磨损失效分析
磨损失效的主要类型、显微机制、影响因素、注意问题等
磨损失效是机械设备和零部件的三种主要失效形式———断裂、腐蚀和磨损失效形式之一。
通常磨损过程是一个渐进的过程,正常情况下磨损直接的结果也并非灾难性的,因此,人们容易忽视对磨损失效重要性的认识。
实际上,机械设备的磨损失效造成的经济损失是巨大的[1～10,15]。
美国曾有统计,每年因磨损造成的经济损失占其国民生产总值的4%。
2004年底由中国工程院和国家自然科学基金委共同组织的北京摩擦学科与工程前沿研讨会的资料显示,磨损损失了世界一次能源的三分之一,机电设备的70%损坏是由于各种形式的磨损而引起的;我国的GDP只占世界的4%,却消耗了世界的30%以上的钢材;我国每年因摩擦磨损造成的经济损失在1000亿人民币以上,仅磨料磨损每年就要消耗300多万吨金属耐磨材料。
可见减摩、抗磨工作具有节能节材、资源充分利用和保障安全的重要作用,越来越受到国内外的重视。
因此,研究磨损失效的原因,制定抗磨对策、减少磨损耗材、提高机械设备和零件的安全寿命有很大的社会和经济效益。
1 磨损和磨损失效的主要类型磨损———由于机械作用造成物体表面材料逐渐损耗。
磨损失效———由于材料磨损引起的机械产品丧失应有的功能。
通常,按照磨损机理和磨损系统中材料与磨料、材料与材料之间的作用方式划分,磨损的主要类型可分为磨料磨损、粘着磨损、冲蚀磨损、疲劳磨损、腐蚀磨损和微动磨损等类型。
1.1 磨料磨损由外部进入摩擦面间的硬颗粒或突出物在较软材料的表面上犁刨出很多沟纹,产生材料的迁移而造成的一种磨损现象称为磨料磨损。
影响这种磨损的主要因素:在多数情况下,材料的硬度越高,耐磨性越好;磨损量随磨损磨粒平均尺寸的增加而增大;磨损量随着磨粒硬度的增大而加大等。
1.2 粘着磨损在两摩擦表面相对滑动时,材料发生"冷焊"后便从一个表面转移到另一个表面,成为表面凸起物,促使摩擦表面进一步磨损的现象称为粘着磨损。
影响粘着磨损的主要因素:同类的摩擦副材料比异类材料容易粘着,采用表面处理(如热处理、喷镀、化学处理等)可以减少粘着磨损;脆性材料比塑性材料抗粘着能力高;材料表面粗糙度值越小,抗粘着能力也越强;控制摩擦表面的温度,采用的润滑剂等可减轻粘着磨损等。
材料的磨损失效分析论文
材料的磨损失效分析论文摘要：磨损失效是各种机械设备和工业系统中经常面对的问题，工程材料的磨损失效分析研究已经成为材料科学领域中的一个重要分支。
本文主要从材料磨损失效的定义、磨损机理、影响因素等方面进行论述，同时也介绍了各种常用的磨损试验和磨损机制的分析方法。
一、引言材料磨损失效是材料科学领域中的关键问题之一，也是各种机械设备和工业系统中经常面对的问题。
磨损失效对于材料的性能、寿命以及工程系统的运行稳定性等都有着重要的影响。
因此，材料的磨损失效分析研究已经成为材料学家和工程师们在实践中面对的一个重要课题。
二、定义磨损失效是指材料表面经过一段时间的磨擦、摩擦或冲击等作用后，发生的表面金属被剥蚀、脱落或破裂等现象。
磨损失效的产生会引起零件的尺寸变化、功能失效等，并且会导致机械设备的整体质量下降、效率降低，甚至直接影响设备的安全性。
三、磨损机理材料的磨损失效产生的原因是多种多样的，主要包括机械磨损、化学磨损和疲劳磨损等。
机械磨损：是指当材料表面受到摩擦或磨擦力的作用时，表面会出现磨损或剥落，这是最常见的磨损机理之一。
化学磨损：是指当材料表面发生化学反应时，会产生一定的磨损现象。
例如，酸性溶液中的金属腐蚀就是一种典型的化学磨损现象。
疲劳磨损：是指当材料表面受到重复的载荷作用时，会产生一定的磨损现象。
例如，当材料表面反复承受机械振动或冲击时就会产生疲劳磨损现象。
四、影响因素磨损失效的产生不仅与材料本身的性能有关，还与外界环境、工作条件等相关因素有关。
主要影响因素包括：材料硬度：材料硬度高时，耐磨性能较强，相反，材料硬度低则耐磨性能较弱。
材料的组织结构：材料的组织结构越细致，材料的强度和硬度越高，抗磨性能也就越强。
载荷和速度：当外部载荷或速度增大时，耐磨性能也会随之减弱。
工作环境：物理性能、化学性质以及工作环境的pH值等因素都会对材料的耐磨性能产生影响。
五、磨损试验磨损试验是磨损失效分析的重要部分，目的在于了解材料的磨损失效性能，并开展磨损机理和降低磨损失效的研究。
发动机主要零件磨损失效分析
（）温 度 是粘着 磨损最 重 要 的因素 。活塞环 区 ２ 域温 度 的升高 使得润 滑 油的粘 度降低 ，润 滑条件 变
坏， 这样就 容 易产 生粘 着接触和 活塞 卡死 的危 险 。 （ ）发动机 转 矩 （ ３ 即平 均有 效压 力 ） 加及 转速 增
增 加 （ 即活 塞速 度 增加 ）会 导致 温 度提 高 而使 磨 也 ， 损 增加 。 （）汽 油机 的浓混 合气会 造成 润滑 油大量 稀 释 ４ 和 粘度 的下降 ，从 而减 小流体 动 力润滑 的范 围 。例 如， 节气 门使 用不 当会 显著地 增加粘 着磨 损 。 而稀 混 合 气会 产生 过 多的氧 ，特别 是在 柴油机 中会使 与 燃 气接触 的零件 表面 氧化 ，促 使造成 腐蚀 磨损 的酸 性 燃 烧产 物 的形 成 。 （ ）内燃机在 起动 时 由于润 滑条件 不好 ，此 时 ５
