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1、第第1章章 机械设备维修的基本概念机械设备维修的基本概念1.1 机器的磨损规律机器的磨损规律1.2 机械零件常见磨损类型机械零件常见磨损类型1.3 金属零件的断裂金属零件的断裂1.4 机械零件的变形机械零件的变形1.1 机器的磨损规律机器的磨损规律在设备使用过程中，机械零件由于设计、材料、工艺及装配等各种原在设备使用过程中，机械零件由于设计、材料、工艺及装配等各种原因，丧失规定的功能，无法继续工作的现象称为失效。当机械设备的因，丧失规定的功能，无法继续工作的现象称为失效。当机械设备的关键零部件失效时，就意味着设备处于故障状态。机械设备越复杂，关键零部件失效时，就意味着设备处于故障状态。机械设备
2、越复杂，引起故障的原因越多样化，一般认为是机械设备自身的缺陷引起故障的原因越多样化，一般认为是机械设备自身的缺陷(基因基因)和和各种环境因素的影响。机械设备自身的缺陷是由材料存在缺陷和应力、各种环境因素的影响。机械设备自身的缺陷是由材料存在缺陷和应力、人为差错人为差错(设计、制造、检验、维修、使用、操作不当设计、制造、检验、维修、使用、操作不当)等原因造成的。等原因造成的。环境因素主要指灰尘、温度、有害介质等而这两大造成故障的因素都环境因素主要指灰尘、温度、有害介质等而这两大造成故障的因素都可能引起设备的磨损。可能引起设备的磨损。下一页返回1.1 机器的磨损规律机器的磨损规律机器的各个组成部分
3、或零件间配合的破坏是机器故障产生的最显著表机器的各个组成部分或零件间配合的破坏是机器故障产生的最显著表象，而这主要是由于机件过早磨损的结果。因此，研究机器故障应首象，而这主要是由于机件过早磨损的结果。因此，研究机器故障应首先研究典型零件及其组合的磨损。磨损的定义就广义来说，系某种固先研究典型零件及其组合的磨损。磨损的定义就广义来说，系某种固体之一部分体之一部分(包括从原子大小到固体粒子大小的东西包括从原子大小到固体粒子大小的东西)因摩擦被除掉的因摩擦被除掉的减量现象。减量现象。磨损的存在，对我们有有害的一面，如辊道、剪断机的剪刃、高炉的磨损的存在，对我们有有害的一面，如辊道、剪断机的剪刃、高炉
4、的料钟等的磨损，就是有害的。但也有为我们所用的一面，如滑动轴承料钟等的磨损，就是有害的。但也有为我们所用的一面，如滑动轴承的铜瓦只有经过研刮才能达到配合的精度以付使用，这里说的研刮就的铜瓦只有经过研刮才能达到配合的精度以付使用，这里说的研刮就是为我们所利用的磨损现象是为我们所利用的磨损现象.上一页 下一页返回1.1 机器的磨损规律机器的磨损规律一般磨损现象常表现为由于摩擦的机械性作用致使表面受伤而有所损一般磨损现象常表现为由于摩擦的机械性作用致使表面受伤而有所损耗，进而摩擦面的温度因摩擦热而上升，由于热的作用会出现小小裂耗，进而摩擦面的温度因摩擦热而上升，由于热的作用会出现小小裂痕，受这个原因
5、的影响有时表面一部分剥落，如果温度过高，也会熔痕，受这个原因的影响有时表面一部分剥落，如果温度过高，也会熔化流走化流走;在腐蚀的环境中，因腐蚀也会减量。在腐蚀的环境中，因腐蚀也会减量。上一页 下一页返回1.1 机器的磨损规律机器的磨损规律机械设备在运转时，零件各部位的磨损并非相同，随其工作条件而异，机械设备在运转时，零件各部位的磨损并非相同，随其工作条件而异，但是磨损的发展，也有其规律。如但是磨损的发展，也有其规律。如图图1-1所示中的曲线为组合机件磨所示中的曲线为组合机件磨损的典型曲线。这条曲线具有三个明显的部分，分别表示不同的工作损的典型曲线。这条曲线具有三个明显的部分，分别表示不同的工作
6、时期。时期。O1A段为初期磨损时期，即新组合机件的试运转磨合过程。在这时期段为初期磨损时期，即新组合机件的试运转磨合过程。在这时期内曲线急剧上升，表示组合机件在工作初期具有较大的磨损，机件在内曲线急剧上升，表示组合机件在工作初期具有较大的磨损，机件在加工时所得到的最初不平度受到破坏、划伤或磨平形成新的不平度。加工时所得到的最初不平度受到破坏、划伤或磨平形成新的不平度。间隙由间隙由Smin增大到增大到S初初，但曲线趋近，但曲线趋近A点时磨损速度逐渐降低。点时磨损速度逐渐降低。上一页 下一页返回1.1 机器的磨损规律机器的磨损规律AB段为正常磨损时期段为正常磨损时期(或叫稳定磨损时期或叫稳定磨损时
7、期)，组合机件的磨损成直线，组合机件的磨损成直线均匀上升，与水平线成均匀上升，与水平线成 角。当机件工人经角。当机件工人经t小时达到小时达到B点时，间隙增点时，间隙增大为大为Smax。经过经过B点后，磨损重新开始急剧增长，点后，磨损重新开始急剧增长，BC段为事故磨损时期，间隙超段为事故磨损时期，间隙超过最大的允许极限间隙过最大的允许极限间隙Smax。由于间隙过大增加了冲击作用，润滑。由于间隙过大增加了冲击作用，润滑油膜被破坏，磨损强烈，机件处于危险状态。这时如果继续工作，则油膜被破坏，磨损强烈，机件处于危险状态。这时如果继续工作，则可能发生意外的故障。可能发生意外的故障。上一页 下一页返回1.
