磨损与腐蚀失效分析资料课件.ppt

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1、2,1、磨损（1）磨损的概念:当相互接触的零件表面有相对运动时，表面的材料粒子由于机械的、物理的、化学的作用而脱离母体，使零件的形状、尺寸或重量发生变化的过程。（2）磨损程度的度量：长度磨损量WL、体积磨损量WV、重量磨损量WW、磨损率、磨损速度等。（3）耐磨性：在一定工作条件下材料抵抗磨损的能力。绝对耐磨性：用磨损量或磨损率的倒数来表示。相对耐磨性：两种材料磨损量的比值。,7.1 磨损失效分析,7.1.1 磨损及磨损失效,2,2、磨损失效 机械零件因磨损导致尺寸减小和表面状态改变并最终丧失其功能的现象称为磨损失效。磨损失效是个逐步发展、渐变的过程，有时磨损会造成断裂失效，在腐蚀介质中，磨损也

2、会加速腐蚀过程。,7.1 磨损失效分析,7.1.1 磨损及磨损失效,2,7.1 磨损失效分析,7.1.2 磨损失效分析 磨损失效分析可以概括为：用宏观及微观分析方法对磨损失效零件的表面、剖面及回收到的磨屑进行分析，同时考虑工况条件的各种参数对零件使用过程造成的影响，再考虑零件的设计、加工、装配、工艺和材质等原始资料，综合分析磨损发生发展的过程，判断早期失效的原因，或耐磨性差的原因。从而使选材、加工工艺和结构设计更趋合理，以达到提高零件使用寿命及设备稳定可靠的目的。,2,7.1 磨损失效分析,1、磨损失效分析的步骤,（1）现场调查及宏观分析：详细了解零件的服役条件和使用工况，了解零件的设计依据、

3、选材依据及制造工艺。确定分析部位并提取分析样品，包括摩擦副、磨屑、润滑剂及沉积物等。记录表面划伤、沟槽、结疤、蚀坑、剥落、锈蚀及裂纹等形貌特征，初步判断磨损失效的模式。（2）测量磨损失效情况：确定磨损表面的磨损曲线，查明磨损变化规律、最大磨损量及其所处部位。确定磨损速率，分析磨损情况是否正常，是否属于允许的范围。,2,7.1 磨损失效分析,1、磨损失效分析的步骤,（3）检查润滑情况及润滑剂的质量：检查润滑剂的类型，使用效果，是否变质等；检查润滑方式是否合理，过滤装置是否有效。（4）摩擦副材质的检查：力学性能、化学成分、钢种气体、夹杂物含量等；注意摩擦副工作前后的变化情况，表层及附近金属有无裂纹

4、、异物嵌入、二次裂纹、塑性变形及剥落等情况。（5）进行必要的模拟试验，并分析磨损表面、亚表面及磨屑的组织结构、形貌特征。（6）确定磨损机制，分折失效原因，提出改进措施。,2,7.1 磨损失效分析,2、磨损失效分析的内容,（1）磨损表面形貌分析 宏观分析：放大镜观察，实物显微镜观察 微观分析：扫描电子显微镜（2）磨损亚表层分析 a 冷加工变形硬化，且硬化程度比常规的冷作硬化要强烈的多；b 由于摩擦热、变形热等的影响，亚表层可观察到金属组织的回火、回复再结晶、相变、非晶态层等；c 可以观察到裂纹的形成部位，裂纹的增殖及扩展情况及磨损碎片的产生和剥落过程，为磨损理论研究提供重要的实验依据。,（3）磨

5、屑分析,2,7.1 磨损失效分析,3、磨损失效模式的判断,（1）粘着磨损的特征及判断 局部应力很高，产生严重塑性变形并产生牢固的粘合或焊合。强度较低的金属亚表层发生剪切撕脱，造成软金属粘着在相对较硬的金属表面，形成细长条状，不均匀，不连续的条痕；而在较软金属表面则形成凹坑或凹槽；粘合处强度进一步增加，使剪切断裂面深入到金属内表面，在较软金属表面形成梨沟。,粘着磨损、磨料磨损、疲劳磨损、腐蚀磨损、冲蚀磨损、微动磨损,2,7.1 磨损失效分析,3、磨损失效模式的判断,（2）磨料磨损的特征及判断 表面存在与滑动方向或硬质点运动方向相一致的沟槽或划痕。在磨料硬而尖锐的条件下，如果材料塑性较好，磨损表面