因而它与缸壁 、 活塞环的温度有关 ， 也与冷介质的温
度有关 。
凸轮 挺柱 摩 擦 副在 很 高 的接 触 压 力 下 工作 ， 其 磨损 形式 主要 有以下 几种 ： １ 着 磨损 。凸轮 挺 柱摩 擦 副 的粘 着磨 损 通常 ． 粘 由瞬 时高温 引起 。 在整 个挺 柱升 起 的过程 中 ， 表面 两
活塞 和活塞 环对 缸套 的磨擦 几乎 为干摩 擦 ，以致 造
封 不严之处 时 ，大量 含有 灰尘 的空气 未 经滤清 器 即
被 吸 入气缸 中 ， 造成 磨损 。 故障 之处在 于 进气管 与气 缸体 贴合平 面 上有伤 痕 ， 其 间隔进 入异 物 ， 气管 或 进
垫损 坏或进 气管 座 固定螺 栓折 断 、 动等 ， 松 都会 造 成
四、 装配 不 当
第十二讲 腐蚀和磨损失效分析
刹车片宏观图片
（制动盘为灰铸铁） （制动片为钢纤维增强复合材料）
制动盘的微观形貌图
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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。
齿面硬度偏低和冶金缺陷导致的接触疲劳 （大量的麻坑、局部剥落和磨损痕迹）
2
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（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、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。
连铸辊
浆料循环泵
2
冲蚀磨损宏观图片
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布料溜槽宏观图片
连铸辊宏观图片
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5.1.3 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。
2
粘着磨损宏观图片
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辊子和辊道粘着磨损宏观图片
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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。
摩擦磨损失效案列分析
图2 前尖部腐蚀磨损形貌 1000x
图3 前尖部斜切面腐蚀磨损形貌 2000x
高铬铸铁铝矿浆泵泵壳腐蚀磨损失效分析
图 5 后底部腐蚀磨损形貌 1000×
图2 前尖部腐蚀磨损形貌 1000x
首先将泵壳沟槽前尖部、 后底部的腐蚀磨损特征与 其材料纯腐蚀特征对比
腐蚀磨损失效实例磨粒磨损 粘着磨损
微动磨损
磨损
表面疲劳失效磨损
腐蚀磨损
磨损分析步骤和主要方法 1 了解失效零件 的机械功能 2 了解零部件相 对运动的方式或 速度 3 了解耦合表面 所受的力或应力 4 了解润滑剂品 种、润滑方式及 换油周期 5 了解零件的工 作环境是否合适: 磨粒颗粒、水分 、腐蚀气体以及 温度等。 6 了解该零件及其 耦合件的材料以及 工艺条件，尤其是 实际执行的情况 7 了解零件的寿命 、磨损量 8 在宏观和微观范 围检查磨损表面以 及摩擦表面下的组 织情况 9 根据以上所获信 息判断出磨损形式 和失效原因
高铬铸铁铝矿浆泵泵壳腐蚀磨损失效分析
二 、工况介绍
铝矿浆泵 LC250. 580用于 输送经研磨后的铝矿浆。 C 一般入泵铝矿石粒度小于 1mm,矿浆浓度40%～ 45% 。 泵流量 630 m3/h。矿浆整 体流向为由左至右。 矿浆 碱浓度 230g 1.89 /L(Na2O) ,pH> 14,温度 80～ 100°C。 铝矿主要为 一水硬铝石 ,成分 (ω% ):Al2O3 60～ 65, Fe2O3 14～ 17, SiO2 3. 5～ 4. 5, TiO23. 5～ 4. 5。 铝矿 序 号 莫氏硬度 7。
1
表1 泵壳的化学成分
Si Mn Cr Ni Mo P S
材料失效分析论文
二、我国材料磨损失效的研究以及进展
一些传统工艺正在逐步被更 换和改变
马鞍山东友集团与东洋铁
例如，宁国耐磨材料总厂从
球公司合资引进的金属模磨 球生产线
日本新东公司引进的 VRH 法 铸钢生产线
这种金属模磨球生产线也已
在我国自行研制成功并在江 西东乡铜矿得到成功应用
这使耐磨产
品的生产效率大大提高，质 量更加稳定并为我国的耐磨 材料产品走
一、前言
作为科技支柱之一的材 料技术的发展直接关系 到国家经济、科技
材料失效分析的建立是 发
决能力，代表了一个国 家的科学技术发展水平 和管理水平
的发展水平，材料失效 问题普遍存在于各类材 料中，它直接影响着
达国家工业革命的一个 重要起点，材料的失效 分析和预测预防工作
磨损、
产品的质量，关系到企 业的信誉和生存
