1、,工程材料,,海洋科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 賈 非,Dalian University of Technology,第6章 過(guò)程裝備失效與材料的關(guān)系,12:25,,主 要 內(nèi) 容,12:25,金屬材料常見(jiàn)失效形式及其判斷 變形時(shí)效 斷裂失效 表面損傷 過(guò)程裝備及其構(gòu)件失效的原因和失效分析 過(guò)程裝備及其構(gòu)件失效的原因 失效分析方法簡(jiǎn)介,金屬材料常見(jiàn)失效形式及其判斷裝備在使用過(guò)程中，由于應(yīng)力、時(shí)

2、間、溫度和環(huán)境介質(zhì)等因素的作用，失去其原有功能的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。這種喪失其規(guī)定功能的現(xiàn)象稱為失效。過(guò)程裝備失效存在著各種不同的情況： a. 完全失去原有功能的現(xiàn)象是失效； b. 裝備性能劣化，不能完成指定的任務(wù)是失效； c. 失去安全工作能力的情況也屬于失效。,需求：弄清失效與材料間的關(guān)系，分析裝備及構(gòu)件失效的原因。,措施：判斷材料的失效形式，找出裝備及構(gòu)件的失效原因，進(jìn)行失效分析，撰寫總結(jié)報(bào)考，提出處理意見(jiàn)和安全防護(hù)

3、的建議。,過(guò)程裝備及其構(gòu)件的失效形式有過(guò)量變形、斷裂及表面損傷三大類型。失效的原因可能是設(shè)計(jì)、選材、加工、安裝或?qū)嶋H操作等環(huán)節(jié)的具體問(wèn)題所引起。但材料是構(gòu)成裝備的物質(zhì)基礎(chǔ)，失效的具體現(xiàn)象卻呈現(xiàn)在裝備及其構(gòu)件材料的宏觀及微觀的各種形貌及性能行為上，失效與材料密切相關(guān)，通過(guò)對(duì)失效材料的分析，可以找出裝備及構(gòu)件失效的原因，從而提出改進(jìn)措施。,100萬(wàn)噸加氫裂化裝置,硫回收裝置,聚乙烯造粒塔裝置,,乙烯輸送管道,銹蝕,吉林石化爆炸現(xiàn)場(chǎng),失效

4、:材料喪失其規(guī)定功能的現(xiàn)象。 ?,金屬材料常見(jiàn)失效形式及其判斷,失效類型（失效性質(zhì)）,? 變形失效：如果材料的變形量和變形特性超過(guò)原來(lái)規(guī)定的程度，而致影響構(gòu)件的規(guī)定功能。 ? 斷裂失效：金屬材料在應(yīng)力的作用下分為互不相連的兩個(gè)或兩個(gè)以上部分的現(xiàn)象。 ? 表面損傷：主要指腐蝕失效及磨損失效。,變形失效（多是非災(zāi)難性的）,,彈性變形,塑性變形,,塑性變形失效：主要是構(gòu)件失效時(shí)，材料產(chǎn)生的塑性變形量超過(guò)允許的數(shù)值，產(chǎn)生過(guò)量的永久形變。

5、過(guò)量的塑性變形使構(gòu)件的承載截面積減小，降低承載能力；且塑性變形時(shí)金屬內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，晶粒歪扭，亞晶結(jié)構(gòu)形成，個(gè)別部位出現(xiàn)裂紋及擴(kuò)展。材料過(guò)量的塑性變形會(huì)引起構(gòu)件的歪扭、彎曲、薄壁殼的鼓脹及凹陷等變形特征。,? 彈性變形失效 ? 失去了彈性功能：功能性失效 ? 過(guò)量的彈性變形：過(guò)量彈性形變引起,在常溫或溫度不很高下的變形失效,在高溫下的蠕變變形失效,金屬材料在長(zhǎng)時(shí)間恒溫、恒應(yīng)力作用下，應(yīng)力低于屈服點(diǎn)也會(huì)緩慢產(chǎn)生塑性變形，這種