8、1 机器的磨损规律机器的磨损规律从这条曲线得知，机件在试运转以后，即为正常工作的开始。而正常从这条曲线得知，机件在试运转以后，即为正常工作的开始。而正常工作终了时，即转入事故磨损时期，达到了允许的极限磨损量。这时，工作终了时，即转入事故磨损时期，达到了允许的极限磨损量。这时，对机件必须进行修复或更换。机器的磨损可以分为两类，即自然对机件必须进行修复或更换。机器的磨损可以分为两类，即自然(正正常的常的)磨损和事故磨损和事故(过早的、迅速增长的或突然发生意外的过早的、迅速增长的或突然发生意外的)磨损。磨损。上一页 下一页返回1.1 机器的磨损规律机器的磨损规律自然磨损是机件在正常的工作条件下，由于
9、接触表面不断受到摩擦力自然磨损是机件在正常的工作条件下，由于接触表面不断受到摩擦力作用的结果。有时也是由于受到周围环境温度或腐蚀性物质作用的结作用的结果。有时也是由于受到周围环境温度或腐蚀性物质作用的结果，产生了逐渐增长的磨损。这种磨损是正常的，不可避免的现象。果，产生了逐渐增长的磨损。这种磨损是正常的，不可避免的现象。事故磨损是由于对机器检修不及时，或维修质量不高，或因机件结构事故磨损是由于对机器检修不及时，或维修质量不高，或因机件结构的缺陷和材料质量的低劣以及严重地违反操作规程，所发生的剧烈磨的缺陷和材料质量的低劣以及严重地违反操作规程，所发生的剧烈磨损而形成事故的现象。损而形成事故的现象
10、。由上可知，自然磨损是不可避免的。因此，我们的任务就是要对机件由上可知，自然磨损是不可避免的。因此，我们的任务就是要对机件采取措施，提高机件的强度和耐磨性能，改善机件的工作条件，特别采取措施，提高机件的强度和耐磨性能，改善机件的工作条件，特别是对机件进行良好的润滑和维护，从而减小磨损强度，达到延长机器是对机件进行良好的润滑和维护，从而减小磨损强度，达到延长机器使用寿命的目的。使用寿命的目的。上一页返回1.2 机械零件常见磨损类型机械零件常见磨损类型据估计，世界上的能源消耗中约有据估计，世界上的能源消耗中约有1/3 1/2是由于摩擦和磨损造是由于摩擦和磨损造成的，一般机械设备中约有成的，一般机械
11、设备中约有80%的零件因磨损而失效报废。摩擦是的零件因磨损而失效报废。摩擦是不可避免的自然现象，磨损是摩擦的必然结果，二者均发生于材料表不可避免的自然现象，磨损是摩擦的必然结果，二者均发生于材料表面。磨损是一种微观和动态的过程，在这一过程中，零件不仅发生外面。磨损是一种微观和动态的过程，在这一过程中，零件不仅发生外形和尺寸的变化，而且会发生其他各种物理、化学和机械的变化。形和尺寸的变化，而且会发生其他各种物理、化学和机械的变化。通常将磨损分为黏着磨损、磨料磨损、疲劳磨损、腐蚀磨损种和微动通常将磨损分为黏着磨损、磨料磨损、疲劳磨损、腐蚀磨损种和微动磨损五种形式。磨损五种形式。下一页返回1.2 机
12、械零件常见磨损类型机械零件常见磨损类型1.2.1 机械磨损机械磨损机械设备在工作过程中，因机件间不断地摩擦或因介质的冲刷，其摩机械设备在工作过程中，因机件间不断地摩擦或因介质的冲刷，其摩擦表面逐渐产生磨损，因此引起机件几何形状改变，强度降低，破坏擦表面逐渐产生磨损，因此引起机件几何形状改变，强度降低，破坏了机械的正常工作条件，使机器丧失了原有的精度和功能，这称为机了机械的正常工作条件，使机器丧失了原有的精度和功能，这称为机械磨损。械磨损。上一页 下一页返回1.2 机械零件常见磨损类型机械零件常见磨损类型1.黏着磨损黏着磨损两摩擦表面接触时，由于表面不平，发生的是点接触，在相对滑动和两摩擦表面接
13、触时，由于表面不平，发生的是点接触，在相对滑动和一定载荷作用下，在接触点发生塑性变形或剪切，使其表面膜破裂，一定载荷作用下，在接触点发生塑性变形或剪切，使其表面膜破裂，摩擦表面温度升高，严重时表面金属会软化或熔化，此时，接触点产摩擦表面温度升高，严重时表面金属会软化或熔化，此时，接触点产生黏着，然后出现黏着剪断再黏着再剪断的循环过程，这就形成黏着生黏着，然后出现黏着剪断再黏着再剪断的循环过程，这就形成黏着磨损磨损。上一页 下一页返回1.2 机械零件常见磨损类型机械零件常见磨损类型根据黏着程度的不同，黏着磨损的类型也不同。若剪切发生在黏着结根据黏着程度的不同，黏着磨损的类型也不同。若剪切发生在黏
