7磨损与腐蚀失效分析资料
7磨损与腐蚀失效分析资料
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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。
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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、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 。
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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7.1 磨损失效分析
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、微动磨损
（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梨沟。
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7.2 腐蚀失效分析
失效分析知识点
失效分析知识点第一章概论1.失效的定义：当这些零件失去其应有的功能时，则称该零件失效。
2.失效三种情况：（1）.零件由于断裂、腐蚀、磨损、变形等从而完全丧失其功能；（2）.零件在外部环境作用下，部分的失去其原有功能，虽然能工作，但不能完成规定功能，如由于磨损导致尺寸超差等；（3）.零件能够工作，也能完成规定功能，但继续使用时，不能确保安全可靠性。
3. 失效分析定义：对失效产品为寻找失效原因和预防措施所进行的一切技术活动。
也就是研究失效的特征和规律，从而找出失效的模式和原因。
4. 失效分析过程：事前分析（预防失效事件的发生）、事中分析（防止运行中设备发生故障）、事后分析（找出某个系统或零件失效的原因）。
5. 失效分析的意义：（1）.失效分析的社会经济效益：失效将造成巨大的经济损失；质量低劣、寿命短导致重大经济损失；提高设备运行和使用的安全性。
（2）.失效分析有助于提高管理水平和促进产品质量提高；（3）.失效分析有助于分清责任和保护用户（生产者）利益；（4）.失效分析是修订产品技术规范及标准的依据；（5）.失效分析对材料科学与工程的促进作用：材料强度与断裂；材料开发与工程应用。
第二章失效分析基础知识一.机械零件失效形式与来源：1.按照失效的外部形态分类：（1）过量变形失效：扭曲、拉长等。
原因：在一定载荷下发生过量变形，零件失去应有功能不能正常使用。
（2）断裂失效：一次加载断裂（静载荷）：由于载荷或应力超过当时材料的承载能力而引起；环境介质引起的断裂：环境介质和应力共同作用引起的低应力脆断；疲劳断裂（交变载荷）：由于周期作用力引起的低应力破坏。
（3）表面损伤失效：磨损：由于两物体接触表面在接触应力下有相对运动，造成材料流失所引起的一种失效形式；腐蚀: 环境气氛的化学和电化学作用引起。
（4）.注：断裂的其他分类断裂时变形量大小：脆性断裂、延性断裂；裂纹走向与晶相组织的关系：穿晶断裂、沿晶断裂；2.失效的来源：（1）.设计的问题：高应力部位存在沟槽、机械缺口及圆角半径过小等；应力计算错误；设计判据不正确。
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。
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。
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
ZHENGZHOU UNIVERSITY
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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ZHENGZHOU UNIVERSITY
（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
ZHENGZHOU UNIVERSITY
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。
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。
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表1 泵壳的化学成分
Si Mn Cr Ni Mo P S
07第七章汽车零件失效分析
Ⅲ阶段是汽车零件的极限磨损期。使用中的汽车零 件进入该时期后，由于配合副间隙已达到或超过极 限值，使零件表面间冲击载荷增大，而且由于间隙 过大，使润滑油流失严重，流体润滑油膜极易遭到 破坏，从而使零件的磨损率急剧增大，磨损量也因 此大幅度增加。若不加修理而继续使用，则势必使 汽车零件的磨损由正常磨损转化为事故性磨损，造 成零件迅速损坏，技术状况急剧变坏，工作能力迅 速下降。
树立质量法制观念、提高全员质量意 识。20. 10.1920. 10.19Monday, October 19, 2020
