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1、第1章 机械设备维修的基本概念,1.1 机器的磨损规律1.2 机械零件常见磨损类型1.3 金属零件的断裂1.4 机械零件的变形,1.1 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，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)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、人为差错(设计、制造、检验、维修、使用、操作不当)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可能引起设备的磨损。
2、,下一页,返回,1.1 机器的磨损规律,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(包括从原子大小到固体粒子大小的东西)因摩擦被除掉的减量现象。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,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
3、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;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。如图1-1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。间隙由Smin
4、增大到S初，但曲线趋近A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,AB段为正常磨损时期(或叫稳定磨损时期)，组合机件的磨损成直线均匀上升，与水平线成 角。当机件工人经t小时达到B点时，间隙增大为Smax。经过B点后，磨损重新开始急剧增长，BC段为事故磨损时期，间隙超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。,上一页,下一页,返回,1.1 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。
5、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(正常的)磨损和事故(过早的、迅速增长的或突然发生意外的)磨损。,上一页,下一页,返回,1.1 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。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
6、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，达到延长机器使用寿命的目的。,上一页,返回,1.2 机械零件常见磨损类型,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成的，一般机械设备中约有80%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。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。,下一页,返回,1.2 机械零件常见磨损类型,1.2.1 机械磨损机械设备在工作过程中，因
7、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。,上一页,下一页,返回,1.2 机械零件常见磨损类型,1.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。,上一页,下一页,返回,1.2 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合面上，表
8、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;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;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;如滑动轴承的轴瓦与轴摩擦的拉伤;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，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,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
9、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。,上一页,下一页,返回,1.2 机械零件常见磨损类型,2.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50%左右。,上一页,下一页,返回,1.2 机械零件常见磨损类型,由于产生的条件有很大不同，
10、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。,上一页,下一页,返回,1.2 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(如破碎机工作时，矿石作用于颗板)，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
11、磨料(如砂、石、铁屑)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。(3)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(液)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,3.影响机械磨损的因素及降低磨损的措施(1)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，