6、現(xiàn)象稱為蠕變。低溫下蠕變也會(huì)發(fā)生，但只有當(dāng)溫度高于0.3T。(以絕對(duì)溫度表示的熔點(diǎn))時(shí)才較顯著。碳鋼加熱溫度超過(guò)350℃，普通低合金鋼溫度超過(guò)400℃時(shí)，要考慮蠕變的影響。當(dāng)蠕變變形量超過(guò)規(guī)定的要求時(shí)，則稱為蠕變變形失效。鍋爐受熱面管子及蒸汽管道由于實(shí)際操作的短期超溫及長(zhǎng)期超溫，往往造成管子蠕脹及爆破，這是過(guò)量高溫蠕變變形引起的普遍且典型的例子。,變形失效的原因及改進(jìn)措施,? 彈性變形失效? 選擇合適的材料(如高彈性模量材料)

7、? 改進(jìn)結(jié)構(gòu)（如增加承載面積、降低應(yīng)力水平）? 匹配材料及設(shè)計(jì)? 塑性變形失效? 降低構(gòu)件實(shí)際應(yīng)力? 選擇高屈服強(qiáng)度材料和合適的熱處理工藝規(guī)范? 高溫蠕變變形失效? 選用抗蠕變性能合適的材料? 防止裝備中構(gòu)件的超溫,斷裂失效（危害性較大，影響因素多）,斷裂是金屬材料在應(yīng)力的作用下分為互不相連的兩個(gè)或兩個(gè)以上部分的現(xiàn)象。是在變形超過(guò)其塑性極限—完全分開，原子間結(jié)合力遭受破壞。斷裂過(guò)程一般都經(jīng)歷三個(gè)階段，即裂紋

8、的萌生、裂紋的亞穩(wěn)擴(kuò)展及失穩(wěn)擴(kuò)展，最后是斷裂。所有材料斷裂后，在斷裂部位都有匹配的兩個(gè)斷裂表面，稱為斷口，斷口及其周圍留下與斷裂過(guò)程有密切相關(guān)的信息。斷裂是金屬材料常見(jiàn)的失效形式之一，又是危害性較大的失效形式。且工程中金屬構(gòu)件斷裂的原因往往又不是單一的，而是幾個(gè)因素共同作用的結(jié)果。,系列沖擊試驗(yàn),,厚壁容器韌性斷裂外觀 ?,厚壁容器脆性斷裂外觀

9、 ?,韌性斷裂失效,a) 特征：斷裂過(guò)程緩慢，塑性變形與裂紋成長(zhǎng)同時(shí)進(jìn)行，有明顯的塑性變形（>5%）,韌性斷裂：斷裂前產(chǎn)生顯著宏觀塑性變形的斷裂 ?,b) 斷口形態(tài),宏觀形態(tài),纖維區(qū)：顯著特征，多凹凸不平放射區(qū)：多呈放射狀剪切唇區(qū)：斷面平滑呈灰色,,,,,? 微觀形態(tài)：多為韌窩及蛇形花樣,?,韌斷斷口特征,斷口,韌性斷裂實(shí)物,斷口韌窩的電鏡照片,失效裂管照片圖,,裂紋斷口的形貌，500×,韌斷的機(jī)理,韌斷的機(jī)理,韌性

10、斷裂往往因材料受到較大的負(fù)荷或過(guò)載所引起。當(dāng)材料所受的應(yīng)力超過(guò)材料的屈服強(qiáng)度后，材料便開始產(chǎn)生塑性變形，在材料內(nèi)部的夾雜物、析出相、晶界、亞晶界或其它塑性流變不連續(xù)的地方發(fā)生位錯(cuò)塞積，產(chǎn)生了應(yīng)力集中，進(jìn)而開始形成顯微孔洞；開始孔洞較少，而且相互隔離，隨著應(yīng)變的增加，顯微孔洞不斷增加、不斷長(zhǎng)大，孔洞間的壁厚不斷減少，孔洞聚集相互連通，最終造成斷裂。,脆性斷裂失效,a) 特征：,脆性斷裂：斷裂前沒(méi)有發(fā)生/很少發(fā)生宏觀可見(jiàn)的塑性變形的斷裂