材料的磨损过程往往是多因素共同作用的系统过 程和动态过程，有其特殊性和复杂性 影响材料磨损性能的各种因 素包括：①摩擦副材料(包括材质和表面处理) ②技术(包括剂和方 式) ③环境条件(包括温度、气氛和介质) ④摩擦条件(包括接触形 式、运动形式、负荷以及速度)
三、磨损失效的模式以及原因
⑤结构设计 ⑥管理 对一个具体 的磨损失效问题而言，如何透过现象看本质，在上述诸多影响因素 中，找到起主导作用的因素，并提出合理的预防应对措施，是解决 问题的难点和关键所在
二、我国材料磨损失效的研究以及进展
究磨损和耐磨材料的机构和生产企业已有好几百家，耐磨易损件的 总产量每年可达几百万吨 其中，有的生产企业年产量已超过四万 多吨，产值在 2 亿元以上 所以，耐磨材料行业已在工业中占有相 当的比重 (3)耐磨材料新技术、新工艺和新产品正在不断开发和应用 近 年来，已从国外引进和自制了几条生产线并采用了一些先进的设备，
磨损失效分析
粘着磨损模型
类型
破坏现象
破坏原因
轻微磨损 涂抹 擦伤 撕脱 咬死
剪切破坏发生在粘着结合 面上，表面转移的材料极 轻微。
剪切破坏发生离粘着结合 面不远的软金属层内，软 金属涂抹在硬金属表面。
粘着结合强度比摩擦副的基体金 属都弱。
粘着结合强度大于较软金属的剪 切强度。
剪切发生在较软金属的亚 表层内，有时硬金属表面 也有划痕。
磨损失效分析
磨损失效分析
• 磨损失效----就是由于材料磨损引起的机械产品 丧失应有的功能。
• 特点： 断裂失效：突发性 后果灾难性 有一定偶然性 磨损失效：渐进性 非灾难性 必然性
• 磨损失效分析： • 重要性往往被忽视
意义重大-----具有重大的经济效益和社会效益。 美国曾有统计：每年因磨损造成的经济损失占 其国民生产总值的4%。在我国，磨损造成的经 济损失在1000亿人民币以上。
第一节 摩擦和磨损的基本概念
• 当两个相互接触的物体或物体与介质之间在外 力作用下，发生相对运动，或者具有相对运动 的趋势时，在接触表面上所产生的阻碍作用称 为摩擦。这种阻碍相对运动的阻力称为摩擦力。
• 摩擦按照接触面运动方式的不同，可以分为滑 动摩擦、滚动摩擦。
• 相互接触的一对金属表面相对运动时，表面金 属不断发生损耗或产生残余塑性变形，使金属 表面状态和尺寸改变的现象称为磨损。
过屈服极限，因而发生局部塑性变形， 引起残余应力。 • 热应力—两接触面相对滑动时要产生摩 擦，使接触区局部温度瞬时升高。 • 润滑 • 接触面的几何形状
第四节 磨损过程
磨损过程大致可分成三个阶段。
第五节 粘着磨损
• 相对运动的物体接触表面发生了固相粘 着，使材料从一个表面转移到另一个表 面的现象，称为粘着磨损。
材料磨损失效与预防分析论文
材料磨损失效与预防分析论文材料磨损失效与预防分析磨损是材料技术中长期以来的一个重要问题，可能会导致材料的失效和性能下降。
在工业和生产中，磨损不仅会导致设备的过早失效，还会带来额外的维护和修理成本。
因此，材料磨损失效的研究和预防对于提高材料的使用效率和降低成本具有重要意义。
材料磨损机理材料磨损是由于材料表面受到一定力量和摩擦作用，造成表面和内部的物质损失和材料晶体结构的改变。
磨损可分为三种类型：磨料磨损、表面疲劳磨损和液体磨损。
材料的磨损是一个复杂的系统过程，其机理的研究可以加深人们对材料的理解和开发，在生产实践中应用某些措施减少或延缓材料的磨损。
磨损的预防减少磨损不仅可以延长设备使用寿命，还可以提高材料的效能和性能，因此预防磨损是非常重要的。
减少磨损的措施包括：1.选择正确的材料磨损的减少从材料的选择开始。
在选择材料时，应根据设备的实际工作条件、使用环境和磨损的机理分析来选取相应的材料。
例如，一些应用对耐磨性能要求很高的设备，可以使用高碳铬钼合金钢或陶瓷材料等。
2.表面处理对材料表面进行特殊的处理可以增强其防磨损性能。
比较常见的表面处理方法包括化学镀、电镀、机械加工和喷涂等。
表面处理不仅可以提高材料的耐磨性，同时还可以增加其硬度和强度，减少表面粗糙度，更好地应对不同的工作环境。
3.润滑处理在材料接触和摩擦的过程中，润滑剂可以减少材料的磨损。
不同的工作环境需要使用不同类型的润滑剂，如液体和半固体润滑剂，涂层和喷雾润滑剂等。
润滑处理的好处是可以减少磨荡、磨削和划痕，从而可以防止材料失效。
4.提高清洁度对于高精度设备，提高清洁度和防尘效果非常重要。
污染和灰尘会影响设备的稳定性和使用寿命，很多磨损和失效都是因为不清洁造成的。
因此在实际生产中，必须保持设备和材料的清洁度，尽量避免灰尘和污垢的积聚。
5.检测和维护无论是预防还是修复，都需要及时检测和维护。
通过仔细的磨损情况分析，可以发现各种类型的磨损和失效现象，及时采取预防措施和维护方法，可以更好的保护设备和材料，延长其使用寿命。
磨损失效分析及耐磨材料的现状和展望
工艺不断改进 目前 , 高锰钢 , 低合金钢 , 抗磨白口铸铁 , 高 、
中 、低铬合金铸铁 , 贝 、马氏体球铁等耐磨材料都得 到了成功应用 。特别是国内研制成功了一些符合国情 的耐磨材料及产品 。其中 , 用量较大的磨球等产品已 分别制定了建材 、冶金 、电力部门标准以及国家标 准。 213 耐磨材料产品的质量日益受到重视 , 检测手段 不断改善ina Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.
