第十二讲 腐蚀和磨损失效分析
腐蚀疲劳和磨耗腐蚀 全面腐蚀与局部腐蚀
2．环境特征
❖ (2)通常环境腐蚀性增强，CF破环倾向增大，例如对于钢 (尤其是高强度钢)，CF裂纹扩展速率按照下列顺序递增： 惰性气体大气水蒸气水硫酸盐水溶液氯化物水 溶液氢气氛硫化氢。
❖ 但腐蚀过强导致局部腐蚀转化为均匀腐蚀，可能反而降低 钢的CF破坏倾向。如温度升高引起钢的严重腐蚀，造成许 多浅的裂纹源，从而降低局部的应力集中，并使阳极与阴 极面积比变大，结果使钢的抗腐蚀疲劳能力提高。另外， 氧时常通过吸附或化学反应促进裂纹闭合，阻碍CF裂纹的 扩展．从而提高CF条件疲劳极限值。
❖ 湍流腐蚀和空泡腐蚀是两种特殊而重要的冲蚀形式。
湍流腐蚀
❖ 在材料表面或设备的某些特定部位、由于介质流速的急 剧增大而形成湍流，由湍流导致的冲蚀即称为湍流腐蚀。 湍流使金属表面液体的搅动比层流更为剧烈，结果使金属 与介质的接触更为频繁。湍流不仅加速了腐蚀剂的供应和 腐蚀产物的移去，而且又附加了一个流体对金属表面的切 应力。该切应力能够把已经形成的腐蚀产物剥离，并随流 体转移开。当流体中含有气泡或固体颗粒时，切应力的力 矩增大，金属表面损伤更加严重。湍流腐蚀大多发生在叶 轮、螺旋桨，以及泵、搅拌器、离心机、各种导管的弯曲 部分。
应力作用下的腐蚀破坏
空泡 腐蚀
应力腐蚀 开裂SCC
冲击腐蚀或 湍流腐蚀
微动腐蚀或 微振腐蚀FC
腐蚀
腐蚀 疲劳 CF
氢致 断裂
一、腐蚀疲劳破坏的特征
❖ 金属材料和工程结构在交变应力和腐蚀介质协同、交互作 用下导致的破坏现象，称为腐蚀疲劳失效。
❖ 腐蚀疲劳过程受力学因素、环境因素和材料因素交互影响， 与一般腐蚀、纯机械疲劳和应力腐蚀失效相比，表现出诸 多自身的特征。
二、磨耗腐蚀
❖ 磨耗腐蚀是指金属材料与周围环境介质中之间存 在摩擦和腐蚀的双重作用，而导致金属材料的破 坏现象。由于这种破坏是应力和环境中化学介质 协同促进的过程，因此也是应力作用下腐蚀的形 式之一。
腐蚀与磨损分析方法
钢的腐蚀磨损失效及其分析方法郑文龙上海材料研究所机械工业理化检验人员技术培训和资格鉴定委员会1、钢的腐蚀失效腐蚀的破坏性遍及国民经济和国防建设的各个部门，从日常生活、仓库储存、交通运输、通信、建筑、机械、化工、冶金、国防等，凡是使用金属材料的地方就有各种各样的腐蚀问题存在，而工业生产中，腐蚀问题尤为严重。
腐蚀使完好的金属构件失效而最终导致设备的报废，甚至造成重大的伤亡事故，危害极大。
因此，它已引起各国政府有关部门的日益不安和重视。
1937年由壳牌公司（The Shell Company）在布鲁塞尔举办的一次腐蚀展览会上，有如下的一块展牌：即当你用不到5秒钟的时间来读这块牌时，将近一吨的铁变为废物。
据统计，每年由于腐蚀造成的金属损失在一亿吨以上，占世界金属总产量的20-40%。
金属与环境介质之间的化学或电化学作用，而引起变质和破坏，这个过程称为金属的腐蚀，其中包括上述因素与机械或生物等因素的共同作用。
在大多数情况下，腐蚀是具有破坏性的，它不仅使金属材料遭到破坏，有进甚至危及生命。
腐蚀在经济上造成的损失是巨大的，自1922年英国Hadfid发表文章指出钢铁由于生锈（包括防蚀和因腐蚀而更换的材料费在内）全世界一年损失额超过15亿美元，1975年的年腐蚀损失为700亿美元以来，许多国家的腐蚀工作者都在做这方面的调查工作。
特别是Hoar委员会，表1-1列出了世界有关国家对因腐蚀而造成经济损失统计。
从这统计数字看出，每年因腐蚀造成的损失总额达国民经济总收入（G、N、P）的1～4%，相当于全球人均40美元至50美元。
同时，从一个国家（如美国）不同年份统计的结果来看，腐蚀损失额还在不断地增加。
目前我国每年腐蚀掉的钢材超过500万吨。
以上这些估计不包括无法计算、且通常数目很大的间接损失。
