程中繼續(xù)要安排人工時(shí)效。第15頁(yè)，課件共85頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3．修理在修理中，不僅要滿足恢復(fù)零件的尺寸、配合精度、表面質(zhì)量等．還要檢查和修復(fù)主要零件的形狀及位置誤差；制定出與變形有關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)和修理規(guī)范，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單可靠、好用的專用量具和工夾具；大力推廣“三新”技術(shù)，特別是新的修復(fù)工藝，如刷鍍、粘接等，用來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的焊接，盡量減少零件在修理中產(chǎn)生的應(yīng)力和變形。第16頁(yè)，課件共85頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月4．使用加強(qiáng)生產(chǎn)技術(shù)管理，制定并嚴(yán)格執(zhí)行操作規(guī)程，不超負(fù)荷運(yùn)行，避免局部超載或過(guò)熱，加強(qiáng)機(jī)械設(shè)備的檢查和維護(hù)。第17頁(yè)，課件共85頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

第三節(jié)斷裂斷裂定義： 是物體在機(jī)械力、熱、磁、聲響、腐蝕等單獨(dú)作用或聯(lián)合作用下，使其本身連續(xù)遭到破壞，從而發(fā)生局部開(kāi)裂或分成幾部分的現(xiàn)象。斷裂形式：（1）疲勞斷裂：機(jī)械零件在循環(huán)應(yīng)力作用下會(huì)發(fā)生疲勞斷裂。（2）蠕變斷裂：在高溫持久應(yīng)力作用下出現(xiàn)蠕變斷裂。（3）腐蝕疲勞：在腐蝕環(huán)境下產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕或腐蝕疲勞。

斷裂失效的幾率比變形小，但是斷裂會(huì)造成重大事故，產(chǎn)生嚴(yán)重的后果，具有更大的危險(xiǎn)性。第18頁(yè)，課件共85頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月一、分類 1．按零件斷裂后的自然表面即斷口的宏觀形態(tài)特征分類。

(1)韌性斷裂

零件在外力作用下，若應(yīng)力超過(guò)強(qiáng)度極限時(shí)發(fā)生韌性變形，而后造成斷裂，稱韌性斷裂。 它的斷口其宏觀形態(tài)是呈杯錐狀，或鵝毛絨狀，顏色發(fā)暗，邊緣有剪切唇，斷口附近有明顯的塑性變形。

第19頁(yè)，課件共85頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

(2)脆性斷裂 它一般發(fā)生在應(yīng)力達(dá)到屈服強(qiáng)度前，沒(méi)有或只有少量的塑性變形，多為沿晶界擴(kuò)展而突然發(fā)生，又稱晶界斷裂。它的斷口呈結(jié)晶狀，常有人字紋或放射花樣，平滑而光亮，且與正應(yīng)力垂直，稱解理面，因此這種斷裂也稱解理斷裂。它多見(jiàn)于體心立方、密排六方的金屬及其臺(tái)金。低溫、應(yīng)力集中、沖擊、晶粒粗大和脆性材料均有利于發(fā)生解理斷裂。第20頁(yè)，課件共85頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

2．按斷口的微觀形態(tài)特征分類

(1)穿晶斷裂這是指裂紋穿過(guò)晶粒內(nèi)部的斷裂，它可以是延性的，也可以是脆性斷裂。

(2)晶間斷裂這種斷裂的裂紋是沿著晶界擴(kuò)展，多數(shù)屬于脆性斷裂。第21頁(yè)，課件共85頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

3．按載荷性質(zhì)分類

(1)一次加載斷裂零件在一次靜拉伸、靜壓縮、靜扭轉(zhuǎn)、靜彎曲、靜剪切或一次沖擊能量作用下的斷裂稱一次加載斷裂。

(2)疲勞斷裂經(jīng)歷反復(fù)多次的應(yīng)力作用或能量負(fù)荷循環(huán)后才發(fā)生斷裂的現(xiàn)象叫作疲勞斷裂。疲勞斷裂占整個(gè)斷裂的80％～90％，它的類型很多，包括拉壓疲勞、彎曲疲勞、接觸疲勞，扭轉(zhuǎn)疲勞、振動(dòng)疲勞等。疲勞又根據(jù)循環(huán)次數(shù)的多少分高周和低周疲勞。第22頁(yè)，課件共85頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月 二、疲勞斷裂 疲勞斷裂的特點(diǎn)是斷裂時(shí)應(yīng)力低于材料的抗拉強(qiáng)度或屈服強(qiáng)度。不論是脆性材料還是塑性材料，疲勞斷裂在宏觀上均表現(xiàn)為脆性斷裂。 1．疲勞裂紋的產(chǎn)生材料的表面或內(nèi)部缺陷起著尖缺口的作用，金屬材料的第二相質(zhì)點(diǎn)、非金屬夾雜物與基體引起疲勞斷裂的產(chǎn)生。 措施：（1）降低交變載荷、（2）減少零件表面加工缺陷和應(yīng)力集中部位（3）控制夾雜物等級(jí)、（4）細(xì)化品粒、強(qiáng)化金屬表面第23頁(yè)，課件共85頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

