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常見(jiàn)金屬失效類型及典型原因以及處理方法

發(fā)布時(shí)間：2025-08-22

作者：楊倩

常見(jiàn)金屬失效類型可分為斷裂、腐蝕、磨損、變形四大類，其典型原因及針對(duì)性處理方法如下：

一、斷裂失效

定義：金屬構(gòu)件在受力時(shí)發(fā)生整體或局部斷裂，失去承載能力。

1.脆性斷裂

典型原因：

材料韌性不足（如低溫下的低碳鋼“冷脆”、含磷超標(biāo)鋼）；

存在先天性缺陷（如鑄造裂紋、焊接未焊透、夾雜物超標(biāo)）；

工藝不當(dāng)（如淬火后未回火導(dǎo)致硬度極高、脆性增大）。

處理方法：

選材優(yōu)化：選用低溫韌性好的材料（如低溫鋼9Ni鋼），控制雜質(zhì)（磷、硫）含量；

工藝改進(jìn)：避免應(yīng)力集中設(shè)計(jì)（如將尖角改為圓角），焊接后進(jìn)行探傷（UT/MT）確保無(wú)缺陷，熱處理時(shí)嚴(yán)格控制回火溫度以消除脆性；

使用環(huán)境控制：避免構(gòu)件在極端低溫或沖擊載荷下工作。

2.疲勞斷裂

典型原因：

長(zhǎng)期承受交變應(yīng)力（如軸類、彈簧、齒輪），表面存在微小缺陷（劃痕、腐蝕坑）作為裂紋源；

表面粗糙度差、應(yīng)力集中（如鍵槽、螺紋根部未倒圓）；

材料強(qiáng)度不足或內(nèi)部夾雜物導(dǎo)致應(yīng)力集中。

處理方法：

表面強(qiáng)化：采用噴丸、滲碳、氮化等工藝提高表面硬度和疲勞強(qiáng)度；

結(jié)構(gòu)優(yōu)化：消除應(yīng)力集中（如加大過(guò)渡圓角、優(yōu)化螺紋結(jié)構(gòu)）；

定期檢測(cè)：通過(guò)無(wú)損檢測(cè)（如磁粉探傷）及時(shí)發(fā)現(xiàn)表面微裂紋，更換老化構(gòu)件。

3.過(guò)載斷裂

典型原因：

實(shí)際載荷超過(guò)材料抗拉強(qiáng)度（如設(shè)備超載、設(shè)計(jì)載荷計(jì)算錯(cuò)誤）；

材料強(qiáng)度不達(dá)標(biāo)（如錯(cuò)用低強(qiáng)度鋼替代高強(qiáng)度鋼）。

處理方法：

載荷控制：嚴(yán)格限制設(shè)備使用載荷，避免超載；

-選材糾正：按設(shè)計(jì)要求選用對(duì)應(yīng)強(qiáng)度等級(jí)的材料（如用45鋼替代Q235鋼承擔(dān)高載荷）；

-結(jié)構(gòu)加強(qiáng)：增加構(gòu)件截面尺寸或采用補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)。

二、腐蝕失效

定義：金屬與環(huán)境介質(zhì)發(fā)生化學(xué)/電化學(xué)作用，導(dǎo)致表面損傷或性能下降。

1.均勻腐蝕（全面腐蝕）

典型原因：

金屬表面與腐蝕性介質(zhì)（如酸雨、工業(yè)廢氣、海水）全面接觸，發(fā)生均勻溶解（如碳鋼生銹、銅材氧化）。

-處理方法：

防腐涂層：涂覆油漆、鍍鋅、鍍鉻等隔離介質(zhì)；

選材耐蝕：選用不銹鋼、鋁鎂合金等耐蝕材料；

環(huán)境控制：在腐蝕性環(huán)境中添加緩蝕劑（如鍋爐水中加磷酸鈉）。

2.點(diǎn)蝕（小孔腐蝕）

典型原因：

鈍化膜局部破壞（如不銹鋼在含氯離子的海水、鹽水環(huán)境中，氯離子穿透鈍化膜形成小孔）；

表面存在夾雜或缺陷，成為腐蝕源。

處理方法：

選材升級(jí)：用耐腐蝕的高鉻鉬不銹鋼（如316L，含Mo元素）替代304不銹鋼；

降低介質(zhì)腐蝕性：減少環(huán)境中氯離子、氟離子濃度；

表面處理：通過(guò)電解拋光提高表面光潔度，減少缺陷。

3.晶間腐蝕

典型原因：

奧氏體不銹鋼（如304）在450~850℃焊接或加熱時(shí)，晶界鉻元素與碳結(jié)合形成碳化物，導(dǎo)致晶界貧鉻，在腐蝕介質(zhì)中沿晶界腐蝕（如不銹鋼焊縫附近的“敏化區(qū)”）。