· 24 · J an 2000
FOUNDRY
Vol149 No11
ZHOU Ping2an (Chine se Agricultural Machiney Institute , Beijing 100083 , China)
Abstract : In this p ap er , generally sp eaking , the system prop erty of wear and the ba sic study method for wear and the pre sent of wear2re sisting metals in China were given. Putting forward some methods solve s pro blems pre sented. Key words : wear , lo se efficacy analysis , wear2re sisting metal
破碎机耐磨部件磨损失效分析
粘着磨损常 常发生在经过机械加工后的零部件 。粘着磨损是指在 滑动摩擦时 ，摩擦副接触表面局部发 生金属粘着 ，在 随后相对滑动中 粘着处被损坏 ，而使金属屑粒从零件表面被拉拽下来或零件表面被擦 伤 的一种磨损形式 。当两个相互作用表面接触时 ， 接 触仅在少数几个 孤 立的微 凸体顶尖上发生 ，由于接触面积小 ，所以在这些接触着得面 积上就会 产生很 大的应力 ，使得接触表面发生塑性变形 ，表面膜层 因 金属流动而遭 到破坏 ， 使得金属原子直接接触 ，从而产生金属原子 间 的键合 ，形成了冷焊点 ，也 就产生 了粘着现象 。然后在随着相对滑动 的进行 ，粘着处发生破坏 ，而使有金 属屑粒从零件表面被拉拽下来 ， 因 产生 了磨损 。粘着磨损 过程一般分 为三个 阶段 ：磨合阶段 、稳定 磨损阶段 和剧烈磨损阶段 。
四 、 警 柬 语 ． ， ． ，
应 的
一
应 的 解 决 方 法 ， 但 鼗 是 由 于 笔 者 的 磊 能 力 有 限 ， 要 说 器 明 可 能 还 某 不 塞 全 面 ＿ ， 希 望 一 变 ～ 频 ～ 器 … 的 …… 工 作 原 一 理 … 中 国 …一 机 械 出 … 版 … 社 阙 … 一
１ ． ５ 冲蚀 磨损
冲蚀磨损又称为浸蚀磨损 ，它是指流体或固体以松散的小 颗粒按 定 的速度 和角度对材料表面进行冲击所造成的磨损 。冲蚀磨损与腐 蚀磨损 的Ｉ Ｘ ￣ ， ｌ 是前者对材料表 面的破坏 主要是机械力作用引起 ，腐蚀
一
圈１动甄板挤压上升时的受力图
变频器风机停运 。
［ １ 】 《 通辽电厂电气变频器运行规程 》
１ ． ２ 磨 料磨 损
磨料磨损一般是指硬的磨粒或凸出物在 与摩擦表面互相接触运动 的过程 中，使表 面材料发生损耗的现象。在工业实际生产 中，磨料磨 损 造成 的材料损耗是最高的 ，约５ ０ ％以上 的磨损失效是 由于磨料磨损 造成的。 目前关 于磨料磨损 的机理 主要有微观切削 、微观犁沟 、微观 剥落等 。 在实 际磨粒磨损过程 中，往往是几种磨损机制 同时存在的 ，但是 以某一种磨损机制为主。上述几种磨 损机制 中，以微观切削对材料所 造成的磨损最为严重 ，而微观剥落的影响在某些脆性较大 的材料 中所 造成的磨损也较为严重 。
汽车减振器连杆磨损失效和断裂力学分析
汽车减振器连杆磨损失效和断裂力学分析汽车减振器连杆是连接减振器和车身底板的重要部件，承受着车身重量和减振器作用力。
由于长期使用和外界环境等因素的影响，减振器连杆可能会出现磨损失效和断裂等问题。
本文将对这两种力学失效进行分析，以探讨其原因和影响。
1. 磨损失效分析：磨损失效是减振器连杆长期使用造成的，其主要原因包括以下几点：1.1 载荷过大：长期承受大车身重量和减振器作用力，容易导致减振器连杆受力过大，从而加速磨损失效的发生。
1.2 摩擦磨损：在减振器连杆与周围部件接触的摩擦过程中，摩擦力会导致连杆表面的金属层发生磨损，进而影响其力学性能。
1.3 材料质量：减振器连杆的材料质量直接影响其抗磨性能。
选择低质量的金属材料或者生产工艺不合格都会导致连杆容易发生磨损失效。
1.4 粗糙表面：减振器连杆表面的粗糙度较高时，会导致摩擦产生更大的磨损，加速其失效过程。
2. 断裂力学分析：减振器连杆断裂是一种严重的力学失效，可能会导致车辆失控和安全隐患。
其主要原因如下：2.1 力学疲劳：长时间的高频振动和重复载荷会使减振器连杆产生应力集中现象，从而导致断裂。
接口处的连杆头和车身连接处是容易发生应力集中的关键部位。
2.2 弯曲和拉伸应力：在行驶过程中，减振器连杆会承受来自车身的弯曲和拉伸应力，在一些不合适的工况下，这些应力可能超过连杆的承载能力，导致断裂。
2.3 腐蚀和氧化：减振器连杆可能长期暴露在潮湿或腐蚀性环境中，会引起材料的腐蚀和氧化，进而降低其强度和韧性，增加断裂的风险。
2.4 制造缺陷：一些制造缺陷，如裂纹、材料内部夹杂、不良焊接等，都会导致减振器连杆的断裂。
为了避免减振器连杆的磨损失效和断裂问题，应采取以下措施：- 选择优质的材料，并加强生产工艺控制，确保减振器连杆质量合格。
- 定期检查减振器连杆的磨损情况，及时更换磨损严重的连杆。