3．疲勞斷口形貌． 典型的疲勞斷口接斷裂過(guò)程有三個(gè)區(qū)域，見(jiàn)圖3—3。

(1)疲勞源區(qū)(疲勞核心區(qū))這是疲勞裂紋最初形成的地方，用肉眼或低倍放大鏡能大致判斷其位置。它一般發(fā)生在零件的表面，也可在內(nèi)部發(fā)生。

(2)疲勞裂紋擴(kuò)展區(qū)(疲勞區(qū))它是疲勞斷口最重要的特征區(qū)域．呈宏觀的疲勞弧帶和微觀的疲勞紋。疲勞弧帶以疲勞源為核心，似水波形式向外擴(kuò)展，形成許多同心圓或同心弧帶，其方向與裂紋的擴(kuò)展方向相垂直。 一般情況下，疲勞斷面愈光滑，說(shuō)明零件在斷裂前經(jīng)歷的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)愈多，承受載荷愈小。

(3)瞬時(shí)斷裂區(qū)(最終破斷區(qū))

它是當(dāng)疲勞裂紋擴(kuò)展到臨界尺寸時(shí)發(fā)生快速破斷區(qū)。瞬時(shí)斷裂的位置和大小取決于承受的載荷大小，當(dāng)載荷愈大，則最終破斷區(qū)越移向斷面的中間。第24頁(yè)，課件共85頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第25頁(yè)，課件共85頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

三、斷口分析 斷口分析是研究金屬斷面的科學(xué)。

1.現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查 2．宏觀分析 3．微觀分析

4．金相組織、化學(xué)成分、力學(xué)性能的檢驗(yàn)

5．其它因素

區(qū)別一次加載斷裂與疲勞斷裂有以下幾種方法：．

1)從零件斷裂前的載荷作用情況

2)從斷口分析的外觀推測(cè)

3)從斷口附近的變形情況分析第26頁(yè)，課件共85頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月 四、減輕斷裂危害的措施 1．減少局部應(yīng)力集中 一般零件上只要有任何幾何形狀的不連續(xù)，或者有存在于材料中的不連續(xù)時(shí)，都可能產(chǎn)生應(yīng)力集中。幾何形狀不連續(xù)通稱為缺口，如肩臺(tái)圓角、溝槽，油孔、鍵槽、螺紋、壓配合零件的邊緣以及加工刀痕等皆是。在它們附近的實(shí)際應(yīng)力．要比名義平均應(yīng)力高得多，這就是應(yīng)力集中。特別應(yīng)強(qiáng)調(diào)的是，在靜載荷下，應(yīng)力集中所起的作用，還不算十分顯著，但在循環(huán)載荷或沖擊載荷下，其影響是決定性的。所以必須要改善零件的結(jié)構(gòu)形狀．例如：焊縫通常是疲勞斷裂的起源區(qū)域，對(duì)“T”型焊接接頭應(yīng)取適當(dāng)?shù)膸缀涡螤?，焊后打圓角或鉆孔，均能減輕應(yīng)力集中的程度。第27頁(yè)，課件共85頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2．減少殘余應(yīng)力影響各種加工和處理工藝過(guò)程，如拉拔、擠壓、校直、彎曲、沖壓、機(jī)加工、磨削以及焊接、熱處理等均能引起殘余應(yīng)力。一般殘余拉應(yīng)力是有害的，但殘余壓應(yīng)力則是有益的。滲碳、氮化、噴丸和表面滾壓加工等工藝過(guò)程均可產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力，它們將抵消一部分由外載荷引起的拉應(yīng)力，因而減少了發(fā)生斷裂的可能性。第28頁(yè)，課件共85頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3．控制載荷防止超載載荷對(duì)斷裂有直接影響。為減輕或防止斷裂，還應(yīng)十分注意零件所受載荷的大小，或估計(jì)其超載程度。通過(guò)對(duì)斷口特征的分析，可估算受載情況和超載程度。第29頁(yè)，課件共85頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月4．其它

