《失效分析》课件-6

16磨损与腐蚀失效分析221、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、物理的和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，称之为磨损。6.1磨损失效分析6.1.1磨损及磨损失效3（2）磨损程度的度量长度体积重量磨损量磨损率磨损速度4（3）耐磨性指在一定条件下材料抵抗磨损的能力，可分为绝对耐磨性和相对耐磨性。52、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。磨损失效的特征：是个逐步发展、渐变的过程。626.1磨损失效分析6.1.2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。726.1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（确定分析部位并提取分析样品，主要包括摩擦副、磨屑、润滑剂及沉积物，以及宏观分析。）（2）测量磨损失效情况（确定磨损速率，分析磨损是否属于正常。）（3）检查润滑情况及润滑剂的质量（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，分折失效原因，提出改进措施826.1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微观分析（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926.1磨损失效分析3、磨损失效模式的判断（1）粘着磨损的特征及判断（2）磨料磨损的特征及判断（3）疲劳磨损的特征及判断（4）腐蚀磨损特征及判断（5）冲蚀磨损特征及判断（6）微动磨损特征及判断1026.1磨损失效分析6.1.3磨损失效的预防措施1、改进结构设计及制造工艺2、改进使用条件，提高维护质量3、工艺措施4、材料选择表6-2，6-35、表面处理1126.2腐蚀失效分析6.2.1腐蚀及腐蚀失效1、腐蚀的概念腐蚀的定义材料与其所处的环境因素相互作用导致材料结构完整性的破坏现象，称为材料的腐蚀。1226.2腐蚀失效分析2、腐蚀失效（1）腐蚀失效形式a腐蚀造成受载零件截面积的减小而引起过载失效(断裂)b腐蚀引起密封元件的损伤而造成密封失效。c腐蚀使材料性质变坏而引起失效。d腐蚀使高速旋转的零件失去动平衡而失效。e腐蚀使设备使用功能下降而失效。（2）腐蚀失效的危害1326.2腐蚀失效分析3、腐蚀的分类化学腐蚀电化学腐蚀全面腐蚀局部腐蚀1426.2腐蚀失效分析6.2.2腐蚀失效的基本类型1、点腐蚀失效2、缝隙腐蚀失效3、晶间腐蚀失效4、接触腐蚀失效5、空泡腐蚀失效6、磨耗腐蚀失效1526.2腐蚀失效分析（1）点腐蚀失效：又称孔蚀。是电化学腐蚀的一种形式。形成机理：介质中的活性阴离子被吸附在金属表面的氧化膜上，并被氧化膜产生破坏作用，被破坏和未被破坏的地方构成原电池，由于阳极面积相对较小，电流密度很大，很快形成腐蚀小坑。在蚀坑内阴离子与融解的金属形成盐溶液，腐蚀过程进一步进行。点蚀隐蔽性强，危害性大，容易引起应力集中，加速设备破坏。16发生条件：采用不锈钢或其他具有钝化－活化转变的金属材料制造的机械设备，只有在特定的介质中才能发生点蚀。只有当特定介质中的离子浓度达到一定值后才会发生点腐蚀，这个浓度与使用材料的成分和状态有关。1726.2腐蚀失效分析形貌特征：A）大部分金属表面的腐蚀极其轻微，有的甚至光亮如初，仅在局部出现腐蚀小坑B）有的点蚀凹坑仍有金属光泽，若将凹坑的表皮去掉，则可见严重的腐蚀坑。C）蚀坑的表面有时被一层腐蚀产物所覆盖。将其去除后，则可见严重的腐蚀坑。D）在某种特定的环境条件下，腐蚀坑会呈现出宝塔状的特殊形貌。18影响因素：合金元素：镍、铬、钒、硅、钼、银、氮有利。硫、锰、钛、碲、硒、镉、铈有害。钴、锆、钨、锡、铅、磷影响不大。组织结构：组织不均匀对其影响极大。介质流速：介质活性：介质温度：表面状态：19（2）缝隙腐蚀失效在电解质中，在金属与金属或金属与非金属表面之间狭窄的缝隙内产生的一种局部腐蚀。在狭缝内由于溶液的移动受到阻滞，溶液中的氧逐渐消耗，使缝隙内的氧浓度低于周围溶液中的浓度，由此造成狭缝内金属为小阳极，而周围的金属为大阴极。电介质溶液中的氯离子从缝隙外不断向缝隙内迁移，以及由于金属氯化物的水解自催化酸化过程，导致钝化膜破坏，从而形成了电化学腐蚀的微电池条件，造成狭缝深度方向的局部腐蚀。20产生条件：产生狭缝腐蚀的狭缝尺寸及形状，应满足腐蚀介质进入并滞留在其中的几何条件。狭缝宽度在0.1-0.12mm时最为敏感。形貌特征：一定形状的溃疡般沟槽或类似点腐蚀连成的片状破坏。21影响因素：合金元素：组织结构：几何因素：环境因素：22晶间腐蚀：定义发生条件：取决于材料/介质体系的特征。形貌特征：宏观上看不到任何变化，几何尺寸及表面金属光泽不变，但其强度及延伸率显著降低。金属表面出现裂纹，甚至呈现酥脆，稍加外力，晶粒即行脱落，同时失去金属声。微观上看到发生沿晶界均匀腐蚀的现象，有时尚可看到晶粒脱离。断口呈现冰糖块状的形貌。23（4）接触腐蚀疲劳定义：通常把由于腐蚀电池的作用而产生的腐蚀称为电偶腐蚀，又称为解除腐蚀或异金属腐蚀。产生条件：两种或两种以上具有不同电位的物质在电介质溶液中相接触。影响因素：接触材料的其实电位差极化作用接触腐蚀时两者的面积溶液电阻的影响24（5）空泡腐蚀：气蚀定义：产生条件：液体和工件表面处于相对的高速运动状态。形貌特征：与点腐蚀相似，但蚀坑的深度比点腐蚀浅很多，蚀坑的分布比点腐蚀紧密很多，表面往往变得十分粗糙，呈海绵状。25（6）磨耗腐蚀定义：材料在摩擦力和腐蚀共同作用下产生的腐蚀加速破坏现象。产生条件：工艺介质具有较强的腐蚀性流动介质中含有固体颗粒介质与金属表面的相对运动速度较大且流向一定。形貌特征：金属表面呈先方向性的沟、槽、波纹及山谷个＝花样。26腐蚀失效分析及预防腐蚀失效分析的步骤及内容（1）详细勘查事故现场：损坏设备的基本情况、损坏部位的宏观情况、材料及制造情况、设备使用的环境条件、应力条件、表面处理情况、现场拍照及取样、经济损失的估算。（2）腐蚀形貌的宏观分析：腐蚀产物的形貌、断面特征（3）腐蚀产物分析（4）腐蚀形貌的微观分析（5）对材料性能进行复验（6）失效模式的判断及重复性试验（7）综合讨论及总结27预防腐蚀失效的一般原则（1）正确分析腐蚀失效原因和确定腐蚀失效模式（2）正确地选择材料和合理设计金属结构（3）查明外来腐蚀介质的性质并将其去除（4）隔离腐蚀介质（5）采用电化学保护法