12、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,(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,(3)材料。材料的耐磨性主要取决于它的硬度
13、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。,上一页,下一页,返回,1.2 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。(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，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
14、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。,上一页,下一页,返回,1.2 机械零件常见磨损类型,1.2.2 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。,上一页,下一页,返回,1.2 机械零件常见磨损类型,出
15、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(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。因为最大切应力与压应力的方向呈45角，所以，裂纹也都是与表面呈45 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。,上一页,下一页,返回,1.2 机械零件常见磨损类型
16、,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。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。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。,上一页,下一页,返回,1.2 机械零件常见磨损类型,1.2.3 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。,上一页,下一页,返回,1.2 机械零件常见磨损类型,腐蚀磨损可分为
17、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。,上一页,下一页,返回,1.2 机械零件常见磨损类型,1.2.4
18、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。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(小于100m，一般为220m)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。,上一页,返回,1.3 金属零件的断裂,1.3.1 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，其本身连续性遭到破坏，发生局部开裂或分裂成几部分
19、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。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。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。,下一页,返回,1.3 金属零件的断裂,1.延性断裂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
20、颈，而从断口形貌微观特征上看，断面有大量微坑(也称韧窝)覆盖。延性断裂实际上是显微空洞形成、长大、连接以致最终导致断裂的一种破坏方式。2.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。,上一页,下一页,返回,1.3 金属零件的断裂,3.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
21、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80%90%。,上一页,下一页,返回,1.3 金属零件的断裂,4.环境断裂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、腐蚀疲劳断裂及冷脆断裂等。,上一页,下一页,返回,1.3 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引起的
22、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。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(包括介质种类、浓度、温度等)。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。,上一页,下一页,返回,1.3 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成分和组织结构。
23、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，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面解释清楚的。,上一页,下一页,返回,1.3 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，尽可能减少应力集中，消减残余应力;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