- 加强车辆的维护保养，防止减振器连杆长期暴露在恶劣环境中。
- 设计合理的减振器连杆结构，减小应力集中和应力幅值。
金属材料磨损失效分析及防护措施
金属材料磨损失效分析及防护措施随着社会的不断发展，材料工业行业也进入了一个良好稳定的发展状态，然而当前该行业在发展的过程当中面临一个普遍的问题就是金属材料磨损的问题。
金属磨损不仅造成了大量的经济损失同时也导致其生产的产品质量的下降。
因此对于相关的人员来说，他们应当分析金属材料磨损失效的原因，同时采取一定的防护措施，有效地提高企业的经济效益。
本文从金属材料磨损过程、金属材料磨损失效的危害、金属材料失效磨损的基本形式、金属材料磨损失效防护措施四方面进行介绍。
关键词：金属材料;磨损失效;分析;防护措施引言：在当前的工业企业机械设备中，金属磨损失效现象是一个较为常见的问题。
它不仅影响机械设备的可靠性和安全性，而且还会对企业的正常生产产生影响，造成经济损失。
一些磨损较为严重的设备在使用的过程当中还可能会造成恶劣安全事故，因此需要对金属材料磨损高度关注，了解金属材料磨损失效的机理，并对防护措施进行深入的研究，促进机械设备安全、稳定的运行，保证企业的经济效益。
1 金属材料磨损过程1.1跑和阶段跑和阶段是金属材料磨损的初始阶段，由于磨损物体之间具有一定的粗糙度，造成它们之间的相互摩擦，物体凸起的地方相对接触力度较大，磨损程度更深，磨损的速度相对较快。
当物体磨损一段时间后，两个物体磨损的表面接触面积增加，这时候磨损的速度也逐渐降低。
1.2稳定磨损阶段稳定磨损阶段在跑和阶段之后，由于跑和阶段已经进行了前期的磨损，凸起的地方相对较少，两物体之间磨损的接触面积增大，粗糙度降低，压强减小，此时物体磨损将进入到稳定阶段，这一阶段磨损量与磨损时间的长短有关[1]。
1.3剧烈磨损阶段剧烈磨损阶段是金属材料磨损的最后阶段，由于前期时间的磨损，金属材料的温度以及内部的组织条件已经产生变化，这些变化也在逐渐地提高材料磨损的速度，对机械设备的运行造成影响。
机械设备的工作效率将大大地降低，运作的过程当中也伴随着噪音以及机械的震动，直到零件磨损到最后失效为止。
煤矿机械磨损失效分析研究
煤矿机械零部件大都失效于磨料磨损。 如掘进机和采煤机 截齿及 筛磨 损 即使在封闭 的减速器 中， 或液压 系统 中的零件， 虽然不 与煤 滚筒 、 刮板输送机 中部槽和链条 、 锚杆机钻架导 向板 和钻杆 、 带行走 岩直 接接 触。 履 仍然有 严重的磨料磨损ｆ 油液 中混有 大量 的细小煤 尘粒 子便是证 明） 磨损 主要是 以磨料磨损为主， 伴有其它形 式的磨 损。 设备履带板 、 破碎机齿板等
与磨料刺人深度 有关 。 在法 向载荷一定 的条件下 ， 大 的压应 力。 带有锐利棱角并具有合适的迎角的磨料能切削截齿表面 成 切 削量 的大小， 因而切削量也较大， 磨损率较高 。 形 成显微切 削； 中软磨料 ｆ 和粘土等） 煤 原煤 不够尖锐 或刺入截齿 表面 硬度较低 的材料刺人深度较大， 角 度不适 当． 则在 截齿表 面挤 出犁沟 ． 复对截齿 表面推挤 。 反 材料表 面产 生裂 纹， 裂纹扩展， 最后截 齿表面形 成薄片状磨 屑而断裂脱落 。 焊接 在滚筒上 的齿座磨损 也极其严重。 当截齿 和齿座 内壁出现缝
切向力使磨 料向前 推进形成 沟槽 。材料 在磨料 煤矿 机械 的工 况是多样 的． 磨损 可能产生 于两个工作 表面之 间， 使磨料压人材料表 面， 的作 用下， 或被切 削至沟槽前端， 或被犁削至沟槽两侧， 发生变形 、 断 也可能是松散磨料在 自由滑动 ｒ 滚动） 状态下作用于工作 表面。 裂， 最后以初生磨屑（ 切屑） 或次生磨屑（ 犁屑） 的形 式脱离磨损表 面。 ２１ ．采掘设备截齿 和截割滚筒 的磨损失效 切屑ｆ 初生磨屑） 的形成过程与金属切削相 似， 即在其 刃角相对运 掘进 机和采煤机截齿 、齿座及滚筒 的磨 损以磨料磨损失效 为主， 处 伴有其它形式 的磨损 截齿工作 时， 中硬磨料与截齿表面间产生较 动方 向． 于有利切 削位置 的磨 料对金属 表面实 施的切 削作 用 下形 煤
磨损失效分析
摩擦磨损试验机
影响粘着磨损的因素
• • 材料特性的影响 接触应力与滑动速度的影响
磨粒磨损
• 磨粒磨损也称为研磨磨损。它是摩擦副一 方硬度远大于另一方，或者接触面之间存 在硬质点发生的磨损。
磨粒磨损过程与特征
• 磨粒磨损的最显著特征是接触面上有明显 的磨削痕迹。 • 磨损量与接触压力、摩擦距离成正比，与 材料的硬度成反比，同时与硬材料凸出部 分尖端形状有关。 • 磨粒磨损失效的主要方式：①切削；②堆 挤；③辗压、抹平；④断裂、剥落。
•
接触应力
• 零件之间的接触面一般都较小。因此在接触面上及其附近 的压力很大。由于接触点附近的材料处于三向受压的压力 很大，材料往往仍处于弹性状态。同时，接触应力存在于 非常小的局部区域，即使它的计算应力值达到材料的屈服 极限，也只不过在这局部区域内发生塑性变形。
影响接触应力的主要因素
