第6章磨损与腐蚀失效分析

• 粘着磨损也称咬合（胶合）磨损或摩擦磨 损。相对运动物体的真实接触面积上发生固 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。 • 相对运动的接触表面发生粘着以后，如果 在运动产生的切应力作用下，于表面接触处 发生断裂，则只有极微小的磨损。如果粘合 强度很高，切应力不能克服粘合力，则视粘 合强度、金属本体强度与切应力三者之间的 不同关系，出现不同的破坏现象。
和相对耐磨性两种。
• 绝对耐磨性（简称耐磨性）通常用磨损量 或磨损率的倒数来表示。
• 相对耐磨性是指两种材料磨损量的比值， 其中一种材料是参考试样。用符号ε表示。
被测试样磨损量 标准试样磨损量
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，短 则几小时，长则几年。
• 磨损与断裂、腐蚀并称为金属失效的三种 形式，其危害十分惊人。
3. 磨损的类型
• 磨料磨损 • 粘着磨损 • 冲蚀磨损 • 微动磨损 • 腐蚀磨损 • 疲劳磨损
• 磨料磨损是指硬的磨（颗）粒或硬的凸出 物在与摩擦表面相互接触运动过程中，使材 料表面损耗的一种现象或过程。硬颗粒或凸 出物一般为非金属材料，如石英砂、矿石 等，也可能是金属，像落入齿轮间的金属屑 等。磨粒或凸出物可以从微米级尺寸的粒子 变化到矿石乃至更大的物体。
• 疲劳磨损 当两个接触体相对滚动或滑动时，在接 触区形成的循环应力超过材料的疲劳强度的情况 下，在表面层将引发裂纹并逐步扩展，最后使裂纹 以上的材料断裂剥落下来的磨损过程称疲劳磨损。 • 疲劳磨损可以作为一种独立的磨损机制，但疲劳 磨损又具有相当的普遍性，在其他磨损形式中也都 不同程度地存在着疲劳过程。只不过是有些情况下 它是主导机制，而在另一些情况下它是次要机制， 当条件改变时，磨损机制也会发生变化。
2）微观分析。利用扫描电子显微镜对磨损 表面形貌进行微观分析。
（2）磨损亚表层分析。该层在磨损过程中会 发生重要变化，这是判断磨损发生过程 的重要依据之一。
• 磨损过程中，磨损零件亚表层发生的变 化： 1）冷加工变形硬化，且比冷作硬化要强烈； 2）该层可观察到金属组织的回火、恢复再结 晶、相变、非晶态层等； 3）可观察裂纹的形成部位，增殖、扩展；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。
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）。
1. 磨损失效分析的步骤 （1）现场调查及宏观分析。 （2）测量磨损失效情况。 （3）检查润滑情况及润滑剂质量。 （4）摩擦副材质的检查。 （5）进行必要的模拟试验。 （6）确定磨损机制，分析失效原因，提出改
进措施。
2. 磨损失效分析的内容 （1）磨损表面形貌分析。
1）宏观分析。通过放大镜，实物显微镜等 得到磨损表面的宏观特征。
6.1.2 磨损失效分析
• 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，同时考虑工矿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， 以达到提高零件寿命及设备稳定可靠的目 的。
（3）磨屑分析。
• 磨屑是磨损过程的产物，分为两类：
➢一类是从磨损失效的服役系统中回收的和 残留在磨损表面上的磨屑。
➢另一类磨屑是从模拟磨损零件服役工况条 件的实验室试验装置上得到的，具有原始 形貌的磨屑。
3. 磨损失效模式的判断 • 主要根据磨损部位的形貌特征，按照此形
貌的形成机制及具体条件来进行。 （1）粘着磨损的特征及判断。 • 两个配合表面，只有在真实接触面积上才
发生接触，局部应力很高，使之产生严重 塑性变形，并产生牢固的粘合或焊合，才 可能发生粘着。
局部接触
局部粘着 （冷焊）
接触面积 小应力大
润滑油膜、氧 化膜被挤破
粘着处 被撕掉
金属表面被划伤或 者金属屑粒脱落
特点：
• 在滑动摩擦条件上产生；
• 摩擦副的两种金属力学性能相差不 大；
• 磨损速度大，10～15μm/h，破坏 严重。
防止措施
• 合理选材，摩擦幅配对材料选用硬度差较 大的异类材料；
• 提高表面硬度； • 合理设计减小接触压应力； • 减小表面粗糙度。 （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 一致的沟槽及划痕。
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
• 微动磨损 两个配合表面之间由一微小振幅的相对 振动所引起的表面损伤，包括材料损失、表面形貌 变化、表面或亚表层塑性变形或出现裂纹等，称为 微动磨损。 • 腐蚀磨损 两物体表面产生摩擦时，工作环境中的 介质如液体、气体或者润滑剂等，与材料表面起化 学反应或电化学反应，形成腐蚀产物，这些产物往 往粘附不牢，在摩探过程中剥落下来，其后新的表 面又继续与介质发生反应。这种腐蚀和磨损的反复 过程称为腐蚀磨损。
6.1 磨损失效分析
6.1.1 磨损及磨损失效 1. 磨损 （1）磨损的概念 • 相互接触并作相对运动的物体由于机械、
物理和化学作用，造成物体表面材料的位 移及分离，使表面形状来自百度文库尺寸、组织及性 能发生变化的过程称为磨损。
（2）磨损程度的度量。一般采用长度 磨损量WL、体积磨损量WV和重量磨损 量WW来表示材料磨损的严重程度。 （3）耐磨性。是指在一定工作条件下 材料抵抗磨损的能力，分为绝对耐磨性
• 冲蚀磨损亦称浸蚀磨损，它是指流体或固 体以松散的小颗粒按一定的速度和角度对材 料表面进行冲击所造成的磨损。冲蚀磨损的 松散颗粒一般小于1000μm，冲击速度在 550 m/s内，超过这个范围出现的破坏通常称 外来物损伤，不屑冲蚀磨损讨论内容。造成 冲蚀的粒子通常都比被冲蚀的材料的硬度 大，但流动速度高时，软粒子甚至水滴也会 造成冲蚀。