機電設備故障及零部件失效機理概括課件

1、第一章 機電設備故障及零部件失效機理本章主要內(nèi)容機電設備故障的概念 分類 規(guī)律零部件失效主要模式:機械零件的磨損金屬零件的腐蝕機械零件的變形機械零件的斷裂不同失效模式下減少或消除其失效的方法和途徑。2022/7/191機電設備維修技術第一節(jié) 概論 發(fā)動機發(fā)動不起來，機床運轉(zhuǎn)不平穩(wěn)，汽車剎車失靈等等現(xiàn)象都是機械故障的表現(xiàn)形式。 故障研究的目的是要查明故障模式,追尋故障機理,探求減少故障的方法,提高機電設備的可靠程度和有效利用率故障定義:設備(系統(tǒng))或零部件喪失了規(guī)定工能的狀態(tài)。故障含兩層含義: 一是機械系統(tǒng)偏離正常功能; 二是其功能失效。2022/7/192機電設備維修技術關于失效的基本概念1、

2、零件（構件）的功能 （1）在一定的壓力、溫度、介質(zhì)下，保持規(guī)定的形狀和尺寸； （2）實現(xiàn)規(guī)定的機械運動； （3）傳遞力和能。2、失效的定義和形式 定義: 零件失去設計所要求的效能（功能）稱為失效。 常見的失效形式：磨損、腐蝕、過量變形、斷裂2022/7/193機電設備維修技術第一節(jié) 概論 對故障進行研究時，要注意一下幾個問題：故障狀況隨規(guī)定對象的變化而不同。故障狀況是針對規(guī)定功能而言的。故障狀況應達到一定的程度。2022/7/194機電設備維修技術二、故障的分類 機械故障可以從不同角度來進行分類，不同的分類方法反映了機械故障的不同側面，對機械故障進行分類的目的是為了更好地針對不同的故障形式采取

3、相應的對策，以下是各種故障分類方法。2022/7/195機電設備維修技術故障分類1.按故障性質(zhì)分間歇性故障： 設備只是在短期內(nèi)喪失某些功能,在對設備稍加修理調(diào)試或在外部干擾消失后,功能即可恢復。多半由機電設備外部原因如工人誤操作、氣候變化、環(huán)境設施不良等因素引起。永久性故障： 此類故障必須經(jīng)人工修理才能恢復功能。該故障一般是因為某些零部件損壞引起的。2022/7/196機電設備維修技術故障分類2.按故障程度分局部性故障： 設備只是某一部功能喪失,不影響設備其它功能的實現(xiàn)(如冷卻電機)整體性故障： 雖然設備只是某一部功能喪失,但卻使設備整體功能不能實現(xiàn)(如主電動機故障)2022/7/197機電設

4、備維修技術故障分類3.按故障形成速度分突發(fā)性故障： 故障發(fā)生具有偶然性和突發(fā)性,一般與設備使用時間無關,故障發(fā)生前無明顯征兆,通過早期試驗或測試很難預測,一般是由工藝系統(tǒng)本身不利因素與偶然的外界影響因素共同作用的結果緩變性故障： 故障發(fā)展緩慢,一般在設備有效壽命的后期出現(xiàn),其發(fā)生概率與使用時間有關,能夠通過早期試驗或測試進行預測,通常是因零部件的腐蝕磨損疲勞以及老化等發(fā)展形成的2022/7/198機電設備維修技術故障分類4.按故障形成原因分操作或管理失誤形成的故障： 設備未按原設計規(guī)定的條件使用,形成設備錯用、精機粗用設備內(nèi)在原因形成的故障： 一般是設備由于設計、制造遺留下的缺陷(如加工殘余應

5、力、局部薄弱環(huán)節(jié)等)或材料內(nèi)部潛在的缺陷造成的.該故障無法預測,是突發(fā)性故障的重要原因自然故障： 設備在有效期內(nèi),因受到外部或內(nèi)部多種自然因素影響而引起的故障,如正常情況下零部件的磨損、斷裂、腐蝕、變形、蠕變以及老化等2022/7/199機電設備維修技術故障分類5.按故障造成的后果分致命故障： 危及或?qū)е聜觥⒁鹪O備報廢或造成重大經(jīng)濟損失的故障。如機架或機體斷裂、車輪脫落、發(fā)動機總成報廢等嚴重故障： 是指嚴重影響設備正常使用,在短期內(nèi)無法排除的故障。如發(fā)動機燒瓦、曲軸斷裂、箱體開裂、齒輪損壞等一般故障： 指影響設備正常使用,但在短期內(nèi)能排除的故障。如V型帶斷裂、操縱手輪手柄損壞、電器開關損壞

6、、輕微滲漏和一般緊固件松動等2022/7/1910機電設備維修技術故障分類6.按故障表現(xiàn)形式分功能故障和潛在故障7.按故障形成的時間分 早期故障和隨時間變化的故障及隨機故障8.按故障程度和形成快慢分 破壞性故障和漸衰失效性故障2022/7/1911機電設備維修技術三、故障的規(guī)律 設備的任何部分都將在足夠長的使用周期后產(chǎn)生失效。最可靠的產(chǎn)品最終也要發(fā)生故障。 故障的發(fā)生受其內(nèi)部隱蔽的規(guī)律所支配，研究和利用故障規(guī)律，便可設法從根本上預防故障。 工作應力、環(huán)境應力、人為因素、時間等都是設備產(chǎn)生故障的外因。2022/7/1912機電設備維修技術三、故障的規(guī)律 可靠性 機電設備的可靠性是指機電設備在規(guī)定

7、條件下，在規(guī)定時間內(nèi)，無故障地完成其規(guī)定功能的能力。 規(guī)定時間：產(chǎn)品應達到的工作期限。用時間或相當于時間的指標來表示，如運轉(zhuǎn)的次數(shù)、行駛里程等?？煽啃缘臄?shù)量指標。 設備的技術狀況總是隨著時間的延長而逐漸惡化的因而設備的使用壽命總是有限的。由此可知，設備發(fā)生故障的可能性總是隨著時間的延長而增大的，因而它可以看作是時間的函數(shù)。但同時設備故障的發(fā)生具有隨機性，即無論哪一種故障、人們都難以預料它的確切發(fā)生時間。故設備發(fā)生故障的情況都只能用概率來表示，稱為故障概率。2022/7/1913機電設備維修技術三、故障的規(guī)律 1.可靠度（無故障概率） 機電設備在規(guī)定條件下，在規(guī)定時間內(nèi)，無故障地完成其規(guī)定功能的