1)在使用時(shí)注意早期發(fā)現(xiàn)裂紋，定期進(jìn)行無(wú)損探傷和監(jiān)測(cè)；盡量減輕零件的腐蝕損傷；減少機(jī)械設(shè)備運(yùn)行時(shí)各部分的溫差；盡量避免熱應(yīng)力；

2)在維修時(shí)注意操作對(duì)零件斷裂的影響，避免因拆裝、存放、加工而使零件表面損傷；裂紋和斷裂零件可用焊接，粘接、鉚接等方法修復(fù)；對(duì)不重要零件上的裂紋可鉆止裂孔，防止或延緩其擴(kuò)展，可附加強(qiáng)肋；疲勞裂紋發(fā)生在緊固件周圍，可將緊固孔鍍削去除所有裂紋部分，換用較大的緊固件，此方法“去皮處理”。第30頁(yè)，課件共85頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月上節(jié)回顧：一、失效理論概述1、定義：2、誘發(fā)因素：3、形式：二、變形1、分類：2、原因：3、減少變形的措施：三、斷裂1、分類：2、減輕斷裂危害的措施第31頁(yè)，課件共85頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

第四節(jié)腐蝕

一、概念

腐蝕是金屬受周圍介質(zhì)的作用而引起損傷的現(xiàn)象。

特征：腐蝕損傷總是從金屬表面開(kāi)始，然后或快或慢地往里滲入，并使表面的外形發(fā)生變化，出現(xiàn)不規(guī)則形狀的凹洞、斑點(diǎn)、潰瘍等破壞區(qū)域。破壞的金屬變?yōu)檠趸锘驓溲趸?，形成腐蝕產(chǎn)物并部分地在表面上。鐵生銹就是最明顯的例子。

后果：不僅影響性能，縮短壽命，而且造成嚴(yán)重的跑、冒、滴、漏現(xiàn)象，惡化操作環(huán)境，危害職工身體健康。第32頁(yè)，課件共85頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第33頁(yè)，課件共85頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第34頁(yè)，課件共85頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二、分類

1、化學(xué)腐蝕

是金屬與外部電介質(zhì)作用直接產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)的結(jié)果，腐蝕過(guò)程中不產(chǎn)生電流。外部電介質(zhì)多數(shù)為非電解質(zhì)物質(zhì)。如干燥空氣、高溫氣體、有機(jī)液體、汽油、潤(rùn)滑油等。它們和金屬接觸，進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，形成表面膜，在不斷脫落，又不斷生成的過(guò)程中，使零件腐蝕。

化學(xué)腐蝕又可分為如下兩類：

(1)氣體腐蝕

金屬在干燥氣體中(表面上沒(méi)有濕氣冷凝)發(fā)生的腐蝕，稱為氣體腐蝕。它一般是指在高溫時(shí)金屬的腐蝕，如軋鋼時(shí)生成厚的氧化皮。內(nèi)燃機(jī)活塞的燒壞等。

(2)在非電解質(zhì)溶液中的腐蝕

這是指金屬在不導(dǎo)電的液體中發(fā)生的腐蝕，如金屬在有機(jī)液體(酒精、石油等)中的腐蝕。第35頁(yè)，課件共85頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

2．電化學(xué)腐蝕

電化學(xué)腐蝕是金屬與電解質(zhì)物質(zhì)接觸時(shí)產(chǎn)生的腐蝕。它與化學(xué)腐蝕不同之點(diǎn)在于腐蝕過(guò)程中有電流產(chǎn)生。

按照所接觸環(huán)境的不同，可分為如下幾類：(1)大氣腐蝕

腐蝕在潮濕的氣體；如在空氣中。(2)土壤腐蝕

腐蝕是在土壤中進(jìn)行，如工程機(jī)械、農(nóng)業(yè)機(jī)械的工作裝置；(3)在電解質(zhì)溶液中的腐蝕

這是極其廣泛的一類腐蝕，天然水及大部分水溶液對(duì)金屬的腐蝕，以及在海水和酸、堿、鹽的水溶液中發(fā)生的腐蝕。(4)在熔融鹽中的腐蝕

如熱處理車間鹽浴爐中的電極和所處理的金屬發(fā)生的腐蝕。

以上兩種腐蝕，電化學(xué)腐蝕比化學(xué)腐蝕強(qiáng)烈得多，

金屬腐蝕造成的損失大多數(shù)是電化學(xué)腐蝕引起的。第36頁(yè)，課件共85頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3．氧化