11、。,脆斷承受的工作應(yīng)力較低，通常不超過(guò)材料的屈服強(qiáng)度，甚至不超過(guò)許用應(yīng)力。裂紋快速擴(kuò)展,脆性斷裂失效?,b) 斷口形態(tài),宏觀形態(tài),小刻面 人字條紋或山形條紋,,,,? 微觀形態(tài)：解理臺(tái)階與河流花樣、舌狀花樣、魚骨狀花樣。,?,脆性斷裂的斷口一般與正應(yīng)力垂直，宏觀表面平齊，顏色光亮。,脆斷斷口特征,脆斷斷口特征,,,始于裂紋源的放射條紋形似人字或山形 ，人字條紋矢形指向和山形條紋匯集方向?yàn)榱鸭y源.,脆斷機(jī)理,脆斷的原因,1） 應(yīng)力狀

12、態(tài)與缺口效應(yīng)　σmax /τmax　愈大，脆性斷裂的可能性愈大,加載方式相同，材料本質(zhì)不同，斷裂方式不同,2） 溫度,工程上大量使用的碳素鋼、低合金鋼及高合金的鐵素體鋼，都有低溫脆性。當(dāng)溫度在材料脆性轉(zhuǎn)變溫度以下時(shí)，材料的解理應(yīng)力小于其屈服應(yīng)力，材料的斷裂由韌性斷裂轉(zhuǎn)為脆性斷裂。,脆性轉(zhuǎn)變溫度判據(jù)：?韌脆轉(zhuǎn)變溫度?斷口形貌轉(zhuǎn)變溫度?無(wú)塑性轉(zhuǎn)變溫度,脆斷的原因,3）尺寸效應(yīng)4）焊接質(zhì)量焊接缺陷一般有：夾雜、

13、氣孔、未焊透和焊接裂紋等，而其中焊接殘余應(yīng)力與裂紋的存在對(duì)焊接構(gòu)件的斷裂起著重要的作用。5） 工作介質(zhì)金屬構(gòu)件在腐蝕介質(zhì)中，受應(yīng)力(尤其拉應(yīng)力)作用，同時(shí)又有電化學(xué)腐蝕時(shí)，極易導(dǎo)致早期脆性斷裂。6）材料組織,脆斷的原因,疲勞斷裂的特征,⑴ 原因: 疲勞負(fù)荷是交變負(fù)荷,(a) 反向負(fù)荷 (b) 單向負(fù)荷 (c) 單向?qū)柏?fù)荷,疲勞斷裂,在交變載荷作用下，經(jīng)過(guò)一定的周期后所發(fā)生的斷裂。,疲勞斷裂的特征,⑵ 構(gòu)件疲

14、勞斷裂是在負(fù)荷經(jīng)多次(如幾十次或幾百萬(wàn)次)循環(huán)以后才發(fā)生的。 低周疲勞:斷裂循環(huán)次數(shù)N＜104的疲勞 高周疲勞:斷裂循環(huán)次數(shù)N＞104的疲勞,微觀認(rèn)識(shí)上 高周疲勞應(yīng)力標(biāo)稱是彈性的，構(gòu)件在破壞之前僅發(fā)生極小的總變形; 低周疲勞應(yīng)力往往大到足以使每個(gè)循環(huán)周期產(chǎn)生可觀的塑性變形。,(3)疲勞破壞只可能在有使材料分離扯開的交變拉伸(或擠壓)和交變剪切應(yīng)力的情況下出現(xiàn)。交變的純壓縮載荷不會(huì)出現(xiàn)疲勞破壞，壓應(yīng)力使裂紋閉合而不會(huì)

15、使裂紋擴(kuò)展。疲勞起源點(diǎn)往往出現(xiàn)在最大拉應(yīng)力處。,疲勞斷裂的特征,疲勞斷裂的特征,(4)三個(gè)階段,(5)宏觀上表現(xiàn)為脆性斷裂，低周、高周,,裂紋萌生,裂紋擴(kuò)展,斷裂,,疲勞斷裂的特征,疲勞斷口宏觀形態(tài),疲勞源區(qū)：一般平整，多疲勞源區(qū)比較粗糙裂紋擴(kuò)展區(qū)：疲勞弧線快速斷裂區(qū)：視材料塑性而定,疲勞斷口微觀形態(tài),疲勞輝紋輪胎壓痕,疲勞斷裂的原因及改進(jìn)措施：① 表面狀態(tài)。疲勞斷裂多數(shù)起源于構(gòu)件的表面，這是由于工作時(shí)表面應(yīng)力最高，加上

