機械零件的失效及分析-文庫吧

【正文】 面之間存在這硬質顆粒，或者當摩擦副材料一方的硬度比另一方的硬度大得多時，所產生的一種類似金屬切削過程的磨損，其特征是在接觸表面上有明顯的切削痕跡。 2. 磨料磨損的分類 磨料磨損的形式可分為三類，如表所示： 1. 磨料磨損的機理 （ 1）微量切削 （ 2）疲勞破壞 （ 3）壓痕破壞 （ 4）斷裂 二、磨料磨損 3. 影響磨料磨損的因素 由于磨料模塑主要是由磨料顆粒與摩擦表面的機械作用而引起的，而影響它的因素也就取決于這兩方面。 （ 1）磨料 磨料磨損與磨料的相對硬度、形狀、大小有密切關系。 （ 2）摩擦表面材料 摩擦表面材料的顯微組織，力學性能如硬度、斷裂韌度、彈性模量等，與磨料磨損也有很大的關系。 減少磨料磨損的措施 選擇合適的材料 密封 維護，清洗 潤滑 提高加工精度 三、疲勞磨損 疲勞磨損是摩擦表面材料微觀體積受循環接觸應力作用產生重復變形，導產生裂紋和分離出微片或顆粒的一種磨損。 1. 疲勞磨損機理 按裂紋產生的位置，疲勞磨損的機理有兩種情況： (1)滾動接觸疲勞磨損 （ 2）滑動接觸疲勞磨損 3. 影響接觸疲勞磨損的主要因素： （ 1）材質 （ 2）接觸表面粗糙度 （ 3）表面殘余內應力 （ 4）其他因素 2. 疲勞磨損的分類： （ 1）非擴展性疲勞磨損 （ 2）擴展性疲勞磨損 提高抗疲勞磨損的途徑 減少材料中的脆性雜質 適當的硬度 提高表面精度 表面處理 潤滑 四、微動磨損 兩個接觸表面由于受相對低振幅震蕩運動而產生的磨損叫 做微動磨損。 1. 微動磨損的機理 2. 影響微動磨損的主要因素 微動磨損是一種兼有磨料磨損、粘著磨損和氧化磨損的復合 磨損形式。 實踐與試驗表明，外界條件（載荷、振幅、溫度、潤滑等） 及材質對微動磨損影響相當大。 造成的危害 緊配合機體變松、引起應力集中，產生其他的磨損 見圖 29微動磨損的過程。 微動磨損的影響因素 材料：提高材料的硬度 載荷因素：載荷過小，過大都會產生微動磨損。通常采用實驗測得臨界值。手段 — 預緊、過盈配合 振幅：振幅小，微動磨損小 表面處理：電鍍、滾壓等手段 五、沖蝕磨損 沖蝕磨損是指液體或固體以松散的小顆粒按一定的速度或角度對材料表面進行沖擊所造成的 . 硬粒沖蝕 鍋爐在啟動或長期低負荷情況下，特別在啟動工況下，過熱器內外溫差較大，導致蒸汽通過時過熱器管子受到熱沖擊，過熱器管的氧化鐵發生剝落形成硬粒隨蒸汽進入汽輪機高壓缸，使葉片產生了‘固體硬粒沖蝕’現象，損傷葉片，影響汽輪機的安全運行。 液滴沖蝕 液滴高速沖擊機件表面，產生的損傷。 當零件與液體接觸并作相對運動時，在接觸面附近的局部壓力低于相應溫度液體的飽和蒸汽壓時，液體就會加速汽化而產生大量氣泡， 與此同時，原混在或溶解于液體中的空氣也都游離出來形成氣泡；當氣泡流到高壓區時，因壓力超過氣泡壓潰強度而使氣泡潰滅，瞬間產生極大的沖擊力和高溫。 氣泡的形成和壓潰的反復作用，使零件表面疲勞破壞，產生麻點，隨后擴展成海綿狀空穴，這種磨損稱為氣蝕磨損。