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金屬材料的失效分析范文1

摘要：伴隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展，我國的航空事業(yè)也有了非常大的發(fā)展和提升，在我國的航空事業(yè)發(fā)展的過程中有很多的問題需要我們的航天人員進行研究和分析，只有這樣才能夠保障航空事業(yè)的絕對安全以及可靠。航空材料的使用就是目前我國航空領域需要面對以及處理的問題。航空材料在使用的過程中，由于外界以及材料自身的影響，航空材料中的結構材料會受到一定程度的影響，例如航空結構金屬材料的腐蝕問題等等。本文主要針對航空結構金屬材料的腐蝕性失效進行詳細的分析以及闡述，希望通過本文的闡述以及分析能夠有效的提升我國航空結構金屬材料的耐腐蝕性，同時也為我國航空材料的進一步發(fā)展以及創(chuàng)新貢獻力量。

關鍵詞：航空結構金屬材料；類型；腐蝕性失效；防腐控制

在我國的航空領域當中，航空結構金屬材料一旦在使用的過程中受到腐蝕，就會導致嚴重的問題，首先會讓飛機自身的性能不能夠完全發(fā)揮出來，其次嚴重的情況會造成人身傷亡以及財產(chǎn)損失。因此對于航空結構金屬材料的腐蝕性失效問題我們必須給予足夠的重視，目前我國的相關部門已經(jīng)將這一問題進行了科學的研究，認識到了航空結構金屬材料腐蝕帶來的危害。因此我們要在保障航空結構金屬材料使用性能以及使用壽命的前提下，盡可能地減少腐蝕性對于航空結構性材料的傷害，讓航空結構金屬材料的使用壽命有效的延長。因此本文要從航空結構金屬材料的腐蝕性問題進行入手，深入的進行研究和分析，找出相應的腐蝕原因，并且針對原因給出相應的處理意見。

1.我國航空領域航空結構金屬材料的主要類型

在我國的航空領域中，航空結構金屬材料的主要類型有兩種，首先是合金金屬材料，其次是復合材料。下面進行簡單的分析。第一，作為我國航空結構金屬材料的重要材料之一，鋁合金材料由于其自身的性能優(yōu)勢在航空結構材料的應用過程中較為廣泛。鋁合金的主要優(yōu)勢就是其承重效果，正是由于這樣的優(yōu)勢，鋁合金在航空結構金屬材料中的應用大多承擔著承重的任務。例如航空飛機的蒙皮。蒙皮一般情況下的制作材料就是鋁合金。在使用的過程中，如果鋁合金出現(xiàn)了腐蝕性失效，蒙皮的表面必然會出現(xiàn)相應的托起問題，如果在航空結構材料應用的過程中出現(xiàn)了脫漆的問題，就表明了鋁合金材料已經(jīng)受到了腐蝕性的失效，需要我們進行相應的處理；第二在航空結構金屬材料應用過程中，結構鋼的使用范圍也很廣泛，結構鋼的應用主要是在飛機緊固的過程中使用。結構鋼出現(xiàn)腐蝕性失效主要的表現(xiàn)為結構鋼會出現(xiàn)裂縫以及出現(xiàn)銹層的問題，我們在日常的檢測以及使用的過程中，可以根據(jù)上述的情況來判斷航空結構鋼是否出現(xiàn)腐蝕性失效問題。最后隨著我國科學技術的不斷更新發(fā)展，在航空結構金屬材料的應用方面，復合型的材料越來越受到了重視以及應用。但是復合型材料在使用的過程中還是會出現(xiàn)腐蝕性失效問題，主要的表現(xiàn)在于出現(xiàn)了滲透現(xiàn)象以及開裂現(xiàn)象等等，根據(jù)相關部門的研究，我們發(fā)現(xiàn)復合型材料的腐蝕性失效主要的原因在于化學腐蝕失效。

2.我國航空領域航空結構金屬材料出現(xiàn)腐蝕性失效的主要原因

在航空結構金屬材料腐蝕性失效的分析以及檢測過程中，我們發(fā)現(xiàn)除了上述提及的化學因素導致的航空結構金屬材料的腐蝕性失效，還有氣候因素導致的航空結構金屬材料的腐蝕性失效以及結構材料的應用環(huán)境導致的航空結構金屬材料腐蝕性失效。下面進行詳細的論述以及分析。