14、着结合面上，表面转移的材料极轻微，则称轻微磨损，如缸套活塞环的正合面上，表面转移的材料极轻微，则称轻微磨损，如缸套活塞环的正常磨损常磨损;当剪切发生在软金属浅层里面，转移到硬金属表面上，称为当剪切发生在软金属浅层里面，转移到硬金属表面上，称为涂抹涂抹;如重载蜗轮副的蜗杆的磨损。若剪切发生在软金属接近表面的如重载蜗轮副的蜗杆的磨损。若剪切发生在软金属接近表面的地方，硬表面可能被划伤，称为擦伤地方，硬表面可能被划伤，称为擦伤;如滑动轴承的轴瓦与轴摩擦的如滑动轴承的轴瓦与轴摩擦的拉伤拉伤;当剪切发生在摩擦副一方或两方金属较深的地方，称为撕脱，当剪切发生在摩擦副一方或两方金属较深的地方，称为撕脱，如滑
15、动轴承的轴瓦与轴的焊合层在较深部位剪断时就是撕脱如滑动轴承的轴瓦与轴的焊合层在较深部位剪断时就是撕脱;上一页 下一页返回1.2 机械零件常见磨损类型机械零件常见磨损类型 若摩擦副之间咬死，不能相对运动，则称为咬死，如滑动轴承在油膜若摩擦副之间咬死，不能相对运动，则称为咬死，如滑动轴承在油膜严重破坏的条件下，过热、表面流动、刮伤和撕脱不断发生时，又存严重破坏的条件下，过热、表面流动、刮伤和撕脱不断发生时，又存在尺寸较大的异物硬粒部分嵌入在合金层中，则此异物与轴摩擦生热。在尺寸较大的异物硬粒部分嵌入在合金层中，则此异物与轴摩擦生热。上述两种作用叠加在一起，使接触面黏附力急剧增加，造成轴与滑动上述两
16、种作用叠加在一起，使接触面黏附力急剧增加，造成轴与滑动轴承抱合在一起，不能转动，相互咬死。轴承抱合在一起，不能转动，相互咬死。上一页 下一页返回1.2 机械零件常见磨损类型机械零件常见磨损类型2.磨料磨损磨料磨损由于一个表面硬的凸起部分和另一表面接触，或者在两个摩擦面之间由于一个表面硬的凸起部分和另一表面接触，或者在两个摩擦面之间存在着硬的颗粒，或者这个颗粒嵌入两个摩擦面的一个面里，在发生存在着硬的颗粒，或者这个颗粒嵌入两个摩擦面的一个面里，在发生相对运动后，使两个表面中某一个面的材料发生位移而造成的磨损称相对运动后，使两个表面中某一个面的材料发生位移而造成的磨损称为磨料磨损。在农业、冶金、矿
17、山、建筑、工程和运输等机械中许多为磨料磨损。在农业、冶金、矿山、建筑、工程和运输等机械中许多零件与泥沙、矿物、铁屑、灰渣等直接摩擦，都会发生不同形式的磨零件与泥沙、矿物、铁屑、灰渣等直接摩擦，都会发生不同形式的磨料磨损。据统计，因磨料磨损而造成的损失，占整个工业范围内磨损料磨损。据统计，因磨料磨损而造成的损失，占整个工业范围内磨损损失的损失的50%左右。左右。上一页 下一页返回1.2 机械零件常见磨损类型机械零件常见磨损类型由于产生的条件有很大不同，磨料磨损一般可以分为如下三种类型由于产生的条件有很大不同，磨料磨损一般可以分为如下三种类型:(1)冶金机械的许多构件直接与灰渣、铁屑、矿石颗粒相接
18、触，这些冶金机械的许多构件直接与灰渣、铁屑、矿石颗粒相接触，这些颗粒的硬度一般都很高，并且具有锐利的棱角，当以一定的压力或冲颗粒的硬度一般都很高，并且具有锐利的棱角，当以一定的压力或冲击力作用到金属表面上时，便会从零表层凿下金属屑。这种磨损形式击力作用到金属表面上时，便会从零表层凿下金属屑。这种磨损形式称为凿削磨料磨损。称为凿削磨料磨损。上一页 下一页返回1.2 机械零件常见磨损类型机械零件常见磨损类型(2)当磨料以很大压力作用于金属表面时当磨料以很大压力作用于金属表面时(如破碎机工作时，矿石作用如破碎机工作时，矿石作用于颗板于颗板)，在接触点引起很大压应力，这时，对韧性材料则引起变形，在接触
19、点引起很大压应力，这时，对韧性材料则引起变形和疲劳，对脆性材料则引起碎裂和剥落，从而引起表面的损伤，粗大和疲劳，对脆性材料则引起碎裂和剥落，从而引起表面的损伤，粗大颗粒的磨料进入摩擦副中的情况也与此相类似。零件产生这种磨损情颗粒的磨料进入摩擦副中的情况也与此相类似。零件产生这种磨损情况的条件是作用在磨料破碎点上的压应力必须大于此磨料的抗压强度。况的条件是作用在磨料破碎点上的压应力必须大于此磨料的抗压强度。而许多磨料而许多磨料(如砂、石、铁屑如砂、石、铁屑)的抗压强度是较高的。因此把这种磨损的抗压强度是较高的。因此把这种磨损称为高应力碾碎式磨料磨损。称为高应力碾碎式磨料磨损。(3)磨料以某种速度