8、概率。用R(t)表示。2.故障概率 機電設備在規(guī)定條件下，在規(guī)定時間內(nèi)，發(fā)生故障的概率。用F(t)表示。圖1-1 可靠度曲線 圖1-2 故障概率曲線2022/7/1914機電設備維修技術三、故障的規(guī)律 1.可靠度（無故障概率） 機電設備在規(guī)定條件下，在規(guī)定時間內(nèi)，無故障地完成其規(guī)定功能的概率。用R(t)表示。 圖1-1為可靠度曲線。由圖可見，產(chǎn)品的可靠度 R(t)是時間t的函數(shù)， 隨著時間的增長，產(chǎn)品的可靠度會越來越低，它是一個介于1與0之間的數(shù)，即0R(t)1。圖1-1 可靠度曲線 112022/7/1915機電設備維修技術三、故障的規(guī)律 2. 故障概率 機電設備在規(guī)定條件下，在規(guī)定時間內(nèi)，

9、發(fā)生故障的概率。用F(t)表示。 圖1-2為故障概率曲線。由圖可見，產(chǎn)品的故障概率F(t)也是時間t的函數(shù), 隨著時間的推移, 產(chǎn)品的故障概率會越來越大, 它是一個介于0與1之間的數(shù),即0F(t)1。圖1-2 故障概率曲線 112022/7/1916機電設備維修技術無故障概率與故障概率關系兩者是對立事件故障概率與無故障概率構成了一個完整的事件組，即2022/7/1917機電設備維修技術三、故障的規(guī)律 從概率的概念出發(fā)，由概率理論可知，故障概率的分布是其密度函數(shù)f(t)積累函數(shù)，即故障發(fā)生的時間比率，或單位時間內(nèi)發(fā)生的故障的概率。它是單調(diào)增函數(shù)。故障概率可用公式表示： 式中F(t)-故障概率 f

10、(t)-故障概率分布密度函數(shù) t-時間 當t= 時，即 故障概率又叫累計故障概率；其密度函數(shù)f(t)又叫單位時間內(nèi)發(fā)生故障的概率。有： 2022/7/1918機電設備維修技術三、故障的規(guī)律 圖1-3 故障概率密度函數(shù)f(t)t2022/7/1919機電設備維修技術三、故障的規(guī)律 3. 故障率 故障率是指在每一個時間增量里產(chǎn)生故障的次數(shù)或在時間t之前尚未發(fā)生故障，而在隨后的dt時間之內(nèi)可能發(fā)生故障的條件概率，用(t)來表示，其數(shù)學關系式為： 該式說明故障率為某一瞬時可能發(fā)生的故障，相對于該瞬時無故障概率之比。2022/7/1920機電設備維修技術三、故障的規(guī)律 故障率瞬時故障率產(chǎn)品在某一瞬時t的

11、單位時間內(nèi)發(fā)生故障的概率平均故障率產(chǎn)品在某一段時間內(nèi)單位時間發(fā)生故障的概率平均故障間隔時間（MTBF）可修復設備在相鄰兩次故障間隔內(nèi)正常工作的平均時間。2022/7/1921機電設備維修技術一些產(chǎn)品的MTBF：電腦產(chǎn)品規(guī)范4000h，大屏幕投影30000h，硬盤30000-40000h，磁盤陣列不低于50000h，方正筆記本電腦70000h，長城電源120000h。三、故障的規(guī)律 2022/7/1922機電設備維修技術例： 設有一電子產(chǎn)品工作1000小時，共發(fā)生故障5次，求該產(chǎn)品MTBF。參考答案： MTBF=200h其故障率為 (t)=5/(11000)=0.005/h MTBF=1/(t)

12、三、故障的規(guī)律 2022/7/1923機電設備維修技術 例：某產(chǎn)品MTBF=16萬h18年 =1/MTBF=1/18=5.5% 即：某產(chǎn)品1年內(nèi)平均1000太設備有55臺會出故障。三、故障的規(guī)律 2022/7/1924機電設備維修技術三、故障的規(guī)律 例： 設t=0時，投入工作1000只燈泡，當 t=365天時，發(fā)現(xiàn)有30只燈泡壞了。求：故障概率、無故障概率、瞬時故障率、平均故障率（天）、MTBF。F(t)=30/1000=0.03R(t)=1- F(t)=0.97 =30/(970365)=0.84710-4/天 =30/(1000+970)/2 365=0.83410-4/天MTBF=1/(

13、t)=11806天32年2022/7/1925機電設備維修技術故障率曲線 大多數(shù)故障出現(xiàn)的時間和頻率與機電設備的使用時間有密切聯(lián)系。通過工程實踐和實驗表明，機電設備的故障率變化可分為以下三種類型：1）早期故障期2）隨機故障期3）損耗故障期 2022/7/1926機電設備維修技術早期故障期特點：故障率較高，但故障隨設備工作時間的增加而迅速下降。 早期故障一般是由于設計、制造、檢驗或裝配中存在缺陷而導致的。設備進行大修或改造后，早期故障會再次出現(xiàn)。 通過運轉(zhuǎn)磨合、檢查、排除故障等手段可使其缺陷逐步消除，運轉(zhuǎn)趨于正常，從而實現(xiàn)逐漸減少這類故障的目的。早期故障期故障率曲線Ot 2022/7/1927機