6、的沟槽清晰、规则、沟边产生毛刺；如果韧性较差，沟槽比较光滑。如果磨料不够尖锐而材料韧性较好，磨料不能有效切削金属，只能将金属推挤向磨料运动方向的两侧或前方，使表面形成沟槽，沟槽前方材料隆起，变形严重。材料的韧性很差或者材料的硬质点与基体的结合力较弱，会出现脆性相断裂或硬质点脱落，在材料表面形成坑或孔洞。,2,7.1 磨损失效分析,3、磨损失效模式的判断,（3）疲劳磨损的特征及判断 表面金属小片状脱落，在金属表面形成一个个麻坑，在麻坑的前沿或者根部，有表面疲劳裂纹或者二次裂纹。（4）腐蚀磨损特征及判断 腐蚀加速磨损，磨损促进腐蚀。在钢材表面会生成一层红褐色氧化物或黑色氧化物。,2,7.1 磨损失

7、效分析,3、磨损失效模式的判断,（5）冲蚀磨损特征及判断 兼有磨料磨损、腐蚀磨损、疲劳磨损等多种磨损形势及脆性剥落的形貌特征。磨损表面宏观粗糙，有时粒子会冲击出许多小坑。（6）微动磨损特征及判断 表面通常粘附一层红棕色粉末（磨损脱落下来的金属氧化物颗粒，将其除去后，可出现许多小麻坑。微动初期可看到不规则凸起，微动区域中可发现大量表面裂纹。,2,7.1 磨损失效分析,7.1.3 磨损失效的预防措施,1、改进结构设计及制造工艺 摩擦副的结构要有利于摩擦副间表面保持膜的形成和恢复、压力的均匀分布、摩擦热的散失和磨屑的排出，以及防止外界磨料、灰尘的进入等。加工制造中避免尺寸偏差、表面粗糙度不符合要求、

8、热处理组织不当、残余应力过大及装配质量差等问题。,2,7.1 磨损失效分析,7.1.3 磨损失效的预防措施,2、改进使用条件，提高维护质量 注意润滑剂的使用情况，避免出现超速、超载、超温、振动过大等情况。零件磨损后要及时维修，如轴心不正、间隙过大或过小等要及时调整。3、工艺措施 冶炼的成分控制、夹杂物和气体含量等，合适的热处理等。4、材料选择：正确选择摩擦副的材料是关键5、表面处理,2,7.1 磨损失效分析,7.1.3 磨损失效的预防措施,5、表面处理（1）机械强化及表面淬火机械强化是在常温下通过滚压工具对工件表面施加一定压力或冲击力，把一些易发生粘着的较高微凸体压平，减小摩擦系数。强化过程可

9、产生加工硬化效果，并产生有利的残余压应力。表面淬火是利用快速加热时零件表面迅速奥氏体化，之后快冷获得马氏体组织，表面获得高硬度及良好耐磨性。有火焰加热表面淬火、感应加热表面淬火、高能束（激光、电子束、太阳能）表面淬火、激光相变强化热处理等。,2,7.1 磨损失效分析,7.1.3 磨损失效的预防措施,5、表面处理（2）化学热处理将工件放在某种活性介质中，加热到预定温度，保温预定时间，使一种或几种元素渗入工件表面，通过改变工件表面的化学成分和组织，提高表面的硬度、耐磨、耐腐蚀等性能，而心部仍保持原来成分。有渗碳、渗氮、碳氮共渗、渗硼、渗金属以及多元共渗等。,2,7.1 磨损失效分析,7.1.3 磨

10、损失效的预防措施,5、表面处理（3）表面镀覆及表面冶金强化表面镀覆技术是将具有一定物理、化学和力学性能的材料转移到价格便宜的材料上，制作零件表面的表面处理技术，有电镀、化学镀、复合镀、电刷镀、化学气相沉积、物理气相沉积、离子注入等。表面冶金强化是利用熔化与随后的凝固过程，使工件表面得到强化的工艺，如热喷涂、喷焊、堆焊等技术。,2,7.2 腐蚀失效分析,7.2.1 腐蚀及腐蚀失效,1、腐蚀的概念材料与其所处的环境因素相互作用导致材料结构完整性的破坏现象，称为材料的腐蚀。,2、腐蚀失效（1）腐蚀失效形式 a 腐蚀造成受载零件截面积的减小而引起过载失效(断裂)b 腐蚀引起密封元件的损伤而造成密封失效

