磨损失效分析
煤矿机械磨损失效分析及抗磨措施
煤矿机械磨损失效分析及抗磨措施煤矿机械磨损的主要原因有:作业环境与机械本身。
我国煤炭开采环境恶劣，往往是在数百米的地下。
地下存在着湿度高、温度高以及煤尘大等各种问题，再加上煤矿机械往往体积大、重量大，现代化程度越高的机械，其精密度便越高，受恶劣作业环境的影响便越大。
1.1作业环境湿度大我国绝大多数煤矿都是地下开采，地下开采的一个显著特点便是井下工作环境湿度大，这也是煤矿机械工作的基本环境。
据有关文献表明:当井下湿度达到80%以上时，水分对于机械设备的影响与机械设备在水中浸泡的影响几乎一致，煤矿机械中金属部件因此会发生化学反应，引起金属部件表面突起，进而加剧机械的磨损。
工作环境湿度大是影响煤矿机械使用寿命的主要原因。
1.2作业环境酸碱度高金属最适宜在中性环境中，可以保存多年而不出现腐蚀现象。
无论金属处于酸性环境或者碱性环境，都会加速金属的腐蚀。
我国煤矿井下环境的pH值一般为弱碱性，煤矿机械长时间在这种环境里，会使机械设备的机体质量严重下降，进而缩短煤矿机械的使用寿命。
1.3杂散电流在煤矿井下施工或者生产作业，由于地质条件的影响，煤层中会存在着一定的杂散电流。
杂散电流的存在会产生弱电离作用，进而使得煤矿机械的腐蚀加剧，最终使得煤矿机械使用寿命缩短。
1.4机械设备本身原因煤炭开采所用的机械设备具有体积大、重量大的特点，而且随着煤炭开采自动化的不断提高，机械设备的精密度也在不断提高，这就存在着机械受细小颗粒的影响，尤其是细小颗粒对于机械轴承的影响非常明显。
煤层中的成分较为复杂，存在着大量的杂质，而有些杂质质地坚硬，比如石英石、方解石等，再加上机械设备在作业过程中始终处于高速运转状态，工作压强大，而且运维人员对此种状况的维护难度大，造成煤矿机械的使用寿命缩短。
2.机械设备磨损特征在煤矿机械设备的使用过程中，就轴承来说，正常的滑动轴承值在0.25—0.30之间，而且滚动轴承能够调整的范围在。
0.50—0.14之间，最大允许误差为。
磨损失效的主要类型、显微机制、影响因素、注意问题等
磨损失效是机械设备和零部件的三种主要失效形式———断裂、腐蚀和磨损失效形式之一。
通常磨损过程是一个渐进的过程,正常情况下磨损直接的结果也并非灾难性的,因此,人们容易忽视对磨损失效重要性的认识。
实际上,机械设备的磨损失效造成的经济损失是巨大的[1～10,15]。
美国曾有统计,每年因磨损造成的经济损失占其国民生产总值的4%。
2004年底由中国工程院和国家自然科学基金委共同组织的北京摩擦学科与工程前沿研讨会的资料显示,磨损损失了世界一次能源的三分之一,机电设备的70%损坏是由于各种形式的磨损而引起的;我国的GDP只占世界的4%,却消耗了世界的30%以上的钢材;我国每年因摩擦磨损造成的经济损失在1000亿人民币以上,仅磨料磨损每年就要消耗300多万吨金属耐磨材料。
可见减摩、抗磨工作具有节能节材、资源充分利用和保障安全的重要作用,越来越受到国内外的重视。
因此,研究磨损失效的原因,制定抗磨对策、减少磨损耗材、提高机械设备和零件的安全寿命有很大的社会和经济效益。
1 磨损和磨损失效的主要类型磨损———由于机械作用造成物体表面材料逐渐损耗。
磨损失效———由于材料磨损引起的机械产品丧失应有的功能。
通常,按照磨损机理和磨损系统中材料与磨料、材料与材料之间的作用方式划分,磨损的主要类型可分为磨料磨损、粘着磨损、冲蚀磨损、疲劳磨损、腐蚀磨损和微动磨损等类型。
1.1 磨料磨损由外部进入摩擦面间的硬颗粒或突出物在较软材料的表面上犁刨出很多沟纹,产生材料的迁移而造成的一种磨损现象称为磨料磨损。