这些间接损失来源于装置的损坏、爆炸及停产、产品的损失且环境的污染，甚至生命安全。
例如：1969年日本一艘5万吨级矿石专用运输船，因腐蚀性破坏而突然沉没，1974年日本沿海地区一石油化工厂的贮罐因腐蚀损坏，大量重油流出海面，造成这一地区的严重污染。
第6章 磨损与腐蚀失效分析汇总
金属表面 发生局部 塑性变形
磨粒嵌入金属 表面，切割金 属表面
表面被 划伤
特点 • 普遍存在于机件中； • 磨损速度较大，0.5～5 μm/h 防止措施 • 提高表面硬度（从选材方面）； • 减少磨粒数量（从工作状况方面）。
（3）疲劳磨损的特征及判断。 它会引起表面金属小片状脱落，在金属表 面形成一个个麻坑，麻坑的深度多在几微 米到几十微米之间。 特点 产生接触疲劳的零件表面上出现许多针状 或痘状的凹坑，称麻点，故得名麻点磨损， 亦称疲劳磨损。 接触疲劳是裂纹形成和扩展的过程。
• 在化工、石油化工、轻工、能源、交通等 行业中，约60％的失效与腐蚀有关。化工与 石油化工行业腐蚀失效所占比例更高一些。 如近年来(1995 ～ 2000年)国内先后四次对石 化企业的压力容器使用情况进行调查，其中 对失效原因调查统计认为，在使用中因腐蚀 产生严重缺陷及材质劣化，是近年来引起容 器报废的主要原因。
6.2 腐蚀失效分析
6.2.1 腐蚀及腐蚀失效 1. 腐蚀的概念
腐 蚀 介 质
耐 蚀 金 属
（1）腐蚀的定义。 • 金属与环境介质发生化学或电化学作用，导致金 属的损坏或变质。OR在一定环境中，金属表面或界 面上进行的化学或电化学多相反应，结果使金属转 入氧化或离子状态。 （2）腐蚀介质。 • 通常不把所有的介质都称为腐蚀介质。例如，空 气、淡水、油脂等虽然对金属材料均有一定的腐蚀 作用，但并不称为腐蚀介质。一般仅把腐蚀性较强 的酸、碱、盐的溶液称为腐蚀介质。
• 腐蚀不仅损耗了地球的资源，而且因腐蚀而造成 的生产停顿、产品质量下降，甚至人身事故等损 失，更是无法估量。分析、材料腐蚀及控制的研究 给予了前所未有的关注。 （2）腐蚀介质。 • 通常不把所有的介质都称为腐蚀介质。例如，空 气、淡水、油脂等虽然对金属材料均有一定的腐蚀 作用，但并不称为腐蚀介质。一般仅把腐蚀性较强 的酸、碱、盐的溶液称为腐蚀介质。
金属腐蚀及腐蚀失效分析
二.腐蚀及其危害
2.腐蚀的危害
金属因腐蚀带来的经济损失十分惊人，据估计
全世界每年因腐蚀报废的钢铁设备约相当于年 产量的 30% ，假如其中 2/3 可回炉再生，仍有 10%的钢铁将由于腐蚀而一去不返。 腐蚀造成的间接损失远比金属材料本身的价值 大得多，如发电厂的锅炉管爆裂，更换一根不 过几百元，但引起许多工厂停产，其实际损失 无法估量。
金属腐蚀及腐蚀失效分析
目录 CONTENTS
1 2 3 引言 腐蚀与其危害 腐蚀失效分析 腐蚀产物分析
4
一.引言
二.腐蚀及其危害
1.腐蚀的概念
金属腐蚀，是金属和周围介质接触时由于发生 化学和电化学作用而引起的破坏现象。
从热力学观点，除少数贵金属 ( 如金、铂 ) 外，
各种金属都有转变成离子的趋势，就是说金属 腐蚀是自发的普遍存在的现象。
四.腐蚀产物分析
1.腐蚀产物分析主要目的
(1) 确定失效部件所处的介质环境及可能对部件 造成的损伤。 (2) 根据腐蚀产物来判断部件可能受到的损伤及 其程度。 (3) 根据腐蚀产物的转变及其转变程度判断失效
发生的大致时间。
四.腐蚀产物分析
1.腐蚀产物分析主要目的
(4) 由沉积物(特别是浮尘地区性)的种类和沉积 层的厚度来判断失效发生的时间和地点(对于流动的
用外加应力、材料内部实际存在的裂纹长度和 裂纹尖端应力强度来评价材料可靠性与寿命预测。 对于环境腐蚀损伤引起的失效应在模拟实际环 境下进行断裂力学试验，如在氢脆(HE)、应力腐蚀 (SCC) 和腐蚀疲劳 (CF) 的环境服役的部件，应测定 出该材料在相应环境下的阀值KI HE、KI SCC和KI CF 等。
