《設(shè)備管理與維修》課件

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1、 設(shè) 備 管 理 與 維 修 設(shè) 備 管 理 與 維 修 第 二 章 機(jī) 械 零 件 失 效 的 模 式 及 其 機(jī) 理第 二 節(jié) 機(jī) 械 零 件 的 磨 損第 三 節(jié) 金 屬 零 件 的 斷 裂第 四 節(jié) 金 屬 零 件 的 腐 蝕 損 傷第 五 節(jié) 機(jī) 械 零 件 的 變 形第 一 節(jié) 基 本 概 念 設(shè) 備 管 理 與 維 修 第 一 節(jié) 基 本 概 念一 、 失 效 的 概 念 和 危 害失 效 ： 機(jī) 件 在 載 荷 作 用 下 喪 失 最 初 規(guī) 定 的 功 能 。 三 種 狀 態(tài) ：l 完 全 不 能 工 作l 不 能 按 確 定 的 規(guī) 范 完 成 規(guī) 定 功 能l 不 能 可

2、 靠 和 安 全 地 繼 續(xù) 使 用危 害 ： 必 將 導(dǎo) 致 機(jī) 械 設(shè) 備 的 故 障 設(shè) 備 管 理 與 維 修 第 一 節(jié) 基 本 概 念 1984年 12月 3日聯(lián) 合 碳 化 物 公 司印 度 博 帕 爾 發(fā) 生 特 大 毒 氣 外 泄 事 故 1986年 4月 26 烏 克 蘭 有 2000萬(wàn) 人 受 放 射 性 污 染 的 影 響 。截 至 1993年 初 ， 大 量 的 嬰 兒 成 為 畸 形 或殘 廢 ， 8000多 人 死 于 和 放 射 有 關(guān) 的 疾 病 。其 遠(yuǎn) 期 影 響 在 30年 后 仍 會(huì) 產(chǎn) 生 作 用 設(shè) 備 管 理 與 維 修 二 、 失 效 的 形

3、式按 失 效 件 的 外 部 形 態(tài) 特 征 分 類 ：l 磨 損 失 效l 斷 裂 失 效l 變 形 失 效l 腐 蝕 和 氣 蝕 失 效 分 析 ： 分 析 研 究 機(jī) 件 磨 損 、 斷 裂 、 變 形 、 腐蝕 等 現(xiàn) 象 的 機(jī) 理 或 過(guò) 程 的 特 征 及 規(guī) 律 ， 從 中 找 出產(chǎn) 生 失 效 的 主 要 原 因 ， 以 便 采 用 適 當(dāng) 的 控 制 方法 。 失 效 學(xué) 設(shè) 備 管 理 與 維 修 第 二 章 機(jī) 械 零 件 失 效 的 模 式 及 其 機(jī) 理第 二 節(jié) 機(jī) 械 零 件 的 磨 損第 三 節(jié) 金 屬 零 件 的 斷 裂第 四 節(jié) 金 屬 零 件 的 腐 蝕

4、 損 傷第 五 節(jié) 機(jī) 械 零 件 的 變 形第 一 節(jié) 基 本 概 念 設(shè) 備 管 理 與 維 修 第 二 節(jié) 機(jī) 械 零 件 的 磨 損 據(jù) 估 計(jì) ， 世 界 上 的 能 源 消 耗 中 約 有 1 3 1 2是 由 于 摩 擦 和 磨 損 造 成 的 。 一 般 機(jī) 械 設(shè) 備 中 約 有 80 的 零 件 因 磨 損 而 失效 報(bào) 廢 。 摩 擦 是 不 可 避 免 的 自 然 現(xiàn) 象 ， 磨 損 是 摩 擦 的必 然 結(jié) 果 ， 二 者 均 發(fā) 生 于 材 料 表 面 。 摩 擦 和 磨 損涉 及 的 科 學(xué) 技 術(shù) 領(lǐng) 域 甚 廣 ， 特 別 是 磨 損 ， 它 是 一種 微 觀

5、 和 動(dòng) 態(tài) 的 過(guò) 程 ， 在 這 一 過(guò) 程 中 ， 零 件 不 僅發(fā) 生 外 形 和 尺 寸 的 變 化 ， 而 且 會(huì) 發(fā) 生 其 它 各 種 物理 、 化 學(xué) 和 機(jī) 械 現(xiàn) 象 。 設(shè) 備 管 理 與 維 修 04年 ， 中 國(guó) 每 年 由 于 摩 擦 、 磨 損 損 失 近 600億 元 美 國(guó) 機(jī) 械 工 程 師 學(xué) 會(huì) (ASME)和 美 國(guó) 能 源 發(fā) 展局 (ERDA)提 出 的 一 項(xiàng) 減 輕 摩 擦 和 磨 損 的 發(fā) 展計(jì) 劃 ， 可 使 美 國(guó) 每 年 節(jié) 支 160億 美 元 ， 即 為 能源 消 耗 的 11 。 據(jù) 美 國(guó) 刊 物 介 紹 ， 美 國(guó) 幾 大

6、 類產(chǎn) 品 每 年 由 于 磨 損 所 造 成 的 損 失 是 ： 飛 機(jī) 134億 美 元 ， 船 舶 64億 美 元 ， 汽 車 400億 美 元 ， 切削 工 具 28億 美 元 。 設(shè) 備 管 理 與 維 修 第 二 節(jié) 機(jī) 械 零 件 的 磨 損 以 摩 擦 副 為 主 要 零 件 的 機(jī) 械 設(shè) 備 ， 在 正 常 運(yùn) 轉(zhuǎn)時(shí) ， 機(jī) 械 零 件 的 磨 損 一 般 可 分 為 磨 合 （ 走 合 ） 階 段 、穩(wěn) 定 磨 損 階 段 和 劇 烈 磨 損 階 段 ， 如 圖 2-1所 示 。 磨損量 a bo 時(shí) 間 磨 合 階 段 穩(wěn) 定 磨 損 階 段 劇 烈 磨 損 階 段圖