2.1簡述由于氣候因素的問題導致的航空結構金屬材料腐蝕性失效

根據(jù)實驗研究發(fā)現(xiàn)，航空結構金屬材料的腐蝕性失效可能是由于溫度或者是環(huán)境濕度導致的，同時自然天氣的雨雪問題也會導致航空結構金屬材料的腐蝕性失效。飛機在運行的過程中會面對非常復雜的氣候田間，隨著應用時間的延長，氣候因素導致的腐蝕性失效越明顯，因此由于氣候問題導致的航空結構金屬材料腐蝕性失效是無法避免的，但是我們能夠通過相應的實驗辦法減輕氣候因素對于航空結構金屬材料的腐蝕性失效。2.2簡述由于化學因素的問題導致的航空結構金屬材料腐蝕性失效化學因素導致的航空結構金屬材料腐蝕性失效是非常嚴重也是非常普遍的。隨著世界范圍內(nèi)的環(huán)境受到破壞，二氧化硫逐漸地增多，同時酸雨也在不斷地增多過程中，這兩種化學物質都在很大程度上導致了航空結構金屬材料的腐蝕性失效。隨著環(huán)境的不斷惡劣，二氧化硫以及酸雨的危害性也越來越大，根據(jù)實驗室的研究可以發(fā)現(xiàn)，二氧化硫以及酸雨對于航空材料腐蝕性失效的破壞非常大，目前是航空結構材料出現(xiàn)腐蝕性失效的主要誘導因素，我們需要在日常的研究以及實驗中給予處理并且減輕二氧化硫以及酸雨造成的腐蝕性失效問題。

2.3簡述由于腐蝕環(huán)境的問題導致的航空結構金屬材料腐蝕性失效

根據(jù)腐蝕性失效分析，我們可以得出腐蝕性的環(huán)境對于航空結構金屬材料的腐蝕性失效也有非常大的誘導因素。這種因素主要有兩個問題，首先是由機自身所處的腐蝕環(huán)境，其次是飛機在運行以及保管的過程中處在的腐蝕環(huán)境等等。我們根據(jù)飛機自身的構造原理來分析，飛機上的零部件也在一定程度上會出現(xiàn)腐蝕性失效問題。因此我們在進行航空結構金屬材料選擇的過程中以及后續(xù)保養(yǎng)的過程中，要重點重視這一問題，要保障航空結構金屬材料所處的環(huán)境是否具有嚴重的腐蝕性能，同時還要針對飛機的主要結構特征來避免飛機的主要零部件出現(xiàn)腐蝕性失效問題。

3.我國航空領域控制航空結構金屬材料腐蝕性失效的主要策略

在航空結構金屬材料應用的過程中，我們的相關材料研究人員要針對腐蝕性失效問題進行針對性的研究，根據(jù)研究結果給出相應的改善腐蝕性的意見以及建議。盡最大努力將航空結構金屬材料的腐蝕性降到最低。

3.1在航空結構金屬材料使用之前要進行必要的檢查工作好

檢查工作是航空結構材料腐蝕控制的主要策略之一。在飛機的使用過程中，有關人員必須在固定的時間內(nèi)這對飛機結構的腐蝕問題展開全面的檢查工作，一旦發(fā)現(xiàn)存在腐蝕趨勢必須及時的對其進行處理和解決。

3.2要針對航空結構金屬材料進行腐蝕打磨修復

針對已經(jīng)發(fā)生腐蝕失效問題的部位而言，做好打磨修復工作十分必要。打磨修復工作的完成要在考慮航空結構腐蝕的實際情況的前提下完成，要根據(jù)其腐蝕的強度對打磨以及修復的力度進行控制。

3.3要重點保護航空結構金屬材料容易腐蝕的部位

針對已經(jīng)發(fā)生了腐蝕并完成了打磨修復的部位，要加強養(yǎng)護工作，在這一過程中，做好防腐處理十分必要。從氧化到涂漆再到涂密封膠，上述3個過程是防腐處理的主要步驟，在實際防腐過程中，工作人員必須嚴格按照這一步驟來完成。

參考文獻

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金屬材料的失效分析范文2

關鍵詞：金屬材料；選材；使用性能；工藝性能；經(jīng)濟性

金屬材料的選擇和使用同其它各類材料一樣，是一個比較復雜的問題。要正確選用材料，首先應對零件的特點和工作條件進行分析，比如零件的尺寸、精度要求，工作環(huán)境及負載等。要生產(chǎn)出高質量的產(chǎn)品，必須從產(chǎn)品的結構設計、選材、冷熱工藝、生產(chǎn)成本等方面進行綜合考慮。同時還要求材料有較好的加工工藝性能和經(jīng)濟性，以提高生產(chǎn)率，降低成本。