人生得意须尽欢，莫使金樽空对月。1 4:09:5414:09:5 414:091 0/19/2020 2:09:54 PM
安全象只弓，不拉它就松，要想保安 全，常 把弓弦 绷。20. 10.1914: 09:5414:09Oct -2019- Oct-20
追求至善凭技术开拓市场，凭管理增 创效益 ，凭服 务树立 形象。2 020年1 0月19日星期 一下午2 时9分5 4秒14:09:5420. 10.19
严格把控质量关，让生产更加有保障 。2020年10月 下午2时 9分20.1 0.1914: 09October 19, 2020
作业标准记得牢，驾轻就熟除烦恼。2 020年1 0月19日星期 一2时9分54秒1 4:09:541 9 October 2020
（4）腐蚀磨损。
零件表面被腐蚀，腐蚀层被磨去再腐蚀再磨去 的反复过程称为疲劳磨损。
按照机理，疲劳磨损分为化学腐蚀磨损和电 化学腐蚀磨损。
典型的电化学腐蚀磨损为汽缸的低温磨损，发动 机温度低，在汽缸壁上会吸附一层水膜，水膜溶 解燃烧废气中的酸性气体，如SO2和其他的酸性 气体。这些物质均会腐蚀汽缸壁，引起腐蚀磨 损，所以发动机应避免低温运行。
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。
摩擦磨损失效案列分析
氧化铝厂渣浆泵高铬铸铁叶轮腐蚀磨损失效分析
分析结论 仅就冲蚀磨损而言, 虽然因腐蚀速度高于磨损速度, 而 没有留下明显的显微切削痕迹, 但考虑到叶轮的运转 方式及矿浆的流向 , 观察到腐蚀磨损严重区域靠近叶 轮外缘, 并根据各位置形貌的相似特点, 以及以往相关 的经验 , 推断出冲蚀磨损主要是矿浆的低角度冲刷。 (1)叶轮失效的原因是强碱腐蚀与低角度冲蚀磨损的综
图 6 叶轮斜切面 SEM 照片, 3000×
图 7 叶轮叶片腐蚀区斜切面SEM 照片, 4000×
氧化铝厂渣浆泵高铬铸铁叶轮腐蚀磨损失效分析
图 8 叶轮材料纯腐蚀斜切面SEM 照片, 2000×
图 9 叶轮材料纯腐蚀斜切面SEM 照片, 2400×
矿浆冲蚀磨损将促进裂纹的萌生和扩展, 加速基体的剥落, 由于叶轮 材料抗强碱腐蚀性能不足 (见图 8、 图 9), 其阳极活化溶解腐蚀剥 落也是失效原因之一 ;有趣的是叶轮相界腐蚀之重 , 在二次碳化物 相界也清晰可见 (见图 7三箭头所示, 对比图 9箭头所示)
成分分析
宏观现象
微观组织
对比观察
高铬铸铁铝矿浆泵泵壳腐蚀磨损失效分析 四 、泵壳腐蚀磨损宏观形貌
泵壳靠近轴孔的端面区域腐蚀磨损最严重，见图 1。沿圆周分布有许多腐蚀磨损沟槽，每一沟槽顺矿浆 流向由尖窄变宽，由浅入深。泵壳局部沟槽腐蚀磨损 至穿透而失效报废。
图 1 泵壳腐蚀磨损宏观形貌
(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。
机械结构的失效模式与原因分析
机械结构的失效模式与原因分析导言机械结构在工程领域起着重要的作用，其可靠性直接关系到设备的使用寿命和安全性。
然而，随着机械结构的长期使用和外界环境的变化，失效问题也不可避免地出现。
本文将探讨机械结构的失效模式和其潜在的原因，为工程师和设计者提供有益的信息和指导。
一、疲劳失效疲劳失效是机械结构最常见的失效模式之一。
在长期的工作过程中，机械结构会不断地受到振动和应力的作用，导致材料的微观变形和疲劳破坏。
这种破坏方式通常是逐渐发展，不易察觉，直到最终发生失效。
疲劳失效的原因可以归结为两个方面：一是结构设计的不合理，包括应力集中、材料选择不当等；二是运行工况的变化以及外界环境的影响，如温度、湿度、腐蚀等因素。
为了避免疲劳失效，设计者应该合理选择材料和结构形式，减少应力集中，加入过载或阻尼装置等。
此外，定期进行结构检测和维护工作也是必不可少的。
二、磨损和腐蚀失效除了疲劳失效之外，磨损和腐蚀失效也是机械结构常见的失效模式。
磨损失效是指机械零件在摩擦和磨削作用下逐渐丧失其原有形状和尺寸的现象。
而腐蚀失效则是机械零件因为受到化学物质或者电化学作用而逐渐腐蚀和破坏。
磨损失效的原因主要是由于工作面之间的相对运动产生的摩擦力和应力，这些力和应力会逐渐磨损机械零件表面，导致失效。
而腐蚀失效则是由于工作环境中存在的腐蚀介质，如酸、碱、盐等，侵蚀了机械零件的表面，导致破坏。
为了防止磨损和腐蚀失效，设计者可以采用耐磨涂层、选择抗腐蚀材料等方法。
此外，定期进行机械零件的维护和润滑也能够有效延长结构的使用寿命。
三、断裂失效断裂失效是机械结构最严重的一种失效模式，其通常由于结构的强度不足或者材料的质量问题导致。
在受到剧烈的负荷作用下，机械结构会发生脆性断裂或韧性断裂。
脆性断裂是指材料在受到应力集中和高应力的情况下，发生不可逆的、迅速的、无伸长的断裂。
这种断裂方式通常是突然发生的，极易引起严重的事故。
而韧性断裂则是材料在受到高应力情况下，发生可逆的、有塑性伸长的断裂。
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。
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。
2-2汽车零部件的磨损失效、疲劳断裂失效、腐蚀失效、变形失效 - 副本
在导电溶液里，充当阳极的金属不断被腐蚀，金属不断遭到腐蚀的 同时还有电流产生。
如：Fe - 2e → Fe2+ 2H + 2e → H2 ↑
阳极反应 阴极反应