7、2-1 機(jī) 械 磨 損 過(guò) 程 設(shè) 備 管 理 與 維 修 第 二 節(jié) 機(jī) 械 零 件 的 磨 損 通 常 將 磨 損 分 為 粘 著 磨 損 、 磨 料 磨 損 、 疲 勞 磨 損 、 腐 蝕 磨 損 、微 動(dòng) 磨 損 和 沖 蝕 六 種 形 式 。一 、 粘 著 磨 損 當(dāng) 構(gòu) 成 摩 擦 副 的 兩 個(gè) 摩 擦 表 面 相 互 接 觸 并 發(fā) 生 相 對(duì) 的 運(yùn) 動(dòng) 時(shí) ，由 于 粘 著 作 用 ， 接 觸 表 面 的 材 料 從 一 個(gè) 表 面 轉(zhuǎn) 移 到 另 一 個(gè) 表 面 所引 起 的 磨 損 稱 為 粘 著 磨 損 。 粘 著 磨 損 又 稱 粘 附 磨 損 。1. 粘 著 磨

8、損 機(jī) 理 設(shè) 備 管 理 與 維 修 2. 粘 著 磨 損 的 影 響 因 素 設(shè) 備 管 理 與 維 修 2. 粘 著 磨 損 的 影 響 因 素 （ 1） 金 屬 互 溶 性 的 影 響 互 溶 性 越 好 ， 粘 著 傾 向 越 大 。 同 種 材 料 互 溶 性 好 ， 異種 材 料 互 溶 性 差 。 （ 2） 金 屬 點(diǎn) 陣 結(jié) 構(gòu) 與 硬 度 的 影 響 面 心 立 方 點(diǎn) 陣 的 金 屬 粘 著 傾 向 大 ， 六 方 點(diǎn) 陣 金 屬 的粘 著 傾 向 小 。 材 料 的 硬 度 增 加 時(shí) ， 粘 著 的 傾 向 減 少 。 （ 3） 載 荷 與 速 度 的 影 響 載 荷

9、 較 輕 時(shí) ， 金 屬 氧 化 膜 保 護(hù) ， 不 會(huì) 發(fā) 生 粘 著 。 當(dāng) 載 荷 或 速 度 增 大 ， 微 觀 接 觸 點(diǎn) 上 的 溫 度 升 高 ， 氧化 膜 遭 到 破 壞 ， 就 會(huì) 發(fā) 生 嚴(yán) 重 粘 著 磨 損 現(xiàn) 象 。 當(dāng) 載 荷 較 大 或 速 度 極 高 、 摩 擦 表 面 溫 度 很 高 時(shí) ， 磨損 率 反 而 顯 著 下 降 ， 因 為 表 露 出 的 金 屬 會(huì) 在 高 溫 下 迅 速生 成 新 的 保 護(hù) 膜 。 設(shè) 備 管 理 與 維 修 3. 減 少 粘 著 磨 損 的 措 施 （ 1） 合 理 潤(rùn) 滑 建 立 可 靠 的 潤(rùn) 滑 保 護(hù) 膜 ， 隔

10、離 互 相 摩 擦 的 金 屬 表 面 ，是 員 有 效 、 最 經(jīng) 濟(jì) 的 措 施 。 （ 2） 選 擇 互 溶 性 小 的 材 料 配 對(duì) 鉛 、 錫 、 銀 等 在 鐵 中 的 溶 解 度 小 ， 用 這 些 金 屬 的 合全 做 軸 瓦 材 料 ， 抗 粘 著 性 能 極 好 （ 如 巴 氏 合 金 、 鋁 青 銅 、高 錫 鋁 合 金 等 ） ， 鋼 與 鑄 鐵 配 對(duì) 抗 粘 性 能 也 不 錯(cuò) 。 （ 3） 金 屬 與 非 金 屬 配 對(duì) 鋼 與 石 墨 、 塑 料 等 非 金 屬 摩 擦 時(shí) ， 粘 著 傾 向 小 ， 用優(yōu) 質(zhì) 塑 料 作 耐 磨 層 是 很 有 效 的 。

11、（ 4） 適 當(dāng) 的 表 面 處 理 表 面 淬 火 、 表 面 化 學(xué) 處 理 、 磷 化 處 理 、 硫 化 處 理 、滲 氮 處 理 、 四 氧 化 三 鐵 處 理 以 及 適 當(dāng) 的 噴 涂 處 理 ， 都 能提 高 屬 抗 粒 著 磨 損 的 能 力 。 設(shè) 備 管 理 與 維 修 磨 料 磨 損 又 稱 磨 粒 磨 損 。 它 是 當(dāng) 摩 擦 副 的 接 觸 表 面 之 間 存在 這 硬 質(zhì) 顆 粒 ， 或 者 當(dāng) 摩 擦 副 材 料 一 方 的 硬 度 比 另 一 方 的 硬 度 大 得多 時(shí) ， 所 產(chǎn) 生 的 一 種 類 似 金 屬 切 削 過(guò) 程 的 磨 損 ， 其 特 征

12、 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(jī) 理 （ 1） 微 量 切 削（ 2） 疲 勞 破 壞（ 3） 壓 痕 破 壞（ 4） 斷 裂二 、 磨 料 磨 損 設(shè) 備 管 理 與 維 修 設(shè) 備 管 理 與 維 修 3. 影 響 磨 料 磨 損 的 因 素 由 于 磨 料 磨 損 主 要 是 由 磨 料 顆 粒 與 摩 擦 表 面 的 機(jī) 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

13、 料 性 質(zhì) 磨 料 磨 損 與 磨 料 的 相 對(duì) 硬 度 、 形 狀 、 大 小 有 密 切 關(guān) 系 。（ 2） 摩 擦 表 面 材 料 包 括 摩 擦 表 面 材 料 的 顯 微 組 織 和 摩 擦 表 面 材 料 的 硬 度 設(shè) 備 管 理 與 維 修 磨 料 磨 損 的 影 響 因 素 設(shè) 備 管 理 與 維 修 三 、 疲 勞 磨 損 疲 勞 磨 損 是 摩 擦 表 面 材 料 微 觀 體 積 受 循 環(huán) 接 觸 應(yīng) 力 作 用 產(chǎn) 生重 復(fù) 變 形 ， 導(dǎo) 產(chǎn) 生 裂 紋 和 分 離 出 微 片 或 顆 粒 的 一 種 磨 損 。 設(shè) 備 管 理 與 維 修 三 、 疲 勞 磨