影响这种磨损的主要因素:在多数情况下,材料的硬度越高,耐磨性越好;磨损量随磨损磨粒平均尺寸的增加而增大;磨损量随着磨粒硬度的增大而加大等。
1.2 粘着磨损在两摩擦表面相对滑动时,材料发生"冷焊"后便从一个表面转移到另一个表面,成为表面凸起物,促使摩擦表面进一步磨损的现象称为粘着磨损。
影响粘着磨损的主要因素:同类的摩擦副材料比异类材料容易粘着,采用表面处理(如热处理、喷镀、化学处理等)可以减少粘着磨损;脆性材料比塑性材料抗粘着能力高;材料表面粗糙度值越小,抗粘着能力也越强;控制摩擦表面的温度,采用的润滑剂等可减轻粘着磨损等。
第6章 磨损与腐蚀失效分析汇总
金属表面 发生局部 塑性变形
磨粒嵌入金属 表面，切割金 属表面
表面被 划伤
特点 • 普遍存在于机件中； • 磨损速度较大，0.5～5 μm/h 防止措施 • 提高表面硬度（从选材方面）； • 减少磨粒数量（从工作状况方面）。
（3）疲劳磨损的特征及判断。 它会引起表面金属小片状脱落，在金属表 面形成一个个麻坑，麻坑的深度多在几微 米到几十微米之间。 特点 产生接触疲劳的零件表面上出现许多针状 或痘状的凹坑，称麻点，故得名麻点磨损， 亦称疲劳磨损。 接触疲劳是裂纹形成和扩展的过程。
• 在化工、石油化工、轻工、能源、交通等 行业中，约60％的失效与腐蚀有关。化工与 石油化工行业腐蚀失效所占比例更高一些。 如近年来(1995 ～ 2000年)国内先后四次对石 化企业的压力容器使用情况进行调查，其中 对失效原因调查统计认为，在使用中因腐蚀 产生严重缺陷及材质劣化，是近年来引起容 器报废的主要原因。
6.2 腐蚀失效分析
6.2.1 腐蚀及腐蚀失效 1. 腐蚀的概念
腐 蚀 介 质
耐 蚀 金 属
（1）腐蚀的定义。 • 金属与环境介质发生化学或电化学作用，导致金 属的损坏或变质。OR在一定环境中，金属表面或界 面上进行的化学或电化学多相反应，结果使金属转 入氧化或离子状态。 （2）腐蚀介质。 • 通常不把所有的介质都称为腐蚀介质。例如，空 气、淡水、油脂等虽然对金属材料均有一定的腐蚀 作用，但并不称为腐蚀介质。一般仅把腐蚀性较强 的酸、碱、盐的溶液称为腐蚀介质。
• 腐蚀不仅损耗了地球的资源，而且因腐蚀而造成 的生产停顿、产品质量下降，甚至人身事故等损 失，更是无法估量。分析、材料腐蚀及控制的研究 给予了前所未有的关注。 （2）腐蚀介质。 • 通常不把所有的介质都称为腐蚀介质。例如，空 气、淡水、油脂等虽然对金属材料均有一定的腐蚀 作用，但并不称为腐蚀介质。一般仅把腐蚀性较强 的酸、碱、盐的溶液称为腐蚀介质。
材料的磨损失效分析论文
材料的磨损失效分析论文摘要：磨损失效是各种机械设备和工业系统中经常面对的问题，工程材料的磨损失效分析研究已经成为材料科学领域中的一个重要分支。
本文主要从材料磨损失效的定义、磨损机理、影响因素等方面进行论述，同时也介绍了各种常用的磨损试验和磨损机制的分析方法。
一、引言材料磨损失效是材料科学领域中的关键问题之一，也是各种机械设备和工业系统中经常面对的问题。
磨损失效对于材料的性能、寿命以及工程系统的运行稳定性等都有着重要的影响。
因此，材料的磨损失效分析研究已经成为材料学家和工程师们在实践中面对的一个重要课题。
二、定义磨损失效是指材料表面经过一段时间的磨擦、摩擦或冲击等作用后，发生的表面金属被剥蚀、脱落或破裂等现象。
磨损失效的产生会引起零件的尺寸变化、功能失效等，并且会导致机械设备的整体质量下降、效率降低，甚至直接影响设备的安全性。
三、磨损机理材料的磨损失效产生的原因是多种多样的，主要包括机械磨损、化学磨损和疲劳磨损等。
机械磨损：是指当材料表面受到摩擦或磨擦力的作用时，表面会出现磨损或剥落，这是最常见的磨损机理之一。