24、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。,上一页,下一页,返回,1.3 金属零件的断裂,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，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。(3)高温蠕变断裂。金属材料在长时间恒温、恒应力作用下，即使应力小于屈服强度，也会
25、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，但只有当温度高于0.3Tm(Tm为热力学温度表示的熔点)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，常因蠕变导致断裂破坏。,上一页,下一页,返回,1.3 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;采用隔热涂层，避免局部工作温
26、度过高，降低零件实际温度;制造中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面的缺陷。,上一页,下一页,返回,1.3 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。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(生核)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，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)应力下发生断裂破坏，并且往往没有明显的疲劳极限值，
27、因而具有更大的危害性。,上一页,下一页,返回,1.3 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质下更容易发生，介质的腐蚀性越强，腐蚀疲劳也越容易发生。,上一页,下一页,返回,1.3 金属零件的断裂,防止腐蚀疲劳断裂的主要方法是首先要防止腐蚀介质的作用。若必须在腐蚀介质下工作，则采用耐腐蚀材料，或根据不同的介质条件分别采用阴极保护或阳极保
28、护。也可采取表面防腐涂层等表面处理方法。(劝冷脆断裂。当金属材料所处的温度低于某一温度Tk时，材料将转变为脆性状态，其冲击韧度明显下降，这种现象称为冷脆。由于材料的冷脆而造成的断裂现象称为冷脆断裂。温度Tk为材料少出服点、和断裂强度 相等时的温度，即由延性断裂向脆性断裂转变的温度，称为冷脆温度。,上一页,下一页,返回,1.3 金属零件的断裂,1.3.2 腐蚀1.腐蚀的概念腐蚀是金属受周围介质的作用而引起损坏的现象。金属的腐蚀损坏总是从金属表面开始，然后或快或慢地往里深入，同时常常伴随发生金属表面的外形变化，首先在金属表面上出现不规则形状的凹洞、斑点、溃疡等破坏区域，其次破坏的金属变为化合物(通
29、常是氧化物和氢氧化物)，形成腐蚀产物并部分地附着在金属表面上，例如铁生锈。,上一页,下一页,返回,1.3 金属零件的断裂,2.腐蚀的分类金属的腐蚀按其机理可分为化学腐蚀和电化学腐蚀两种。(1)化学腐蚀。金属与介质直接发生化学作用而引起的损坏叫化学腐蚀。腐蚀的产物在金属表面形成表面膜，如金属在高温干燥气体中的腐蚀，金属在非电解质溶液(如润滑油)中的腐蚀。,上一页,下一页,返回,1.3 金属零件的断裂,(2)电化学腐蚀。金属表面与周围介质发生电化学作用的腐蚀称为电化学腐蚀，属于这类腐蚀的有金属在酸、碱、盐溶液及海水、潮湿空气中的腐蚀，地下金属管线的腐蚀、埋在地下的机器底座被腐蚀等。引起电化学腐蚀的
30、原因是宏观电池作用(如金属与电解质接触或不同金属相接触)，微观电池作用(如同种金属中存在杂质)，氧浓差电池作用(如铁经过水插入砂中)和电解作用。电化学腐蚀的特点是腐蚀过程中有电流产生。以上两种腐蚀，电化学腐蚀比化学腐蚀强烈得多，金属的蚀损大多数是电化学腐蚀所造成的。,上一页,下一页,返回,1.3 金属零件的断裂,3.防止腐蚀的方法防腐蚀的方法包括两个方面，首先是合理选材和设计，其次是选择合理的操作工艺规程。这两方面都不可忽视，目前生产中具体采用如下防腐措施:,上一页,下一页,返回,1.3 金属零件的断裂,(1)合理选材。根据环境介质的和使用条件，选择合适的耐腐蚀材料，如选用含有镍、铬、铝、硅、
31、钦等元素的合金钢;或在条件许可的情况下，尽量选用尼龙、塑料、陶瓷等材料。(2)合理设计。通用的设计规范是避免不均匀和多相性，即力求避免形成腐蚀电池的作用。不同的金属、不同的气相空间、热和应力分布不均以及体系中各部位间的其他差别都会引起腐蚀破坏。因此，设计时应努力使整个体系的所有条件尽可能地均匀一致，做到结构合理、外形简化、表面粗糙度合适。,上一页,下一页,返回,1.3 金属零件的断裂,(3)覆盖保护层。这种方法是在金属表面覆盖一层不同材料，改变零件表面结构，使金属与介质隔离开来，以防止腐蚀。具体方法有金属保护层和非金属保护层。金属保护层采用电镀、喷镀、熔镀、气相镀和化学镀等方法，在金属表面覆盖
32、一层如镍、铬、锡、锌等金属或合金作为保护层。非金属保护层是设备防腐蚀的发展方向，常用的办法有如下几种。,上一页,下一页,返回,1.3 金属零件的断裂,)涂料。将油基漆(成膜物质，如干性油类)或树脂基漆(成膜物质，如合成脂)通过一定的方法将其涂覆在物体表面，经过固化而形成薄涂层，从而保护设备免受高温气体及酸碱等介质的腐蚀作用。采用涂料防腐的特点是涂料品种多，适应性强，不受机械设备或金属结构的形状及大小的限制，使用方便，在现场亦可施工。常用的涂料品种有防腐漆、底漆、生漆、沥青漆、环氧树脂涂料、聚乙烯涂料、聚氯乙烯涂料以及工业凡士林等。)砖、板衬里。常用的是水玻璃胶泥衬辉绿岩板。辉绿岩板是由辉绿岩石
33、熔铸而成，已的主要成分是二氧化硅，胶泥即是钻合剂。它的耐酸碱性及耐腐蚀性较好，但性脆不能受冲击，在有色冶炼厂用来做储酸槽壁，槽底则衬瓷砖。,上一页,下一页,返回,1.3 金属零件的断裂,)硬(软)聚氯乙烯。它具有良好的耐腐蚀性和一定的机械强度，加工成形方便，焊接性能良好，可做成储槽、电除尘器、文氏管、尾气烟囱、管道阀门和离心风机、离心泵的壳体及叶轮。它已逐步取代了不锈钢、铅等贵重金属材料。,上一页,下一页,返回,1.3 金属零件的断裂,)玻璃钢。它是采用合成树脂为黏结材料，以玻璃纤维及其制品(如玻璃布、玻璃带、玻璃丝等)为增强材料，按照各种成形方法(如手糊法、模压法、缠绕法等)制成。它具有优良
