《設備管理與維修》課件

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1、 設 備 管 理 與 維 修 設 備 管 理 與 維 修 第 二 章 機 械 零 件 失 效 的 模 式 及 其 機 理第 二 節(jié) 機 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 械 零 件 的 變 形第 一 節(jié) 基 本 概 念 設 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 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 致 機 械 設 備 的 故 障 設 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 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 的 疾 病 。其 遠 期 影 響 在 30年 后 仍 會 產(chǎn) 生 作 用 設 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 件 磨 損 、 斷 裂 、 變 形 、 腐蝕 等 現(xiàn) 象 的 機 理 或 過 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 的 控 制 方法 。 失 效 學 設 備 管 理 與 維 修 第 二 章 機 械 零 件 失 效 的 模 式 及 其 機 理第 二 節(jié) 機 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 械 零 件 的 變 形第 一 節(jié) 基 本 概 念 設 備 管 理 與 維 修 第 二 節(jié) 機 械 零 件 的 磨 損 據(jù) 估 計 ， 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 械 設 備 中 約 有 80 的 零 件 因 磨 損 而 失效 報 廢 。 摩 擦 是 不 可 避 免 的 自 然 現(xiàn) 象 ， 磨 損 是 摩 擦 的必 然 結 果 ， 二 者 均 發(fā) 生 于 材 料 表 面 。 摩 擦 和 磨 損涉 及 的 科 學 技 術 領 域 甚 廣 ， 特 別 是 磨 損 ， 它 是 一種 微 觀

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

6、 類產(chǎn) 品 每 年 由 于 磨 損 所 造 成 的 損 失 是 ： 飛 機 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 備 管 理 與 維 修 第 二 節(jié) 機 械 零 件 的 磨 損 以 摩 擦 副 為 主 要 零 件 的 機 械 設 備 ， 在 正 常 運 轉時 ， 機 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 間 磨 合 階 段 穩(wěn) 定 磨 損 階 段 劇 烈 磨 損 階 段圖

7、2-1 機 械 磨 損 過 程 設 備 管 理 與 維 修 第 二 節(jié) 機 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 磨 損 和 沖 蝕 六 種 形 式 。一 、 粘 著 磨 損 當 構 成 摩 擦 副 的 兩 個 摩 擦 表 面 相 互 接 觸 并 發(fā) 生 相 對 的 運 動 時 ，由 于 粘 著 作 用 ， 接 觸 表 面 的 材 料 從 一 個 表 面 轉 移 到 另 一 個 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 理 設 備 管 理 與 維 修 2. 粘 著 磨 損 的 影 響 因 素 設 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 陣 結 構 與 硬 度 的 影 響 面 心 立 方 點 陣 的 金 屬 粘 著 傾 向 大 ， 六 方 點 陣 金 屬 的粘 著 傾 向 小 。 材 料 的 硬 度 增 加 時 ， 粘 著 的 傾 向 減 少 。 （ 3） 載 荷 與 速 度 的 影 響 載 荷

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

10、離 互 相 摩 擦 的 金 屬 表 面 ，是 員 有 效 、 最 經(jīng) 濟 的 措 施 。 （ 2） 選 擇 互 溶 性 小 的 材 料 配 對 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 抗 粘 性 能 也 不 錯 。 （ 3） 金 屬 與 非 金 屬 配 對 鋼 與 石 墨 、 塑 料 等 非 金 屬 摩 擦 時 ， 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 的 表 面 處 理 表 面 淬 火 、 表 面 化 學 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 的 噴 涂 處 理 ， 都 能提 高 屬 抗 粒 著 磨 損 的 能 力 。 設 備 管 理 與 維 修 磨 料 磨 損 又 稱 磨 粒 磨 損 。 它 是 當 摩 擦 副 的 接 觸 表 面 之 間 存在 這 硬 質(zhì) 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(chǎn) 生 的 一 種 類 似 金 屬 切 削 過 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 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 備 管 理 與 維 修 設 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 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 硬 度 、 形 狀 、 大 小 有 密 切 關 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 備 管 理 與 維 修 磨 料 磨 損 的 影 響 因 素 設 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 力 作 用 產(chǎn) 生重 復 變 形 ， 導 產(chǎn) 生 裂 紋 和 分 離 出 微 片 或 顆 粒 的 一 種 磨 損 。 設 備 管 理 與 維 修 三 、 疲 勞 磨