6钢的腐蚀、磨损失效
冷凝水Cl- 测定为40ppm）； 温度：110～150℃ 压力：0.02～0.15MPa
炼油厂常压塔塔顶304SS传油 线膨胀节开裂原因分析
已有结论 磁性检查：膨胀节在成型中部 分形成了马氏体。 金相检查：裂纹呈穿晶扩展， 有分叉，不象奥氏体不锈钢Cl中的SCC裂纹分支分叉典型 断口分析：穿晶解理断口，有 明显鸡爪形发纹，即与氢致开 裂机理有关。 腐蚀产物能谱分析：硫元素占 重量的2.13%，未测出氯元素 初步结论：硫化氢与水引起的 湿硫化氢应力腐蚀开裂
1975
10
1973
4.7
1.5
1975
4
1968
0.7
1987
907～1059
我国因腐蚀造成经济损失
我国虽然没有就腐蚀所引起的损失 做过系统的调查和统计，但腐蚀现象 的严重已相当惊人的：1979年某燃气 公司的液化气厂的400M2液化气罐因 腐蚀开裂所爆炸，当场炸死30余人， 重伤50多人，仅1次损失650万元。70 年代随着石油气田的开发，某气田由 于天然气中硫化氢腐蚀造成设备突然 破坏，引起天然气的井喷，发生重大 的火灾事故，其损失不可估量；汽轮 发电机的叶轮应力腐蚀开裂而飞裂， 造成重大事故，且现在还有许多叶轮 和叶片发生开裂事故，这样的例子不 胜枚举。目前我国每年腐蚀掉的钢材 已超过500万吨。
国别
美国
英国 日本 西德 加拿大 澳大利亚 瑞典 荷兰 前苏联
统计时间
损失金额
占国民经 济收入
（亿美元） G.N.P（%）
1949
55
1966
100
1973
150
1975
700
4.2
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。
腐蚀与磨损
磨损腐蚀：在摩擦过程中伴有腐蚀作用的一种磨损。
金属件表面在液体、气体或润滑剂中发生化学或电化学反应，形成较易被磨损或剥离的腐蚀产物，在摩擦过程中腐蚀产物被剥离,暴露出的新的金属面又进入新的化学反应,如此交替出现腐蚀和磨损而使材料损失。
腐蚀磨损的破坏作用大大超过单纯的腐蚀或磨损。
一般金属洁净表面与空气接触后生成氧化膜，多数金属表面氧化膜的厚度为0.01微米。
当磨损速度低于氧化膜厚度的增长速度时，氧化和磨损尚不相互促进，膜层可起保护作用。
当磨损速度超过氧化速度，腐蚀磨损便变得剧烈。
但氧化膜又不宜过厚，否则易于脆性断裂,形成硬的氧化物磨粒,使磨损加速。
腐蚀磨损与环境、温度、滑动速度、载荷和润滑条件有关，相互关系极为复杂。
如内燃机轴承在湿空气中容易生锈，在润滑剂中工作也常会出现腐蚀磨损。
在特殊介质中工作的选矿机械和化工机械等的零件更常出现严重的腐蚀磨损。
防止腐蚀磨损应从选材（如用不锈钢和耐蚀合金等）、表面保护处理、降低表面工作温度和选择适当的润滑剂等入手。
腐蚀磨损是指摩擦副对偶表面在相对滑动过程中，表面材料与周围介质发生化学或电化学反应，并伴随机械作用而引起的材料损失现象，称为腐蚀磨损。
腐蚀磨损通常是一种轻微磨损，但在一定条件下也可能转变为严重磨损。
常见的腐蚀磨损有氧化磨损和特殊介质腐蚀磨损。
1．氧化磨损除金、铂等少数金属外，大多数金属表面都被氧化膜覆盖着，纯净金属瞬间即与空气中的氧起反应而生成单分子层的氧化膜，且膜的厚度逐渐增长，增长的速度随时间以指数规律减小，当形成的氧化膜被磨掉以后，又很快形成新的氧化膜，可见氧化磨损是由氧化和机械磨损两个作用相继进行的过程。
同时应指出的是，一般情况下氧化膜能使金属表面免于粘着，氧化磨损一般要比粘着磨损缓慢，因而可以说氧化磨损能起到保护摩擦副的作用。
2.特殊介质腐蚀磨损在摩擦副与酸、碱、盐等特殊介质发生化学腐蚀的情况下而产生的磨损，称为殊殊介质腐蚀磨损。