16、各類加工工藝程序難以確保表面加工質(zhì)量而造成的。因此，提高構(gòu)件的表面加工質(zhì)量及強(qiáng)化表面處理是提高構(gòu)件疲勞抗力的重要途徑。 ② 缺口效應(yīng)與應(yīng)力集中。在缺口的根部及其附近有高的峰值應(yīng)力和形成應(yīng)力集中區(qū)。缺口效應(yīng)大大降低材料的疲勞強(qiáng)度。材料的抗拉強(qiáng)度愈高，缺口對(duì)疲勞強(qiáng)度削弱愈大，高強(qiáng)度材料削弱最嚴(yán)重。因此構(gòu)件應(yīng)避免應(yīng)力集中，缺口結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一定要考慮疲勞斷裂問(wèn)題，避免選用缺口敏感的材料。,③ 殘余應(yīng)力。工藝制造上應(yīng)避免殘余拉應(yīng)力的產(chǎn)生.

17、使構(gòu)件表面誘發(fā)產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力 (如噴丸、滾壓等)。采取有效的焊后熱處理以降低或消除焊后殘余應(yīng)力。④ 材料本質(zhì)。不同的材料有不同的疲勞抗力，一般可從疲勞強(qiáng)度與抗拉強(qiáng)度的比值，即疲勞比反映出來(lái)。中低強(qiáng)度鋼疲勞比為0.5，灰口鑄鐵為0.42，球墨鑄鐵為0.48，18—8鉻鎳奧氏體不銹鋼為0.38。對(duì)于高強(qiáng)度鋼，盡管抗拉強(qiáng)度大于1400MPa，疲勞強(qiáng)度也不超過(guò)700 MPa，因此高強(qiáng)度鋼容易引發(fā)疲勞裂紋。疲勞強(qiáng)度與抗拉強(qiáng)度之比不

18、遵循線性關(guān)系。,12:25,表面損傷（腐蝕與磨損）,腐蝕腐蝕是材料表面與服役環(huán)境發(fā)生物理或化學(xué)的反應(yīng)使材料發(fā)生損壞或變質(zhì)的現(xiàn)象。隨著過(guò)程裝備的大型化及向高壓、高溫、高流速開拓，材料的腐蝕更顯嚴(yán)重。腐蝕造成的損失是巨大的。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全球工業(yè)裝備因腐蝕而產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)損失占全球生產(chǎn)總值的2％～4％，中國(guó)腐蝕經(jīng)濟(jì)損失占國(guó)民生產(chǎn)總值4％。目前每年有30％的鋼鐵因腐蝕而報(bào)廢，其中10％不能回收。在化工、石油、輕工、能源等行業(yè)中，約60％的裝備失效與

19、腐蝕有關(guān)。,腐蝕的危害,造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失造成金屬資源和能源的浪費(fèi)造成設(shè)備的破壞事故阻礙新技術(shù)的發(fā)展,經(jīng)濟(jì)損失包括直接損失和間接損失,直接損失：指采用防護(hù)技術(shù)的費(fèi)用和發(fā)生腐蝕破壞以后的維修、更換費(fèi)用和勞務(wù)費(fèi)用。間接損失：指設(shè)備發(fā)生腐蝕破壞造成停工、停產(chǎn)；跑、冒、滴、漏造成物料流失；腐蝕使產(chǎn)品污染，質(zhì)量下降，設(shè)備效率降低，能耗增加；在計(jì)算壁厚時(shí)需增加腐蝕裕度，造成鋼材浪費(fèi)等。,化學(xué)腐蝕是指金屬表面與非電解質(zhì)直接發(fā)生純化學(xué)作用而引起

20、的破壞，在化學(xué)腐蝕過(guò)程中不產(chǎn)生電流。 如鋼在高溫下的氧化是通過(guò)化學(xué)反應(yīng)而完成的，金屬材料在不含水的有機(jī)溶劑中的反應(yīng)也屬于化學(xué)腐蝕。,電化學(xué)腐蝕是指金屬表面與電解質(zhì)因發(fā)生電化學(xué)作用而產(chǎn)生的破壞，按電化學(xué)機(jī)理進(jìn)行的腐蝕至少包含一個(gè)陽(yáng)極反應(yīng)和一個(gè)陰極反應(yīng)，并以流過(guò)金屬內(nèi)部的電流和介質(zhì)中的離子流聯(lián)系在一起。金屬材料在潮濕的空氣、海水及電解質(zhì)溶液中的腐蝕都屬于電化學(xué)腐蝕。,物理腐蝕是指金屬材料由于單純的物理作用所引起的材料惡化或損失