處理方法：

固溶處理：焊接后加熱至1050℃以上，使碳化物重新溶解并快速冷卻，恢復(fù)晶界鉻含量；

選用低碳/超低碳不銹鋼（如304L，碳含量≤0.03%）或含鈦、鈮的穩(wěn)定化不銹鋼（如321），避免碳化物析出。

4.應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂（SCC）

典型原因：

拉應(yīng)力（工作應(yīng)力+殘余應(yīng)力）與特定腐蝕介質(zhì)共同作用（如碳鋼在堿性溶液中、黃銅在氨水中、不銹鋼在氯離子環(huán)境中），形成沿應(yīng)力方向的裂紋。

處理方法：

消除應(yīng)力：通過(guò)退火處理消除焊接、冷加工產(chǎn)生的殘余應(yīng)力；

隔絕介質(zhì)：采用涂層或襯里隔離腐蝕性介質(zhì)；

選材抗SCC：如用雙相不銹鋼替代奧氏體不銹鋼，提高抗應(yīng)力腐蝕能力。

三、磨損失效

定義：金屬表面因相對(duì)運(yùn)動(dòng)或摩擦，導(dǎo)致材料逐漸損耗。

1.磨粒磨損

典型原因：

硬顆粒（如泥沙、金屬碎屑）進(jìn)入摩擦面，劃傷表面（如挖掘機(jī)鏟斗、泵葉輪與含沙水流接觸）。

處理方法：

表面硬化：采用堆焊耐磨合金（如高鉻鑄鐵）、噴焊碳化鎢涂層；

過(guò)濾介質(zhì)：在設(shè)備入口加裝過(guò)濾器，減少磨粒進(jìn)入；

結(jié)構(gòu)優(yōu)化：將滑動(dòng)摩擦改為 滾動(dòng)摩擦（如用軸承替代滑動(dòng)接觸）。

2.粘著磨損（咬合磨損）

典型原因：

摩擦面潤(rùn)滑不良，金屬直接接觸并發(fā)生原子間粘著，隨后撕裂（如軸承缺油、齒輪嚙合面潤(rùn)滑失效）。

處理方法：

加強(qiáng)潤(rùn)滑：選用合適粘度的潤(rùn)滑油，定期補(bǔ)充油脂，避免干摩擦；

材料配對(duì)：選用互溶性差的材料組合（如鋼與青銅配對(duì)，而非鋼與鋼）；

表面減摩：涂覆二硫化鉬、聚四氟乙烯（PTFE）等減摩涂層。

3.疲勞磨損（接觸疲勞）

典型原因：

滾動(dòng)或滑動(dòng)接觸表面受交變應(yīng)力，產(chǎn)生疲勞裂紋并剝落（如齒輪齒面“點(diǎn)蝕”、軸承滾子表面剝落）。

處理方法：

提高表面硬度：通過(guò)滲碳、淬火等工藝增加表面硬度（如齒輪滲碳后硬度達(dá)HRC58~62）；

控制接觸應(yīng)力：優(yōu)化齒輪模數(shù)、軸承型號(hào)，降低單位面積載荷；

清潔潤(rùn)滑：避免潤(rùn)滑油中混入雜質(zhì)，防止疲勞裂紋提前萌生。

四、變形失效

定義：金屬構(gòu)件因塑性變形超過(guò)允許范圍，導(dǎo)致尺寸或形狀超標(biāo)，失去功能。

典型原因：

載荷超過(guò)材料屈服強(qiáng)度（如螺栓被擰斷前的塑性伸長(zhǎng)）；

高溫下長(zhǎng)期受力發(fā)生蠕變（如鍋爐管道在高溫高壓下的彎曲）；

熱處理不當(dāng)導(dǎo)致材料強(qiáng)度不足（如回火溫度過(guò)高使硬度下降）。

處理方法：

-增強(qiáng)強(qiáng)度：選用高強(qiáng)度材料或通過(guò)熱處理（如淬火+回火）提高屈服強(qiáng)度；

結(jié)構(gòu)加固：增加構(gòu)件剛度（如加筋板），減少變形；

控制溫度：避免高溫環(huán)境下的過(guò)載使用，對(duì)蠕變敏感構(gòu)件定期檢測(cè)尺寸變化。

總結(jié)

金屬失效處理的核心邏輯是：先通過(guò)失效分析確定根源（材料、工藝、環(huán)境或設(shè)計(jì)問(wèn)題），再針對(duì)性采取“選材優(yōu)化+工藝改進(jìn)+使用控制”的組合措施，從源頭預(yù)防失效重復(fù)發(fā)生。

來(lái)源：公眾號(hào)“檢驗(yàn)檢測(cè)那點(diǎn)事唄”

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