20、较自由地运动，并与摩擦表面相接触。磨料的摩磨料以某种速度较自由地运动，并与摩擦表面相接触。磨料的摩擦表面的法向作用力甚小，如气擦表面的法向作用力甚小，如气(液液)流携带磨料在工作表面作相对运流携带磨料在工作表面作相对运动时，零件表面被擦伤，这种磨损称为低应力磨损。如烧结机用的抽动时，零件表面被擦伤，这种磨损称为低应力磨损。如烧结机用的抽风机叶轮、矿山用泥浆泵叶轮等的磨损都属于低应力磨料磨损。风机叶轮、矿山用泥浆泵叶轮等的磨损都属于低应力磨料磨损。上一页 下一页返回1.2 机械零件常见磨损类型机械零件常见磨损类型3.影响机械磨损的因素及降低磨损的措施影响机械磨损的因素及降低磨损的措施(1)润滑。
21、在两摩擦表面间充以润滑油，可大大减小摩擦系数，从而润滑。在两摩擦表面间充以润滑油，可大大减小摩擦系数，从而促使摩擦阻力减小，使机械磨损减低。故机器的运转有无润滑油以及促使摩擦阻力减小，使机械磨损减低。故机器的运转有无润滑油以及正确选择润滑材料，合理制定润滑制度以及加强润滑管理都是很重要正确选择润滑材料，合理制定润滑制度以及加强润滑管理都是很重要的，它对机器的使用寿命影响很大。的，它对机器的使用寿命影响很大。上一页 下一页返回1.2 机械零件常见磨损类型机械零件常见磨损类型(2)表面加工质量。机件经过加工后，其摩擦表面不可能得到理想的表面加工质量。机件经过加工后，其摩擦表面不可能得到理想的几何形
22、状，总要留下切削工具的刀痕或砂轮磨削的痕迹而构成凹凸状几何形状，总要留下切削工具的刀痕或砂轮磨削的痕迹而构成凹凸状的不平度。一般情况下，表面加工粗糙的，开始磨损较快。当磨到一的不平度。一般情况下，表面加工粗糙的，开始磨损较快。当磨到一定时间，不平度大致消除后，磨损便减慢下来，故表面加工精度的要定时间，不平度大致消除后，磨损便减慢下来，故表面加工精度的要求应根据零件工作的特点来选择，不要盲目追求过高的加工质量。实求应根据零件工作的特点来选择，不要盲目追求过高的加工质量。实验指出，过于光滑的表面不一定具有好的耐磨性能，因为这时润滑油验指出，过于光滑的表面不一定具有好的耐磨性能，因为这时润滑油不能形
23、成均匀的油膜，两接触面容易发生黏结，反而使耐磨性变坏。不能形成均匀的油膜，两接触面容易发生黏结，反而使耐磨性变坏。上一页 下一页返回1.2 机械零件常见磨损类型机械零件常见磨损类型(3)材料。材料的耐磨性主要取决于它的硬度和韧性。材料的硬度决材料。材料的耐磨性主要取决于它的硬度和韧性。材料的硬度决定于金属对其表面变形的抵抗能力。但过高的硬度易使脆性增加，使定于金属对其表面变形的抵抗能力。但过高的硬度易使脆性增加，使材料表面产生磨粒的剥落。而材料的韧性可防止磨粒的产生，提高其材料表面产生磨粒的剥落。而材料的韧性可防止磨粒的产生，提高其耐磨性能。另外，增加材料的化学稳定性还可以减少腐蚀磨损。增加耐
24、磨性能。另外，增加材料的化学稳定性还可以减少腐蚀磨损。增加材料本身的孔隙度可以蓄积润滑剂，从而减少机械磨损，提高零件的材料本身的孔隙度可以蓄积润滑剂，从而减少机械磨损，提高零件的耐磨性。耐磨性。上一页 下一页返回1.2 机械零件常见磨损类型机械零件常见磨损类型不同材料有不同的机械性能，相同的材料采取不同的热处理方式可使不同材料有不同的机械性能，相同的材料采取不同的热处理方式可使其机械性能得到改善。因此合理的选用材料和热处理方式对减少机械其机械性能得到改善。因此合理的选用材料和热处理方式对减少机械磨损是很有意义的。磨损是很有意义的。(4)安装检修的质量。安装零件的正确性对机器寿命有很大的影响，安
25、装检修的质量。安装零件的正确性对机器寿命有很大的影响，如不正确地拧紧轴承盖与轴承座的连接螺钉、两结合面不对中、配合如不正确地拧紧轴承盖与轴承座的连接螺钉、两结合面不对中、配合表面不平以及轴承间隙调整得不合适等，都能引起单位载荷在表面上表面不平以及轴承间隙调整得不合适等，都能引起单位载荷在表面上不正确的分布或者产生附加载荷，因而使其磨损加快。不正确的分布或者产生附加载荷，因而使其磨损加快。上一页 下一页返回1.2 机械零件常见磨损类型机械零件常见磨损类型1.2.2 疲劳磨损疲劳磨损摩擦表面材料微观体积受循环接触应力作用产生重复变形，导致产生摩擦表面材料微观体积受循环接触应力作用产生重复变形，导致