• ① 残余应力——往往在不太大的法向载荷下，接触区中 某些点上的应力就已达到材料的屈服极限，因而发生局部 塑性变形，引起残余应力。 • ② 热应力——两接触面相对滑动时要产生摩擦，是不太大的摩擦热，就足以使 此微小体积的局部温度升高，从而引起热应力。 • ③润滑——在相对滑动的两接触面间通常是有润滑的，润 滑状况首先影响摩擦系数的大小因而也影响了热应力及切 向载荷。此外，在接触面间还可能产生动压油膜，油膜的 存在使接触区的大小、形状及压力的分布也要发生变化。 • ④ 接触面的几何形状——接触表面的微观不平度使得接 触表面几何图形复杂。接触应力、热应力与油膜应力也要 使接触表面的形状与理想状态发生偏差。
•
•
疲劳磨损
• 两接触面作滚动或滑动，或是滑动与滚动 复合的摩擦状态，在交变接触应力的作用 下，使材料表面疲劳而产生物质流失的过 程，称为表面疲劳磨损，也称为接触疲劳 磨损。易产生表面疲劳磨损的零件如齿轮 表面、轴承表面、凸轮等。
磨损失效实例分析
(2)高温强碱铝矿浆使叶轮产生严重的碳化物相界腐蚀, 基体碱脆裂纹, 基体活化腐蚀溶解 。冲蚀磨损加剧 了这一过程。而严重的腐蚀又是了冲蚀磨损
Block Diagram
在此苛刻工况下高铬铸铁作为泵壳材质并不理想保证较高硬度的前提下 ,应 选择具有更好抗强碱腐蚀性能和有适当韧性的材质
头 ) ,基体剥落坑又大又深 (图 3双箭头 ) ,基体碱脆 裂纹更加明显 (图 4箭头 ) ,亚表层裂纹扩展相连 (图 3单箭头 ) ,整个基体腐蚀磨损剥落而显示更加粗糙。
难以见到显微切削的痕迹;而后底部则不同
高铬铸铁铝矿浆泵泵壳腐蚀磨损失效分析
结论
综上所述 ,泵壳失效的根本原因是高温强碱腐蚀与较高 角度冲蚀磨损的综合作用 ,其中腐蚀所起的作用更为重 要。 严重的碳化物相界腐蚀使碳化物与基体分离 ,失去 了良好的支撑 ,在高角度冲蚀磨损过程中逐渐断裂剥落 , 即腐蚀促进了磨损;强烈的基体“碱脆” ,即阳极溶解型 应力腐蚀开裂 ,显微裂纹萌生与扩展 ,加剧了冲蚀磨损 , 促使基体不断剥落;泵壳材料自身耐高温强碱腐蚀性能 不佳 ,基体活化溶解剥落也是失效原因之一;矿浆对泵壳 的冲蚀特别是高角度冲蚀磨损 ,不仅使材料直接流失 , 又使材料产生较大的应力 ，更促进了腐蚀 ,加速了碱脆 裂纹的萌生与扩展。
图图22前尖部腐蚀磨损形貌前尖部腐蚀磨损形貌1000x1000x图图33前尖部斜切面腐蚀磨损形貌前尖部斜切面腐蚀磨损形貌2000x2000x高铬铸铁铝矿浆泵泵壳腐蚀磨损失效分析图图55后底部腐蚀磨损形貌后底部腐蚀磨损形貌10001000图图77泵壳材料试验室高温强碱腐蚀形貌泵壳材料试验室高温强碱腐蚀形貌10001000图图22前尖部腐蚀磨损形貌前尖部腐蚀磨损形貌1000x1000x首先将泵壳沟槽前尖部首先将泵壳沟槽前尖部后底部的腐蚀磨损特征与后底部的腐蚀磨损特征与其材料纯腐蚀特征对比其材料纯腐蚀特征对比高铬铸铁铝矿浆泵泵壳腐蚀磨损失效分析图图66后底部斜切面腐蚀磨损形貌后底部斜切面腐蚀磨损形貌10001000图图33前尖部斜切面腐蚀磨损形貌前尖部斜切面腐蚀磨损形貌2000x2000x图图88泵壳材料试验室高温强碱腐蚀后斜切面貌泵壳材料试验室高温强碱腐蚀后斜切面貌20002000高铬铸铁铝矿浆泵泵壳腐蚀磨损失效分析碱脆碱脆金属及合金材料在碱性溶液中金属及合金材料在碱性溶液中由于拉应力和腐蚀介质的联合作由于拉应力和腐蚀介质的联合作用而产生的开裂
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防止及减少磨损的途径
• ①改进设计，改变摩擦条件来减少或防止 磨损； • ②选用更耐磨的材料来延长寿命。
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作业： 1. 失效（故障） 2. 失效分析 3. 断裂失效分析 4. 疲劳断裂 5. 应力腐蚀断裂 6. 表面疲劳磨损 1.简述材料学科中断口分析与失效分析中的 断口分析有何不同？ • 2.金属零件发生电化学腐蚀的基本条件是什 么？ • 3.失效分析常用的检测技术及其选用原则是 什么？
粘着磨损
• 相对运动的物体接触表面发生了固相粘着， 使材料从一个表面转移到另一表面的现象， 称为粘着磨损。
粘着磨损机理
• 若粘着点的强度低于摩擦副两边的强度时， 粘着从接触面分开，这是基体内部变形小， 磨损面也显得较光滑，只有轻微的擦伤， 这种情况称为外部粘着磨损；与此相反， 若粘着点的强度比两边材料中一方的强度 高时，这时分离面发生在较弱的金属内部， 摩擦面较为粗糙，有明显的撕裂痕迹，称 为内部粘着磨损。
• 此外，存在化学和应力方面的缺陷。
机械的表面接触
• 机械表面之间的实际接触情况
• • 对于金属来说，轮廓接触面积Ac一般只占名义接触面积的5%-10%。 实际接触面积Aて只有名义接触面积的千分之几或者万分之几。 当载荷F增加时，表面的接触变形y将经历弹性变形，弹塑性变形和 完全塑性变形三个阶段。 从有关实际接触面积的大量实验资料中，总结出其形成过程的以下 特点： ①由于表面粗糙度具有离散性，所以它们的接触也具有离散性。 ②实际的接触点不仅是由于塑性变形而且还由于弹性变形所产生， 所以卸载时，实际接触点的数目和实际接触面积一般要减少。 ③实际接触面积随载荷增大。 ④实际接触面积的增加，主要是由于接触点数目的增加，尤其是表 面粗糙度很小的时候。