氣蝕磨損嚴重者，其擴展深度可達 20mm。 減輕氣蝕的主要措施有： 1）減小與液體接觸表面的振動，以減少水擊現象的發生。 2）選用耐氣蝕的材料。 3）零件表面涂塑料、陶瓷等防氣蝕材料，也可在表面電鍍。 4）改進零件結構。 5）水中添加乳化油。 氣蝕 氣蝕是一種比較復雜的破壞現象，它不單是機械作用，還有化學、電化學作用，當液體中含有雜質或磨粒時，就會加劇這一破壞過程。 第二節 金屬零件的斷裂 斷裂是零件在機械、熱、磁、腐蝕等單獨作用或者聯合 作用下，其本身連續性遭到破壞，發生局部開裂或分裂成幾部分 的現象。 斷裂的分類方法很多，包括過載斷裂、延性斷裂、脆性斷裂、疲勞斷裂和環境斷裂。 環境斷裂主要有 應力腐蝕斷裂 氫脆斷裂 高溫蠕變斷裂 腐蝕疲勞斷裂及冷脆斷裂等 過載斷裂 外加載荷超過金屬構件危險截面所能承受的極限應力時所發生的斷裂。 疲勞斷裂 零件在交變載荷下經過較長時間的工作而發生斷裂的現象就叫作疲勞斷裂。 盡管疲勞載荷有各種類型，但它們都有一些共同的特點。 第一， 斷裂時并無明顯的宏觀塑性變形，斷裂前沒有明顯的預兆，而是突然地破壞。 第二， 引起疲勞斷裂的應力很低，常常低于靜載時的屈服強度。 第三， 疲勞破壞能清楚地顯示出裂紋的發生、擴展和最后斷裂三個組成部份。 斷裂的分類 過載斷裂 一個典型的疲勞斷口總是由疲勞源， 疲勞裂紋擴展區、 最終斷裂區三部份構成。 疲勞斷口有各種型式，它取決于載荷的類型，即所受應力為彎曲應力、扭轉應力還是拉 壓應力，同時與應力的大小和應力集中程度有關。 脆性斷裂 構件未經明顯的變形而發生的斷裂。斷裂時材料幾乎沒有發生過塑性變形。如桿件脆斷時沒有明顯的伸長或彎曲，更無縮頸，容器破裂時沒有直徑的增大及壁厚的減薄。脆斷的構件常形成碎片。材料的脆性是引起構件脆斷的重要原因。 氫脆 由于氫和應力的共同作用，而導致金屬材料產生脆性斷裂的現象，稱為氫脆斷裂（簡稱氫脆） 一、氫在金屬中存在的形式 內含的（冶煉和加工中帶入的氫）； 外來的（工作中，吸 H）。 間隙原子狀固溶在金屬中； 分子狀氣泡中； 化學物（氫化物）。 二、氫脆類型及其特征 氫蝕（或稱氣蝕） 高壓氣泡（ H2， CH4） 宏觀斷口：呈氧化色，顆粒狀（沿晶）； 微觀斷口：晶界明顯加寬，沿晶斷裂。 白點（發裂） 氫的溶解度 ↓ ，形成氣泡體積 ↑ ，將金屬的局部脹裂。 宏觀：斷面呈圓形或橢圓形，顏色為銀白色。甚至有白線。 氫化物 形成氫化物（凝固、熱加工時形成；或應力作用下，元素擴散而形成）。 氫化物很硬、脆，與基體結合不牢。 裂紋沿界面擴展。 氫導致延滯斷裂 由于氫的作用而產生的延滯斷裂現象。 原因：氫顯著降低金屬材料的斷后伸長率。 條件：一定溫度范圍；慢速加載（恒載） 三、鋼的氫致延滯斷裂機理 三個階段：孕育，亞穩擴展，失穩擴展。 1）孕育期 氫原子數量 ↑ ；擴散，偏聚。 氫固溶，在位錯線周圍偏聚，形成氣團；位錯運動受 阻，產生應力集中，萌生裂紋。 2）溫度的影響