11、。c 腐蚀使材料性质变坏而引起失效。d 腐蚀使高速旋转的零件失去动平衡而失效。e 腐蚀使设备使用功能下降而失效。,2,7.2 腐蚀失效分析,3、腐蚀的分类,（1）按金属与介质的作用性质分化学腐蚀：由纯化学作用引起的损伤现象。其特点是腐蚀过程中无电流产生。又分为气体腐蚀和非电解液中的腐蚀。电化学腐蚀：金属与介质间发生的带有微电池作用的损伤现象。在腐蚀过程中伴有电流产生。电化学腐蚀的基本条件是电解质溶液中存在电位差。某金属的电极电位越负，则溶入溶液的倾向就越大，越易被腐蚀。当两种金属在电解质中接触时，电极电位负的金属加速腐蚀，电极电位正的金属则减缓腐蚀。,2,7.2 腐蚀失效分析,3、腐蚀的分类,

12、（2）按腐蚀的分布形态分 全面腐蚀：腐蚀发生在整个金属表面。局部腐蚀：从金属表面局部地区开始，并在很小的区域内选择性地进行，进而导致金属零件的局部损坏。又可分为点腐蚀、缝隙腐蚀、晶间腐蚀、选择性腐蚀、生物腐蚀及空泡腐蚀等。,2,7.2 腐蚀失效分析,7.2.2 腐蚀失效的基本类型,1、点腐蚀失效2、缝隙腐蚀失效3、晶间腐蚀失效 4、接触腐蚀失效 5、空泡腐蚀失效 6、磨耗腐蚀失效,2,7.2 腐蚀失效分析,7.2.2 腐蚀失效的基本类型,1、点腐蚀失效又称孔蚀，是电化学腐蚀的一种形式。隐蔽性强、危险性大。（1）形成过程：介质中的活性阴离子被吸附在金属表层的氧化膜上，并对氧化膜产生破坏作用，被破

13、坏的地方（阳极）和未被破坏的地方（阴极）则构成钝化-活化电池。由于阳极面积相对很小，电流密度大，很快形成腐蚀小坑。同时电流流向周围的大阴极，使此处的金属发生阴极保护而继续处于钝化状态。溶液中的阴离子在小孔内与金属正离子组成盐溶液，使小孔底部的酸度增加，使腐蚀过程进一步进行。,2,7.2 腐蚀失效分析,7.2.2 腐蚀失效的基本类型,1、点腐蚀失效（2）发生条件：只有在特定介质中的离子浓度达到一定值后才会发生点腐蚀。当介质中的氯离子和氧化剂同时存在时，容易发生点腐蚀。大部分设备发生点腐蚀失效都是由氯化物和氯离子引起，特别是次氯酸盐，其点腐蚀倾向很大。如果在氯化物溶液中含有铜、铁及汞等金属离子，其

14、危害更大。（3）形貌特征：大部分金属表面的腐蚀极其轻微，仅在局部出现腐蚀小坑；有的点蚀凹坑仍有金属光泽，凹坑的表皮去掉，可见严重的腐蚀坑；蚀坑的表面有时被一层腐蚀产物所覆盖，去除后，可见严重的腐蚀坑；在某些特定的环境条件下，腐蚀坑会呈现出宝塔状形貌。,2,7.2 腐蚀失效分析,7.2.2 腐蚀失效的基本类型,1、点腐蚀失效（4）影响因素 1）合金元素：对于不锈钢在氯化物溶液中的点腐蚀性能来说，镍、铬、钒、硅、钼、银、氮等元素有利；硫、锰、钛、硒、镉、铈等有害。2）组织结构：许多异相质点、敏化晶界及焊缝等缺陷组织容易成为点蚀敏感地区；组织不均匀性将引起选择性点腐蚀；含Al2O3的复合硫化锰杂质是