14、電設備維修技術隨機故障期O t隨機故障期故障率曲線特點：故障率低而且穩(wěn)定，近似為常數(shù)。 隨即故障是由于偶然因素引起的，它不可預測，也不能通過延長磨合期來消除。設計上的缺陷、零部件缺陷、維護不良以及操作不當都會造成隨機故障。2022/7/1928機電設備維修技術耗損故障期Ot 耗損故障期故障率曲線特點：故障率隨運轉(zhuǎn)時間的增加而增高。 損耗故障是由于設備零部件的磨耗、疲勞、老化、腐蝕等造成的。 這類故障時設備接近大修期或壽命末期的征兆。2022/7/1929機電設備維修技術機械產(chǎn)品在整個壽命期內(nèi)故障率曲線1、上述故障率曲線稱為“浴盆曲線”。2、從不同故障出現(xiàn)的時機來看，機械設備在開始使用階段具有較

15、高的故障率，而且此故障障率是漸減性；機械設備到了有效壽命的后期，其故障率便不斷增大，是漸增性；而在其他使用期內(nèi)，故障為恒定性，而且其值甚小。3、對應各不同故障率曲線的時間范圍分別稱為早期故障期、隨機故障期和耗損故障期。4、然而，從機械設備使用者的角度出發(fā)，對于曲線所表示的早期故障，由于機械設備在出廠前和安裝的過程中經(jīng)過充分調(diào)試，可以認為基本得到消除，因而可發(fā)不必考慮。5、隨機故障通常容易排除，且一般不決定機械設備的壽命。惟有耗損故障才是影響機械設備有效壽命的決定因素。O(t)t有效壽命早期故障期隨機故障期耗損故障期2022/7/1930機電設備維修技術 所謂磨損是指機械在工作過程中，互相接觸做

16、相互運動的對偶表面，在摩擦作用下發(fā)生尺寸、形狀和表面質(zhì)量變化的現(xiàn)象。 相接觸的物體相互移動發(fā)生阻力的現(xiàn)象稱為摩擦。摩擦是不可避免的自然現(xiàn)象；磨損是摩擦得必然結果，兩者均發(fā)生在材料表面。摩擦與磨損相伴產(chǎn)生，造成機械零件的失效。一般機械設備中約有80%的零件因磨損而報廢失效。據(jù)估計，世界上的能源消耗約有3050%是由于摩擦和磨損造成。第二節(jié) 機械零件的磨損 2022/7/1931機電設備維修技術例：軸承之磨損失效322022/7/1932機電設備維修技術例：軸承之接觸疲勞失效332022/7/1933機電設備維修技術例：軸承之腐蝕失效342022/7/1934機電設備維修技術例：軸承之斷裂失效35

17、2022/7/1935機電設備維修技術例2：齒輪之齒面磨損362022/7/1936機電設備維修技術例2：齒輪之輪齒折斷372022/7/1937機電設備維修技術例2：齒輪之齒面點蝕382022/7/1938機電設備維修技術例2：齒輪之齒面膠合392022/7/1939機電設備維修技術例2：齒輪之齒面塑性變形402022/7/1940機電設備維修技術第二節(jié) 機械零件的磨損 一、零件磨損的一般規(guī)律 磨合階段 穩(wěn)定磨損階段 急劇磨損階段2022/7/1941機電設備維修技術42磨損特性曲線2022/7/1942機電設備維修技術磨合階段新的摩擦副表面具有一定的表面粗糙度，實際接觸面積小。開始磨合時，

18、在一定載荷作用下，表面逐漸磨平，磨損速度較大，如圖中的OA線段。隨著磨合的進行，實際接觸面積逐漸增大，磨損速度減緩。在機械設備正式投入運行前，認真進行磨合是十分重要的。2022/7/19432022/7/1943機電設備維修技術穩(wěn)定磨損階段經(jīng)過磨合階段，摩擦副表面發(fā)生加工硬化，微觀幾何形狀改變，建立了彈性接觸條件。這一階段磨損趨于穩(wěn)定、緩慢，AB線段的斜率就是磨損速度；B點對應的橫坐標時間就是零件的耐磨壽命。2022/7/19442022/7/1944機電設備維修技術急劇磨損階段階段經(jīng)過B點以后，由于摩擦條件發(fā)生較大的變化，如溫度快速升高、金屬組織發(fā)生變化、沖擊增大、磨損速度急劇增加、機械效率

19、下降、精度降低等，從而導致零件失效，機械設備無法正常運轉(zhuǎn)。2022/7/19452022/7/1945機電設備維修技術第二節(jié) 機械零件的磨損 二、磨損的類型 磨料（粒）磨損 疲勞磨損 粘著磨損 腐蝕磨損 微動磨損（一）磨料磨損 磨料磨損也稱為磨粒磨損，它是當摩擦副的接觸表面之間存在著硬質(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。它是機械磨損的一種，特征是在接觸面上有明顯的切削痕跡。 在各類磨損中，磨料磨損約占50是十分常見且危害性最嚴重的一種磨損，其磨損速率和磨損強度都很大，致使機械設備的使用壽命大大降低，能源和材料大量消耗。2022/7/19

20、46機電設備維修技術第二節(jié) 機械零件的磨損 2022/7/1947機電設備維修技術垂直分力塑性材料:表面產(chǎn)生密集的壓痕,最終疲勞破壞脆性材料:表面不變形,產(chǎn)生脆性破壞水平分力塑性材料:以耕犁為主,表面被切下一條切屑,犁溝兩側材料隆起脆性材料:以微切削為主,表面被切下許多切屑產(chǎn)生脆性破壞1、機理： 磨料磨損的過程實質(zhì)上是零件表面在磨粒作用下發(fā)生局部塑性變形，磨粒嵌入(切削)與斷裂的過程。磨粒對零件表面的作用力分為垂直于表面與平行于表面的兩個分力。第二節(jié) 機械零件的磨損 2022/7/1948機電設備維修技術2022/7/1949機電設備維修技術第二節(jié) 機械零件的磨損 2、影響的主要因素 摩擦副材