14、損1. 疲 勞 磨 損 機 理按 裂 紋 產(chǎn) 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） 滾 滑 接 觸 疲 勞 磨 損 設 備 管 理 與 維 修 設 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 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 設 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 的 硬 度(3)提 高 表 面 加 工 質(zhì) 量 (4)表 面 處 理 (5)潤 滑 設 備 管 理 與 維 修 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(chǎn) 生 的 磨 損 叫做 微 動 磨 損 。1. 微 動 磨 損 的 機 理 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 。 設 備 管 理 與 維 修 設 備 管 理 與 維 修 設 備 管 理 與 維 修 2. 影 響 微 動 磨 損

16、的 主 要 因 素 實 踐 與 試 驗 表 明 ， 材 料 性 能 和 外 界 條 件 （ 載 荷 、 振 幅 、 溫 度 、潤 滑 等 ） 對 微 動 磨 損 影 響 相 當 大 。 設 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 ， 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 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 。 設 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 液 滴高 速 沖 擊 機 件 表 面 時 面 的 損 傷 ， 如 穿 過 雨 層 的 導 彈 或 飛機 殼 體 ， 就 容 易 出 現(xiàn) 這 種 情 況 。 設 備 管 理 與 維 修 (三 )氣 蝕 當 零 件 與 液 體 接 觸 ， 并 有 振 動 或 攪 動 時 ， 液 流 中 的 氣泡 對 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 、 針 孔 ， 嚴 重時 表 面 呈 蜂 窩 狀 、 小 孔 直 徑 達 1mm以 上 ， 深 度 可 達 20mm。 設 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 ， 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 零 件 結 構 。5） 水 中 添 加 乳 化 油 。(三 )氣 蝕 氣 蝕

19、是 一 種 比 較 復 雜 的 破 壞 現(xiàn) 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(zhì) 或 磨 粒 時 ， 就 會 加 劇 這 一 破 壞 過 程 。 設 備 管 理 與 維 修 第 二 章 機 械 零 件 失 效 的 模 式 及 其 機 理第 二 節(jié) 機 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 械 零 件 的 變 形第 一 節(jié) 基 本 概 念 設 備 管 理 與 維 修 第 三 節(jié) 金 屬 零 件 的 斷 裂 斷 裂 是 零 件 在 機

20、械 、 熱 、 磁 、 腐 蝕 等 單 獨 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 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 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 載 斷 裂 、 疲 勞 斷 裂 、 脆 性 斷 裂 設 備 管 理 與 維 修 外 加 載 荷 超 過 金 屬 構 件 危 險 截 面 所 能 承 受 的 極

21、 限 應 力 時 所發(fā) 生 的 斷 裂 。1、 過 載 斷 裂過 載 斷 裂 的 主 要 特 征 ： 常 溫 時 ， 晶 界 強 度 大 于 晶 內(nèi) 強 度 ， 所 以 過 載 斷 裂 通 常是 穿 晶 斷 裂 。 過 載 斷 裂 的 斷 口 通 常 分 為 三 個 區(qū) 域 。 當 斷 口 處 無 應 力集 中 時 ， 三 個 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 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) 過較 長 時 間 的 工 作 而 發(fā) 生

22、 斷 裂 的 現(xiàn) 象 就 叫 作疲 勞 斷 裂 。 機 械 疲 勞 依 載 荷 性 質(zhì) ， 可 以 分 為 拉 壓疲 勞 、 振 動 疲 勞 、 彎 曲 疲 勞 、 扭 轉 疲 勞 與復 合 應 力 疲 勞 。 按 斷 裂 的 應 力 交 變 次 數(shù) 又 可 分 為 高 周疲 勞 （ 104107)和 低 周 疲 勞 （ 104以 下 )。 設 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 。 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