14、損1. 疲 勞 磨 損 機(jī) 理按 裂 紋 產(chǎn) 生 的 位 置 ， 疲 勞 磨 損 的 機(jī) 理 有 兩 種 情 況 ：(1） 滾 動(dòng) 接 觸 疲 勞 磨 損（ 2） 滾 滑 接 觸 疲 勞 磨 損 設(shè) 備 管 理 與 維 修 設(shè) 備 管 理 與 維 修 3. 影 響 接 觸 疲 勞 磨 損 的 主 要 因 素 ：（ 1） 材 質(zhì)（ 2） 接 觸 表 面 粗 糙 度（ 3） 表 面 殘 余 內(nèi) 應(yīng) 力（ 4） 其 他 因 素2. 疲 勞 磨 損 的 分 類 ： （ 1） 非 擴(kuò) 展 性 疲 勞 磨 損（ 2） 擴(kuò) 展 性 疲 勞 磨 損 設(shè) 備 管 理 與 維 修 4 .提 高 抗 疲 勞 磨 損

15、 的 途 徑(1)減 少 材 料 中 的 脆 性 夾 雜 物 (2)適 當(dāng) 的 硬 度(3)提 高 表 面 加 工 質(zhì) 量 (4)表 面 處 理 (5)潤(rùn) 滑 設(shè) 備 管 理 與 維 修 四 、 微 動(dòng) 磨 損 兩 個(gè) 接 觸 表 面 由 于 受 相 對(duì) 低 振 幅 震 蕩 運(yùn) 動(dòng) 而 產(chǎn) 生 的 磨 損 叫做 微 動(dòng) 磨 損 。1. 微 動(dòng) 磨 損 的 機(jī) 理 微 動(dòng) 磨 損 是 一 種 兼 有 磨 料 磨 損 、粘 著 磨 損 和 氧 化 磨 損 的 復(fù) 合 磨 損 形式 。 設(shè) 備 管 理 與 維 修 設(shè) 備 管 理 與 維 修 設(shè) 備 管 理 與 維 修 2. 影 響 微 動(dòng) 磨 損

16、的 主 要 因 素 實(shí) 踐 與 試 驗(yàn) 表 明 ， 材 料 性 能 和 外 界 條 件 （ 載 荷 、 振 幅 、 溫 度 、潤(rùn) 滑 等 ） 對(duì) 微 動(dòng) 磨 損 影 響 相 當(dāng) 大 。 設(shè) 備 管 理 與 維 修 四 、 沖 蝕 磨 損 沖 蝕 磨 損 是 指 材 料 受 到 固 定 粒 子 、 液 滴 或 液 體 中 氣 泡沖 擊 時(shí) ， 表 面 出 現(xiàn) 的 損 傷 現(xiàn) 象 。 沖 蝕 磨 損 可 以 分 為 以 下 三 種 情 況 ： (一 )硬 粒 子 沖 蝕 沖 蝕 機(jī) 件 的 粒 子 小 而 松 散 ， 粒 子 平 均 直 徑 小 于 1mm， 沖擊 速 度 在 500mm以 內(nèi) 。

17、 粒 子 硬 度 高 于 被 沖 蝕 材 料 的 表 面 硬度 ， 這 是 硬 粒 子 沖 蝕 的 主 要 特 點(diǎn) 。 設(shè) 備 管 理 與 維 修 (二 )液 滴 沖 蝕 液 滴 沖 蝕 是 軟 粒 子 沖 蝕 中 的 一 種 特 殊 情 況 。 當(dāng) 液 滴高 速 沖 擊 機(jī) 件 表 面 時(shí) 面 的 損 傷 ， 如 穿 過(guò) 雨 層 的 導(dǎo) 彈 或 飛機(jī) 殼 體 ， 就 容 易 出 現(xiàn) 這 種 情 況 。 設(shè) 備 管 理 與 維 修 (三 )氣 蝕 當(dāng) 零 件 與 液 體 接 觸 ， 并 有 振 動(dòng) 或 攪 動(dòng) 時(shí) ， 液 流 中 的 氣泡 對(duì) 零 件 表 面 造 成 的 損 傷 稱 為 氣 蝕

18、 。 氣 蝕 的 主 要 特 征 是 ： 零 件 表 面 出 現(xiàn) 麻 點(diǎn) 、 針 孔 ， 嚴(yán) 重時(shí) 表 面 呈 蜂 窩 狀 、 小 孔 直 徑 達(dá) 1mm以 上 ， 深 度 可 達(dá) 20mm。 設(shè) 備 管 理 與 維 修 減 輕 氣 蝕 的 主 要 措 施 有 ：1） 減 小 與 液 體 接 觸 表 面 的 振 動(dòng) ， 以 減 少 水 擊 現(xiàn) 象 的 發(fā) 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 鍍 鉻 。4） 改 進(jìn) 零 件 結(jié) 構(gòu) 。5） 水 中 添 加 乳 化 油 。(三 )氣 蝕 氣 蝕

19、是 一 種 比 較 復(fù) 雜 的 破 壞 現(xiàn) 象 ， 它 不 單 是 機(jī) 械 作 用 ， 還 有 化 學(xué) 、電 化 學(xué) 作 用 ， 當(dāng) 液 體 中 含 有 雜 質(zhì) 或 磨 粒 時(shí) ， 就 會(huì) 加 劇 這 一 破 壞 過(guò) 程 。 設(shè) 備 管 理 與 維 修 第 二 章 機(jī) 械 零 件 失 效 的 模 式 及 其 機(jī) 理第 二 節(jié) 機(jī) 械 零 件 的 磨 損第 三 節(jié) 金 屬 零 件 的 斷 裂第 四 節(jié) 金 屬 零 件 的 腐 蝕 損 傷第 五 節(jié) 機(jī) 械 零 件 的 變 形第 一 節(jié) 基 本 概 念 設(shè) 備 管 理 與 維 修 第 三 節(jié) 金 屬 零 件 的 斷 裂 斷 裂 是 零 件 在 機(jī)