其磨损机理与氧化磨损相似，但磨损率较大，磨损痕迹较深。
7磨损与腐蚀失效分析资料
2
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。
5、表面处理
2
12
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
11
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
2
5
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）磨屑分析
(完整版)腐蚀磨损原因分析及解决办法
磨损腐蚀原因分析及解决办法腐蚀磨损是指摩擦副对偶表面在相对滑动过程中,表面材料与周围介质发生化学或电化学反应，并伴随机械作用而引起的材料损失现象。
腐蚀磨损通常是一种轻微磨损，但在一定条件下也可能转变为严重磨损。
常见的腐蚀磨损有氧化磨损和特殊介质腐蚀磨损。
1．氧化磨损除金、铂等少数金属外，大多数金属表面都被氧化膜覆盖着，纯净金属瞬间即与空气中的氧起反应而生成单分子层的氧化膜，且膜的厚度逐渐增长,增长的速度随时间以指数规律减小，当形成的氧化膜被磨掉以后，又很快形成新的氧化膜，可见氧化磨损是由氧化和机械磨损两个作用相继进行的过程。
同时应指出的是，一般情况下氧化膜能使金属表面免于粘着，氧化磨损一般要比粘着磨损缓慢，因而可以说氧化磨损能起到保护摩擦副的作用。
2。
特殊介质腐蚀磨损在摩擦副与酸、碱、盐等特殊介质发生化学腐蚀的情况下而产生的磨损，称为殊殊介质腐蚀磨损。
其磨损机理与氧化磨损相似,但磨损率较大，磨损痕迹较深。
金属表面也可能与某些特殊介质起作用而生成耐磨性较好的保护膜。
金属件表面在液体、气体或润滑剂中发生化学或电化学反应，形成较易被磨损或剥离的腐蚀产物，在摩擦过程中腐蚀产物被剥离，暴露出的新的金属面又进入新的化学反应,如此交替出现腐蚀和磨损而使材料损失.腐蚀磨损的破坏作用大大超过单纯的腐蚀或磨损.一般金属洁净表面与空气接触后生成氧化膜,多数金属表面氧化膜的厚度为0.01微米。
当磨损速度低于氧化膜厚度的增长速度时，氧化和磨损尚不相互促进,膜层可起保护作用.当磨损速度超过氧化速度，腐蚀磨损便变得剧烈.但氧化膜又不宜过厚，否则易于脆性断裂，形成硬的氧化物磨粒,使磨损加速.腐蚀磨损与环境、温度、滑动速度、载荷和润滑条件有关，相互关系极为复杂。
如内燃机轴承在湿空气中容易生锈，在润滑剂中工作也常会出现腐蚀磨损。
在特殊介质中工作的选矿机械和化工机械等的零件更常出现严重的腐蚀磨损.防止腐蚀磨损应从选材（如用不锈钢和耐蚀合金等）、表面保护处理等方面入手。
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。
机电设备安装与维护项目十二教案
教案十八一、教学组织1．新课导入（10分钟）2．讲解（58分钟，包括演示多媒体辅助教学资源）3．学生自主学习活动（15分钟）4．课堂小结（5分钟）5．布置作业（2分钟）二、教学内容第12章磨损、变形、断裂、腐蚀失效形式分析任务 C A 6 1 4 0 型卧式车床基本结构认识知识目标◆掌握机械零部件失效形式及特点。
◆掌握机械零部件失效防范方法。
能力目标◆能够分析零部件的磨损规律。
◆能够了解零件失效常见类型和机理。
◆能够提出和改进故障防范措施，预防故障发生。
任务引入图12-1所示为某厂CA6140型卧式车床主轴箱内出现异常的齿轮，导致即使在较低转速250r/min时仍有噪声，通过诊断仪器判断还发现主轴箱温度很高，图12-2所示为主轴箱内齿轮失效的微观图。