21、料：金屬材料硬度越高，耐磨性越好2022/7/1950機電設備維修技術第二節(jié) 機械零件的磨損 2、影響的主要因素 磨料：粒度、幾何尺寸、硬度 臨界尺寸（ 60-100m） 壓力：磨損速率與壓力成正比2022/7/1951機電設備維修技術第二節(jié) 機械零件的磨損 （二）疲勞磨損疲勞磨損是指摩擦副材料表面上局部區(qū)域在循環(huán)接觸應力作用下，產(chǎn)生疲勞裂紋，分離出微片或顆粒的一種磨損形式。根據(jù)摩擦副間的接觸和相對運動方式可分： 滾動接觸疲勞磨損 滑動接觸疲勞磨損2022/7/1952機電設備維修技術第二節(jié) 機械零件的磨損 （二）疲勞磨損 1、機理：(1)滾動接觸疲勞磨損 滾動接觸過程中，材料表層受到周期性載

22、荷作用，引起塑性變形，表面硬化，最后在表面出現(xiàn)初始裂紋，并沿與滾動方向呈45方向由表向里擴展。（2）滾滑接觸疲勞磨損 兩滾動接觸物體在亞表層處切應力最大，該處塑性變形最劇烈，在周期性載荷作用下的反復變形使材料局部弱化，并在該處首先出現(xiàn)裂紋，在滑動摩擦力引起的切應力和法向載荷引起的切應力疊加作用下，使最大切應力從亞表層處向表面移動。(3)滑動接觸疲勞磨損 任何固體摩擦表面都存在宏觀或微觀不平性，因而產(chǎn)生表面接觸不連續(xù)性。在相對運動中，法相載荷不斷產(chǎn)生壓入或壓平。反復作用下，形成微粒脫落。2022/7/1953機電設備維修技術2022/7/1954機電設備維修技術2. 影響接觸疲勞磨損的主要因素：

23、（1）材質(zhì)（2）接觸表面質(zhì)量 適當降低表面粗糙度可有效提高抗疲勞磨損能力表面殘余內(nèi)應力表層在一定深度范圍內(nèi)存在有殘余應力，不僅可提高彎曲、扭轉(zhuǎn)疲勞抗力，還能提高接觸疲勞抗力，減小疲勞磨損。（過大殘余應力反而有害）（3）其他因素 配合間隙、潤滑油粘度、潤滑油中的化學添加劑等鋼內(nèi)含有雜質(zhì)應力集中裂紋降低接觸疲勞壽命材料組織狀態(tài)：晶粒細小、均勻，碳化物成球狀且均勻分布硬度在一定范圍內(nèi)增加，其接觸疲勞抗力將隨之增大2022/7/1955機電設備維修技術第二節(jié) 機械零件的磨損 （三）粘著磨損 當摩擦副表面在互相接觸的各點處發(fā)生“冷焊”后，在相對滑動時使一個表面的材料遷移到另一個表面上所引起的磨損，稱之為

24、粘著磨損。2022/7/1956機電設備維修技術第二節(jié) 機械零件的磨損 （三）粘著磨損 1、機理：是在外力作用下，摩擦接觸的表面間材料原子鍵的形成（顯微熔接）和分離過程，外力作用下材料原子間的相互作用是主要的。由于摩擦副之間的真正的接觸只發(fā)生在微凸體的微觀接觸面上，所有微觀接觸面的總和構成的真實接觸面積只是名義接觸面積的一個很小部分，因此在真實接觸面積內(nèi)具有很大接觸應力。這些應力由于切向的相對運動還會強化，以致受到負荷作用的微凸體發(fā)生彈性或塑性變形。這樣，若表面上的吸附層和反應層遭到破壞，使暴露在表面的原子鍵聯(lián)結（強短程表面力的作用）得到加強。當摩擦副發(fā)生相對運動時，這種原子鍵又被撕開，為此所

25、需要的力及能量是粘著摩擦的起因。磨損的產(chǎn)生則是由于原子鍵聯(lián)結并不一定都在原始微觀接觸處斷開，而有可能在摩擦副中較弱方的表面層附近斷開，結果使材料從摩擦副一方到另一方的轉(zhuǎn)移，經(jīng)常形成松脫的磨屑。粘著磨損使摩擦副表面的幾何形狀發(fā)生變化，從光學顯微鏡下可以看到表面擦傷、劃傷、材料轉(zhuǎn)移、咬死焊點和疲勞點蝕等磨損形態(tài)。2022/7/1957機電設備維修技術2022/7/1958機電設備維修技術2022/7/1959機電設備維修技術第二節(jié) 機械零件的磨損 （三）粘著磨損 2、影響的主要因素： 摩擦副表面材料成分與組織：互溶性 摩擦副表面狀態(tài)： 吸附膜2022/7/1960機電設備維修技術第二節(jié) 機械零件的

26、磨損 （四）微動磨損兩個接觸表面由于受相對低振幅振蕩運動而產(chǎn)生的磨損叫做微動磨損。它產(chǎn)生于名義上相對靜止的接合零件上，因而往往易被忽視。微動磨損的最大特點是在外界變動載荷作用下，產(chǎn)生振幅很小(一般為220m)的相對運動，由此發(fā)生摩擦磨損。例如在鍵連接處、軸與孔的過盈配合處、螺栓連接處、鉚釘連接處等結合面上產(chǎn)生的磨損。微動磨損使配合精度下降，使配合部件緊度下降甚至松動，連接件松動乃至分離，嚴重者引起事故。此外，也易引起疲勞裂紋的萌生，從而急劇降低零件的疲勞強度。2022/7/1961機電設備維修技術第二節(jié) 機械零件的磨損 1、機理：在相互壓緊的金屬表面間由于小振幅振動而產(chǎn)生的一種復合型式的磨損。

27、摩擦表面間的法向壓力使表面上的微凸體粘著。粘合點被小振幅振動剪斷成為磨屑，磨屑接著被氧化。被氧化的磨屑在磨損過程中起著磨粒的作用，使摩擦表面形成麻點或蟲紋形傷疤。這些麻點或傷疤是應力集中的根源，因而也是零件受動載失效的根源。根據(jù)被氧化磨屑的顏色，往往可以斷定是否發(fā)生微動磨損。如被氧化的鐵屑呈紅色，被氧化的鋁屑呈黑色，則振動時就會引起磨損。有氧化腐蝕現(xiàn)象的微動磨損也稱微動磨蝕。在交變應力下的微動磨損稱為微動疲勞磨損。 在有振動的機械中，螺紋聯(lián)接、花鍵聯(lián)接和過盈配合聯(lián)接等都容易發(fā)生微動磨損。微動磨損的特點是：在一定范圍內(nèi)磨損率隨載荷增加而增加，超過某極大值后又逐漸下降；溫度升高則磨損加速；抗粘著磨