20、械 、 熱 、 磁 、 腐 蝕 等 單 獨(dú) 作 用 或 者 聯(lián) 合作 用 下 ， 其 本 身 連 續(xù) 性 遭 到 破 壞 ， 發(fā) 生 局 部 開(kāi) 裂 或 分 裂 成 幾 部 分的 現(xiàn) 象 。 按 斷 口 宏 觀 變 形 量 分 類 ： 延 性 斷 裂 、 脆 性 斷 裂 。按 斷 裂 環(huán) 境 分 類 應(yīng) 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 等按 斷 裂 原 因 分 類 ： 過(guò) 載 斷 裂 、 疲 勞 斷 裂 、 脆 性 斷 裂 設(shè) 備 管 理 與 維 修 外 加 載 荷 超 過(guò) 金 屬 構(gòu) 件 危 險(xiǎn) 截 面 所 能 承 受 的 極

21、 限 應(yīng) 力 時(shí) 所發(fā) 生 的 斷 裂 。1、 過(guò) 載 斷 裂過(guò) 載 斷 裂 的 主 要 特 征 ： 常 溫 時(shí) ， 晶 界 強(qiáng) 度 大 于 晶 內(nèi) 強(qiáng) 度 ， 所 以 過(guò) 載 斷 裂 通 常是 穿 晶 斷 裂 。 過(guò) 載 斷 裂 的 斷 口 通 常 分 為 三 個(gè) 區(qū) 域 。 當(dāng) 斷 口 處 無(wú) 應(yīng) 力集 中 時(shí) ， 三 個(gè) 區(qū) 域 的 分 布 如 下 圖 所 示 ， 分 別 稱 為 纖 維 區(qū) F、放 射 區(qū) R和 剪 切 唇 區(qū) S。 設(shè) 備 管 理 與 維 修 2、 疲 勞 斷 裂 零 件 在 交 變 載 荷 或 循 環(huán) 載 荷 作 用 下 經(jīng) 過(guò)較 長(zhǎng) 時(shí) 間 的 工 作 而 發(fā) 生

22、 斷 裂 的 現(xiàn) 象 就 叫 作疲 勞 斷 裂 。 機(jī) 械 疲 勞 依 載 荷 性 質(zhì) ， 可 以 分 為 拉 壓疲 勞 、 振 動(dòng) 疲 勞 、 彎 曲 疲 勞 、 扭 轉(zhuǎn) 疲 勞 與復(fù) 合 應(yīng) 力 疲 勞 。 按 斷 裂 的 應(yīng) 力 交 變 次 數(shù) 又 可 分 為 高 周疲 勞 （ 104107)和 低 周 疲 勞 （ 104以 下 )。 設(shè) 備 管 理 與 維 修 2、 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(diǎn) 。 第 一 ， 斷 裂 時(shí) 并 無(wú) 明 顯 的 宏 觀 塑 性 變 形 ，斷 裂 前 沒(méi) 有 明 顯 的 預(yù) 兆

23、 ， 而 是 突 然 地 破 壞 。 第 二 ， 引 起 疲 勞 斷 裂 的 應(yīng) 力 很 低 ， 常 常 低于 靜 載 時(shí) 的 屈 服 強(qiáng) 度 。 第 三 ， 疲 勞 破 壞 能 清 楚 地 顯 示 出 裂 紋 的 發(fā)生 、 擴(kuò) 展 和 最 后 斷 裂 三 個(gè) 組 成 部 份 。 設(shè) 備 管 理 與 維 修 2、 疲 勞 斷 裂 疲 勞 斷 裂 的 機(jī) 理 一 般 認(rèn) 為 ， 疲 勞 斷 裂 過(guò) 程 共 經(jīng) 歷 三 個(gè) 階段 ： 疲 勞 裂 紋 的 萌 生 ， 即 形 成 階 段 ； 疲 勞裂 紋 的 擴(kuò) 展 階 段 和 最 終 斷 裂 或 瞬 斷 階 段 。 設(shè) 備 管 理 與 維 修 2、

24、 疲 勞 斷 裂 疲 勞 斷 裂 的 主 要 特 征 典 型 的 疲 勞 斷 口 按 照 斷 裂 過(guò) 程 有 三 個(gè) 形 貌 不 同的 區(qū) 域 ： 疲 勞 核 心 區(qū) 、 疲 勞 裂 紋 擴(kuò) 展 區(qū) 和 瞬 斷 區(qū) 。 設(shè) 備 管 理 與 維 修 3、 脆 性 斷 裂 脆 性 斷 裂 ： 構(gòu) 件 未 經(jīng) 明 顯 的 變 形 而 發(fā) 生 的 斷 裂 。 脆 性 斷 裂 的 主 要 特 征 1)金 屬 材 料 發(fā) 生 脆 性 斷 裂 時(shí) ， 船 工 作 應(yīng) 力 并 不 高 ，通 常 不 超 過(guò) 材 料 助 屈 服 強(qiáng) 度 所 以 脆 性 斷 裂 為 低 應(yīng) 力 脆 斷 。 2)脆 性 斷 裂 的

25、斷 口 平 整 光 亮 。 3)斷 口 附 近 沒(méi) 有 縮 頸 現(xiàn) 象 ， 截 面 收 縮 很 小 ， 一 般 不 超過(guò) 3 。 4)脆 性 斷 裂 也 有 裂 紋 源 ， 裂 紋 源 出 現(xiàn) 在 表 面 的 應(yīng) 力 集中 部 位 ， 損 傷 部 位 ， 內(nèi) 部 的 夾 雜 、 空 穴 ， 及 由 軋 制 、 鍛 壓而 產(chǎn) 生 的 微 小 裂 紋 部 位 。 材 料 的 脆 性 是 引 起 構(gòu) 件 脆 斷 的 重 要 原 因 。 設(shè) 備 管 理 與 維 修 4、 斷 裂 失 效 分 析 的 步 驟1 現(xiàn) 場(chǎng) 記 載 與 拍 照2 分 析 主 導(dǎo) 失 效 件3 找 出 主 導(dǎo) 失 效 件 上 的