26、产生裂纹和分离出微片或颗粒的磨损称为疲劳磨损。如滚动轴承的滚动体裂纹和分离出微片或颗粒的磨损称为疲劳磨损。如滚动轴承的滚动体表面、齿轮轮齿节圆附近、钢轨与轮箍接触表面等，常常出现小麻点表面、齿轮轮齿节圆附近、钢轨与轮箍接触表面等，常常出现小麻点或痘斑状凹坑，就是疲劳磨损所形成。或痘斑状凹坑，就是疲劳磨损所形成。机件出现疲劳斑点之后，虽然设备可以运行，但是机械的振动和噪声机件出现疲劳斑点之后，虽然设备可以运行，但是机械的振动和噪声会急剧增加，精度大幅度下降，设备失去原有的工作性能。因此，所会急剧增加，精度大幅度下降，设备失去原有的工作性能。因此，所生产的产品的质量下降，机件的寿命也要迅速缩短。生
27、产的产品的质量下降，机件的寿命也要迅速缩短。上一页 下一页返回1.2 机械零件常见磨损类型机械零件常见磨损类型出现疲劳磨损的主要原因是在滚动摩擦面上，两摩擦面接触的地方产出现疲劳磨损的主要原因是在滚动摩擦面上，两摩擦面接触的地方产生了接触应力，表层发生弹性变形。在表层内部产生了较大的切应力生了接触应力，表层发生弹性变形。在表层内部产生了较大的切应力(这个薄弱区域最易产生裂纹这个薄弱区域最易产生裂纹)。由于接触应力的反复作用，在达到一。由于接触应力的反复作用，在达到一定次数后，其表层内部的薄弱区开始产生裂纹，届时，在表层外部也定次数后，其表层内部的薄弱区开始产生裂纹，届时，在表层外部也因接触应力
28、的反复作用而产生塑性变形，材料表面硬化，最后产生裂因接触应力的反复作用而产生塑性变形，材料表面硬化，最后产生裂纹。总而言之，是在材料的表面一层产生了裂纹。因为最大切应力与纹。总而言之，是在材料的表面一层产生了裂纹。因为最大切应力与压应力的方向呈压应力的方向呈45角，所以，裂纹也都是与表面呈角，所以，裂纹也都是与表面呈45 角。在裂角。在裂纹形成的两个新表面之间，由于润滑油的楔入，使裂纹内壁产生巨大纹形成的两个新表面之间，由于润滑油的楔入，使裂纹内壁产生巨大的内压力，迫使裂纹加深并扩展，这种裂纹的扩展延伸，就造成了麻的内压力，迫使裂纹加深并扩展，这种裂纹的扩展延伸，就造成了麻点剥落。点剥落。上一
29、页 下一页返回1.2 机械零件常见磨损类型机械零件常见磨损类型 由此可见，接触应力才是导致疲劳磨损的主要原因。降低接触应力，由此可见，接触应力才是导致疲劳磨损的主要原因。降低接触应力，就能增加抵抗疲劳磨损的强度。当然改变材质也可以提高疲劳强度。就能增加抵抗疲劳磨损的强度。当然改变材质也可以提高疲劳强度。此外，润滑剂对降低接触应力有重要作用，高钻度的油不易从摩擦面此外，润滑剂对降低接触应力有重要作用，高钻度的油不易从摩擦面挤掉，有助于接触区域压力的均匀分布，从而降低了最高接触应力值。挤掉，有助于接触区域压力的均匀分布，从而降低了最高接触应力值。当摩擦面有允分的油量时，油膜可以吸收一部分冲击能量，
30、从而降低当摩擦面有允分的油量时，油膜可以吸收一部分冲击能量，从而降低了冲击载荷产生的接触应力值。了冲击载荷产生的接触应力值。上一页 下一页返回1.2 机械零件常见磨损类型机械零件常见磨损类型1.2.3 腐蚀磨损腐蚀磨损在摩擦过程中，金属同时与周围介质发生化学反应或电化学反应，使在摩擦过程中，金属同时与周围介质发生化学反应或电化学反应，使腐蚀和磨损共同作用而导致零件表面物质的损失，这种现象称为腐蚀腐蚀和磨损共同作用而导致零件表面物质的损失，这种现象称为腐蚀磨损。磨损。上一页 下一页返回1.2 机械零件常见磨损类型机械零件常见磨损类型腐蚀磨损可分为氧化磨损和腐蚀介质磨损。大多数金属表面都有一层腐蚀
31、磨损可分为氧化磨损和腐蚀介质磨损。大多数金属表面都有一层极薄的氧化膜，若氧化膜是脆性的或氧化速度小于磨损速度，则在摩极薄的氧化膜，若氧化膜是脆性的或氧化速度小于磨损速度，则在摩擦过程中极易被磨掉，然后又产生新的氧化膜，然后又被磨掉，在氧擦过程中极易被磨掉，然后又产生新的氧化膜，然后又被磨掉，在氧化膜不断产生和磨掉的过程中，零件表面产生物质损失，此即为氧化化膜不断产生和磨掉的过程中，零件表面产生物质损失，此即为氧化磨损，但氧化磨损速度一般较小。当周围介质中存在着腐蚀物质时，磨损，但氧化磨损速度一般较小。当周围介质中存在着腐蚀物质时，例如润滑油中的酸度过高等，零件的腐蚀速度就会很快。和氧化磨损例如
32、润滑油中的酸度过高等，零件的腐蚀速度就会很快。和氧化磨损一样，腐蚀产物在零件表面生成，又在磨损表面磨去，如此反复交替一样，腐蚀产物在零件表面生成，又在磨损表面磨去，如此反复交替进行而带来比氧化磨损高得多的物质损失，由此称为腐蚀介质磨损这进行而带来比氧化磨损高得多的物质损失，由此称为腐蚀介质磨损这种化学机械的复合形式的磨损过程，对一般耐磨材料同样有着很大破种化学机械的复合形式的磨损过程，对一般耐磨材料同样有着很大破坏作用。坏作用。上一页 下一页返回1.2 机械零件常见磨损类型机械零件常见磨损类型1.2.4 微动磨损微动磨损两个接触表面由于受相对低振幅振荡运动而产生的磨损叫做微动磨损。两个接触表面