21、。例如用來(lái)盛放熔融鋅的鋼容器，由于鋼鐵被液態(tài)鋅所溶解，鋼容器逐漸變薄了.近年來(lái)引起廣泛關(guān)注的金屬塵化，也是一種物理作用的高溫氣相腐蝕，金屬塵化一般是指一些金屬(如鐵、鎳、鈷及其合金)在高溫碳(碳?xì)洹⑻佳鯕怏w)環(huán)境下碎化為由金屬碳化物、氧化物、金屬和碳等組成的混合物而致金屬損失的行為，由于金屬塵化通常與金屬材料的滲碳有關(guān)，而且腐蝕速度較快，所以又稱為災(zāi)難性滲碳腐蝕。,按腐蝕形態(tài)，可把腐蝕分為全面腐蝕(均勻腐蝕)和局部腐蝕。均勻腐蝕在

22、材料整個(gè)暴露表面上或者在大面積上產(chǎn)生程度基本相同的腐蝕稱為均勻腐蝕，又稱全面腐蝕。均勻腐蝕使材料厚度均勻減薄，承載能力逐漸下降而失效。如果構(gòu)件設(shè)計(jì)時(shí)考慮足夠的腐蝕裕度，則能在設(shè)計(jì)壽命內(nèi)安全使用。局部腐蝕常見(jiàn)類型有點(diǎn)蝕、晶間腐蝕、應(yīng)力腐蝕開裂、氫腐蝕和腐蝕疲勞等，而其中最常見(jiàn)又最危險(xiǎn)的是應(yīng)力腐蝕開裂。,金屬腐蝕破壞形式1-均勻腐蝕 2-不均勻腐蝕 3-選擇性腐蝕 4-斑狀腐蝕 5-潰瘍腐蝕6-小孔腐蝕 7-晶間腐蝕

23、8-穿晶腐蝕 9-表層下腐蝕,應(yīng)力腐蝕破壞：拉應(yīng)力與腐蝕介質(zhì)聯(lián)合作用發(fā)生開裂破壞。腐蝕疲勞：腐蝕介質(zhì)與交變應(yīng)力或脈沖應(yīng)力作用下產(chǎn)生的腐蝕。磨損腐蝕：摩擦副在腐蝕介質(zhì)中產(chǎn)生的腐蝕。小孔腐蝕：腐蝕集中在某些活性點(diǎn)上，蝕孔直徑等于或小于蝕孔深度。晶間腐蝕：腐蝕沿晶間進(jìn)行，使晶粒間失去結(jié)合力，金屬?gòu)?qiáng)度急劇降低。,局部腐蝕分以下一些具體類型,縫隙腐蝕：發(fā)生在鉚接、螺紋連接、焊接接頭、密封墊片等縫隙處的腐蝕。電偶腐蝕：在電解液中，異種

24、金屬接觸時(shí)，電位較正金屬促使電位較負(fù)的金屬加速其腐蝕。其它局部腐蝕：氫脆、選擇性腐蝕、空泡腐蝕、絲狀腐蝕等。,晶間腐蝕,晶間腐蝕指腐蝕主要發(fā)生在金屬材料的晶粒間界區(qū)，沿著晶界發(fā)展，即晶界區(qū)溶解速度遠(yuǎn)大于晶粒溶解速度。發(fā)生晶間腐蝕的電化學(xué)條件（1）晶粒和晶界區(qū)的組織不同，因而電化學(xué)性質(zhì)存在顯著差異。——內(nèi)因（2）晶粒和晶界的差異要在適當(dāng)?shù)沫h(huán)境下才能顯露出來(lái)。 ——外因,不銹鋼的晶間腐蝕,敏化熱處理 不銹鋼的晶間腐蝕常常是