需要研究：齿轮失效形式有哪些?产生的主要原因有什么?为了做好日常保养,应该采取哪些预防措施?图12-1齿轮异常图12-2齿轮失效微观图任务分析本任务重点涉及齿轮故障的几种形式，还选用温度、噪声检测仪器去判断齿轮部件故障与否，目的是解决主轴箱体噪声和温度高的问题，分析出原因，找到解决的办法。
发现问题之后就要探究齿轮常见的失效形式，结合知识点明白失效产生的原因，做好预防措施。
一、机械磨损机械设备80%因磨损而失效报废。
在工作过程中，因机件间不断地摩擦或因介质的冲刷，其摩擦表面逐渐产生磨损，而引起机件几何形状改变，强度降低，破坏了机械的正常工作条件，使机器丧失原有的精度和功能，这称为机械磨损。
（一）黏着磨损1.黏着磨损的定义图12-3所示为黏着磨损磨痕。
两个金属表面的微凸部分在局部高压下产生局部粘接(固相黏着)，使材料从一个表面转移到另一表面或撕下作为磨料留在两个表面之间，这一现象称为黏着磨损。
黏着磨损又称黏附磨损。
该磨损产生的机理是：运动摩擦副间的润滑油油膜被破坏，导致两金属表面直接接触，产生高热—局部点熔化—粘接在一起。
即摩擦副相对运动时，由于固相黏着，接触表面的材料从一个表面转移到另一个表面。
矿山机械磨损与腐蚀失效分析及防护措施
ｆ ０ ３ １ ．
磨 损是矿 山机械 设备失 效的主要原 因之一 ， 但是 ， 由于很 多磨 损问题 并不会造成非常非常严重的事故， 这就导致大部分人们对 于磨损 问题没有 全面的认识， 并不了解磨损的重要性。其实， 机械设备磨损 问题 可大可小， 如果磨损情况不严重 ， 检修人 员能够及 时发现故障原 因， 对 其进行 及时的 维 修， 有 效 的 防 止 了 安 全 事 故 的 发 生 。但 是 ， 一 旦 机 械 设备 发 生 严 重 的 磨 损， 不 仅 会 影 响 了工 程 项 目施 工 的 正 常 开 展 ， 还 使 企 业 承 受 了 巨大 的 经 济 损失 。某份调查数据表 明， 我 国大 多数 的矿 山机械设备 的使用寿命 都要 比 国外的矿 山机械 设备 使用寿 命短， 而这 一现象产生的主要原 因是机 械设备 发 生磨 损所引起 的失 效， 从而 导致资源过度 的消耗 ， 造成不 必要 的人 力和
的磨损都是 由表面而引起的。 因此， 针对这一 问题， 采取金属表面工程技术 是非常有必要的 ，这样不仅 能够提 高矿 山机械设备表面的耐磨损 能力， 还
可 以增 强 其 整 体 的耐 腐 蚀 性 ， 大 大 保 证 了 矿 山 机 械 设备 的使 用 质 量 。 现在 ， 煤 炭 企 业 对 于 金 属 表 面 工 程 技 术给 予 了 高度 的 重 视 ， 材 料 设 计 人 员 也逐 渐
本费用 。但是 ， 我 国部分企业对于矿 山机械设备 的 日常养护管理工作毫 不 重视 ， 并没有 对陈 旧的矿 山机械设备进 行及时 的检 修或更换 ， 使得矿 山机 械设备在开采 过程中发生 故障， 延误 了开采进度 ， 造 成企业严 重的经济损
腐蚀失效分析方法及对策
目 录
一、引言 二、失效分析的目的 三、失效分析应用的主要测试技术及设备 四、失效分析一般步骤 五、失效的主要原因 六、常见的一些 SCC 产生、机理、规律及对策 七、腐蚀失效的预防措施 八、腐蚀失效分析案例 九、腐蚀失效工作展望
1
一、引言——腐蚀的危害性 从热力学观点看，金属腐蚀是一种自由能降低的自发过程，到处 可见。 1. 腐蚀给国民经济带来巨大损失 全世界每年因腐蚀报废的设备约相当于年产量 30%， 腐蚀造成的 损失高达国民经济总产值的 2-5%， 是水灾、 风灾和地震灾害总和的 5 倍。 我国每年腐蚀造成的损失 1000-1500 亿 RMB。 化工设备破坏 60% 由于腐蚀引起，其中 70%属局部腐蚀。油气田腐蚀往往由于高温、高 压、高流速、严重腐蚀介质的服役条件而尤显突出，表 1 列出我国油 气田的一些腐蚀损失统计数字。 表1 油井管柱、地面管线腐蚀危害数据统计