33、由于受相对低振幅振荡运动而产生的磨损叫做微动磨损。它产生于相对静止的接合零件上，因而往往易被忽视。微动磨损的最它产生于相对静止的接合零件上，因而往往易被忽视。微动磨损的最大特点是在外界变动载荷作用下，产生振幅很小大特点是在外界变动载荷作用下，产生振幅很小(小于小于100m，一般，一般为为220m)的相对运动，由此发生摩擦磨损。例如在键连接处、过的相对运动，由此发生摩擦磨损。例如在键连接处、过盈配合处、螺栓连接处、铆钉连接接头处等结合上产生的磨损。微动盈配合处、螺栓连接处、铆钉连接接头处等结合上产生的磨损。微动磨损使配合精度下降，使配合部件紧度下降甚至松动，连接件松动乃磨损使配合精度下降，使配合
34、部件紧度下降甚至松动，连接件松动乃至分离，严重者引起事故。此外，也易引起应力集中，导致连接件疲至分离，严重者引起事故。此外，也易引起应力集中，导致连接件疲劳断裂。劳断裂。上一页返回1.3 金属零件的断裂金属零件的断裂1.3.1 断裂断裂断裂是零件在机械、热、磁、腐蚀等单独作用或者联合作用下，其本断裂是零件在机械、热、磁、腐蚀等单独作用或者联合作用下，其本身连续性遭到破坏，发生局部开裂或分裂成几部分的现象。零件断裂身连续性遭到破坏，发生局部开裂或分裂成几部分的现象。零件断裂后不仅完全丧失工作能力，而且还可造成重大的经济损失或伤亡事故。后不仅完全丧失工作能力，而且还可造成重大的经济损失或伤亡事故。
35、因此，尽管与磨损、变形相比，断裂所占的比例很小，但它仍是一种因此，尽管与磨损、变形相比，断裂所占的比例很小，但它仍是一种最危险的失效形式。尤其是现代机械设备日益向着大功率、高转速的最危险的失效形式。尤其是现代机械设备日益向着大功率、高转速的趋势发展，断裂失效的几率有所提高。因此，研究断裂成为日益紧迫趋势发展，断裂失效的几率有所提高。因此，研究断裂成为日益紧迫的课题。的课题。断裂的分类方法很多，这里介绍其中的延性断裂、脆性断裂、疲劳断断裂的分类方法很多，这里介绍其中的延性断裂、脆性断裂、疲劳断裂和环境断裂四种。裂和环境断裂四种。下一页返回1.3 金属零件的断裂金属零件的断裂1.延性断裂延性断裂零
36、件在外力作用下首先产生塑性变形，当外力引起的应力超过弹性极零件在外力作用下首先产生塑性变形，当外力引起的应力超过弹性极限时即发生塑性变形。外力继续增加，应力超过抗拉强度时发生塑性限时即发生塑性变形。外力继续增加，应力超过抗拉强度时发生塑性变形而后造成断裂就称为延性断裂。延性断裂的宏观特点是断裂前有变形而后造成断裂就称为延性断裂。延性断裂的宏观特点是断裂前有明显的塑性变形，常出现缩颈，而从断口形貌微观特征上看，断面有明显的塑性变形，常出现缩颈，而从断口形貌微观特征上看，断面有大量微坑大量微坑(也称韧窝也称韧窝)覆盖。延性断裂实际上是显微空洞形成、长大、覆盖。延性断裂实际上是显微空洞形成、长大、连
37、接以致最终导致断裂的一种破坏方式。连接以致最终导致断裂的一种破坏方式。2.脆性断裂脆性断裂金属零件或构件在断裂之前无明显的塑性变形，发展速度极快的一类金属零件或构件在断裂之前无明显的塑性变形，发展速度极快的一类断裂叫脆性断裂。它通常在没有预示信号的情况下突然发生，是一种断裂叫脆性断裂。它通常在没有预示信号的情况下突然发生，是一种极危险的断裂。极危险的断裂。上一页 下一页返回1.3 金属零件的断裂金属零件的断裂3.疲劳断裂疲劳断裂机械设备中的轴、齿轮、凸轮等许多零件，都是在交变应力作用下工机械设备中的轴、齿轮、凸轮等许多零件，都是在交变应力作用下工作的。它们工作时所承受的应力一般都低于材料的屈服
38、服强度或抗拉作的。它们工作时所承受的应力一般都低于材料的屈服服强度或抗拉强度，按静强度设计的标准应该是安全的，但在实际中，在重复及交强度，按静强度设计的标准应该是安全的，但在实际中，在重复及交变载荷的长期作用下，机件或零件仍然会发生断裂，这种现象称为疲变载荷的长期作用下，机件或零件仍然会发生断裂，这种现象称为疲劳断裂，它是一种普通而严重的失效形式。在实际失效件中，疲劳断劳断裂，它是一种普通而严重的失效形式。在实际失效件中，疲劳断裂占了较大的比重，约裂占了较大的比重，约80%90%。上一页 下一页返回1.3 金属零件的断裂金属零件的断裂4.环境断裂环境断裂实际上机械零部件的断裂，除了与材料的特性