28、損好的材料抗微動磨損也好；零件金屬氧化物的硬度與金屬硬度之比較大時，容易剝落成為磨粒，增加磨損；若氧化物能牢固地粘附在金屬表面，則可減輕磨損；一般濕度增大則磨損下降。在界面間加入非腐蝕性潤滑劑或?qū)︿撨M行表面處理，可減小微動磨損。螺紋聯(lián)接加裝聚四氟乙烯墊圈也可減小微動磨損。 2022/7/1962機電設備維修技術2022/7/1963機電設備維修技術 2、影響的主要因素： 載荷 材質(zhì)性能2022/7/1964機電設備維修技術第二節(jié) 機械零件的磨損 （五）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，使腐蝕和磨損共同作用而導致零件表面物質(zhì)的損失，這種現(xiàn)象稱為腐蝕磨損。 它是在

29、腐蝕現(xiàn)象與機械磨損、粘著磨損、磨料磨損等相結合時才能形成的一種機械化學磨損。2022/7/1965機電設備維修技術第二節(jié) 機械零件的磨損 （五）腐蝕磨損 1、機理： 腐蝕磨損可分為氧化磨損和腐蝕介質(zhì)磨損。 氧化磨損：除金、鉑等少數(shù)金屬外，大多數(shù)金屬表面都有一層極薄的氧化膜，若氧化膜是脆性的或氧化速度小于磨損速度，則在摩擦過程中極易被磨掉，然后又產(chǎn)生新的氧化膜，然后又被磨掉，在氧化膜不斷產(chǎn)生和磨掉的過程中，零件表面產(chǎn)生物質(zhì)損失，此即為氧化磨損，但氧化磨損速度一般較小。 腐蝕介質(zhì)磨損：當周圍介質(zhì)中存在著腐蝕物質(zhì)時，例如潤滑油中的酸度過高等，零件的腐蝕速度就會很快。和氧化磨損一樣，腐蝕產(chǎn)物在零件表面

30、生成，又在磨損表面磨去，如此反復交替進行而帶來比氧化磨損高得多的物質(zhì)損失，由此稱為腐蝕介質(zhì)磨損這種化學機械的復合形式的磨損過程，對一般耐磨材料同樣有著很大破壞作用。2022/7/1966機電設備維修技術 2、影響氧化磨損的主要因素：氧化膜生長的速度與厚度 金屬表面在摩擦過程中，表面形成氧化物的速度要比非摩擦時快的多。在常溫下，金屬表面形成的氧化膜厚度非常小。硬度 氧化膜硬度越高，載荷作用下變形越小，膜不易破碎，耐磨性好。 但大多數(shù)比原金屬硬而脆。（有防止金屬間粘著作用） 氧化膜的性質(zhì) 氧化膜緊密、完整無孔，與金屬表面結合的牢固，有利于防止氧化。2022/7/1967機電設備維修技術3、腐蝕介質(zhì)

31、來源常有以下方面：2）摩擦金屬表面受到工作過程中產(chǎn)生的腐蝕性介質(zhì)作用。（排放的廢氣）3）工作介質(zhì)中的添加劑。（極壓齒輪油中由于有極壓添加劑）1）工作介質(zhì)。（水泵中的水）4）潤滑油在工作中因氧化而形成有機酸。2022/7/1968機電設備維修技術金屬的腐蝕在生活中非常普遍鋼鐵生銹2022/7/1969機電設備維修技術2022/7/1970機電設備維修技術銅器生銹銅器表面生成銅綠2022/7/1971機電設備維修技術 金屬跟周圍接觸到的氣體或液體發(fā)生氧化還原反應而腐蝕損耗的過程，即為金屬的腐蝕。本質(zhì)：金屬失去電子被氧化種類：化學腐蝕、電化學腐蝕第三節(jié) 金屬零件的腐蝕 金屬陽離子失e-氧化反應金屬原

32、子M ne- Mn+2022/7/1972機電設備維修技術一、金屬零件的化學腐蝕 金屬化學腐蝕是由單純化學作用引起的腐蝕。 當金屬零件表面材料與周圍的干燥氣體（如O2、Cl2、SO2）或非電解質(zhì)液體中的有害成分發(fā)生化學反應，金屬表面形成腐蝕層，在腐蝕層不斷脫落又不斷生成的過程中，零件便被腐蝕。第三節(jié) 金屬零件的腐蝕 2022/7/1973機電設備維修技術金屬的化學腐蝕受哪些因素的影響？燃氣爐的中心部位最容易生銹罐頭放在南極已差不多90年了，卻很少生銹溫度第三節(jié) 金屬零件的腐蝕 2022/7/1974機電設備維修技術做飯用的鐵鍋日久天長越用越薄, 你知道為什么嗎？2022/7/1975機電設備維

33、修技術第三節(jié) 金屬零件的腐蝕 氧化損耗（普遍）： Fe2O3（紅褐色、紅棕色） Fe3O4（黑色） 特殊條件下（不普遍）：Cl2+FeFeCl2 防止化學腐蝕的方法 1. 鈍化 例如：用鋁罐運輸冷濃硝酸 2. 電鍍 例如：鍍鋅 3. 刷隔離層 例如：鋼鐵上刷油漆 2022/7/1976機電設備維修技術二、金屬零件的電化學腐蝕 不純的金屬跟電解質(zhì)溶液接觸時，會發(fā)生原電池反應，比較活潑的金屬失去電子而被氧化，這種腐蝕叫做電化學腐蝕。（與化學腐蝕不同之處在于腐蝕過程中有電流產(chǎn)生）電化學腐蝕是造成鋼鐵腐蝕的主要原因第三節(jié) 金屬零件的腐蝕 2022/7/1977機電設備維修技術H2O+CO2 H2CO3

