第十二讲 腐蚀和磨损失效分析

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。
辊式破碎机齿板磨料磨损
磨料磨损沟槽（1）
磨料磨损沟槽（2）
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摩料磨损失效例子（刹车盘） 平行的沟槽条纹是磨料磨损的典型特征。该特征是由
于尖锐磨粒对硬度较低的材料连续切削，在磨损零件的表 面上留下沟槽。制动盘工作时的磨料来自制动片上脱落的 钢纤维颗粒或制动盘切削下的金属屑。
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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。
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（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； 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
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）磨损失效
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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，磨损也会加速腐蚀过程。
轮胎磨损
轴承磨损
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5.1.2 怎么进行磨损失效分析
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第十二讲 腐蚀和磨损失效分析 2014年11月6日
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本章内容摘要
5.1 磨损失效分析 5.2 腐蚀失效分析
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5.1 磨损失效分析
5.1.1 磨损及磨损失效 （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。
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 磨屑分析
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（3）磨损失效模式的判断
粘着磨损、磨料磨损、疲劳磨损、腐蚀磨损、冲蚀磨损
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犁沟。
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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、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 。
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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
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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。
加工制造中避免尺寸偏差、表面粗糙度不符合要求、 热处理组织不当、残余应力过大及装配质量差等问题。
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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。
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④耐磨性指标：硬模比H/E。
Байду номын сангаас
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晶态金属，非晶态金属以及共价晶体的硬模比
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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。
搅拌器腐蚀磨损宏观图片
齿轮腐蚀磨损宏观图片
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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式
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。