34、的耐腐蚀性，比强度(强度与质量之比)高，但耐磨性差，有老化现象。实践证明，玻璃钢在中等浓度以下的硫酸、盐酸和温度在90 以内作防腐衬里，使用情况是较理想的。)耐酸酚醛塑料。它是以热固性酚醛树脂作黏结剂，以耐酸材料(玻璃纤维、石棉等)作填料的一种热固性塑料，易于成形和机械加工，但成本较高，目前主要用做各种管道和管件。,上一页,下一页,返回,1.3 金属零件的断裂,(4)添加缓蚀剂。在腐蚀介质中加入少量缓蚀剂，能使金属的腐蚀速度大大降低。例如，在设备的冷却水系统采用磷酸盐、偏磷酸钠处理，可以防止系统腐蚀和锈垢存积。(5)电化学保护。电化学保护就是对被保护的金属设备通以直流电流进行极化，以消除电位差
35、，使之达到某一电位时，被保护金属可以达到腐蚀很小甚至无腐蚀状态。它是一项较新的防腐蚀方法，但要求介质必须是导电的、连续的。电化学保护又可分为阴极保护和阳极保护。阴极保护主要是在被保护金属表面通以阴极直流电流，可以消除或减少被保护金属表面的腐蚀电池作用。,上一页,下一页,返回,1.3 金属零件的断裂,阳极保护主要是在被保护金属表面通以阳极直流电流，使其金属表面生成钝化膜，从而增大了腐蚀过程的阻力。(6)改变环境条件。这种方法是将环境中的腐蚀介质去掉，减轻其腐蚀作用，如采用通风、除湿及去掉二氧化硫气体等方法。对常用金属材料来说，把相对湿度控制在临界湿度(50%70%)以下，可以显著减缓大气腐蚀。在
36、酸洗车间和电解车间里要合理设计地面坡度和排水沟，做好地面防腐蚀隔离层，以防酸液渗透地面后，地面起凸而损坏储槽及机器基础。,上一页,返回,1.4 机械零件的变形,机械零件或构件在外力的作用，产生形状或尺寸变化的现象叫做变形。过量的变形是机械失效的重要类型，也是判断韧性断裂的明显征兆。例如，起重机主梁在变形下挠曲或扭曲，汽车大梁的扭曲变形，内燃机曲轴的弯曲和扭曲等。变形量随着时间的不断增加，逐渐改变了产品的初始参数，当超过允许极限时，将丧失规定的功能。有的机械零件因变形引起结合零件出现附加载荷、相互关系失常或加速磨损，甚至造成断裂等灾难性后果。因此，对于因变形引起的失效应给予足够重视。根据外力去除
37、后变形能否恢复，机械零件或构件可分弹性变形和塑性变形。,下一页,返回,1.4 机械零件的变形,1.弹性变形金属零件在作用力小于材料屈服强度时产生的变形称为弹性变形。金属零件在使用过程中，若产生超过设计允许的弹性变形(称为超量弹性变形)，则会影响零件正常工作。例如内燃机曲轴超量弹性弯曲将引起连杆、活塞与气缸相互配合位置关系变化，导致正常工况破坏，加剧磨损损坏。因此，在机械设备运行中，防止超量弹性变形是十分必要的。,上一页,下一页,返回,1.4 机械零件的变形,2.塑性变形机械零件在外载荷去除后留下来的一部分不可恢复的变形称为塑性变形或永久变形。塑性变形导致机械零件各部分尺寸和外形的变化，将引起一
38、系列不良后果。例如，像内燃机气缸体这样复杂的箱体零件，由于永久变形，致使箱体上各配合孔轴线位置发生变化，不能保证装在它上面的各零部件的装配精度，甚至不能顺利装配。,上一页,下一页,返回,1.4 机械零件的变形,金属零件的塑性变形从宏观形貌特征上看主要有翘曲变形、体积变形和时效变形等。(1)翘曲变形。当金属零件本身受到某种应力(如机械应力、热应力等)的作用，其实际应力值超过了金属在该状态下的抗拉强度或抗压强度后，就会产生呈翘曲、椭圆和歪扭的塑性变形。因此，金属零件产生翘曲变形是它自身受复杂应力综合作用的结果。此种变形常见于细长轴类、薄板状零件以及薄壁的环形和套类零件。,上一页,下一页,返回,1.
39、4 机械零件的变形,(2)体积变形。金属零件在受热与冷却过程中，由于金相组织转变引起质量体积变化，导致金属零件体积胀缩的现象称为体积变形。如钢件淬火相变时，奥氏体转变为马氏体或下贝氏体时质量体积增大，体积膨胀，淬火相变后残留奥氏体的质量体积减小，体积收缩。马氏体形成时的体积变化程度，与淬火相变时马氏体中的含碳量有关。钢件中含碳量越多，形成马氏体时的质量体积变化越大，膨胀量也越大。此外，钢中碳化物不均匀分布往往能够增大变形程度。必须指出，由于金相组织转变引起质量体积变化而出现的体积变形，如果发生在金属零件的局部范围内，则往往是在该区域产生微裂纹的原因。,上一页,下一页,返回,1.4 机械零件的变
40、形,(3)时效变形。钢件热处理后产生不稳定组织，由此引起的内应力是不稳定的应力状态，在常温或零下温度较长时间的放置或使用，不稳定状态的应力会逐渐发生转变，并趋于稳定，由此伴随产生的变形称为时效变形。3.减少变形的措施变形是不可避免的，我们只能根据它的规律，针对变形产生的原因，采取相应的对策来减少变形。特别是在机械设备大修时，不能只检查配合的磨损情况，对于相互位置精度必须认真检查。,上一页,下一页,返回,1.4 机械零件的变形,(1)设计。设计时不仅要考虑零件的强度，还要重视零件的刚度、制造、装配、使用、拆卸和修理等问题。在设计中注意应用新技术、新工艺和新材料，减少制造时的内应力和变形。(2)加
41、工。在加工中要采取一系列工艺措施来防止和减少变形。如对毛坯要进行时效处理以消除其残余内应力;高精度零件在精加工过程中必须安排人工时效。在制定零件机械加工工艺规程中，均要在工序、工步安排上、工艺装备和操作上采取减小变形的工艺措施。,上一页,下一页,返回,1.4 机械零件的变形,在加工和修理中要减少基准的转换，保留加工基准留给维修时使用，减少维修加工中因基准不一而造成的误差。注意预留加工余量、调整加工尺寸和预加变形，这对于经过热处理的零件来说非常必要。也可预加应力或控制应力的产生和变化，使最终变形量符合要求，达到减少变形的目的。(3)修理。在修理中，应制定出与变形有关的标准和修理规范;设计简单可靠、好用的专用量具和工夹具;推广三新技术，特别是新的修复技术，如刷镀、黏接等，用来代替传统的焊接，尽量减少零件在修理中产生的应力和变形。(4)使用。加强设备管理，制定并严格执行操作规程，不超负荷运行，避免局部超载或过热，加强机械设备的检查和维护。,上一页,返回,图1-1 磨损的典型曲线,返回,