34、 H+HCO3 在潮濕的空氣里，鋼鐵的表面吸附了一層薄薄的水膜，水膜又溶解來自大氣中的CO2、SO2、H2S，使水膜中含有一定量的H+ 。（1）析氫腐蝕第三節(jié) 金屬零件的腐蝕 2022/7/1978機電設備維修技術電解質(zhì)溶液與鐵和鐵中少量的碳構成了原電池鐵是負極，碳是正極，在正極，H+得到電子負極Fe - 2e- Fe2+ 正極2H+2e- H2條件：酸性環(huán)境腐蝕過程中不斷有氫氣放出。第三節(jié) 金屬零件的腐蝕 2022/7/1979機電設備維修技術(2)吸氧腐蝕 水膜的酸性很弱或呈中性，但溶有一定量的氧氣。第三節(jié) 金屬零件的腐蝕 2022/7/1980機電設備維修技術Fe2+2OH=Fe(OH)

35、 24Fe(OH)2 + O2 + 2H2O=4Fe(OH)3條件：中性或酸性極弱環(huán)境 負極： 2Fe-4e- = 2Fe2+ 正極：2H2O+O2+4e- =4OH 鐵銹：Fe2O3nH2O2Fe(OH)3 = Fe2O3 + 3H2OFe2O3nH2O總反應:第三節(jié) 金屬零件的腐蝕 2022/7/1981機電設備維修技術析氫腐蝕與吸氧腐蝕（以Fe為例）析氫腐蝕吸氧腐蝕(更普遍)條件水膜酸性較強水膜酸性很弱或中性電極反應負極正極2H+2e- =H2Fe - 2e - = Fe2+O2+2H2O+4e- =4OH-吸氧腐蝕比析氫腐蝕更為普遍 2022/7/1982機電設備維修技術課堂練習1、如

36、圖, 水槽中試管內(nèi)有一枚鐵釘，放置數(shù)天觀察：（1）若液面上升，則溶液呈 性，發(fā)生 腐蝕,電極反應式為：負極： ,正極：若液面下降，則溶液呈 性，發(fā)生腐蝕，電極反應式為：負極： 正極： 。（2）中性或弱酸 吸氧Fe2e-Fe2+O2+2H2O+4e-4OH酸性析氫Fe2e-Fe2+2H+2e-H2 2022/7/1983機電設備維修技術化學腐蝕與電化學腐蝕的比較化學腐蝕電化腐蝕條件金屬跟氧化劑直接接觸不純金屬跟電解質(zhì)溶液接觸（發(fā)生原電池反應）現(xiàn)象無電流產(chǎn)生有微弱電流產(chǎn)生本質(zhì)金屬被氧化較活潑金屬被氧化實例金屬與氧氣、氯氣等物質(zhì)直接反應鋼鐵在潮濕的空氣中被腐蝕聯(lián)系兩者往往同時發(fā)生，電化學腐蝕更普遍注

37、意的是：化學腐蝕和電化學腐蝕都是金屬原子失去電子變成陽離子的過程。2022/7/1984機電設備維修技術第三節(jié) 金屬零件的腐蝕 二、金屬零件的電化學腐蝕常見的電化學腐蝕形式有： 1、均勻腐蝕：金屬零件表面出現(xiàn)均勻的腐蝕組織?？稍谝后w、大氣或土壤中產(chǎn)生。 常見為大氣腐蝕 大氣中的腐蝕性氣體：SO2、CO2、H2S、NO2、Cl2 2、小孔腐蝕（點蝕）：金屬零件大部分表面不出現(xiàn)腐蝕，但在局部出現(xiàn)腐蝕小孔并向深處發(fā)展。 最危險的腐蝕形態(tài)之一2022/7/1985機電設備維修技術第三節(jié) 金屬零件的腐蝕 二、金屬零件的電化學腐蝕 3、縫隙腐蝕：金屬零件縫隙處的局部。例如金屬管道的法蘭端面、金屬鉚接件鉚合

38、處等。 4、腐蝕疲勞：承受交變應力的金屬機件在腐蝕環(huán)境下疲勞乃至斷裂破壞的現(xiàn)象。 5、其它腐蝕：晶間腐蝕、接觸腐蝕、應力腐蝕開裂2022/7/1986機電設備維修技術防止電化學腐蝕的措施思路一：直接隔離 即可選用適當?shù)牟牧鲜菇饘倥c空氣或其他腐蝕性試劑隔離開，以阻止金屬的腐蝕。 （）給金屬穿上“保護膜”如：噴涂漆；涂油脂；表面鈍化；電鍍(在鋼鐵表面形成鉻等耐腐蝕性較強的金屬鍍層)等。2022/7/1987機電設備維修技術思路二：改變本質(zhì)（合金） 即改變金屬的內(nèi)部組成結構，使其具有較強的抗腐蝕性能。 （）加入其他金屬改變其組成 在鋼鐵中加入一定比例的鉻和鎳（如14%18%Cr，7%9%Ni），改變

39、鋼鐵內(nèi)部的組成和結構，可極大程度地提高鋼鐵抗腐蝕性能，這就是常見的“不銹鋼”(合金)。 防止電化學腐蝕的措施2022/7/1988機電設備維修技術思路三：因勢利導 電化學腐蝕還是用電化學方法來解決，不回避金屬與氧化劑的直接接觸，采用還原性更強的物質(zhì)或其他替代方式來滿足氧化劑對電子的需求，從而保護主體金屬構件免受腐蝕。 （）電化學防護法防止電化學腐蝕的措施2022/7/1989機電設備維修技術電化學防護法犧牲陽極的陰極保護法（原電池） 外加電流的陰極保護法（電解池） 防止電化學腐蝕的措施2022/7/1990機電設備維修技術 形成原電池反應時，讓被保護金屬做正極，不反應，起到保護作用；而活潑金屬