23、 ， 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(fā)生 、 擴 展 和 最 后 斷 裂 三 個 組 成 部 份 。 設 備 管 理 與 維 修 2、 疲 勞 斷 裂 疲 勞 斷 裂 的 機 理 一 般 認 為 ， 疲 勞 斷 裂 過 程 共 經(jīng) 歷 三 個 階段 ： 疲 勞 裂 紋 的 萌 生 ， 即 形 成 階 段 ； 疲 勞裂 紋 的 擴 展 階 段 和 最 終 斷 裂 或 瞬 斷 階 段 。 設 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 程 有 三 個 形 貌 不 同的 區(qū) 域 ： 疲 勞 核 心 區(qū) 、 疲 勞 裂 紋 擴 展 區(qū) 和 瞬 斷 區(qū) 。 設 備 管 理 與 維 修 3、 脆 性 斷 裂 脆 性 斷 裂 ： 構 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 ， 船 工 作 應 力 并 不 高 ，通 常 不 超 過 材 料 助 屈 服 強 度 所 以 脆 性 斷 裂 為 低 應 力 脆 斷 。 2)脆 性 斷 裂 的

25、斷 口 平 整 光 亮 。 3)斷 口 附 近 沒 有 縮 頸 現(xiàn) 象 ， 截 面 收 縮 很 小 ， 一 般 不 超過 3 。 4)脆 性 斷 裂 也 有 裂 紋 源 ， 裂 紋 源 出 現(xiàn) 在 表 面 的 應 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 件 脆 斷 的 重 要 原 因 。 設 備 管 理 與 維 修 4、 斷 裂 失 效 分 析 的 步 驟1 現(xiàn) 場 記 載 與 拍 照2 分 析 主 導 失 效 件3 找 出 主 導 失 效 件 上 的

26、 主 導 裂 紋（ 1） 排 除 法（ 2） T形 法（ 3） 分 叉 法 設 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 計 方 面（ 2） 工 藝 方 面（ 3） 安 裝 使 用 方 面 設 備 管 理 與 維 修 第 二 章 機 械 零 件 失 效 的 模 式 及 其 機 理第 二 節(jié) 機 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 械 零 件 的 變 形第 一 節(jié) 基 本 概 念 設 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 展 或 同 時 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 器 、 零部 件 的 失 效 ， 且 造 成 大 最 金 屬 材 料 的 浪 費 和 巨 大 的 經(jīng) 濟 損 失 。例 如 ， 全 世 界 每 年 因 腐 蝕 浪 費 的 鋼 鐵 約 占 當 年 鋼 鐵 產(chǎn) 盤 的 10%。此 外 ， 腐 蝕 破 壞 還 帶 來 安 全 性 和 資 源 保 護 等 問 題 ， 導 致 機 器 設備 的 突 然 破 壞 ， 嚴 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 學或 電 化 學 反 應 而 導 致 的 破 壞 。 金 屬 腐 蝕 是 普 遍 存 在 的 自 然 現(xiàn) 象 。 設 備 管 理 與 維 修 一 、 金 屬 腐 蝕 過 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 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 其 自 然 狀 態(tài) ， 金 屬 釋 放 出 能 量 回 到 熱力 學 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 程 是 金 屬 釋 放 出 能 量 使 自 身 穩(wěn) 定 的 自 發(fā) 過 程

30、 ， 也 是 冶 金的 逆 過 程 。 金 屬 釋 放 的 能 量 就 是 腐 蝕 的 動 力 ， 而 其 他 破 壞 形式 ， 如 磨 損 、 裂 紋 等 則 要 消 耗 有 用 功 。 設 備 管 理 與 維 修 一 、 金 屬 腐 蝕 過 程 與 分 類 依 金 屬 腐 蝕 過 程 的 特 點 分 為 :化 學 腐 蝕 、 電 化 學腐 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 件 整 個 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 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 重 ， 往 往 會發(fā) 生 突 然 破 壞 ， 造 成 機 件 的 損 壞 ， 甚 至 惡 性 事 故 。 設 備 管 理 與 維 修 二 、 金 屬 零 件 的 化 學 腐 蝕 單 純 由 化 學 作 用 而 引 起 的 腐 蝕 叫 化 學 腐 蝕 。 金 屬 氧 化 膜 要 在 含 氧 氣 的 條 件 下 其 保 護 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 合 力 強 ， 且 具 有 一 定 的 強 度 和 塑 性 ； 膜 具 有 與 基 體 金 屬 相 當 的 熱 膨 脹 系 數(shù) 。 設 備 管 理 與 維 修 三 、 電 化 學 腐 蝕金 屬 表 面 與 離 子 導 電 的 電 解 介 質(zhì) 溶 液 發(fā) 生 電 化 學作 用 產(chǎn) 生 的 破 壞 稱 為 電 化 學 腐 蝕 。 電 化 學 腐 蝕 過 程 中 產(chǎn) 生 電 流 。 電 化 學 腐 蝕 是 自 然 界 和 生 產(chǎn) 中 最 普 遍 和 最 常 見 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 腐 蝕 。 在 船 上 ， 船 體 和 船機 發(fā) 生 電 化 學 腐 蝕 的 部 位 和 零 部 件 較 多 。 設 備 管 理 與 維 修 電 化 學 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 或 兩 個 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 極 ； 電 極 之 間 需 要 有 導 體 相 連