化学磨损：是指当材料表面发生化学反应时，会产生一定的磨损现象。
例如，酸性溶液中的金属腐蚀就是一种典型的化学磨损现象。
疲劳磨损：是指当材料表面受到重复的载荷作用时，会产生一定的磨损现象。
例如，当材料表面反复承受机械振动或冲击时就会产生疲劳磨损现象。
四、影响因素磨损失效的产生不仅与材料本身的性能有关，还与外界环境、工作条件等相关因素有关。
主要影响因素包括：材料硬度：材料硬度高时，耐磨性能较强，相反，材料硬度低则耐磨性能较弱。
材料的组织结构：材料的组织结构越细致，材料的强度和硬度越高，抗磨性能也就越强。
载荷和速度：当外部载荷或速度增大时，耐磨性能也会随之减弱。
工作环境：物理性能、化学性质以及工作环境的pH值等因素都会对材料的耐磨性能产生影响。
五、磨损试验磨损试验是磨损失效分析的重要部分，目的在于了解材料的磨损失效性能，并开展磨损机理和降低磨损失效的研究。
金属材料失效分析基础与应用第四单元 表面损伤失效分析PPT课件
模块一 磨损失效
3.磨损失效分析的步骤 （1）现场调查及宏观分析 （2）测量磨损失效情况 （3）检查润滑情况及润滑剂的质量 （4）摩擦副材质的检查 （5） 进行必要的模拟试验 （6） 确定磨损机制
模块一 磨损失效
（1）现场调查及宏观分析。详细了解零件的服役条件和使 用状况，了解零件的设计依据、选材原则及制造工艺。确定 分析部位并提取分析样品，分析样品应包括磨屑、润滑剂及 沉积物等。对磨损表面进行宏观分析，记录下表面的划伤、 沟槽、结疤、蚀坑、剥落、锈蚀及裂纹等形貌特征，并初步 判断磨损失效的模式。
第四单元 表面损伤失效分析
模块一 模块二 模块三 模块六
•磨损失效 •腐蚀失效 •接触疲劳失效 •腐蚀失效分析及预防
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总体概述
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模块一 磨损失效
模块一 磨损失效
一 、磨损失效 1.磨损的概念
磨损是零部件失效的一种基本类型。零部件失去原有设 计所规定的功能称为失效。失效包括完全丧失原定功能；功能 降低和有严重损伤或隐患，继续使用会失去可靠性及安全性。
模块一 磨损失效
（2） 磨损程度的度量。为了评价材料磨损的严重程度，一 般采用长度磨损量WL、体积磨损量Wv 和重量磨损量Ww 来 表示。 （3） 耐磨性。材料的耐磨性是指在一定的工作条件下材料 抵抗磨损的能力。可分力绝对耐磨性和相对耐磨性两种。
模块一 磨损失效
2、磨损失效模式的判断 （1）粘着磨损的特征及判断。 （2）磨料磨损的特征及判断。 （3）疲劳磨损的特征及判断。 （4）腐蚀磨损特征及判断。 （5）冲蚀磨损特征及判断。 （6）微动磨损特征及判断。
发动机主要零件磨损失效分析
（）温 度 是粘着 磨损最 重 要 的因素 。活塞环 区 ２ 域温 度 的升高 使得润 滑 油的粘 度降低 ，润 滑条件 变
坏， 这样就 容 易产 生粘 着接触和 活塞 卡死 的危 险 。 （ ）发动机 转 矩 （ ３ 即平 均有 效压 力 ） 加及 转速 增
增 加 （ 即活 塞速 度 增加 ）会 导致 温 度提 高 而使 磨 也 ， 损 增加 。 （）汽 油机 的浓混 合气会 造成 润滑 油大量 稀 释 ４ 和 粘度 的下降 ，从 而减 小流体 动 力润滑 的范 围 。例 如， 节气 门使 用不 当会 显著地 增加粘 着磨 损 。 而稀 混 合 气会 产生 过 多的氧 ，特别 是在 柴油机 中会使 与 燃 气接触 的零件 表面 氧化 ，促 使造成 腐蚀 磨损 的酸 性 燃 烧产 物 的形 成 。 （ ）内燃机在 起动 时 由于润 滑条件 不好 ，此 时 ５