磨粒磨损模型示意图
影响磨粒磨损失效的主要因素
• 材料硬度的影响 磨损量与材料的硬度成正比。，材料的 相对耐磨性与材料的硬度HV成反比。 磨粒特性的影响 滑动磨粒磨削过程中的主要机理是显微 切削。磨粒的形状、磨粒的硬度及磨粒的 粒度均对磨损过程有重要的影响。 载荷大小、润滑条件、材料的显微组织、 滑动速度、加工硬化等均影响磨损过程。
• 金属磨损自修复.flv
磨损失效分析的基本步骤
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①了解失效零件在机器或机构中的功能； ②了解零部件相对运动的方式及速度； ③了解耦合表面所受的力或应力； ④了解润滑剂品种、润滑方式及换油周期； ⑤了解零件的工作环境是否含磨粒颗粒、水分、腐蚀性气体以及温度 等； ⑥了解该零件机器耦合件的材料及工艺条件，尤其是实际执行的情况。 必要时到生产单位调查其生产过程； ⑦了解零件的寿命、磨损量； ⑧在宏观及微观范围检查磨损表面及摩擦表面下的组织情况； ⑨根据以上所获得的信息可判断磨损形式及磨损失效的原因； ⑩提出防止或减少磨损的措施
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疲劳磨损
• 两接触面作滚动或滑动，或是滑动与滚动 复合的摩擦状态，在交变接触应力的作用 下，使材料表面疲劳而产生物质流失的过 程，称为表面疲劳磨损，也称为接触疲劳 磨损。易产生表面疲劳磨损的零件如齿轮 表面、轴承表面、凸轮等。
表面疲劳磨损的特点和形貌特征
• 金属表面接触疲劳多发生在表面缺陷处或浅层表 面缺陷处，如冷加工表面划伤处、刀痕、冶金缺 陷、热加工缺陷、组织局部不均匀、流线不均匀 等，也可以发生在表面晶界处或界面处。 • 金属表面接触疲劳过程也是疲劳裂纹萌生、长大 和最后断裂的过程。 • 表面疲劳磨损是介于疲劳与磨损之间的破坏方式。 • 表面疲劳磨损失效的另一个重要特征是疲劳裂缝 在相互接触表层下面一定深度。
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接触应力
• 零件之间的接触面一般都较小。因此在接触面上及其附近 的压力很大。由于接触点附近的材料处于三向受压的压力 很大，材料往往仍处于弹性状态。同时，接触应力存在于 非常小的局部区域，即使它的计算应力值达到材料的屈服 极限，也只不过在这局部区域内发生塑性变形。
影响接触应力的主要因素
• ① 残余应力——往往在不太大的法向载荷下，接触区中 某些点上的应力就已达到材料的屈服极限，因而发生局部 塑性变形，引起残余应力。 • ② 热应力——两接触面相对滑动时要产生摩擦，是不太大的摩擦热，就足以使 此微小体积的局部温度升高，从而引起热应力。 • ③润滑——在相对滑动的两接触面间通常是有润滑的，润 滑状况首先影响摩擦系数的大小因而也影响了热应力及切 向载荷。此外，在接触面间还可能产生动压油膜，油膜的 存在使接触区的大小、形状及压力的分布也要发生变化。 • ④ 接触面的几何形状——接触表面的微观不平度使得接 触表面几何图形复杂。接触应力、热应力与油膜应力也要 使接触表面的形状与理想状态发生偏差。
磨损过程
• • • 磨合阶段（Ⅰ区，O--A） 正常磨损阶段（Ⅱ区，A--B） 严重磨损阶段（Ⅲ区，B--C损的分类
• 按照磨损的破坏机理，磨损可分为： ①粘着磨损； ②磨粒磨损； ③表面疲劳磨损； ④腐蚀磨损。 • 按机件表面磨损状态，又可分为： ①连续磨损； ②粘着磨损； ③疲劳磨损； ④磨粒磨损； ⑤腐蚀磨损； ⑥微动磨损； ⑦表面塑性流动。
影响疲劳磨损的因素
• 1. 材质的影响 • 2. 表面硬度的影响 • 轴承钢的硬度为HRC62时，抗疲劳磨损能力最大，随着硬度的增加 或降低，寿命均有较大的下降。对齿轮来说，齿轮硬度HRC58—62 的范围内为最佳，一般要求小齿轮的硬度大于大齿轮。 • 3. 表面粗糙度的影响 • 降低表面粗糙度，可以有效地提高抗疲劳磨损的能力。 • 4.残余内应力的影响 当表面层在一定深度范围内存在有利的压应力时，可减少疲劳磨损。 • 5.其他因素 在润滑油中，适当地加入某化学添加剂，如二硫化钼、三乙醇胺等， 可减缓疲劳磨损的过程。
• ①由于振幅小，滑动的相对速度低；微动磨损时，构件处 在高频、小振幅的振动环境中，微动时运动速度和方向不 断的改变，始终在零与某一最大速度之间反复。但其最大 速度也相当有限，基本上属于慢速运动。 • ②由于振幅小，又是反复性的相对摩擦运动，所以微动表 面接触状态的重复概率相对很高，因此磨屑逸出的机会很 少；摩擦面多为三体磨损，磨粒与金属的摩擦表面产生塑 性变形或疲劳，使脆性金属的摩擦表面产生脆裂或剥落。 • ③微动磨损引起的损伤是一种表面损伤，这不仅是指损伤 由表面接触引起，而且是指损伤涉及的范围基本上与微动 的幅度处于同一量级。 • ④磨损产物，钢上磨损产物是红棕色粉末，而铝合金为黑 色粉末。
微动疲劳的断口特征
• 微动疲劳的断口宏观与微观特征与纯机械 疲劳断口完全一致 • 包括疲劳源区、裂纹稳定扩充区和瞬断区.