34、 接 或 電 極 直 接 接 觸 ； 要 有 電 解 液 。常 見 的 電 化 學 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 腐 蝕 電 化 學 腐 蝕 是 金 屬 與 電 解 物質(zhì) 接 觸 時 產(chǎn) 生 的 腐 蝕 。 設 備 管 理 與 維 修 1、 電 化 學 腐 蝕 原 理 電 池 作 用 原 理 可 以 充 分 說 明 金 屬 在 電 解 質(zhì) 溶 液 中 的 腐 蝕 過 程 。下 圖 的 Fe-Cu電 池 示 意 圖 中 ， 鐵 板 和 銅 板 分 別 為 陽 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 線 連 接 兩極 。 電 池 反 應 發(fā) 生 后 導 線 中 有 電 流 通 過 。電 池 反 應 : 陽 極 氧 化 反 應 后 鐵 被 溶 解 Fe Fe +2 陰 極 還 原 反 應 后 放 出 氫 氣 2H+2H2 所 以 ， 電 池 作 用 使 陽 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 備 管 理 與 維 修 電 化 學 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 電 極 構 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 不 均 勻 性 構成 無 數(shù) 微 小 電 極 的 電 池 ,又 稱 微 電 池 。 零 件 金 屬表 面 電 化 學 不 均 勻 性 是 由 于 金 屬 表 面 的 微 觀 不均 勻 性 引 起 的 。 設 備 管 理 與 維 修 2、 船 上 常 見 的 電 化 學 腐 蝕 (1) 電

37、 偶 腐 蝕 (2） 氧 濃 差 腐 蝕 (3） 選 擇 性 腐 蝕 (4） 應 力 腐 蝕 (5） 海 水 腐 蝕 設 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 生 成 保 護 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 為 合 用 （ 有 合 理 的 使 用 壽 命 ） 。2、 點 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 腐 蝕 會 導 致 設 備 或 管 線 穿 孔 ， 泄 漏 物 料 ， 污 染 環(huán) 境 ， 容 易 引 起 火 災 ;在 有 應 力 時 ， 蝕 孔 往 往 是 裂 紋 的 發(fā) 源 處 。 設 備 管 理 與 維 修 3、 縫 隙 腐 蝕 許 多 金 屬

39、構 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 入 ， 使 縫 內(nèi) 金 屬 與縫 外 金 屬 構 成 短 路 原 電 池 ， 并 且 在 縫 內(nèi) 發(fā) 生 強 烈 的 腐 蝕 ，這 種 局 部 腐 蝕 稱 為 縫 隙 腐 蝕 。 設 備 管 理 與 維 修 4、 晶 間 腐 蝕 晶 間 腐 蝕 是 一 種 常 見 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 備 管 理 與 維 修 5、 析 氫 腐 蝕 一 . 在 酸 性 較 強 的 溶 液 中 發(fā) 生 電 化 腐 蝕 時 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 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 成 無 數(shù) 個 以 鐵 為 負 極 、 碳 為 正 極 、酸 性 水 膜 為 電 解 質(zhì) 溶 液 的 微 小 原 電 池 。 設 備 管 理 與 維 修 6、 腐 蝕 疲 勞 材 料 或 零 件 在 交 變 應 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 力 疲 勞 不 同 ， 雖 然 兩 者 都 是應 力 和 腐 蝕 介 質(zhì) 的 聯(lián) 合 作 用 ， 但 作 用 的 應 力 是不 同 的 ， 應 力 腐 蝕 指 的 是 靜 應 力 ， 而 且 主 要 是指 拉 應 力 ， 因

