材料的磨损失效形式与机理
汽车零部件的失效模式及分析
汽车零部件的失效模式及分析
专 业：
班级学号：
姓 名：
指导教师：
年 月 汽车零件的失效模式及分析
1
摘要
汽车零件失效分析，是研究汽车零件丧失其规定功能的原因、特征和规律；研究其失效分析技术和预防技术，其目的在与分析零部件失效的原因，找出导致失效的责任，并提出改进和预防措施，从而提高汽车可靠性和使用寿命。 汽车零件的失效模式及分析
I 目录
第一章 汽车零部件失效的概念及分类................................... 1
一、失效的概念 .................................................. 1
二、失效的基本分类型 ............................................ 1
三、零件失效的基本原因 .......................................... 2
第二章 汽车零部件磨损失效模式与失效机理............................. 3
一、磨料磨损及其失效机理 ........................................ 3
二、粘着磨损及其失效机理 ........................................ 4
三、表面疲劳磨损及其失效机理 .................................... 5
四、腐蚀磨损及其失效机理 ........................................ 5
五、微动磨损及其失效机理 ........................................ 6
第三章 汽车零部件疲劳断裂失效及其机理.............................. 8
液_固两相流冲蚀磨损机理及材料应用现状
收稿日期:2005204227; 修订日期:2005205212作者简介:陈 茜(19772 ),四川中江人,助理工程师.从事技术管理工作1铸造技术FOUNDRYTECHNOLOGYVol.26No.6Jun.2005液/固两相流冲蚀磨损机理及材料应用现状
陈 茜1,鲍崇高2
(1.甘肃省金川集团有限公司,甘肃金昌737104;2.西安交通大学材料科学与工程学院,陕西西安710049)摘要:冲蚀磨损存在的工况多,材料失效和工业工程破坏严重。通过分析液/固双相流过流部件的材料应用及发展现状,冲蚀磨损机理研究现状等,对指导该工况下材料设计、性能研究,特别是新型抗冲蚀磨损材料的应用等至关重要。关键词:冲蚀磨损;机理研究;材料应用中图分类号:TG174.1 文献标识码:A 文章编号:100028365(2005)0620548203
MechanismandMaterialsApplicationbyLiquid2SolidDualPhase
ErosionWearandItsResearchAdvances
CHENQian1,BAOChong2gao2(1.GansuJinchuanGroupLtd.,Jinchuan737104,China;2.SchoolofMaterialSci.&Eng.,Xi’anJiaotongUniversity,Xi’an710049,China)Abstract:Erosion2wearconditionexistinmanyindustry,andmaterialsfailureandengineeringdestroyedare
serious.Inthispaper,mechanismresearchandmaterialsapplicationbyliquid2soliddualphaseerosionwearand
itsresearchadvanceshavebeensystematicallystudied,anditisveryimportanttoguidancematerialsdesignand
材料的腐蚀失效形式与机理
材料的腐蚀失效形式与机理
材料的腐蚀失效是指材料在特定环境中，由于与介质的相互作用而发生结构破坏、性能下降或失去原有功能的现象。腐蚀失效形式多种多样，包括点蚀、晶间腐蚀、面蚀、疲劳腐蚀、应力腐蚀裂纹等。这些失效形式的背后有不同的腐蚀机理。
点蚀是指材料表面产生局部凹陷，通常呈圆形或坑状，直径从几个微米到数毫米，深度从亚微米到几百微米不等。点蚀主要受介质的氧化性、酸度和温度等因素影响，一般发生在金属表面的氧化层上。它的形成机理涉及到材料的局部电化学腐蚀过程，包括阳极溶解、阴极反应和局部电池腐蚀等。
晶间腐蚀是指局部晶界处或金属晶粒内部发生腐蚀现象。晶间腐蚀通常是由于材料的晶界或金属晶粒内部间隙处存在特殊的化学环境，导致晶界或晶粒内部的原子被溶解出来。这种腐蚀形式常见于不锈钢和高强度合金等金属材料，其机理涉及到晶间腐蚀敏感区域的析出物形成和腐蚀介质的侵入等。