特长
四、失效分析一般步骤 1. 背景资料的收集和选样（现场和服役条件调查） (1) 失效构件的制造、加工及组装资料 机械加工 冷成型、拉伸、弯曲、机加工、抛光、研磨 热 加 工 热处理、焊接、铜焊或钎焊工艺
化学加工 清洗、电镀或镀层 材料类别及生产方法 碳钢、低合金钢…… 挤压、锻造、铸造、轧制、粉未压制等 构件类型及尺寸 阀、热交换器、管线…… (2) 工作历史 载荷 正常和反常载荷、过载、循环载荷、应力类型（弯曲、 振荡、震动……） 环境 （包括容器/管道内外）溶液成分、浓度、PH 值、温 度、流速、流态、运行中暴露区域（持续浸泡、飞溅
1989-1992 年石油管材失效事故及原因统计结果（中国）
事故发生次数 所占比例
机械损伤
表3
国家（地区） 美国 德国
机械系统的腐蚀与磨损分析研究
机械系统的腐蚀与磨损分析研究机械系统的腐蚀与磨损是工程领域中常见的问题。
腐蚀是指金属或合金在外界介质的作用下受到化学或电化学反应而逐渐被侵蚀的现象。
而磨损则是指机械摩擦、冲击等力量作用下，材料表面发生的破损、磨耗现象。
这两种现象对机械系统的性能产生重要影响，因此对腐蚀与磨损行为的研究与分析显得尤为重要。
腐蚀是由于金属表面与外界环境中的各种介质发生作用而引起的金属离子溶解的过程。
腐蚀可以引发机械系统的金属材料失效，降低系统的可靠性和使用寿命。
为了避免腐蚀对机械系统造成的损伤，工程师们需要对其腐蚀特性进行深入的研究。
研究发现，腐蚀行为受到多种因素的影响，其中最常见的是介质的酸碱性、氧化性、温度和气氛。
酸碱性介质往往是导致金属腐蚀的主要原因之一。
金属在酸性介质中容易发生氢离子的还原反应，导致金属表面出现阳极溶解现象。
氧化性介质中的氧气会与金属表面发生氧化反应，形成金属的氧化物，这种氧化物使金属更容易腐蚀。
此外，高温和恶劣气氛下的腐蚀速度也较快，因为这些条件会加速金属表面的氧化反应。
除了腐蚀外，磨损也是机械系统中常见的问题。
磨损问题不仅限于摩擦件和润滑件，还包括其他机械零件的磨损。
例如，弹簧经过多次的伸缩使用后，表面会出现疲劳磨损。
机械系统的磨损问题主要由于摩擦力和冲击力引起的材料表面破坏。
与腐蚀不同的是，磨损是由于机械能的转化而产生的，因此与物理性质和力学特性有关。
而腐蚀和磨损往往会相互作用，引起更严重的机械失效。
机械系统的腐蚀和磨损行为可以通过多种分析方法来研究。
其中，电化学腐蚀测试是一种常用的方法。
这种方法通过测量金属在不同环境条件下的电位和电流变化，来研究腐蚀行为和机理。
另外，扫描电子显微镜（SEM）和能谱仪（EDS）可以用来观察和分析金属表面的腐蚀和磨损特征。
通过这些手段的应用，工程师可以深入了解机械系统的腐蚀和磨损机理，并采取相应的措施来改善系统的性能和寿命。
为了减少机械系统的腐蚀和磨损问题，工程师们可以采取各种措施。
机械工程中的腐蚀与磨损问题研究
机械工程中的腐蚀与磨损问题研究机械工程作为一门应用科学，旨在研究和设计用于各种工程领域的机械装置和系统。
然而，随着时间的推移，机械部件的使用和环境因素的影响，腐蚀和磨损问题逐渐成为亟待解决的难题。
本文将探讨机械工程中的腐蚀与磨损问题，并针对其中的几个关键议题进行研究和分析。
首先，我们来探讨腐蚀对机械工程的影响。
腐蚀是指环境对金属或其他材料产生的破坏性化学反应。
在机械工程中，许多组件会受到腐蚀的侵蚀，从而降低其性能和寿命。
这种情况在海洋和化工等特殊环境中尤为明显。
研究人员通过调查和实验，致力于寻找抵御腐蚀的材料和工艺。
例如，不锈钢等耐腐蚀材料被广泛应用于机械工程中，以提高部件的可靠性和耐久性。
其次，磨损问题在机械工程中同样具有重要意义。
磨损是指物体由于与其他物体的接触和相对运动而导致的表面损失。
这种问题不仅会导致零件的失效，还会增加维修和更换的成本。