大多數(shù)金屬與空氣中的氧或氧化劑作用，形成氧化膜。 低溫下，對(duì)基體有保護(hù)作用，阻止繼續(xù)氧化。 高溫下，氧化將不斷進(jìn)行下去。第37頁(yè)，課件共85頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

三、影響腐蝕的因素

1．金屬的特性

金屬的抗腐蝕性與它的標(biāo)準(zhǔn)電位、化學(xué)活性有關(guān)。標(biāo)準(zhǔn)電位愈低，化學(xué)活性就愈高，愈容易腐蝕。

2．金屬的成分

金屬中的雜質(zhì)愈多，抗腐蝕性愈差。一般鋼鐵中都有石墨、硫化物、硅化物等雜質(zhì)，它們的電極電位都比鐵高，金屬在形成腐蝕電池時(shí)成為陽(yáng)極，不斷被腐蝕。注：金屬浸在只含有該金屬鹽的電解溶液中，達(dá)到平衡時(shí)所具有的電極電位，叫做該金屬的平衡電極電位。當(dāng)溫度為25℃，金屬離子的有效濃度為1mol/L（即活度為1）時(shí)測(cè)得的平衡電位，叫做標(biāo)準(zhǔn)電極電位。第38頁(yè)，課件共85頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

3．零件表面狀況

零件的外表形狀愈復(fù)雜，表面粗糙度愈大，抗腐蝕性愈差。這是因?yàn)閺?fù)雜而粗糙的表面極易吸附電解質(zhì)。 通常，變形部分，表面擦傷，凹形，轉(zhuǎn)角，邊緣等處比較容易腐蝕。

4．環(huán)境

溫度高；濕度大；介質(zhì)中含有氧、二氧化硫、二氧化碳、氯離子；雨水和雜質(zhì)多，都會(huì)加速腐蝕。第39頁(yè)，課件共85頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

四、減輕腐蝕危害的措施

1．正確選材

根據(jù)環(huán)境介質(zhì)和使用條件，選擇合適的耐蝕材料，如含有鎳、鉻、鋁、硅、鈦等元素的合金鋼；在條件許可的情況下，盡量選用尼龍、塑料、陶瓷等材料。

2．合理設(shè)計(jì)

在制造機(jī)械設(shè)備時(shí)，雖然應(yīng)用了較優(yōu)良的材料，但是如果在結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)上，不從金屬防護(hù)角度，加以全面考慮，常會(huì)引起機(jī)械應(yīng)力、以及熱應(yīng)力、流體的停滯和聚集、局部過(guò)熱等現(xiàn)象，從而加速腐蝕過(guò)程。因此合理地設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)應(yīng)特別加以注意。第40頁(yè)，課件共85頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

3．覆蓋保護(hù)層 它是在金屬表面上覆蓋一層不同的材料，改變表面結(jié)構(gòu)，使金屬與介質(zhì)隔離開(kāi)來(lái)，用以防止腐蝕。

(1)金屬保護(hù)層采用電鍍、噴涂、化學(xué)鍍等方法．在金屬表面上覆蓋一層如鎳、鉻、錫、鋅等金屬或合金作為保護(hù)層。

第41頁(yè)，課件共85頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

(2)非金屬保護(hù)層1)涂料將油基漆或樹(shù)脂基漆，用一定的方法涂覆在物體表面上，經(jīng)固化形成薄涂層，從而保護(hù)機(jī)械設(shè)備免受高溫氣體及酸、堿、鹽等介質(zhì)的腐蝕作用。

涂料的品種很多。常用的有防腐漆、底漆、生漆、瀝青漆、環(huán)氧樹(shù)脂涂料、聚己烯溶料及工業(yè)凡士林等。2)玻璃鋼它是采用合成樹(shù)脂為粘結(jié)材料，以玻璃纖維及其制品，如玻璃布、玻璃帶、玻璃絲等為增強(qiáng)材料，按各種成形方法制成。它具有良好的耐腐蝕性，比強(qiáng)度(強(qiáng)度與質(zhì)量之比)高，但耐磨性差，有老化現(xiàn)象。第42頁(yè)，課件共85頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

3)硬軟聚氯乙烯它具有良好的耐腐蝕性和一定的機(jī)械強(qiáng)度，加工成形方便．焊接性能良好。

4)耐酸酚醛塑料。這是以熱固性酚醛樹(shù)脂作粘結(jié)劑，以耐酸材料、如玻璃纖維、石棉等作填料的一種熱固性塑料。它易于成形和機(jī)械加工，但成本較高．目前主要用在各種管道或管件中。