面蚀是指材料表面连续性大面积消失的失效形式，通常是由于腐蚀介质与材料表面反应所致。如金属表面遭受酸性溶液的腐蚀，溶液中的酸与金属表面的原子发生反应，从而导致金属离子溶解出来。面蚀通常伴随着材料质量的明显损失，可以通过测量质量损失和材料厚度的减少来评估蚀损的程度。
疲劳腐蚀是指材料在交变应力作用下，在存在腐蚀介质的环境中发生疲劳失效。疲劳腐蚀失效常常表现为材料表面出现裂纹，并逐渐扩展到内部，最终导致材料断裂。疲劳腐蚀失效的机理涉及到腐蚀介质在裂纹尖端的浓聚、金属的动态应力强化、腐蚀产物的流失等因素。
应力腐蚀裂纹是指材料在受力的同时与腐蚀介质接触，引起裂纹形成和扩展。应力腐蚀裂纹失效常见于高强度合金和不锈钢等材料，尤其是在高温、高湿度和高应力环境下。其机理涉及到腐蚀介质的局部浸润和扩散，产生应力集中和材料内部的氢脆等。
综上所述，材料的腐蚀失效形式与机理是多种多样的，涉及到材料的电化学性质、晶体结构、应力状态、腐蚀介质特性和环境因素等。对腐蚀失效形式和机理的深入研究有助于制定腐蚀防护策略，提高材料的耐腐蚀性能。
材料失效分析考点
一、名词解释
1.失效：金属装备及其构件在使用过程中，由于应力、时间、温度、环境介质和操作失误等因素的作用，失去其原有功能的现象时有发生，这种丧失其规定功能的现象称为失效。
2.失效分析：对装备及其构件在使用过程中发生各种形式失效现象的特征及规律进行分析研究，从中找出产生失效的主要原因及防止失效的措施，称为失效分析。
3.疲劳断裂：金属材料在受到交变应力或重复循环应力时，往往在工作应力小于屈服强度的情况下突然断裂，这种现象称为疲劳断裂，是金属零件或构件在交变应力或重复循环应力长期作用下，由于累积损伤而引起的断裂现象。
4.腐蚀疲劳：是材料在循环应力和腐蚀介质的共同作用下产生的一种失效形式。
5.弯曲疲劳：金属零件在交变的弯曲应力作用下发生的疲劳称为弯曲疲劳。
6.疲劳：材料、零件和构件在循环加载下，在某点或某些点产生局部的永久性损伤，并在一定循环次数后形成裂纹，或使裂纹进一步扩展直到完全断裂的现象。
7.冲蚀磨损：是指材料受到小而松散的流动粒子冲击时，表面出现破坏的一类磨损现象。其定义可以描述为固体表面同含有固体粒子的流体接触做相对运动，其表面材料所发生的损耗。
8.粘着磨损相对运动物体的真实接触面积上发生固相粘着，使材料从一个表面转移到另一表面的现象，称为粘着磨损。
9.磨损：当相互接触的零件表面有相对运动时，表面材料的粒子由于机械的、物理的和化学的作用而脱离母体，使零件的形状、尺寸或者重量发生变化的过程称为磨损。
10.磨损失效：机械零件因磨损导致尺寸减小和表面状态改变并最终丧失其功能的现象称为磨损失效。
11.蠕变：蠕变是金属零件在应力和高温的长期作用下，产生永久变形的失效现象。
12.屈服失效：由过量塑性变形引起的失效称为屈服失效。
13.塑性变形失效：金属构件产生的塑性变形量超过允许的数值称为塑性变形失效。 14.断裂：零件在外力作用下发生开裂或折断称为断裂。
15.解理断裂：金属材料在一定条件下，当外加正应力达到一定数值后，以极快速率沿一定晶面产生的穿晶断裂，因与大理石断裂类似，故称这种断裂为解理断裂。
材料力学性能重点总结
名词解释：
1加工硬化：试样发生均匀塑性变形，欲继续变形则必须不断增加载荷，这种随着随性变形的增大形变抗力不断增大的现象叫加工硬化。
2弹性比功：表示金属材料吸收弹性变形功的能力。
3滞弹性：在弹性范围内快速加载或卸载后，随着时间延长产生附加弹性应变的现象。
4包申格效应：金属材料通过预先加载产生少量塑性变形（残余应变小于1%-4%），而后再同向加载，规定残余伸长应力增加；反向加载，规定残余伸长应力降低的现象。
5塑性：金属材料断裂前发生塑性变形的能力。常见塑性变形方式：滑移和孪生
6弹性极限：以规定某一少量的残留变形为标准，对应此残留变形的应力。
7比例极限：应力与应变保持正比关系的应力最高限。
8屈服强度：以规定发生一定的残留变形为标准，如通常以0.2%的残留变形的应力作为屈服强度。
9韧性断裂是材料断裂前发生产生明显的宏观塑性变形的断裂，这种断裂有一个缓慢的断裂过程，在裂纹扩展过程中不断的消耗能量。韧性断裂的断裂面一般平行于最大切应力并于主应力成45度角。
10脆性断裂是突然发生的断裂，断裂前基本上不发生塑形变形，没有明显征兆，危害性很大。断裂面一般与主应力垂直，端口平齐而光亮，常呈放射状或结晶状。
11剪切断裂是金属材料在切应力作用下，沿着滑移面分离而造成的断裂，又分滑断和微孔聚集性断裂。
12解理断裂：是金属材料在一定条件下，当外加正应力达到一定数值后，以极快速率沿一定晶体学平面产生的穿晶断裂，总是脆性断裂。
13缺口效应：由于缺口的存在，在静载荷作用下，缺口截面上的应力状态发生变化，产生所谓“缺口效应“
①缺口引起应力集中，并改变了缺口应力状态，使得缺口试样或机件中所受的应力由原来的
单向应力状态改变为两向或者三向应力状态。
② 缺口使得材料的强度提高，塑性降低，增大材料产生脆断的倾向。
8缺口敏感度：有缺口强度的抗拉强度σbm与等截面尺寸光滑试样的抗拉强度σb的比值.