为了解决磨损问题，研究人员进行了大量的研究和实验，发展出了各种磨损测试和评估方法。
此外，涂层技术也被广泛应用于机械工程中，以提高零件的耐磨性和抗磨损性能。
当谈到腐蚀和磨损时，绝不能忽视润滑的作用。
润滑是通过在接触表面之间引入润滑剂来减少摩擦和磨损的过程。
在机械工程中，正确选择和使用润滑剂对于延长机械零件的寿命至关重要。
在实践中，很多工程师和研究人员将润滑系统设计作为一个重要的研究方向。
他们不仅考虑润滑剂的选择和性能，还研究摩擦学和润滑理论，以优化润滑系统的工作效果。
除了上述内容外，机械工程中的腐蚀与磨损问题还涉及到很多其他方面的研究。
例如，由于一些复杂工况下的振动和高温环境，机械零件的疲劳和断裂问题也不容忽视。
此外，随着新材料和工艺的不断推出，机械工程领域也在积极探索新的腐蚀与磨损解决方案。
例如，纳米材料的研究在改善材料的性能和耐久性方面具有潜力。
综上所述，腐蚀和磨损问题对于机械工程来说是一个巨大的挑战。
通过深入研究和探索，我们能够不断改进材料选择、润滑设计和涂层技术，从而解决这些问题。
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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）
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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。
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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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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。
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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
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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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 。
（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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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。
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晶态金属，非晶态金属以及共价晶体的硬模比
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。
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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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。