42、 此 也 叫 靜 疲 勞 。 而 后 者 則 強 調(diào) 的是 交 變 應 力 。 設 備 管 理 與 維 修 7、 腐 蝕 磨 損 在 摩 擦 過 程 中 ， 金 屬 同 時 與 周 圍 介 質(zhì) 發(fā) 生 化 學 反 應 或 電 化學 反 應 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 磨 損 的 影 響 在 腐 蝕 磨 損 過 程 中 ， 腐 蝕 會 使 材 料 的 力 學 性 能 受 到 影 響 、降 低 材 料 耐 磨 性 。（ 2） 磨 損 對 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 、 變 形 效 應 、 電 極 效 應 ， 使 得 腐 蝕 速 度 劇 增 。 設 備 管 理 與 維 修 五 、 設 備 維 修 工 程 中 的 防 腐 技 術（ 一 ） 表 面 覆 蓋 防 腐 在 需 要 保 護 的 零 件 表 面 覆 蓋 金 屬 層 、 非 金 屬層 、 化 學 或 電 化 學 鈍 化 層 等 ， 使 金 屬 表 面 與 周 圍介 質(zhì) 隔 離 ， 達 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 機 緩 蝕 劑 2、 有 機 緩 蝕 劑 設 備 管 理 與 維 修 （ 三 ） 、 電 化 學 保 護1、 陽 極 保 護 將 被 保 護 零 件 與 外 加 直 流 電 源 的 正 極 相 連 ， 用 外 加 電 流使 陽 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 極 鈍 化 降 低 腐 蝕 。根 據(jù) 被 保 護 設 備 所 連 接 電 源 極 性 ，可 分 為 ： （ 2） 陰 極 保 護 法（ 1） 陽 極 保 護 法 設 備 管 理 與 維 修 2、 陰 極 保 護

45、利 用 電 化 學 腐 蝕 原 理 使 被 保 護 零 件 成 為 陰 極 則 可 防 止 腐 蝕 。方 法 一 ： 犧 牲 陰 極 保 護 法 ， 即 在 被 保 護 零 件 上 安 裝 電 位 更低 的 金 屬 使 之 成 為 陽 極 ， 被 保 護 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 零 件 與 外 加 直 流 電 源 的 負 極 相 連 ， 用 外加 陰 極 電 流 使 陰 極 電 位 向 負 的 方 向 變 化 ， 阻 止 腐 蝕 過 程 的進 行 。 設

46、備 管 理 與 維 修 （ 四 ） 防 腐 蝕 結 構 1） 應 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 腐 蝕 。 2） 鋼 結 構 中 不 應 有 積 液 、 積 塵 結 構 ， 對 不 可 避 免 的 溝槽 應 有 排 泄 孔 ， 以 隨 時 清 除 腐 蝕 性 介 質(zhì) 。 3） 盡 量 不 用 鉚 接 結 構 、 單 面 焊 接 結 構 和 斷 續(xù) 焊 接 結 構 ，以 防 止 縫 隙 腐 蝕 。 4)輸 送 腐 蝕 性 介 質(zhì) 的 管 道 應 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 層 ， 因 為局 部 點 腐 蝕 的 危 害 甚 于 均 勻 而 緩 慢 的 全 面 腐 蝕 。 設 備 管 理 與 維 修 第 二 章 機 械 零 件 失 效 的 模 式 及 其 機 理第 二 節(jié) 機 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 械 零 件 的 變 形第 一 節(jié) 基 本 概 念 設 備 管 理 與 維 修 第 五 節(jié) 機 械 零 件 的 變 形 機 械 零 件 或 構 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 量 的 變 形 是 機 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 力 小 于 材 料 屈 服 強 度 時 產(chǎn) 生 的 變 形 稱 為 彈 性 變 形 。二 、 塑 性 變 形 機 械 零 件 在 外 載 荷 去 除 后 留 下 來 的 一 部 分 不 可 恢 復 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 效 變 形 等 。 本 章 完 三 、 減 少 變 形 的 措 施 （ 1） 設 計 （ 2） 加 工（ 3） 修 理 （ 4） 使 用 設 備 管 理 與 維 修 謝 謝 大 家