NSR=σbn / σs NSR越大 缺口敏感度越小
失效机理分析
失效机理分析
故障模式是故障的表现形式，通常被描述成故障发生时产品的状态，相当于“病症”。
故障原因是引起产品产生故障的过程、事件和状态，是对故障模式的解释，相当于“病因”。
故障机理是引起产品产生故障的物理、化学和生物等变化的内在原因，相当于“病理”o 在分析装备故障时，一般把失效看作事件，而把故障作为状态。一个产品已经不具备完成规定功能的能力，那么该产品就失去了应有的效用，这样的事件就称为失效。产品失效后，
就不能执行规定的功能，该产品就处于故障状态。因此，一般把故障机理叫做失效机理。 失效机理研究装备发生故障的内在原因及其发展规律，即劣化理论。失效机理往往由于
装备、零部件（元器件）、材料、使用环境的差别而不同。下面介绍机械零件和电子元器件
的失效机理。
2.2.1 机械零件失效机理
机械零件失效机理一般表现为磨损、变形、断裂、膺蚀与材料老化等。下面介绍机械零
件磨损、变形、断裂、腐蚀的失效机理、影响因素及其预防对策。
2.2.1.1 磨损
摩擦与磨损是自然界的一种普遍现象。当零件之间或零件与其他物质之间相互接触并产生相对运动时，就称为摩擦。零件的摩擦表面上出现材料损耗的现象称为零件的磨损。材料
损耗包括两个方面：一是材料组织结构及性能的损坏；二是尺寸、形状及表面质量（粗糙度）
的变化。 如果零件的磨损超过了某一限度，就会丧失其规定的功能，引起设备性能下降或不能工
作，这种情形称为磨损失效。据统计，装备故障约有123是由零件磨损失效引起的。例如，发动机汽缸磨损失效后，会导致油耗激增，承载能力下降，曲轴箱窜气，机油烧损，冲击振
动等。 根据摩擦学理论，零件磨损按其性质可以分为磨料磨损、粘着磨损、疲劳磨损、微动磨
损和腐蚀磨损。下面将分别分析前四种磨损，而腐蚀磨损将在腐蚀失效中介绍。 1．磨损的一般规律 零件磨损的外在表现形态是表层材料的磨耗。在一般情况下，总是用磨损量来度量磨损
程度。不论摩擦系统有多复杂，零件摩擦表面的磨损量总是随摩擦时间延续而逐渐增长。图2-2是在正常工况下测出的磨损量实验曲线。它反映了磨损的一般规律，即磨损三阶段：
磨损及磨损机理
第三章 磨损及磨损机理
3－1
第三章 磨损及磨损机理
概 述
物体摩擦外表上的物质，由于外表相对运动而不断损失的现象称磨损。
在一般正常工作状态下，磨损可分三个阶段：
a.跑合〔磨合〕阶段：轻微的磨损，跑合是为正常运行创造条件。
b.稳定磨损阶段：磨损更轻微，磨损率低而稳定。
c.剧烈磨损阶段：磨损速度急剧增长，零件精度丧失，发生噪音和振动，摩擦温度迅速升高，说明零件即将失效。〔如图3.1〕
机件磨损是无法防止的。但，如何缩短跑合期、延长稳定磨损阶段和推迟剧烈磨损的到来，是研究者致力的方向。
影响磨损的因素很多，例如相互作用外表的相对运动方式(滑动，滚动，往复运动，冲击)，载荷与速度的大小，外表材料的种类，组织，机械性能和物理-化学性能等，各种外表处理工艺，外表几何性质(粗糙度，加工纹理和加工方法)，环境条件(温度、湿度、真空度、辐射强度、和介质性质等)和工况条件(连续或间歇工作)等。这些因素的相互影响对于磨损将产生或正或负的效果，从而使磨损过程更为复杂化。
磨损过程涉及到许多不同的学科领域，由于具有跨学科的性质，至今还很难将它的规律解释清楚。已经有很多学者对磨损进行了大量的研究。
如20世纪20年代，汤林森提出了分子磨损的概念，他认为两个粗糙外表在接触摩擦过程中相互接近，而一个外表上的原子被另一个外表俘获的现象就是磨损。
霍尔姆在上述基础上作了进一步的发展，他指出摩擦材料的压缩屈服极限σb(即硬度)对耐磨性的影响很大。