(3)化學(xué)保護(hù)層．化學(xué)或電化學(xué)法在金屬材料表面覆蓋一層化合物的薄膜層，如磷化、發(fā)藍(lán)、鈍化、氧化、陽(yáng)極氧化等。

(4)表面合金化

如氮化、滲鉻、滲鉛等第43頁(yè)，課件共85頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

4．電化學(xué)保護(hù)

用一個(gè)比零件材料的化學(xué)性能更活潑的金屬，鉚接到零件上，形成一個(gè)腐蝕電池，零件作為陰極，不會(huì)發(fā)生腐蝕。 電化學(xué)保護(hù)又可分為: (1)陰極保護(hù)(2)陽(yáng)極保護(hù)第44頁(yè)，課件共85頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

5.添加緩蝕劑 在腐蝕性介質(zhì)中加入少量能減少腐蝕速度的物質(zhì)，可減輕腐蝕，這種加入物叫緩蝕劑。按化學(xué)性質(zhì)，緩蝕劑可分為無(wú)機(jī)和有機(jī)二種:(1)無(wú)機(jī)緩蝕劑常用的有：重鉻酸鉀，二硝酸鈉，亞硫酸鈉等。(2)有機(jī)緩蝕劑一般是有機(jī)化合物，如胺鹽、瓊脂、糊精、動(dòng)物膠、生物堿等。

6、改變環(huán)境條件 如采用通風(fēng)、除濕、去掉二氧化硫氣體等。對(duì)常用金屬材料來(lái)說(shuō)，把相對(duì)濕度控制在臨界濕度（50%-70%）以下?？娠@著減緩大氣腐蝕。第45頁(yè)，課件共85頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第五節(jié)氣蝕

1、氣蝕現(xiàn)象

當(dāng)零件與液體接觸并產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，接觸處的局部壓力低于液體蒸發(fā)壓力時(shí)，形成氣泡。溶解的氣體也會(huì)析出形成氣泡。運(yùn)動(dòng)到高壓區(qū)，氣泡在被迫潰滅的瞬間產(chǎn)生極大的沖擊力和高溫，稱為水擊現(xiàn)象。氣泡形成與破滅的反復(fù)作用，使零件表面材料產(chǎn)生疲勞而逐漸脫落，呈麻點(diǎn)狀，逐漸擴(kuò)展成泡沫海綿狀，這種現(xiàn)象稱為氣蝕（又稱穴蝕）。第46頁(yè)，課件共85頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

2、減輕氣蝕的主要措施：

1）設(shè)計(jì)中盡量減少截面突變，加大圓角。 2）減小與液體接觸表面的振動(dòng)，以減少水擊現(xiàn)象的發(fā)生。例如提高剛度、采取吸振措施等。 3）選用耐氣蝕的材料，如球狀或團(tuán)狀石墨的鑄鐵、不銹鋼、尼龍等。 4）零件表面涂塑料、陶瓷等防氣蝕材料，也可在表面鍍鉻。 5）改進(jìn)零件結(jié)構(gòu)、減小表面粗糙度，減少液體流動(dòng)時(shí)產(chǎn)生渦流的現(xiàn)象。

6）在水中添加乳化油，減小氣泡爆破時(shí)的沖擊力。7）設(shè)法降低流體溫度，加緩蝕劑等。第47頁(yè)，課件共85頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第六節(jié)老化

定義：機(jī)械設(shè)備制造后，在長(zhǎng)期的使用或保管、閑置過(guò)程中出現(xiàn)精度下降、性能變壞、價(jià)值貶低的現(xiàn)象稱老化。第48頁(yè)，課件共85頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