26、 主 導(dǎo) 裂 紋（ 1） 排 除 法（ 2） T形 法（ 3） 分 叉 法 設(shè) 備 管 理 與 維 修 4、 斷 裂 失 效 分 析 的 步 驟4 尋 找 失 效 源 區(qū)5 斷 口 處 理6 確 定 失 效 原 因（ 1） 設(shè) 計(jì) 方 面（ 2） 工 藝 方 面（ 3） 安 裝 使 用 方 面 設(shè) 備 管 理 與 維 修 第 二 章 機(jī) 械 零 件 失 效 的 模 式 及 其 機(jī) 理第 二 節(jié) 機(jī) 械 零 件 的 磨 損第 三 節(jié) 金 屬 零 件 的 斷 裂第 四 節(jié) 金 屬 零 件 的 腐 蝕 損 傷第 五 節(jié) 機(jī) 械 零 件 的 變 形第 一 節(jié) 基 本 概 念 設(shè) 備 管 理 與 維 修

27、 金 屬 腐 蝕 破 壞 發(fā) 生 在 零 件 表 面 ， 逐 漸 向 內(nèi) 部 擴(kuò) 展 或 同 時(shí) 向 四周 蔓 延 。腐 蝕 是 現(xiàn) 代 工 業(yè) 中 極 為 有 害 的 破 壞 因 素 。 不 僅 造 成 機(jī) 器 、 零部 件 的 失 效 ， 且 造 成 大 最 金 屬 材 料 的 浪 費(fèi) 和 巨 大 的 經(jīng) 濟(jì) 損 失 。例 如 ， 全 世 界 每 年 因 腐 蝕 浪 費(fèi) 的 鋼 鐵 約 占 當(dāng) 年 鋼 鐵 產(chǎn) 盤 的 10%。此 外 ， 腐 蝕 破 壞 還 帶 來(lái) 安 全 性 和 資 源 保 護(hù) 等 問(wèn) 題 ， 導(dǎo) 致 機(jī) 器 設(shè)備 的 突 然 破 壞 ， 嚴(yán) 重 危 及 人 身 安 全

28、和 使 地 球 上 有 限 資 源 日 漸 枯竭 ， 使 人 類 生 存 受 到 威 脅 。第 四 節(jié) 金 屬 零 件 的 腐 蝕 損 傷 金 屬 零 件 的 腐 蝕 損 傷 ， 是 指 金 屬 材 料 與 周 圍 介 質(zhì) 產(chǎn) 生 化 學(xué)或 電 化 學(xué) 反 應(yīng) 而 導(dǎo) 致 的 破 壞 。 金 屬 腐 蝕 是 普 遍 存 在 的 自 然 現(xiàn) 象 。 設(shè) 備 管 理 與 維 修 一 、 金 屬 腐 蝕 過(guò) 程 與 分 類 自 然 界 中 大 多 數(shù) 金 屬 是 以 金 屬 化 合 物 的 形 式 存 在 于 礦 石 中 ，例 如 鐵 以 Fe2O3， 形 式 存 在 于 赤 鐵 礦 中 ， 而 F

29、e2O3也 是 鐵 的 腐蝕 產(chǎn) 物 鐵 銹 的 成 分 。 冶 煉 金 屬 是 消 耗 能 量 把 礦 石 中 的 化 合 物 轉(zhuǎn) 變 成 金 屬 ， 所 以金 屬 比 其 化 合 物 具 有 更 高 自 由 能 。 金 屬 腐 蝕 使 金 屬 恢 復(fù) 其 自 然 狀 態(tài) ， 金 屬 釋 放 出 能 量 回 到 熱力 學(xué) 上 更 穩(wěn) 定 的 自 然 存 在 形 式 化 合 物 狀 態(tài) ， 即 金 屬 從 金 屬狀 態(tài) 自 發(fā) 地 變 成 離 子 狀 態(tài) ， 生 成 氧 化 物 、 硫 化 物 等 。 所 以 腐蝕 過(guò) 程 是 金 屬 釋 放 出 能 量 使 自 身 穩(wěn) 定 的 自 發(fā) 過(guò) 程

30、 ， 也 是 冶 金的 逆 過(guò) 程 。 金 屬 釋 放 的 能 量 就 是 腐 蝕 的 動(dòng) 力 ， 而 其 他 破 壞 形式 ， 如 磨 損 、 裂 紋 等 則 要 消 耗 有 用 功 。 設(shè) 備 管 理 與 維 修 一 、 金 屬 腐 蝕 過(guò) 程 與 分 類 依 金 屬 腐 蝕 過(guò) 程 的 特 點(diǎn) 分 為 :化 學(xué) 腐 蝕 、 電 化 學(xué)腐 蝕 。依 腐 蝕 表 面 的 特 征 分 為 :全 面 腐 蝕 、 局 部 腐 蝕 。全 面 腐 蝕 是 機(jī) 件 整 個(gè) 表 面 上 發(fā) 生 的 腐 蝕 ， 一 般 多為 全 面 不 均 勻 腐 蝕 。 局 部 腐 蝕 是 機(jī) 件 表 面 局 部 發(fā) 生

31、 的 腐 蝕 ， 而 表 面 上其 他 部 分 幾 乎 不 發(fā) 生 腐 蝕 。 局 部 腐 蝕 較 多 ， 危 害 也 比 全 面 腐 蝕 嚴(yán) 重 ， 往 往 會(huì)發(fā) 生 突 然 破 壞 ， 造 成 機(jī) 件 的 損 壞 ， 甚 至 惡 性 事 故 。 設(shè) 備 管 理 與 維 修 二 、 金 屬 零 件 的 化 學(xué) 腐 蝕 單 純 由 化 學(xué) 作 用 而 引 起 的 腐 蝕 叫 化 學(xué) 腐 蝕 。 金 屬 氧 化 膜 要 在 含 氧 氣 的 條 件 下 其 保 護(hù) 膜 作 用 必 須 具有 以 下 條 件 ： 膜 必 須 是 緊 密 的 ， 能 完 整 的 把 金 屬 表 面 全 部 覆 蓋 住