50年代初，奥贝尔(Oberle)从表层材料的机械破坏着眼，联系“切削”过程来解释磨损，他认为影响磨损的主要因素除硬度H外，还有材料的弹性模量E。处在弹性极限内的，变形越大，机械破坏越少，并提出用模数(m＝E/H×105)来反映材料的耐磨性，m值高则耐磨性好。
冯(Feng)提出了机械性质相近的两外表上机械嵌锁作用导致界面上既粘连又犁削的观磨损量
跑合
稳定磨损阶段
简述磨损
简述磨损
佳木斯大学材料成型一班
磨损是物体或零件相互接触并相对运动的系统的一种材料消耗现象，受摩擦工况条件,环
境和材料自身因素的影响。磨损是各种机器零部件失效的主要形式（过量变形、断裂、磨损和
腐蚀）之一，了解摩擦磨损知识和抗磨材料，对正确地选择和使用材料是非常重要的。磨损作
为一种现象，普遍存在于生产和生活中，其中一类是机器零件接触导致磨损；另一类是机器在
工作环境中与外界介质相接触时导致磨损。磨损消耗着机器运转能量，缩短零部件使用寿命，
造成能量和材料的消耗；此外，机器零件的接触磨损会使零部件配合间隙增大，导致噪声大、
灰分或水分跑、冒、滴、漏等多种污染，导致生产环境、生活环境恶劣。
据统计，世界上能源的30%~50%消耗于摩擦和磨损。对材料来说，约80%的零件失效是
磨损引起的，在各类磨损中，磨料磨损又占有重要的地位，在金属磨损总量中占50%以上。磨
损不仅引起设备零件失效，导致工件更换和维修频繁、设备工作效率降低，而且消耗了大量的
能源和材料。为此，减少摩擦和磨损，提高资源利用效率，力争以最少的资源消耗获得最大的
经济和社会收益。
由磨损定义可知，磨损是一种十分复杂的微观动态过程，影响因素甚多，因此关于磨损的分
类方法也较多。（1）按照表面接触性质不同的磨损分类：金属—磨料磨损、金属—金属磨损、
金属—液体磨损；（2）按照环境和介质不同的磨损分类：干磨损、湿磨损、液体磨损；（3）按
照磨损机制不同的磨损分类：磨料磨损、微动磨损、冲击磨损、接触疲劳磨损、腐蚀磨损、冲
蚀磨损、粘着磨损等。其中，磨料磨损在实际工矿中存在的形式最多，产生的材料消耗及其它
经济损失最多。
1、影响磨损的因素:
(1)材料性能
钢中的非塑性夹杂物等冶金缺陷，对疲劳磨损有严重的影响。如钢中的氮化物、氧化物、硅酸
盐等带棱角的质点，在受力过程中，其变形不能与基体协调而形成空隙，构成应力集中源，在
交变应力作用下出现裂纹并扩展，最后导致疲劳磨损早期出现。因此，选择含有害夹杂物少的
在超高压泵送状态下眼镜板的磨损机理及改进措施
在超高压泵送状态下眼镜板的磨损机理及改进措施
Ｔｈｅ Ｗｅａｒ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ａｎｄ ｔｈｅ Ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ Ｇｌａｓｓｅｓ
Ｐｌａｔｅ ｉｎ Ｐｕｍｐｉｎｇ Ｃｏｎｃｒｅｔｅ Ａｔ Ｓｕｐｅｒｈｉｇｈ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ
豳中联重科混凝土机械分公司 吴斌兴／ｗｕ Ｂｉｎｘｉｎｇ任 常／ＲＥＮ Ｃｈａｎｇ 李 盼／ＬＩ Ｐａｎ 陈保钢／ＣＨＥＮ Ｂａｏｇａｎｇ
摘要：超高压泵泵送高强度高性能混凝土施工中，我们通过对混凝土泵眼镜板工作条件下的失效形式分析及磨 损机理研究，从材料和结构方面提出了提高耐磨性的方案，在超高层泵送施工中进行了验证和推广。研究结果表明：镶 合金的工艺对眼镜板内孔耐磨焊的耐磨性影响较大；眼镜板的内孔耐磨焊脱落后，导致眼镜板接触平面上的合金易崩 裂，眼镜板失效。