一、老化的分類 機(jī)械設(shè)備老化可分為有形老化和無(wú)形老化兩大類。1.有形老化機(jī)械設(shè)備及零部件在使用或保管、閑置過(guò)程中，因摩擦磨損、變形、沖擊、振動(dòng)、疲勞、斷裂、腐蝕等使其實(shí)物形態(tài)變化、精度降低、性能變壞，這種現(xiàn)象稱為有形老化。在運(yùn)行中造成的實(shí)體損壞為第I種有形老化;在保管和閑置中由于殘余應(yīng)力引起的變形、金屬銹蝕、木材與皮革腐朽、橡膠與塑料老化變質(zhì)等自然力形成的實(shí)體損壞，稱第II種有形老化。第49頁(yè)，課件共85頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.無(wú)形老化由于科學(xué)技術(shù)進(jìn)步，而發(fā)生使用價(jià)值或再生產(chǎn)價(jià)格降低的現(xiàn)象，叫作無(wú)形老化，又稱經(jīng)濟(jì)老化。機(jī)械設(shè)備的技術(shù)結(jié)構(gòu)和經(jīng)濟(jì)性能并未改變，但因技術(shù)進(jìn)步、生產(chǎn)工藝改進(jìn)、勞動(dòng)生產(chǎn)率提高、增大生產(chǎn)規(guī)模，再生產(chǎn)該種機(jī)械設(shè)備的價(jià)格降低，使其貶值的現(xiàn)象為第I種無(wú)形老化。它雖使機(jī)械設(shè)備貶值，但本身的技術(shù)性能和使用腳趾并未降低，因此不存在提前更換的問(wèn)題。第50頁(yè)，課件共85頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

第II種無(wú)形老化是指因出現(xiàn)了結(jié)構(gòu)更巧、技術(shù)性能更佳、生產(chǎn)效率更高、經(jīng)濟(jì)效益更好的新型機(jī)械設(shè)備，使原機(jī)械設(shè)備顯得技術(shù)陳舊、功能落后、經(jīng)濟(jì)效益降低，造成貶值的現(xiàn)象。機(jī)械設(shè)備購(gòu)后應(yīng)盡快投入使用，努力提高其利用率，在有限的壽命期間內(nèi)創(chuàng)造更多的價(jià)值，得到更高的效益。第51頁(yè)，課件共85頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二、老化的數(shù)量指標(biāo)

一、有形老化指標(biāo) 1、以磨損為主的指標(biāo)：用零件實(shí)際磨損量與零件的最大允許磨損量之比值表示 2、以疲勞為主的指標(biāo)：它用零件實(shí)際工作時(shí)間與零件的疲勞壽命之比值表示 3、以零件的老化程度來(lái)計(jì)算整個(gè)機(jī)械設(shè)備的老化程度指標(biāo)。

4、以經(jīng)濟(jì)指標(biāo)計(jì)算的老化程度

用修復(fù)所有老化零件需要費(fèi)用，與確定機(jī)械設(shè)備老化程度時(shí)，該機(jī)再生產(chǎn)或再購(gòu)入的價(jià)值之比值表示。

5、以機(jī)械性能降低程度計(jì)算的老化程度

第52頁(yè)，課件共85頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

二、無(wú)形老化指標(biāo) 無(wú)形老化程度常用經(jīng)濟(jì)指標(biāo)衡量，并從生產(chǎn)效率方面加以修正。

第53頁(yè)，課件共85頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月三、綜合老化程度指標(biāo) 綜合考慮機(jī)械設(shè)備的有形老化和無(wú)形老化后，可得到綜合老化程度指標(biāo)，用下式表示第54頁(yè)，課件共85頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第55頁(yè)，課件共85頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

三、老化的規(guī)律

1.零件壽命的不平衡性和分散性零件壽命有兩個(gè)特點(diǎn)，即異名零件壽命的不平衡性和同名零件壽命的分散性。在機(jī)械設(shè)備中，每個(gè)零件的設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)和工作條件各不相同，老化的速率相差很大，形成了異名零件壽命的不平衡性。提高了一部分零件的壽命，而其它零件的壽命又相對(duì)縮短了，因此異名零件壽命的不平衡是絕對(duì)的，平衡只是暫時(shí)和相對(duì)的。第56頁(yè)，課件共85頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.機(jī)械設(shè)備壽命的地區(qū)性和遞減性機(jī)械設(shè)備的壽命受自然條件影響很大，如在惡劣工況條件下工作的工程機(jī)械、礦山機(jī)械等，其行走部分及減速箱的磨損會(huì)加劇;氣候和地理?xiàng)l件的影響，如在寒冷或炎熱以及沙漠地區(qū)工作的機(jī)械設(shè)備，其腐蝕和磨粒磨損劇增，進(jìn)一步擴(kuò)大了壽命的分散性。這種影響在相同地區(qū)具有相同的趨勢(shì)，因此稱機(jī)械設(shè)備壽命的地區(qū)性。受各方面條件的限制和制約，機(jī)械設(shè)備經(jīng)過(guò)維修，其技術(shù)狀況通常達(dá)不到預(yù)定的要求，壽命將隨維修次數(shù)的增加而呈遞減的趨勢(shì)，即所謂遞減性。3.機(jī)械設(shè)備性能和效率的遞減性在機(jī)械設(shè)備的有形老化中，有些是可以通過(guò)維修予以恢復(fù)。有些因技術(shù)或經(jīng)濟(jì)上的原因，在目前條件下還無(wú)法徹底恢復(fù)；因此，經(jīng)過(guò)維修的機(jī)械設(shè)備其性能和效率呈遞減的趨勢(shì)，即所謂遞減性。第57頁(yè)，課件共85頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第七節(jié)泄漏