39、、应力状态和应变速率实际上机械零部件的断裂，除了与材料的特性、应力状态和应变速率有关外，还与周围的环境密切相关。尤其是在腐蚀环境中，材料表面有关外，还与周围的环境密切相关。尤其是在腐蚀环境中，材料表面或裂纹边沿由于氧化、腐蚀或其他过程使材料强度下降，促使材料发或裂纹边沿由于氧化、腐蚀或其他过程使材料强度下降，促使材料发生断裂。可以看出，环境断裂是指材料与某种特殊环境相互作用而引生断裂。可以看出，环境断裂是指材料与某种特殊环境相互作用而引起的具有一定环境特征的断裂方式。环境断裂主要有应力腐蚀断裂、起的具有一定环境特征的断裂方式。环境断裂主要有应力腐蚀断裂、氢脆断裂、高温蠕变断裂、腐蚀疲劳断裂及冷
40、脆断裂等。氢脆断裂、高温蠕变断裂、腐蚀疲劳断裂及冷脆断裂等。上一页 下一页返回1.3 金属零件的断裂金属零件的断裂(1)应力腐蚀断裂。金属材料在拉应力和特定的腐蚀介质联合作用下应力腐蚀断裂。金属材料在拉应力和特定的腐蚀介质联合作用下引起的低应力脆性断裂称为应力腐蚀断裂。它的发生极为隐蔽，往往引起的低应力脆性断裂称为应力腐蚀断裂。它的发生极为隐蔽，往往是事先无明显征兆，造成灾难性的事故。是事先无明显征兆，造成灾难性的事故。研究表明，应力腐蚀断裂通常是在一定条件下才产生的研究表明，应力腐蚀断裂通常是在一定条件下才产生的:要在一定的拉应力作用下。一般情况下，产生应力腐蚀的拉应力都要在一定的拉应力作用
41、下。一般情况下，产生应力腐蚀的拉应力都很低，普遍认为对于每一种材料与环境的组合，均存在一个拉应力临很低，普遍认为对于每一种材料与环境的组合，均存在一个拉应力临界值，低于这个应力临界值将不出现断裂。如果没有腐蚀介质的联合界值，低于这个应力临界值将不出现断裂。如果没有腐蚀介质的联合作用，机件可以在该应力下长期工作而不产生断裂。作用，机件可以在该应力下长期工作而不产生断裂。腐蚀环境是特定的腐蚀环境是特定的(包括介质种类、浓度、温度等包括介质种类、浓度、温度等)。对一种金属或。对一种金属或合金材料，只有特定的腐蚀环境才会使其产生应力腐蚀断裂。合金材料，只有特定的腐蚀环境才会使其产生应力腐蚀断裂。上一页
42、 下一页返回1.3 金属零件的断裂金属零件的断裂金属材料本身对应力腐蚀断裂的敏感性，它取决于金属材料的化学金属材料本身对应力腐蚀断裂的敏感性，它取决于金属材料的化学成分和组织结构。应力腐蚀裂纹扩展机理有许多理论试图解释，如机成分和组织结构。应力腐蚀裂纹扩展机理有许多理论试图解释，如机械化学效应理论、闭塞电池腐蚀理论、表面膜破裂理论、氢蚀理论等，械化学效应理论、闭塞电池腐蚀理论、表面膜破裂理论、氢蚀理论等，但尚无统一的看法。这主要是因为应力腐蚀断裂体系太大，影响因素但尚无统一的看法。这主要是因为应力腐蚀断裂体系太大，影响因素复杂多样的缘故，以至于机理可以转变，用某一种理论模型是难以全复杂多样的缘
43、故，以至于机理可以转变，用某一种理论模型是难以全面解释清楚的。面解释清楚的。上一页 下一页返回1.3 金属零件的断裂金属零件的断裂防止金属材料应力腐蚀的主要措施是合理选用材料，尽量使用对工作防止金属材料应力腐蚀的主要措施是合理选用材料，尽量使用对工作环境条件不敏感的材料环境条件不敏感的材料;在金属结构设计上要合理，尽可能减少应力在金属结构设计上要合理，尽可能减少应力集中，消减残余应力集中，消减残余应力;采取改善腐蚀环境的措施。采取改善腐蚀环境的措施。(2)氢脆断裂。由于氢渗入钢件内部而在应力作用下导致的脆性断裂氢脆断裂。由于氢渗入钢件内部而在应力作用下导致的脆性断裂称为氢脆断裂。氢气的主要作用
44、是其所产生的压力，它往往有助于某称为氢脆断裂。氢气的主要作用是其所产生的压力，它往往有助于某种断裂机制如解理断裂、晶界断裂等的进行。由于氢脆断裂也是裂纹种断裂机制如解理断裂、晶界断裂等的进行。由于氢脆断裂也是裂纹萌生和扩展的过程，而裂纹的扩展速率受钢中的含氢量以及氢在钢中萌生和扩展的过程，而裂纹的扩展速率受钢中的含氢量以及氢在钢中的扩散速度影响很大。氢在钢中的溶解度越小，其扩散系数越大，氢的扩散速度影响很大。氢在钢中的溶解度越小，其扩散系数越大，氢脆裂纹的扩展速率也就越大，即越容易发生氢脆断裂。脆裂纹的扩展速率也就越大，即越容易发生氢脆断裂。上一页 下一页返回1.3 金属零件的断裂金属零件的断