关键词：眼镜板磨损机理 高强高性能混凝土 磨粒磨损
随着地域性的高楼不断兴建，高强高性能混凝土
的不断应用，对混凝土设备的要求越来越高。中联重 科９０．４０．５７２ＲＳ超高压混凝土泵填补了世界超高强混凝 土ＣＩＯ０的泵送施工空白，在广州西塔项目中创造了泵
送高度至４ｌ１ ｍ的世界纪录，使我国的高强高性能混
凝土泵送关键技术居国际领先水平。
泵送高度的增加，泵送压力将不断增大，对密封 性的要求就越高；同时，混凝土的强度和性能也在不
断的提升，高粘度，低泵性等特点严峻考验着泵送设
备的关键易损件的耐磨性能。眼镜板作为关键耐磨件之
一，耐磨合金易崩裂、耐磨焊易脱落等失效形式严重
制约泵送效率。本文分析眼镜板的加工工艺、磨损机理，
以及选择合适的耐磨材料与结构，通过大量模拟眼镜 板加工工艺条件的磨粒磨损实验，得到了选用较理想
的、适合眼镜板超高压泵送的材料的依据，同时改进
５ 结语 经过上述分析表明，优化后臂架全伸臂空载变幅
下放过程中液压冲击明显减弱、下放速度达到预期要
求、臂架抖动现象基本消失，优化效果良好，变幅性 能提高。该方法是研究液压系统动态性能的有效方法，
第一章机械零件失效的模式及其机理
第一章 机械零件失效的模式与其机理
在设备使用过程中，机械零件由于设计、材料、工艺与装配等各种原因，丧失规定的功能，无法继续工作的现象称为失效。当机械设备的关键零部件失效时，就意味着设备处于故障状态。机械零件失效的模式，即失效的外在表现形式，主要表现为磨损、变形、断裂等；而失效机理是指失效的物理、化学、机械等变化的过程和内在原因的实质。
第一节 机械零件的磨损
通常将磨损分为粘着磨损、磨料磨损、疲劳磨损、腐蚀磨损和微动磨损五种形式。
一、粘着磨损
当构成摩擦副的两个摩擦外表相互接触并发生相对运动时，由于粘着作用，接触外表的材料从一个外表转移到另一个外表所引起的磨损称为粘着磨损。粘着磨损又称粘附磨损。
二、磨料磨损
磨料磨损又称磨粒磨损。它是当摩擦副的接触外表之间存在着硬质颗粒，或者当摩擦副材料一方的硬度比另一方的硬度大得多时，所产生的一种类似金属切削过程的磨损，其特征是在接触面上有明显的切削痕迹。磨料磨损是十分常见又是危害最严重的一种磨损。其磨损速率和磨损强度都很大，致使机械设备的使用寿命大大降低，能源和材料大量损耗。
三、疲劳磨损
疲劳磨损是摩擦外表材料微观体积受循环接触应力作用产生重复变形，导致产生裂纹和别离出微片或颗粒的一种磨损。
四、腐蚀磨损
在摩擦过程中，金属同时与周围介质发生化学反响或电化学反响，引起金属外表的腐蚀产物剥落，这种现象称为腐蚀磨损。它是在腐蚀现象与机械磨损、粘着磨损、磨料磨损等相结合时才能形成的一种机械化学磨损。它是一种极为复杂的磨损过程，经常发生在高温或潮湿的环境，更容易发生在有酸、碱、盐等特殊介质条件下。
按腐蚀介质的不同类型，腐蚀磨损可分为氧化磨损和特殊介质下腐蚀磨损两大类。
五、微动磨损
两个接触外表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，因而往往易被无视。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〔一般为2－20微米〕 的相对运动，由此发生摩擦磨损。例如在键联接处、过盈配合处、螺栓联接处、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，紧配合部件紧度下降甚至松动，联接件松动乃至别离，严重者引起事故。此外，也易引起应力集中，导致联接件疲劳断裂。