定義：是指密封兩側(cè)面有間隙或壓力差，使密封容器的物質(zhì)發(fā)生滲出或漏出現(xiàn)象。 危害：污染工作介質(zhì)，加速零件磨損，浪費(fèi)資源，有的還會(huì)造成環(huán)境污染，危及人身安全。 分類：1、按泄漏部位分（1）接觸界面泄漏（2）層內(nèi)泄漏（3）破壞性泄漏2、按密封面是否有運(yùn)動(dòng)分

（1）靜泄漏（2）往復(fù)性泄漏（3）回轉(zhuǎn)性泄漏

第58頁(yè)，課件共85頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月治理：1、封堵

2、疏導(dǎo)

3、均壓

4、阻尼

5、拋甩

6、接漏第59頁(yè)，課件共85頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月失效實(shí)例1944年10月20日，美國(guó)東俄亥俄州煤氣公司液化天然氣儲(chǔ)藏基地，一臺(tái)直徑21.3m，高12.8m的圓筒形儲(chǔ)罐由于在1/3~1/2的高度處殼體破裂而噴出氣體和液體，隨后爆炸起火，20min后，一臺(tái)內(nèi)徑為17.4m的球罐因受熱倒塌而爆炸，由此造成128人死亡，當(dāng)時(shí)經(jīng)濟(jì)損失達(dá)680萬(wàn)美元。第八節(jié)失效分析技術(shù)簡(jiǎn)介第60頁(yè)，課件共85頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月失效實(shí)例1984年12月3日凌晨，在印度博帕爾市的美國(guó)聯(lián)合碳化物公司所屬的一家化工廠，由于安全裝置失靈，系統(tǒng)升壓導(dǎo)致儲(chǔ)罐管路破裂，泄出大量毒氣，造成375人死亡，2000人重傷。該市50萬(wàn)居民中有20萬(wàn)受到毒氣的侵害，其中2萬(wàn)人需要住院治療。有關(guān)方面要求美國(guó)公司賠償150億美元的損失費(fèi)。第61頁(yè)，課件共85頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月失效實(shí)例1979年9月7日，中國(guó)某電化廠氯氣車間的液氯鋼瓶爆炸，使10t液氯外溢擴(kuò)散，波及范圍7．25km2，致使59人死亡，779人中毒，當(dāng)時(shí)統(tǒng)計(jì)的直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)63萬(wàn)元。前不久中俄邊界化工廠失火，熄滅火的冷卻介質(zhì)流到工廠旁邊的江水中造成環(huán)境污染最終導(dǎo)致飲水困難第62頁(yè)，課件共85頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月美國(guó)墨西哥灣的英國(guó)抽油井發(fā)生在美國(guó)墨西哥灣的英國(guó)抽油井水原油泄漏，其原因就是在發(fā)生抽油井爆炸時(shí)，井下的閥門無(wú)法關(guān)閉。結(jié)果造成大量原油泄漏，經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)幾百億美元的損失和企業(yè)股票的嚴(yán)重下滑。還有我國(guó)大連原油碼頭儲(chǔ)存油罐爆炸問(wèn)題。也存在閥門無(wú)法打開(kāi)問(wèn)題。第63頁(yè)，課件共85頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月美國(guó)大型船舶斷裂第64頁(yè)，課件共85頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月綦江彩虹橋垮塌-脆性斷裂坍塌的彩虹橋第65頁(yè)，課件共85頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月軸承套圈斷裂失效第66頁(yè)，課件共85頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月Diagramoffatiguefractureface第67頁(yè)，課件共85頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第68頁(yè)，課件共85頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月金屬裝備及其構(gòu)件失效帶來(lái)人員傷亡和直接巨大的經(jīng)濟(jì)損失。同時(shí)失效也會(huì)造成驚人的間接經(jīng)濟(jì)損失。所謂間接的經(jīng)濟(jì)損失，主要包括由于失效迫使企業(yè)停產(chǎn)或減產(chǎn)所造成的損失；引起其他企業(yè)停產(chǎn)或減產(chǎn)的損失；影響企業(yè)的信譽(yù)和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力所造成的損失等。由于設(shè)備失效引起企業(yè)及與其相關(guān)的其他企業(yè)停產(chǎn)而造成的損失，往往難于精確計(jì)算，實(shí)際的損失可能比估算的數(shù)字還要大。第69頁(yè)，課件共85頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月失效分析定義和目的對(duì)裝備及其構(gòu)件在使用過(guò)程中發(fā)生各種形式失效現(xiàn)象的特征及規(guī)律進(jìn)行分析研究，從中找出產(chǎn)生失效的主要原因及防止失效的措施，稱為失效分析。通過(guò)對(duì)失效件的分析，明確失效類型、找出失效原因，采取改進(jìn)和預(yù)防措施，防止類似的失效在設(shè)計(jì)壽命范圍內(nèi)再發(fā)生，對(duì)裝備及其構(gòu)件在以后的設(shè)計(jì)、選材、加工及使用都有指導(dǎo)意義。這就是失效分析的目的。第70頁(yè)，課件共85頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月失效分析的分類失效分析的分類一般按分析的目的不同可分為:(1)狹義的失效分析