因而它与缸壁 、 活塞环的温度有关 ， 也与冷介质的温
度有关 。
凸轮 挺柱 摩 擦 副在 很 高 的接 触 压 力 下 工作 ， 其 磨损 形式 主要 有以下 几种 ： １ 着 磨损 。凸轮 挺 柱摩 擦 副 的粘 着磨 损 通常 ． 粘 由瞬 时高温 引起 。 在整 个挺 柱升 起 的过程 中 ， 表面 两
活塞 和活塞 环对 缸套 的磨擦 几乎 为干摩 擦 ，以致 造
封 不严之处 时 ，大量 含有 灰尘 的空气 未 经滤清 器 即
被 吸 入气缸 中 ， 造成 磨损 。 故障 之处在 于 进气管 与气 缸体 贴合平 面 上有伤 痕 ， 其 间隔进 入异 物 ， 气管 或 进
垫损 坏或进 气管 座 固定螺 栓折 断 、 动等 ， 松 都会 造 成
四、 装配 不 当
第十二讲 腐蚀和磨损失效分析
刹车片宏观图片
（制动盘为灰铸铁） （制动片为钢纤维增强复合材料）
制动盘的微观形貌图
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③疲劳磨损的特征及判断 表面金属小片状脱落，在金属表面形成一个个麻坑，在
麻坑的前沿或者根部，有表面疲劳裂纹或者二次裂纹。
齿面硬度偏低和冶金缺陷导致的接触疲劳 （大量的麻坑、局部剥落和磨损痕迹）
2
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（1）磨损失效分析的步骤 ①现场调查及宏观分析：详细了解零件的服役条件和使用工 况，了解零件的设计依据、选材依据及制造工艺。确定分析 部位并提取分析样品，包括摩擦副、磨屑、润滑剂及沉积物 等。记录表面划伤、沟槽、结疤、蚀坑、剥落、锈蚀及裂纹 等形貌特征，初步判断磨损失效的模式。 ②测量磨损失效情况 ：确定磨损表面的磨损曲线，查明磨损 变化规律、最大磨损量及其所处部位。确定磨损速率，分析 磨损情况是否正常，是否属于允许的范围。
连铸辊
浆料循环泵
2
冲蚀磨损宏观图片
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布料溜槽宏观图片
连铸辊宏观图片
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5.1.3 磨损失效的预防措施 （1）改进结构设计及制造工艺
摩擦副的结构要有利于摩擦副间表面保持膜的形成和 恢复、压力的均匀分布、摩擦热的散失和磨屑的排出，以 及防止外界磨料、灰尘的进入等。
2
粘着磨损宏观图片
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辊子和辊道粘着磨损宏观图片
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②磨料磨损的特征及判断 表面存在与滑动方向或硬质点运动方向相一致的沟槽
或划痕。在磨料硬而尖锐的条件下，如果材料塑性较好， 磨损表面的沟槽清晰、规则、沟边产生毛刺；如果韧性较 差，沟槽比较光滑。
摩擦磨损失效案列分析
图2 前尖部腐蚀磨损形貌 1000x
图3 前尖部斜切面腐蚀磨损形貌 2000x
高铬铸铁铝矿浆泵泵壳腐蚀磨损失效分析
图 5 后底部腐蚀磨损形貌 1000×
图2 前尖部腐蚀磨损形貌 1000x
首先将泵壳沟槽前尖部、 后底部的腐蚀磨损特征与 其材料纯腐蚀特征对比
腐蚀磨损失效实例磨粒磨损 粘着磨损
微动磨损
磨损
表面疲劳失效磨损
腐蚀磨损