25、在受到不正確的熱處理以后發(fā)生的，使不銹鋼產(chǎn)生晶間腐蝕傾向的熱處理叫做敏化熱處理。奧氏體不銹鋼的敏化熱處理范圍為450?C—850?C。當(dāng)奧氏體不銹鋼在這個(gè)溫度范圍較長(zhǎng)時(shí)間加熱(如焊接)或緩慢冷卻，就產(chǎn)生了晶間腐蝕敏感性。鐵素體不銹鋼的敏化溫度在900?C以上，而在700-800?C退火可以消除晶間腐蝕傾向。,產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕破裂的材料-介質(zhì)組合 (局部腐蝕),腐蝕疲勞 是構(gòu)件材料在腐蝕性介質(zhì)

26、與交變應(yīng)力共同作用下引起的，有疲勞斷裂的特征。疲勞裂紋源往往是表面的腐蝕坑，腐蝕加速疲勞裂紋的擴(kuò)展。裂紋穿晶分布并向內(nèi)部擴(kuò)展，只有主干裂紋，沒(méi)有分支。腐蝕疲勞因降低材料疲勞強(qiáng)度而導(dǎo)致構(gòu)件失效。,S－N曲線和疲勞極限 在腐蝕環(huán)境中疲勞極限不存在，即在低應(yīng)力下造成斷裂的循環(huán)數(shù)仍與應(yīng)力有關(guān)。為了便于對(duì)各種金屬材料耐腐蝕疲勞性能進(jìn)行比較，一般是規(guī)定一個(gè)循環(huán)次數(shù)(如107) ，從而得出名義的腐蝕疲勞極限，記為?-1c。,腐蝕疲勞的特征,任

27、何金屬(包括純金屬)在任何介質(zhì)中都能發(fā)生腐蝕疲勞，即不要求特定的材料－環(huán)境組合。 環(huán)境條件(腐蝕介質(zhì)條件種類、溫度、pH、氧含量等)對(duì)材料的腐蝕疲勞行為都有顯著影響。 純疲勞性能與循環(huán)頻率無(wú)關(guān)，腐蝕疲勞性能與頻率有關(guān)。 與應(yīng)力腐蝕破裂相比，腐蝕疲勞裂紋主要為穿晶型。 對(duì)金屬材料進(jìn)行陰極極化,可使裂紋擴(kuò)展速度明顯降低。,腐蝕疲勞機(jī)理,一般是用金屬材料的疲勞機(jī)理和電化學(xué)腐蝕作用結(jié)合來(lái)說(shuō)明腐蝕疲勞的機(jī)理。 孔蝕或其他局部腐蝕造成缺口

28、，縫隙，引起應(yīng)力集中，造成滑移?；婆_(tái)階的腐蝕溶解使逆向加載時(shí)表面不能復(fù)原，成為裂紋源。反復(fù)加載使裂紋不斷擴(kuò)展，腐蝕作用使裂紋擴(kuò)展速度加快。 在交變應(yīng)力作用下，滑移具有累積效應(yīng)，表面膜更容易遭到破壞。,磨損腐蝕,高速流動(dòng)的腐蝕介質(zhì)(氣體或液體)對(duì)金屬材料造成的腐蝕破壞叫做磨損腐蝕，簡(jiǎn)稱磨蝕，也叫做沖刷腐蝕。 影響因素 耐磨損腐蝕性能與它的耐蝕性和耐磨性都有關(guān)系。表面膜的保護(hù)性能和損壞后的修復(fù)能力，對(duì)材料耐磨損腐蝕性能有決定性的作

29、用。,(3)流速對(duì)金屬材料腐蝕的影響是復(fù)雜的，當(dāng)液體流動(dòng)有利于金屬鈍化時(shí)，流速增加將使腐蝕速度下降。流動(dòng)也能消除液體停滯而使孔蝕等局部腐蝕不發(fā)生。只有當(dāng)流速和流動(dòng)狀態(tài)影響到金屬表面膜的形成、破壞和修復(fù)時(shí)，才會(huì)發(fā)生磨損腐蝕。 (4)液體中含量懸浮固體顆粒(如泥漿、料漿)或氣泡，氣體中含有微液滴 (如蒸氣中含冷凝水滴)，都使磨損腐蝕破壞加重。,湍流造成磨損腐蝕坑的機(jī)理,●●空泡腐蝕,空泡腐蝕(Cavitation erosion)又叫氣蝕