主要目的在于找出引起產(chǎn)品失效的直接原因。(2)廣義的失效分析

不僅要找出引起產(chǎn)品失效的直接原因,而且要找出技術(shù)管理方面的薄弱環(huán)節(jié)。(3)新品研制階段的失效分析

對(duì)失效的研制品進(jìn)行失效分析。第71頁(yè)，課件共85頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月(4)產(chǎn)品試用階段的失效分析對(duì)失效的試用品進(jìn)行失效分析。(5)定型產(chǎn)品使用階段的失效分析對(duì)失效的定型產(chǎn)品進(jìn)行失效分析。(6)修理品使用階段的失效分析對(duì)失效的修理品進(jìn)行失效分析。第72頁(yè)，課件共85頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

失效分析的意義(1)失效分析可減少和預(yù)防產(chǎn)品或裝備同類失效現(xiàn)象重復(fù)發(fā)生,從而減少經(jīng)濟(jì)損失或提高產(chǎn)品質(zhì)量。(2)失效是產(chǎn)品質(zhì)量控制網(wǎng)發(fā)生偏差的反映,失效分析是可靠性工程的重要基礎(chǔ)技術(shù)工作,是產(chǎn)品全面質(zhì)量管理中的重要組成部分和關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)。第73頁(yè)，課件共85頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月(3)失效分析可為技術(shù)開(kāi)發(fā)、技術(shù)改造、科學(xué)技術(shù)進(jìn)步提供信息、方向、途徑和方法。(4)失效分析可為裁決事故責(zé)任、偵破犯罪案例、開(kāi)展技術(shù)保險(xiǎn)業(yè)務(wù)、修改和制訂產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)等提供可靠的科學(xué)技術(shù)依據(jù)。(5)失效分析可為各級(jí)領(lǐng)導(dǎo)進(jìn)行宏觀經(jīng)濟(jì)和技術(shù)決策提供重要的科學(xué)的信息來(lái)源。第74頁(yè)，課件共85頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

另外歷史上：

促進(jìn)科學(xué)技術(shù)發(fā)展

例如，19世紀(jì)中期，鐵路運(yùn)輸?shù)某霈F(xiàn)給工作和生活帶來(lái)了方便，但不久后頻繁出現(xiàn)車軸的斷裂，當(dāng)時(shí)都無(wú)法解釋。通過(guò)對(duì)大量斷軸失效分析和試驗(yàn)研究工作，找到了原因：金屬構(gòu)件在交變應(yīng)力的作用下，即使該應(yīng)力遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于金屬材料的拉伸強(qiáng)度，經(jīng)過(guò)一定的循環(huán)積累，也會(huì)發(fā)生斷裂，這就是“疲勞”。此后經(jīng)物理學(xué)家、冶金學(xué)家、機(jī)械工程師反復(fù)、深入、系統(tǒng)的研究，使疲勞斷裂成為金屬材料強(qiáng)度學(xué)中的一個(gè)重要領(lǐng)域。第75頁(yè)，課件共85頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月如，第二次世界大戰(zhàn)期間，美國(guó)2500艘全焊接結(jié)構(gòu)“自由輪”發(fā)生了一千多次破壞事故，其中238艘完全報(bào)廢，19艘沉沒(méi)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，有24艘船舶甲板完全斷裂。事故大多發(fā)生在美國(guó)-冰島-英國(guó)