磨损分析步骤和主要方法 1 了解失效零件 的机械功能 2 了解零部件相 对运动的方式或 速度 3 了解耦合表面 所受的力或应力 4 了解润滑剂品 种、润滑方式及 换油周期 5 了解零件的工 作环境是否合适: 磨粒颗粒、水分 、腐蚀气体以及 温度等。 6 了解该零件及其 耦合件的材料以及 工艺条件，尤其是 实际执行的情况 7 了解零件的寿命 、磨损量 8 在宏观和微观范 围检查磨损表面以 及摩擦表面下的组 织情况 9 根据以上所获信 息判断出磨损形式 和失效原因
高铬铸铁铝矿浆泵泵壳腐蚀磨损失效分析
二 、工况介绍
铝矿浆泵 LC250. 580用于 输送经研磨后的铝矿浆。 C 一般入泵铝矿石粒度小于 1mm,矿浆浓度40%～ 45% 。 泵流量 630 m3/h。矿浆整 体流向为由左至右。 矿浆 碱浓度 230g 1.89 /L(Na2O) ,pH> 14,温度 80～ 100°C。 铝矿主要为 一水硬铝石 ,成分 (ω% ):Al2O3 60～ 65, Fe2O3 14～ 17, SiO2 3. 5～ 4. 5, TiO23. 5～ 4. 5。 铝矿 序 号 莫氏硬度 7。
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表1 泵壳的化学成分
Si Mn Cr Ni Mo P S
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粘着磨损模型
类型
破坏现象
破坏原因
轻微磨损 涂抹 擦伤 撕脱 咬死
剪切破坏发生在粘着结合 面上，表面转移的材料极 轻微。
剪切破坏发生离粘着结合 面不远的软金属层内，软 金属涂抹在硬金属表面。
粘着结合强度比摩擦副的基体金 属都弱。
粘着结合强度大于较软金属的剪 切强度。
剪切发生在较软金属的亚 表层内，有时硬金属表面 也有划痕。
磨损失效分析
磨损失效分析
• 磨损失效----就是由于材料磨损引起的机械产品 丧失应有的功能。
• 特点： 断裂失效：突发性 后果灾难性 有一定偶然性 磨损失效：渐进性 非灾难性 必然性
• 磨损失效分析： • 重要性往往被忽视
意义重大-----具有重大的经济效益和社会效益。 美国曾有统计：每年因磨损造成的经济损失占 其国民生产总值的4%。在我国，磨损造成的经 济损失在1000亿人民币以上。
第一节 摩擦和磨损的基本概念
• 当两个相互接触的物体或物体与介质之间在外 力作用下，发生相对运动，或者具有相对运动 的趋势时，在接触表面上所产生的阻碍作用称 为摩擦。这种阻碍相对运动的阻力称为摩擦力。
• 摩擦按照接触面运动方式的不同，可以分为滑 动摩擦、滚动摩擦。
• 相互接触的一对金属表面相对运动时，表面金 属不断发生损耗或产生残余塑性变形，使金属 表面状态和尺寸改变的现象称为磨损。
过屈服极限，因而发生局部塑性变形， 引起残余应力。 • 热应力—两接触面相对滑动时要产生摩 擦，使接触区局部温度瞬时升高。 • 润滑 • 接触面的几何形状
第四节 磨损过程
磨损过程大致可分成三个阶段。
第五节 粘着磨损
• 相对运动的物体接触表面发生了固相粘 着，使材料从一个表面转移到另一个表 面的现象，称为粘着磨损。
• 4、改善润滑条件，可减小粘着磨损。
• 5、接触压力的影响。
第六节 磨粒磨损
• 磨粒磨损是当摩擦偶件一方的硬度比另一方的硬度大 得多时，或者在接触面之间存在着硬质粒子时，所产 生的一种磨损。也称磨料磨损或研磨磨损。
飞机操纵杆 花键、销子。
两接触表面滚动或重复接触时， 无论有无润滑，表层或次
由于载荷作用使表面产生变形， 表层在接触应力反复作用
并导致裂纹产生造成剥落。
下，而产生麻点剥落。
齿轮、滚动 轴承。
第二节 机械的表面特征
• 材料的表面状态对其表面性能影响很大。 • 机械表面的状态对其功能的影响也很可观。