15、点腐蚀的最敏感部位。3）介质流速：在静止的介质中容易产生点蚀，而在流动的介质不容易产生。4）介质性质：含氯离子的溶液最易引起点蚀。5）介质温度：升高介质温度通常加大点腐蚀倾向性。6）表面状态：一般来说，金属表面越光洁、越均匀其耐腐蚀性能越好，粗糙的表面及机械损伤都会增加点腐蚀敏感性。,2,7.2 腐蚀失效分析,7.2.2 腐蚀失效的基本类型,（5）预防措施 1）降低介质中的卤素离子的浓度，特别是氯离子的浓度。2）提高介质的流动速度，并经常搅拌介质，使介质中的氧及氧化剂的浓度均匀。3）在设备停运期间要进行清洗，避免设备处于静止介质的浸泡状态。4）采用阴极保护法。5）选用耐点蚀的优良材料。6）对材

16、料进行合理的热处理 7）对机件进行钝化处理，以去除金属表面的夹杂物和污染物。,2,7.2 腐蚀失效分析,7.2.2 腐蚀失效的基本类型,2、缝隙腐蚀失效在金属与金属或金属与非金属表面之间的狭窄的缝隙内产生的一种局部腐蚀。如在螺栓联接、垫圈、衬板、缠绕和金属重叠处。（1）产生过程：在狭缝内由于溶液的移动受到阻滞，溶液中的氧逐渐消耗，使缝隙内的氧浓度低于周围溶液中的浓度，因此造成缝隙内金属成为小阳极，而周围金属成为大阴极，形成沿缝隙深度方向的局部腐蚀。（2）产生条件:狭缝尺寸及形状应满足腐蚀介质进入并滞留在其中的几何条件。狭缝的宽度为0.10.12mm时最敏感，大于0.25mm的狭缝，由于腐蚀介质

17、能在其中自由流动，一般不容易产生缝隙腐蚀。,2,7.2 腐蚀失效分析,7.2.2 腐蚀失效的基本类型,2、缝隙腐蚀失效（3）形貌特征：缝隙腐蚀一般只出现在设备或部件存在有狭缝的局部地区，呈现出一定形状的溃疡般沟槽或类似点腐蚀连成的片状破坏。（4）影响因素:合金元素、组织结构、几何因素（缝隙的几何形状、宽度、深度以及内外面积比）、环境因素（溶解氧量、电解质流速、温度、pH值、Cl-及SO42-的含量等）,2,7.2 腐蚀失效分析,7.2.2 腐蚀失效的基本类型,2、缝隙腐蚀失效（5）预防措施 1）合理的结构设计，避免形成缝隙或使缝隙尽可能地保持敞开，尽量采用焊接代替铆接和螺栓联接。2）尽可能不用

18、金属和非金属材料的连接件。3）在阴极表面涂以保护层，如涂防腐漆等。4）在介质中加缓蚀剂。5）选用耐缝隙腐蚀性高的金属材料。,2,7.2 腐蚀失效分析,7.2.2 腐蚀失效的基本类型,3、晶间腐蚀失效：在某些腐蚀介质中，晶粒间界可能优先发生腐蚀，使晶 粒间的结合力减弱，由此而引起的局部破坏。4、接触腐蚀失效:两种具有不同电位的金属在电解质溶液中接触时，导致其中一种金属腐蚀速度提高的腐蚀现象。5、空泡腐蚀失效：又称气蚀或空化腐蚀。在液体与固体材料之间相对速度很高的情况下，由于气体在材料表面的局部低压区形成的空穴或气泡迅速破灭，产生强烈的冲击波，使金属表面保护膜遭到破坏，形成蚀坑。蚀坑形成后，粗糙不平的表面又成为新生空穴和气泡的核心，同时，已有的蚀坑产生应力集中，促使材料表层进一步耗损，是力学因素和化学因素共同作用的结果。形貌为表面粗糙，呈海绵状。（液体管道的拐角处、截面突变部位、泵的叶片等地方）6、磨耗腐蚀失效：材料在摩擦力和腐蚀介质的共同作用下产生的腐蚀加速破坏的现象。金属表面呈现方向性明显的沟槽、波纹及山谷形花样。,