40、反應受到腐蝕。1犧牲陽極的陰極保護法原理：犧牲陽極的陰極保護法示意圖在船身上裝鋅塊以保護船體防止電化學腐蝕的措施2022/7/1991機電設備維修技術2外加電流的陰極保護法原理：輔助陽極（不溶性）外加電流的陰極保護法示意圖 將被保護金屬與另一附加電極作為電解池的兩個極，使被保護金屬作為陰極，在外加直流電的作用下使陰極得到保護。2022/7/1992機電設備維修技術防止電化學腐蝕的措施思路四：介質(zhì)處理 除去介質(zhì)中促進腐蝕的有害成分。例如：鍋爐給水的除氧處理；調(diào)節(jié)介質(zhì)的PH值和改變介質(zhì)的濕度；在介質(zhì)中添加阻止和減緩腐蝕的物質(zhì)，例如常在柴油機冷卻水中添加鉻酸鹽、亞硝酸鹽等無機緩蝕劑，使在零件金屬表面

41、上形成鈍化膜，抑制陽極腐蝕。此外，還可在冷卻水中添加乳化防銹油。2022/7/1993機電設備維修技術烤藍涂機油烤漆涂凡士林鍍鋅鍍鉻交流研討自行車的金屬部件采都用了哪些防護措施?2022/7/1994機電設備維修技術第三節(jié) 金屬零件的腐蝕 三、氣蝕（穴蝕） 是水力機械或機件與液體相對高速運動時在機件表面上產(chǎn)生的一種破壞。是一種局部腐蝕，特征是金屬表面上聚集著小孔群，呈蜂窩狀或呈分散狀的孔穴?？籽ū砻媲鍧崯o腐蝕產(chǎn)物附著，孔穴直徑一般在1mm以上。例如，柴油機氣缸套外表面上穴蝕小孔直徑為l5mm，最大可達3Omm，孔深可達23mm，嚴重時穿透缸壁。 機理：機件發(fā)生穴蝕的先決條件是機件浸于液體中，并

42、與液體有相對運動，或機件在液體中受到某種能量的傳遞作用，形成液體中的局部瞬時高壓或瞬時高真空。在瞬時高真空區(qū)，液體汽化形成氣泡，或溶于水中的空氣以空泡形式從液體中分離出來；在另一瞬間形成高壓時，空泡、氣泡被壓縮，泡內(nèi)氣體迅速液化而使氣泡潰滅，這時周圍液體急速沖向潰滅處，產(chǎn)生極強的沖擊波作用在金屬表面。頻繁地沖擊，使機件表面金屬逐漸剝落。與此同時，金屬表面還產(chǎn)生微觀電化學腐蝕，兩種腐蝕交替進行共同作用致使機件穴蝕破壞。2022/7/1995機電設備維修技術第三節(jié) 金屬零件的腐蝕 三、氣蝕（穴蝕） 氣蝕是一種比較復雜的破壞現(xiàn)象，不但有機械作用，還有化學、電化學作用，液體中含有雜質(zhì)或磨粒時會加劇。常

43、發(fā)生在柴油機氣缸套、軸瓦、噴油泵注塞、螺旋槳漿葉、離心泵葉輪和水泵液壓泵等處。 減輕氣蝕的主要措施 減少與液體接觸表面的振動 選用耐氣蝕材料 零件表面涂防氣蝕材料 改進結構，減小表面粗糙度 水中添加乳化油 2022/7/1996機電設備維修技術第四節(jié) 機械零件的變形 根據(jù)外力去除后變形能否恢復，機械零件或構件的變形可分為彈性變形和塑性變形兩大類。 機械零件或構件在外力的作用下，產(chǎn)生形狀或尺寸變化的現(xiàn)象稱為變形。 變形量隨著時間的不斷增加，逐漸改變了產(chǎn)品的初始參數(shù)，當超過允許極限時，將喪失規(guī)定的功能。有的機械零件因變形引起結合零件出現(xiàn)附加載荷、相互關系失常或加速磨損，甚至造成斷裂等災難性后果。因

44、此，對于因變形引起的失效應給予足夠重視。2022/7/1997機電設備維修技術第四節(jié) 機械零件的變形 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。 彈性后效現(xiàn)象與消除2022/7/1998機電設備維修技術第四節(jié) 機械零件的變形 二、塑性變形 塑性變形又稱永久變形，是指機械零件在外加載荷去除后留下來一部分不可恢復的變形。 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三種形式。（1）翹曲變形當金屬零件本身受到某種應力（機械應力、熱應力等）的作用，其實際應力值超過了金屬在該狀態(tài)下的抗拉強度或抗剪強度后，就會產(chǎn)生呈翹曲、橢圓和歪扭得塑性變形。因

45、此，金屬零件產(chǎn)生翹曲變形是它自身受復雜應力綜合作用的結果。常見于細長軸類、薄板狀零件以及薄壁的環(huán)形或套類零件。2022/7/1999機電設備維修技術第四節(jié) 機械零件的變形 （2）體積變形金屬零件在受熱與冷卻過程中，由于金相組織轉(zhuǎn)變引起質(zhì)量體積變化，導致金屬零件體積脹縮的現(xiàn)象稱為體積變形。如鋼件淬火相變時，奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體或下貝氏體時質(zhì)量體積增大，體積膨脹，淬火相變后殘留奧氏體的質(zhì)量體積減小，體積收縮。馬氏體形成時的體積變化程度，與淬火相變時馬氏體中的含碳量有關。鋼件中含碳量越多，形成馬氏體時的質(zhì)量體積變化越大，膨脹量也越大。此外，鋼中碳化物不均勻分布往往能夠增大變形程度。 必須指出，由于金相

46、組織轉(zhuǎn)變引起質(zhì)量體積變化而出現(xiàn)的體積變形，如果發(fā)生在金屬零件的局部范圍內(nèi)，則往往是在該區(qū)域產(chǎn)生微裂紋的原因。（3）時效變形鋼件熱處理后產(chǎn)生不穩(wěn)定組織，由此引起的內(nèi)應力是不穩(wěn)定的應力狀態(tài)，在常溫或零下溫度較長時間的放置或使用，不穩(wěn)定狀態(tài)的應力會逐漸發(fā)生轉(zhuǎn)變，并趨于穩(wěn)定，由此伴隨產(chǎn)生的變形稱為時效變形。2022/7/19100機電設備維修技術三、減少變形的措施 變形是不可避免的，我們只能根據(jù)它的規(guī)律，針對變形產(chǎn)生的原因，采取相應的對策來減少變形。特別是在機械設備大修時，不能只檢查配合的磨損情況，對于相互位置精度必須認真檢查。（1）設計 不僅要考慮零件的強度，還要重視零件的剛度和制造、裝配、使用、拆