第二节 机械的表面特征
粘着结合强度比两基体金属都高， 转移到硬面上的粘着物又接削软 金属表面。
剪切破坏发生在摩擦副一 粘着结合强度比应力高于粘着结合强度。
摩擦副之间咬死，不能相 对运动。
粘着强度高于任一基体金属的剪 切强度，粘着区域大，剪切应力 低于粘着强度。
第五节 粘着磨损
影响因素：
• 摩擦是磨损的原因，而磨损是摩擦的必然结果。
第一节 摩擦和磨损的基本概念
• 按环境和介质可分为：流体磨损、湿磨 损、干磨损
• 按表面接触性质可分为：金属－流体磨 损、金属－金属磨损、金属－磨料磨损
• 按机件表面磨损状态可分为：连续磨损、 粘着磨损、疲劳磨损、磨粒磨损、腐蚀 磨损、微动磨损、表面塑性流动
• 1、脆性材料的抗粘着磨损能力比塑性材料高。正应力 与切应力
• 2、金属性质越是相近的，构成摩擦副时粘着磨损也越 严重。形成化合物化碳向较大的金属构成摩擦副时粘 着磨损就较轻微。
• 3、通过表面化学热处理，如渗硫、硫氮共渗、磷化、 软氮化等热处理工艺，使表面生成一化合物薄膜，减 小摩擦系数，减小粘着磨损。
第五节 粘着磨损
• 在载荷不大时，真实接触面积上也承受着很大的压力。 在这种很大的压力下，即使是硬而韧的金属在微凸峰 接触处也将发生塑性变形，结果使这部分表面上的润 滑油膜、氧化膜等被挤破，从而使两物体的金属面直 接接触而发生粘着，随后在相对滑动时粘着点又被剪 切而断掉，粘着点的形成和破坏就造成了粘着磨损。 由于粘着点与两边材料机械性能有差别，当粘着部分 分离时，可以出现两种情况：当粘着点的强度低于摩 擦副两边的强度时，粘着从接触面分开，这时基体内 部变形小，摩擦面也显得较光滑，只有轻微的擦伤， 称为外部粘着磨损；当粘着点的强度比两边材料中一 方的强度高时，这时分离面发生在较弱的金属内部， 摩擦面较为粗糙，有明显的撕裂痕迹，称为内部粘着 磨损。内部粘着磨损更为普遍，危害更严重。
发生于各种压力和滑动速 度，磨料作用于表面而破 坏。
农业机械、 矿山机械
在摩擦过程中，金属同时与周 围介质发生化学或电化学反应 而使材料损失。
有化学或电化学反应的表 面腐蚀破坏。
曲轴轴颈的 氧化磨损。
两接触面由于承受周期性的， 幅度极小的相对运动使之发生 粘着、腐蚀和表面的剥落。
通常发生于有微量振动的 接触表面上，都伴有腐蚀 过程而产生氧化碎屑。
• 表面加工纹理 • 表面不平度—包括宏观形状误差、粗糙
度和波度。
第二节 机械的表面特征
• 表面结构
第三节 机械的表面接触
• 当两个有波度的机械表面接触时，不可 能形成完全接触，而只是在许多凸起的 微峰之间形成一些面积很小的接触点， 随着载荷增大，新的轮廓峰对参与接触。
第三节 机械的表面接触
影响接触应力的主要因素 • 残余应力—接触区中某些点上的应力超
第一节 摩擦和磨损的基本概念
类型
内容
特点
举例
粘着磨损 磨粒磨损 腐蚀磨损 微动磨损 表面疲劳磨损
摩擦副相对运动时，由于接触 表面直接粘着，在随后摩擦过 程中粘着点被拉拽下来。
发生于无润滑和氧化膜缺 内 燃 机 活 塞
少及滑动速度不大情况下， 壁 与 缸 体 摩
粘着点被剪切破坏。
擦。
因硬颗粒或凸出物嵌入，并切 割摩擦表面材料使其脱落下来。
第一节 摩擦和磨损的基本概念
• 按破坏机制可分为：粘着磨损、磨粒磨损、腐 蚀磨损、微动磨损、表面疲劳磨损
• 磨损机制是指在磨损过程中材料是如何从表面 破坏和脱落的，这里包括了磨损过程中接触表 面发生的物理、化学和力学方面的变化、力的 分布、大小和方向及其在表层和次表层发生的 作用、同时还包括磨屑是怎样形成和如何从接 触面脱落的。按磨损机制分类有利于根据不同 破坏类型采取相应的对策。