32、； 膜 在 氣 體 介 質(zhì) 中 是 穩(wěn) 定 的 ； 膜 和 基 體 金 屬 的 結(jié) 合 力 強(qiáng) ， 且 具 有 一 定 的 強(qiáng) 度 和 塑 性 ； 膜 具 有 與 基 體 金 屬 相 當(dāng) 的 熱 膨 脹 系 數(shù) 。 設(shè) 備 管 理 與 維 修 三 、 電 化 學(xué) 腐 蝕金 屬 表 面 與 離 子 導(dǎo) 電 的 電 解 介 質(zhì) 溶 液 發(fā) 生 電 化 學(xué)作 用 產(chǎn) 生 的 破 壞 稱 為 電 化 學(xué) 腐 蝕 。 電 化 學(xué) 腐 蝕 過(guò) 程 中 產(chǎn) 生 電 流 。 電 化 學(xué) 腐 蝕 是 自 然 界 和 生 產(chǎn) 中 最 普 遍 和 最 常 見(jiàn) 的腐 蝕 ， 破 壞 作 用 也 顯 著 。 金 屬 在

33、 大 氣 、 濕 空 氣 、 海 水 、 土 壤 及 酸 、 堿 、 鹽溶 液 中 都 能 發(fā) 生 電 化 學(xué) 腐 蝕 。 在 船 上 ， 船 體 和 船機(jī) 發(fā) 生 電 化 學(xué) 腐 蝕 的 部 位 和 零 部 件 較 多 。 設(shè) 備 管 理 與 維 修 電 化 學(xué) 腐 蝕 的 根 本 原 因 是 腐 蝕 電 池 的 形 成 。 需 要 形 成 腐 蝕 電 池 的 三 條是 ： 有 兩 個(gè) 或 兩 個(gè) 以 上 的 不 同 電 極 電 位 的 物 體 ， 或 在 同 一 物 體 具 有 不 同電 極 電 位 的 區(qū) 域 ， 以 形 成 正 、 負(fù) 極 ； 電 極 之 間 需 要 有 導(dǎo) 體 相 連

34、 接 或 電 極 直 接 接 觸 ； 要 有 電 解 液 。常 見(jiàn) 的 電 化 學(xué) 腐 蝕 形 式 有 ： 在 熔 融 鹽 中 的 腐 蝕 大 氣 腐 蝕 土 壤 腐 蝕 在 電 解 質(zhì) 溶 液 中 的 腐 蝕三 、 電 化 學(xué) 腐 蝕 電 化 學(xué) 腐 蝕 是 金 屬 與 電 解 物質(zhì) 接 觸 時(shí) 產(chǎn) 生 的 腐 蝕 。 設(shè) 備 管 理 與 維 修 1、 電 化 學(xué) 腐 蝕 原 理 電 池 作 用 原 理 可 以 充 分 說(shuō) 明 金 屬 在 電 解 質(zhì) 溶 液 中 的 腐 蝕 過(guò) 程 。下 圖 的 Fe-Cu電 池 示 意 圖 中 ， 鐵 板 和 銅 板 分 別 為 陽(yáng) 極 和 陰 極 ，同

35、裝 于 盛 有 電 解 質(zhì) 溶 液 (如 稀 硫 酸 )的 容 器 中 ， 并 用 導(dǎo) 線 連 接 兩極 。 電 池 反 應(yīng) 發(fā) 生 后 導(dǎo) 線 中 有 電 流 通 過(guò) 。電 池 反 應(yīng) : 陽(yáng) 極 氧 化 反 應(yīng) 后 鐵 被 溶 解 Fe Fe +2 陰 極 還 原 反 應(yīng) 后 放 出 氫 氣 2H+2H2 所 以 ， 電 池 作 用 使 陽(yáng) 極 鐵 板 不 斷 地 被腐 蝕 ， 溶 液 中 氫 離 子 不 斷 地 從 陰 極 獲得 電 子 變 成 氫 氣 逸 出 。 Fe-Cu電 池 示 意 圖 設(shè) 備 管 理 與 維 修 電 化 學(xué) 腐 蝕 中 ， 腐 蝕 電 池 起 著 重 要 作 用

36、 。 依 電池 中 電 極 大 小 分 為 宏 觀 電 池 與 微 觀 電 池 。 1.宏 觀 腐 蝕 電 池 宏 觀 腐 蝕 電 池 是 肉 眼 可 見(jiàn) 電 極 構(gòu) 成 的 宏 觀 大 電池 ， 引 起 局 部 宏 觀 腐 蝕 。2.微 觀 電 池 微 觀 電 池 使 指 金 屬 表 面 由 于 電 化 學(xué) 不 均 勻 性 構(gòu)成 無(wú) 數(shù) 微 小 電 極 的 電 池 ,又 稱 微 電 池 。 零 件 金 屬表 面 電 化 學(xué) 不 均 勻 性 是 由 于 金 屬 表 面 的 微 觀 不均 勻 性 引 起 的 。 設(shè) 備 管 理 與 維 修 2、 船 上 常 見(jiàn) 的 電 化 學(xué) 腐 蝕 (1) 電

37、 偶 腐 蝕 (2） 氧 濃 差 腐 蝕 (3） 選 擇 性 腐 蝕 (4） 應(yīng) 力 腐 蝕 (5） 海 水 腐 蝕 設(shè) 備 管 理 與 維 修 四 、 腐 蝕 失 效 主 要 表 現(xiàn) 形 態(tài)1、 均 勻 腐 蝕 腐 蝕 發(fā) 生 在 金 屬 表 面 的 全 部 或 大 部 ， 也 稱 全 面 腐 蝕 。 多 數(shù)情 況 下 ， 金 屬 表 面 會(huì) 生 成 保 護(hù) 性 的 腐 蝕 產(chǎn) 物 膜 ， 使 腐 蝕 變 慢 。有 些 金 屬 , 如 鋼 鐵 在 鹽 酸 中 , 不 產(chǎn) 生 膜 而 迅 速 溶 解 。 通 常 用 平均 腐 蝕 率 （ 即 材 料 厚 度 每 年 損 失 若 干 毫 米 ）