其他腐蚀失效机理
异类电极电池 析氢腐蚀
浓差腐蚀电池 燃气腐蚀
微电池
第四节 汽车零件的腐蚀失效
高强度材料的疲劳扩展区小，而
瞬时断裂区大，塑性材料则相反
第三节 汽车零件的疲劳断裂失效
疲劳扩展区与瞬时断裂区所占面积的大小与材料 性质及所受应力水平有关。
疲劳断裂因载荷类型不同，其断口形态也不一样。 载荷的类型、应力集中和名义应力的大小对疲劳断口 宏观形态的影响如下表。
第三节 汽车零件的疲劳断裂失效
载荷类型
各种类型疲劳断口宏观特征
低名义应力
小应力集中.
大应力集中
高名义应力
小应力集中.
大应力集中
拉伸或单向弯曲
双向弯曲
旋转弯曲
第三节 汽车零件的疲劳断裂失效
4.提高汽车零件抗疲劳断裂的方法
延缓疲劳裂纹萌生时间 降低疲劳裂纹扩展的速率 提高疲劳裂纹门槛值△k长度
强化表面 控制不均匀滑移
细化材料晶粒 避免应力集中
热处理
提高纯洁度 夹杂物尺寸小
止裂孔法
表面完整性
扩孔清除法
刮磨修理法
疲劳裂纹不扩展（稳定）的最高应 力强度因子幅
第四节 汽车零件的腐蚀失效
1.腐蚀失效的类型及特点
定义: 零件受周围介质作用而引起的损坏 。
按金属与介质的作用性质
按腐蚀破坏形式
第四节 汽车零件的腐蚀失效
化学腐蚀：金属表面与介质发生化学作用引起，特点是 腐蚀过程中无电流的产生。
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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
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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。
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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
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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
7.1 磨损失效分析
7.1.1 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。 （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。
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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。
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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、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。
（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。
（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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7.1 磨损失效分析
7.1.1 磨损及磨损失效
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 也会加速腐蚀过程。
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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、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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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、 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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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。
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7.1 磨损失效分析
3、磨损失效模式的判断
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7.1 磨损失效分析
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、微动磨损
（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梨沟。