45、裂氢脆断裂在工程上是一种比较普通的现象，因而人们对氢脆机理进行氢脆断裂在工程上是一种比较普通的现象，因而人们对氢脆机理进行了大量的研究，提出了多种理论。如其中的晶格脆化模型理论认为，了大量的研究，提出了多种理论。如其中的晶格脆化模型理论认为，高浓度的固溶氢可以降低晶界上或相界上金属晶体的原子间结合力，高浓度的固溶氢可以降低晶界上或相界上金属晶体的原子间结合力，当局部应力等于已被氢降低了的原子间结合力时，原子间的键合就发当局部应力等于已被氢降低了的原子间结合力时，原子间的键合就发生破坏，材料便产生脆性断裂。生破坏，材料便产生脆性断裂。(3)高温蠕变断裂。金属材料在长时间恒温、恒应力作用下，即使应
46、高温蠕变断裂。金属材料在长时间恒温、恒应力作用下，即使应力小于屈服强度，也会缓慢地产生塑性变形的现象称为蠕变。由于蠕力小于屈服强度，也会缓慢地产生塑性变形的现象称为蠕变。由于蠕变变形而导致断裂的现象称为蠕变断裂。蠕变在低温下也会产生，但变变形而导致断裂的现象称为蠕变断裂。蠕变在低温下也会产生，但只有当温度高于只有当温度高于0.3Tm(Tm为热力学温度表示的熔点为热力学温度表示的熔点)时才较显著，时才较显著，故这种断裂又称为高温蠕变断裂。如高温高压工况下的螺栓紧固件，故这种断裂又称为高温蠕变断裂。如高温高压工况下的螺栓紧固件，常因蠕变导致断裂破坏。常因蠕变导致断裂破坏。上一页 下一页返回1.3
47、金属零件的断裂金属零件的断裂蠕变断裂宏观断口有明显氧化色或黑色，有时还能见到蠕变孔洞。蠕蠕变断裂宏观断口有明显氧化色或黑色，有时还能见到蠕变孔洞。蠕变微观断口多为沿晶断裂，无疲劳条痕。变微观断口多为沿晶断裂，无疲劳条痕。由于致使金属零件蠕变断裂失效的主要原因是应力、温度、时间和材由于致使金属零件蠕变断裂失效的主要原因是应力、温度、时间和材料的耐热性等，因此，必须从设计、制造及使用维修中采取措施以提料的耐热性等，因此，必须从设计、制造及使用维修中采取措施以提高蠕变断裂的抗力。例如，设计上避免应力集中和早期微裂纹产生高蠕变断裂的抗力。例如，设计上避免应力集中和早期微裂纹产生;采用隔热涂层，避免局部
48、工作温度过高，降低零件实际温度采用隔热涂层，避免局部工作温度过高，降低零件实际温度;制造中制造中严格控制热加工工艺严格控制热加工工艺;制造和修理中采用表面强化或预防措施消除表制造和修理中采用表面强化或预防措施消除表面的缺陷。面的缺陷。上一页 下一页返回1.3 金属零件的断裂金属零件的断裂(4)腐蚀疲劳断裂。金属材料在腐蚀介质环境中，在低于抗拉强度的腐蚀疲劳断裂。金属材料在腐蚀介质环境中，在低于抗拉强度的交变应力的反复作用下所产生的断裂称为腐蚀疲劳断裂。这种断裂破交变应力的反复作用下所产生的断裂称为腐蚀疲劳断裂。这种断裂破坏在化工、石油和冶金工业中尤为常见。坏在化工、石油和冶金工业中尤为常见。腐
49、蚀疲劳断裂和纯机械疲劳断裂都是在交变应力作用下引起的疲劳断腐蚀疲劳断裂和纯机械疲劳断裂都是在交变应力作用下引起的疲劳断裂，但纯机械疲劳裂纹的萌生裂，但纯机械疲劳裂纹的萌生(生核生核)时间在整个的疲劳寿命中占很大时间在整个的疲劳寿命中占很大的比例，而且交变应力小于或等于某一数值时，疲劳裂纹不能萌生，的比例，而且交变应力小于或等于某一数值时，疲劳裂纹不能萌生，此时疲劳寿命无限长。而腐蚀疲劳断裂可以在很低的循环此时疲劳寿命无限长。而腐蚀疲劳断裂可以在很低的循环(或脉冲或脉冲)应应力下发生断裂破坏，并且往往没有明显的疲劳极限值，因而具有更大力下发生断裂破坏，并且往往没有明显的疲劳极限值，因而具有更大的
50、危害性。的危害性。上一页 下一页返回1.3 金属零件的断裂金属零件的断裂腐蚀疲劳断裂和应力腐蚀断裂都是应力与腐蚀介质共同作用下引起的腐蚀疲劳断裂和应力腐蚀断裂都是应力与腐蚀介质共同作用下引起的断裂。但由于腐蚀疲劳的应力是交变的，其产生的滑移具有累积作用，断裂。但由于腐蚀疲劳的应力是交变的，其产生的滑移具有累积作用，金属表面的保护膜也更容易遭到破坏。因此，绝大多数金属都会发生金属表面的保护膜也更容易遭到破坏。因此，绝大多数金属都会发生腐蚀疲劳，对介质也没有选择性，即只要在具有腐蚀性的介质中就能腐蚀疲劳，对介质也没有选择性，即只要在具有腐蚀性的介质中就能引起腐蚀疲劳直至断裂，而且在容易产生孔蚀的介