38、作 為 衡 量 均 勻 腐蝕 的 程 度 ， 也 作 為 選 材 的 原 則 , 一 般 年 腐 蝕 率 小 于 1 -1.5mm, 可 認(rèn) 為 合 用 （ 有 合 理 的 使 用 壽 命 ） 。2、 點(diǎn) 腐 蝕 鈍 性 金 屬 在 含 有 活 性 離 子 的 介 質(zhì) 中 發(fā) 生 的 一 種 局 部 腐 蝕 。又 稱 小 孔 腐 蝕 。 點(diǎn) 腐 蝕 會(huì) 導(dǎo) 致 設(shè) 備 或 管 線 穿 孔 ， 泄 漏 物 料 ， 污 染 環(huán) 境 ， 容 易 引 起 火 災(zāi) ;在 有 應(yīng) 力 時(shí) ， 蝕 孔 往 往 是 裂 紋 的 發(fā) 源 處 。 設(shè) 備 管 理 與 維 修 3、 縫 隙 腐 蝕 許 多 金 屬

39、構(gòu) 件 是 由 螺 釘 、 鉚 、 焊 等 方 式 連 接 的 ， 在 這 些 連接 件 或 焊 接 接 頭 缺 陷 處 可 能 出 現(xiàn) 狹 窄 的 縫 隙 ， 其 縫 寬 （ 一般 在 0.0250.1mm） 足 以 使 電 解 質(zhì) 溶 液 進(jìn) 入 ， 使 縫 內(nèi) 金 屬 與縫 外 金 屬 構(gòu) 成 短 路 原 電 池 ， 并 且 在 縫 內(nèi) 發(fā) 生 強(qiáng) 烈 的 腐 蝕 ，這 種 局 部 腐 蝕 稱 為 縫 隙 腐 蝕 。 設(shè) 備 管 理 與 維 修 4、 晶 間 腐 蝕 晶 間 腐 蝕 是 一 種 常 見(jiàn) 的 局 部 腐 蝕 。 金 屬 腐 蝕 沿 著 金 屬 或合 金 的 晶 粒 邊 界

40、或 它 的 鄰 近 區(qū) 域 發(fā) 展 ， 材 料 晶 粒 本 身 腐 蝕很 輕 微 ， 材 料 這 種 腐 蝕 便 稱 為 晶 間 腐 蝕 。 設(shè) 備 管 理 與 維 修 5、 析 氫 腐 蝕 一 . 在 酸 性 較 強(qiáng) 的 溶 液 中 發(fā) 生 電 化 腐 蝕 時(shí) 放 出 氫 氣 ，這 種 腐 蝕 叫 做 析 氫 腐 蝕 。 二 . 在 鋼 鐵 制 品 中 一 般 都 含 有 碳 。 在 潮 濕 空 氣 中 ，鋼 鐵 表 面 會(huì) 吸 附 水 汽 而 形 成 一 層 薄 薄 的 水 膜 。 水 膜中 溶 有 二 氧 化 碳 后 就 變 成 一 種 電 解 質(zhì) 溶 液 ， 使 水 里的 H 增 多

41、。 是 就 構(gòu) 成 無(wú) 數(shù) 個(gè) 以 鐵 為 負(fù) 極 、 碳 為 正 極 、酸 性 水 膜 為 電 解 質(zhì) 溶 液 的 微 小 原 電 池 。 設(shè) 備 管 理 與 維 修 6、 腐 蝕 疲 勞 材 料 或 零 件 在 交 變 應(yīng) 力 和 腐 蝕 介 質(zhì) 的 共 同 作用 下 造 成 的 失 效 叫 做 腐 蝕 疲 勞 。 這 里 需 注 意 的是 ， 腐 蝕 疲 勞 和 應(yīng) 力 疲 勞 不 同 ， 雖 然 兩 者 都 是應(yīng) 力 和 腐 蝕 介 質(zhì) 的 聯(lián) 合 作 用 ， 但 作 用 的 應(yīng) 力 是不 同 的 ， 應(yīng) 力 腐 蝕 指 的 是 靜 應(yīng) 力 ， 而 且 主 要 是指 拉 應(yīng) 力 ， 因

42、 此 也 叫 靜 疲 勞 。 而 后 者 則 強(qiáng) 調(diào) 的是 交 變 應(yīng) 力 。 設(shè) 備 管 理 與 維 修 7、 腐 蝕 磨 損 在 摩 擦 過(guò) 程 中 ， 金 屬 同 時(shí) 與 周 圍 介 質(zhì) 發(fā) 生 化 學(xué) 反 應(yīng) 或 電 化學(xué) 反 應(yīng) 引 起 金 屬 表 面 的 腐 蝕 產(chǎn) 物 剝 落 ， 這 種 現(xiàn) 象 成 為 腐 蝕 磨損 。（ 1） 腐 蝕 對(duì) 磨 損 的 影 響 在 腐 蝕 磨 損 過(guò) 程 中 ， 腐 蝕 會(huì) 使 材 料 的 力 學(xué) 性 能 受 到 影 響 、降 低 材 料 耐 磨 性 。（ 2） 磨 損 對(duì) 腐 蝕 的 影 響 表 面 磨 損 ， 使 表 面 氧 化 膜 破 壞