47、卸和修理等問題。注意應用新技術、新工藝，減少制造時的內(nèi)應力和變形。（2）加工 采取一系列工藝措施來防止和減少變形。如對毛坯要進行時效以消除其殘余內(nèi)應力；高精度零件在精加工過程中必須安排人工時效。（3）修理 在修理中，應制定出與變形有關的標準和修理規(guī)范；設計簡單可靠、好用的專業(yè)量具和工夾具；盡量減少零件在修理過程中產(chǎn)生的應力和變形。（4）使用 加強設備的管理，制定并嚴格執(zhí)行操作規(guī)程，不超負荷運行，避免局部超載或過熱，加強機械設備的檢查和維護。第四節(jié) 機械零件的變形 2022/7/19101機電設備維修技術第五節(jié) 機械零件的斷裂 斷裂是零件在機械、熱、磁、腐蝕等單獨作用或者聯(lián)合作用下，其本身連續(xù)性

48、遭到破壞，發(fā)生局部開裂或分裂成幾部分的現(xiàn)象。塑性斷裂脆性斷裂疲勞斷裂應力腐蝕斷裂2022/7/19102機電設備維修技術一、塑性斷裂零件在外力的作用下首先產(chǎn)生彈性變形，當外力引起的應力超過彈性極限時即發(fā)生塑性變形。外力繼續(xù)增加，應力超過抗拉強度時發(fā)生塑性變形而后造成斷裂就稱為塑性斷裂。（又叫韌性斷裂或延性斷裂）塑性斷裂的宏觀特點就是斷裂前有明顯的塑性變形，常出現(xiàn)頸縮，斷面有大量的微坑覆蓋。實際上是顯微空洞形成、長大、連接以致最終導致斷裂。2022/7/19103第五節(jié) 機械零件的斷裂 2022/7/19103機電設備維修技術2022/7/19104第五節(jié) 機械零件的斷裂 2022/7/1910

49、4機電設備維修技術2022/7/19105第五節(jié) 機械零件的斷裂 2022/7/19105機電設備維修技術2022/7/19106第五節(jié) 機械零件的斷裂 2022/7/19106機電設備維修技術1-纖維區(qū)，2-放射區(qū)，3-剪切唇2022/7/19107機電設備維修技術第五節(jié) 機械零件的斷裂 二、脆性斷裂 斷裂前無明顯的塑性變形，發(fā)展速度極快的一種斷裂形式。可由于材料性質(zhì)不均勻引起；或由于加工工藝處理不當所引起（如在鍛、鑄、焊、磨、熱處理等工藝過程中處理不當，就容易產(chǎn)生脆性斷裂）；也可由于惡劣環(huán)境所引起；如溫度過低，使材料的機械性能降低，主要是指沖擊韌性降低，因此低溫容器（-20以下）必須選用沖

50、擊值大于一定值的材料。再如放射線輻射也能引起材料脆化，從而引起脆性斷裂。 主要特征：低應力脆斷、端口平整光亮且垂直于主應力方向（冰糖狀結晶顆粒）、瞬時發(fā)生2022/7/19108機電設備維修技術第五節(jié) 機械零件的斷裂 齒輪輪齒的脆性斷裂2022/7/19109機電設備維修技術第五節(jié) 機械零件的斷裂 脆性斷裂的模具2022/7/19110機電設備維修技術第五節(jié) 機械零件的斷裂 斷裂的活塞環(huán)2022/7/19111機電設備維修技術第五節(jié) 機械零件的斷裂 螺栓的塑性斷裂與脆性斷裂的比較2022/7/19112機電設備維修技術第五節(jié) 機械零件的斷裂 脆性斷裂中較有代表性的是氫脆斷裂。氫脆斷裂是工程中一

51、種比較普遍的現(xiàn)象，其產(chǎn)生的原因有一下三種： 氫壓致斷 晶格脆化致斷 氫腐蝕致斷2022/7/19113機電設備維修技術第五節(jié) 機械零件的斷裂 三、疲勞斷裂 零件在交變載荷下經(jīng)過較長時間的工作而發(fā)生斷裂的現(xiàn)象。 機械設備中的軸類、齒輪、凸輪等許多零件，都是在交變應力作用下工作的。它們工作時所承受的應力一般都低于材料的屈服強度或抗拉強度，按靜強度設計是安全的。但實際中，在重復及交變載荷的長期作用下，零件仍會發(fā)生斷裂，稱為疲勞斷裂。實際失效中，疲勞斷裂約占80%90%。2022/7/19114機電設備維修技術第五節(jié) 機械零件的斷裂 （一）疲勞斷裂的機理 疲勞破壞可分為3個階段 ：疲勞裂紋萌生階段。在

52、循環(huán)加載下，材料表層局部發(fā)生塑性變形，晶體產(chǎn)生滑移，出現(xiàn)滑移線或滑移帶，滑移積累以后，在表面形成微觀擠入槽與擠出峰。峰底處應力高度集中，極易形成微裂紋既疲勞裂源，也稱為疲勞核心。疲勞裂紋擴展階段。裂紋基本上沿著與主應力垂直的方向擴展。瞬時斷裂階段。當裂紋擴大到使物體殘存截面不足以抵抗外載荷時，物體就會在某一次加載下突然斷裂。 高周疲勞（應力循環(huán)次數(shù)105以上） 低周疲勞（應力循環(huán)次數(shù)102-105）2022/7/19115機電設備維修技術2022/7/19116機電設備維修技術第五節(jié) 機械零件的斷裂 （二）疲勞斷裂的斷口分析 疲勞核心區(qū) 疲勞裂紋擴展區(qū) 瞬斷區(qū)2022/7/19117機電設備維修技術2022/7