30、、穴蝕。當(dāng)高速流體流經(jīng)形狀復(fù)雜的金屬部件表面，在液體中形成所謂空泡，在空泡內(nèi)只有微量的水汽或低壓的空氣，因而和周圍高壓區(qū)形成很大的壓力差，氣泡受壓力而破滅。氣泡的反復(fù)生成和破滅產(chǎn)生很大的機(jī)械力使表面膜局部毀壞，裸露出的金屬受介質(zhì)腐蝕形成蝕坑。蝕坑表面可再鈍化，氣泡破滅再使表面膜破壞。有的文獻(xiàn)上將摩振腐蝕(fretting)也劃歸磨損腐蝕 。,空泡腐蝕各步驟示意圖,摩 振 腐 蝕 理 論 示 意 圖,針對(duì)不同

31、工況采用不同防腐措施,,選材,保護(hù),設(shè)計(jì),,表面覆蓋層: 襯里、涂層,電化學(xué)保護(hù):陰極/陽(yáng)極保護(hù),凈化: 工作介質(zhì),添加試劑: 緩蝕劑,,防腐措施,磨損當(dāng)材料的表面相互接觸或材料表面與流體接觸并作相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于物理或化學(xué)的作用，材料表面的形狀、尺寸或質(zhì)量發(fā)生變化的過(guò)程，叫做磨損，由磨損而導(dǎo)致構(gòu)件功能喪失，稱為磨損失效。磨損破壞材料表面原始狀態(tài)，影響互相配合構(gòu)件的正常工作；磨損削弱構(gòu)件承載截面可能導(dǎo)致斷裂；磨損還會(huì)產(chǎn)生噪音、引起

32、振動(dòng)、加速腐蝕等副作用。磨損不像斷裂或腐蝕那么嚴(yán)重，不是突發(fā)性的，是一種累積損傷，但一些機(jī)器設(shè)備發(fā)生事故卻源于構(gòu)件磨損。據(jù)美、英、日、德等國(guó)家統(tǒng)計(jì)估計(jì)，每年因磨損而引起的損失約占國(guó)民經(jīng)濟(jì)總值的1％。,過(guò)程裝備常見(jiàn)的磨損類型有粘著磨損、磨料磨損、沖擊磨損、腐蝕磨損和疲勞磨損等。粘著磨損是指相對(duì)滑動(dòng)的兩個(gè)金屬表面，由于微觀并不完全平滑，在壓力作用下，僅僅在少數(shù)幾個(gè)隆起的點(diǎn)或線相互接觸，在較高壓力和局部發(fā)熱溫度作用下，接觸處焊合在一起，

33、在隨后的滑動(dòng)中，焊合處表面撕裂，金屬顆粒從金屬表面撕下，或者金屬表面被金屬顆粒擦傷，即粘著磨損。磨料磨損在相對(duì)運(yùn)動(dòng)中，表面之間堅(jiān)硬的顆?；蛴驳耐黄鹞镆饦?gòu)件表面材料局部脫落，或借助液流或氣流輸送硬物顆粒時(shí)與構(gòu)件表面摩擦都會(huì)產(chǎn)生磨料磨損。任何在潤(rùn)滑油潤(rùn)濕表面下相對(duì)運(yùn)動(dòng)的表面都可能產(chǎn)生磨料磨損。輸送含塵廢氣的煙囪、旋風(fēng)除塵器、噴砂裝置及管道等磨料磨損是相當(dāng)嚴(yán)重的。,沖擊磨損 在金屬構(gòu)件表面上重復(fù)施加沖擊載荷，使表面材料被破壞和磨去

34、的現(xiàn)象稱為沖擊磨損。這種沖擊載荷通常是由液流向固體表面不斷進(jìn)行動(dòng)態(tài)撞擊產(chǎn)生的。在固體表面損傷過(guò)程中，腐蝕不是主要的，液體沖擊磨損是主要的。 微動(dòng)磨損 任意兩個(gè)彼此受壓表面，當(dāng)受小振幅的周期性相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，接觸面上會(huì)出現(xiàn)微動(dòng)磨損。微動(dòng)磨損結(jié)果使配合尺寸變大或局部應(yīng)力水平過(guò)高，影響使用功能及壽命。 腐蝕磨損 是有化學(xué)或電化學(xué)腐蝕參與作用下的磨損。金屬表面在環(huán)境介質(zhì)作用下生成腐蝕產(chǎn)物，腐蝕產(chǎn)物受各種摩擦作用自金屬表面脫