43、， 局 部 露 出 新 鮮 金 屬 ， 加上 溫 度 效 應(yīng) 、 變 形 效 應(yīng) 、 電 極 效 應(yīng) ， 使 得 腐 蝕 速 度 劇 增 。 設(shè) 備 管 理 與 維 修 五 、 設(shè) 備 維 修 工 程 中 的 防 腐 技 術(shù)（ 一 ） 表 面 覆 蓋 防 腐 在 需 要 保 護(hù) 的 零 件 表 面 覆 蓋 金 屬 層 、 非 金 屬層 、 化 學(xué) 或 電 化 學(xué) 鈍 化 層 等 ， 使 金 屬 表 面 與 周 圍介 質(zhì) 隔 離 ， 達(dá) 到 表 面 防 腐 的 功 能 。 防 腐 效 果 取 決 于 覆 蓋 層 的 完 整 性 、 緊 密 性 、牢 固 性 和 本 身 抗 蝕 性 。（ 二 ）

44、緩 蝕 劑 防 腐 1、 無(wú) 機(jī) 緩 蝕 劑 2、 有 機(jī) 緩 蝕 劑 設(shè) 備 管 理 與 維 修 （ 三 ） 、 電 化 學(xué) 保 護(hù)1、 陽(yáng) 極 保 護(hù) 將 被 保 護(hù) 零 件 與 外 加 直 流 電 源 的 正 極 相 連 ， 用 外 加 電 流使 陽(yáng) 極 電 位 向 正 的 方 向 變 化 ， 腐 蝕 速 度 迅 速 降 低 并 保 持 一定 的 穩(wěn) 定 低 電 位 ， 使 陽(yáng) 極 鈍 化 降 低 腐 蝕 。根 據(jù) 被 保 護(hù) 設(shè) 備 所 連 接 電 源 極 性 ，可 分 為 ： （ 2） 陰 極 保 護(hù) 法（ 1） 陽(yáng) 極 保 護(hù) 法 設(shè) 備 管 理 與 維 修 2、 陰 極 保 護(hù)

45、利 用 電 化 學(xué) 腐 蝕 原 理 使 被 保 護(hù) 零 件 成 為 陰 極 則 可 防 止 腐 蝕 。方 法 一 ： 犧 牲 陰 極 保 護(hù) 法 ， 即 在 被 保 護(hù) 零 件 上 安 裝 電 位 更低 的 金 屬 使 之 成 為 陽(yáng) 極 ， 被 保 護(hù) 零 件 成 為 陰 極 而 不 被 腐 蝕 。例 如 ， 在 船 體 鋼 板 上 、 氣 缸 套 外 表 面 上 安 裝 鋅 塊 。方 法 二 ： 將 被 保 護(hù) 零 件 與 外 加 直 流 電 源 的 負(fù) 極 相 連 ， 用 外加 陰 極 電 流 使 陰 極 電 位 向 負(fù) 的 方 向 變 化 ， 阻 止 腐 蝕 過(guò) 程 的進(jìn) 行 。 設(shè)

46、備 管 理 與 維 修 （ 四 ） 防 腐 蝕 結(jié) 構(gòu) 1） 應(yīng) 防 止 電 位 差 很 大 的 金 屬 零 件 互 相 接 觸 ， 否 則 容 易產(chǎn) 生 電 化 學(xué) 腐 蝕 。 2） 鋼 結(jié) 構(gòu) 中 不 應(yīng) 有 積 液 、 積 塵 結(jié) 構(gòu) ， 對(duì) 不 可 避 免 的 溝槽 應(yīng) 有 排 泄 孔 ， 以 隨 時(shí) 清 除 腐 蝕 性 介 質(zhì) 。 3） 盡 量 不 用 鉚 接 結(jié) 構(gòu) 、 單 面 焊 接 結(jié) 構(gòu) 和 斷 續(xù) 焊 接 結(jié) 構(gòu) ，以 防 止 縫 隙 腐 蝕 。 4)輸 送 腐 蝕 性 介 質(zhì) 的 管 道 應(yīng) 盡 量 防 止 流 速 、 壓 力 的 突 變 。防 止 產(chǎn) 生 渦 流 以 防

47、 止 產(chǎn) 生 局 部 腐 蝕 和 氣 蝕 。 5)某 些 防 腐 涂 層 如 果 容 易 破 裂 木 如 不 涂 保 護(hù) 層 ， 因 為局 部 點(diǎn) 腐 蝕 的 危 害 甚 于 均 勻 而 緩 慢 的 全 面 腐 蝕 。 設(shè) 備 管 理 與 維 修 第 二 章 機(jī) 械 零 件 失 效 的 模 式 及 其 機(jī) 理第 二 節(jié) 機(jī) 械 零 件 的 磨 損第 三 節(jié) 金 屬 零 件 的 斷 裂第 四 節(jié) 金 屬 零 件 的 腐 蝕 損 傷第 五 節(jié) 機(jī) 械 零 件 的 變 形第 一 節(jié) 基 本 概 念 設(shè) 備 管 理 與 維 修 第 五 節(jié) 機(jī) 械 零 件 的 變 形 機(jī) 械 零 件 或 構(gòu) 件 在 外

48、 力 的 作 用 下 ， 產(chǎn) 生 形 狀 或 尺 寸 變 化 的 現(xiàn) 象 稱 為 變 形 。 過(guò) 量 的 變 形 是 機(jī) 械 失 效 的 重 要 類 型 ， 也 是 判 斷 韌 性 的 明 顯 征 兆 。一 、 彈 性 變 形金 屬 零 件 在 作 用 應(yīng) 力 小 于 材 料 屈 服 強(qiáng) 度 時(shí) 產(chǎn) 生 的 變 形 稱 為 彈 性 變 形 。二 、 塑 性 變 形 機(jī) 械 零 件 在 外 載 荷 去 除 后 留 下 來(lái) 的 一 部 分 不 可 恢 復(fù) 的 變 形 稱 為 塑 性 變 形或 永 久 變 形 。 金 屬 零 件 的 塑 性 變 形 從 宏 觀 形 貌 特 征 上 看 主 要 有 翹 曲 變 形 、 體 積 變 形 和時(shí) 效 變 形 等 。 本 章 完 三 、 減 少 變 形 的 措 施 （ 1） 設(shè) 計(jì) （ 2） 加 工（ 3） 修 理 （ 4） 使 用 設(shè) 備 管 理 與 維 修 謝 謝 大 家