微动磨损造成零件失效的判断
• ①了解零件的工况条件，是否存在能引起紧密配 合的表面间滑动的振动源或交变应力； • ②分析接触表面的形貌，产生微动磨损表面都有 麻点坑或小划痕，还有残留的磨屑； • ③分析与接触表面垂直面的亚表层特征，可观察 到微小裂纹，裂纹或平行表面或表面呈一定角度； • ④磨屑是判断是否发生微动磨损的重要依据，钢 的磨屑要比普通铁锈红得多，极易团聚，铝的磨 屑是黑色的，而氧化铝通常是白色的。
氢致磨损
• 氢在摩擦表层内的浓度会上升，并在磨损 过程中起破坏作用。尤其是钛合金材料， 氢致磨损倾向比较严重。
磨损失效分析方法
• 我们可根据运转条件、环境条件、磨损表面及磨 损碎屑，通过调查、检验、研究来分析磨损失效 的原因，寻求防止及减少磨损的措施。 • 运转条件包括负荷、速度、运动方式、摩擦形式、 润滑剂种类、润滑剂供给方式、运转周期等。 • 环境条件是指周围是否潮湿，或是否有腐蚀性气 体、粉尘、高温、低温、辐照或真空等。
腐蚀磨损
• 在腐蚀环境下，由于摩擦面材料起化学反 应或电化学反应而引起的腐蚀和磨损称为 腐蚀磨损。 • 氧化磨损 • 微动磨损 • 氢致磨损
微动磨损
• 微动磨损是指两个名义上静配合表面由于 一微小振幅的不断往复滑动所引起的一种 磨损形式。微动和普通的往复滑动的区别 仅仅在于每次往复的距离不同。
微动磨损的特点
粘着磨损的特点与分类
• 粘着习惯上称为冷焊，而实际上，磨损热 的影响是不容忽视的。当线速度为0.2m/s， 名义接触力为2Mpa时，磨损表面温度可达 （600-700）℃. • 因此，典型特征是接触点局部的高温使摩 擦副材料发生相互转移。
黄铜在钢轮上滑动时磨损与时间的 关系
分类
• 涂抹、擦伤、撕脱、咬死。
微动磨损的防止措施
• ①改变设计或加工工艺：其主要目的是避免产生微动，增加接触面间 •
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的比压是常用的方法，如减小接触面积或增加螺栓数目，甚至改铆接 为焊接。加工时注意提高加工精度，保证同心度等。 ②材料的选择：由于微动磨损初期的主要方式是粘着磨损，所以抗粘 着磨损措施中的各种措施可以采用，但要考虑该零件的环境条件和工 作状态。 ③加润滑剂或插入物：由于微动磨损接触面常常处于高比压状态，液 体润滑剂难以进入或保持。因此广泛使用固体润滑剂。 金属和非金属插入物能够：（a）改变接触面的性质；（b）改变摩 擦系数；(c)由插入物变形吸收部分微动。 ④渗层、镀层或涂层：由于这些表面处理措施不需要改变原设计和材 料、较为经济易行，因此是防止微动磨损中最切实可行的，正在迅速 发展。
摩擦磨损试验机
影响粘着磨损的因素
• • 材料特性的影响 接触应力与滑动速度的影响
磨粒磨损
• 磨粒磨损也称为研磨磨损。它是摩擦副一 方硬度远大于另一方，或者接触面之间存 在硬质点发生的磨损。
磨粒磨损过程与特征
• 磨粒磨损的最显著特征是接触面上有明显 的磨削痕迹。 • 磨损量与接触压力、摩擦距离成正比，与 材料的硬度成反比，同时与硬材料凸出部 分尖端形状有关。 • 磨粒磨损失效的主要方式：①切削；②堆 挤；③辗压、抹平；④断裂、剥落。
第五章 磨损失效分析
阿蒙当一库伦摩擦定律
• ①摩擦力与法向载荷成正比； • ②摩擦力与名义接触面积无关； • ③摩擦力与滑动速度无关。