下面就材料的使用性能、材料的工藝性能和材料的經(jīng)濟性作簡要的探索：

1.材料的使用性能要求

各種機械產(chǎn)品，由于它們的用途、工作條件等的不同，對其組成的零部件也自然有著不同的要求，具體表現(xiàn)在受載大小、形式及性質的不同，受力狀態(tài)、摩擦條件、工作環(huán)境等的不同。

比如對于承受拉伸壓縮載荷的零件，要求材料具有較好的抗壓強度、屈服強度和屈服比。若這類零件受的載荷很大，可以選用35GrMo等合金調質鋼，以滿足屈服強度和高淬透性的要求；若這類零件受載荷較大，可以采用45鋼等中碳優(yōu)質碳素鋼；若載荷不大，可選用碳素結構鋼，如Q235等。

像導軌、履帶和軸承等承受摩擦磨損的載荷，對于這類零件首先應選擇摩擦系數(shù)小的材料，而且必須有良好的性能。選擇材料時候，應該將相互配合的兩個零件分開選材，對于結構復雜、制造工藝復雜、成本高的主要零件，應選擇性能較好的材料，并且應有足夠高的硬度。與之相配合的另一個零件應選擇性能較差、硬度較低的材料，以便于更換，保證主零件有較長壽命，還能降低成本。

另外，像軸類零件、齒輪等承受周期變載荷的零件，應選擇具有較好彎曲疲勞強度的材料；飛輪、帶輪等高速旋轉還有慣性要求的零件，應選擇屈服強度高的材料，防止由于在高速旋轉時離心力作用下產(chǎn)生塑性變形；現(xiàn)如今，許多類型零件的用材已經(jīng)專業(yè)化了，這些專業(yè)化的零件選材時不用在通用材料里選擇，只需按零件的具體要求選擇合適的牌號即可。

設計零件時還可以通過對零件的失效分析進行選材。機械零件的失效形式有以下三種：①斷裂失效，包括塑性斷裂、疲勞斷裂、蠕變斷裂、低應力斷裂、介質加速斷裂；②過量變形失效，主要包括過量的彈性變形和塑形變形失效；③表面損傷的失效，如磨損、腐蝕、表面疲勞失效等。

2.材料的工藝性能要求

材料工藝性能的好壞，對零件加工的難易程度、生產(chǎn)效率和生產(chǎn)成本等方面都起著十分重要的作用。材料工藝性能的好壞，對單件和小批量生產(chǎn)來說并不顯得十分突出，而在批量生產(chǎn)條件下，就明顯地反映出它的重要性。

金屬材料的基本加工方法包括：切削加工、鑄造、壓力加工、焊接和熱處理等。

切削加工性能：切削加工是最常用的金屬加工方法。一般通過零件表面粗糙度、切削抗力大小、切屑排除的難易及切削刀具磨損程度來衡量其好壞。

鑄造性能：主要包括流動性、收縮率、偏析及產(chǎn)生裂紋、縮孔等。不同的材料，其鑄造性能差異很大，在鐵碳合金中鑄鐵的鑄造性能要比鑄鋼好。

壓力加工性能：壓力加工是通過沖壓等方法，使用外力使零件形狀發(fā)生改變的一種冷加工方法。一般來說，低碳鋼、高碳鋼和合金鋼的壓力加工性能依次降低。

焊接性：一般以焊縫處出現(xiàn)裂紋、脆性、氣孔或其他缺陷的傾向來衡量焊接性能的好壞。

熱處理工藝性：主要包括淬硬性、淬透性、淬火變形、開裂、回火脆性、回火穩(wěn)定性等。

生產(chǎn)方法、零件機構、零件材料之間存在相互依存又相互制約的關系。比如有的零件結構只存在一種合理的生產(chǎn)方法或者只能選用一種材料。也有一類零件結構可以有很多種生產(chǎn)方法，或者很多種材料可以選擇。還有時應先根據(jù)零件的結構確定生產(chǎn)方法，根據(jù)確定下來的生產(chǎn)方法選擇合適的材料。也可以先選擇材料，再確定生產(chǎn)方法，最后設計結構。總之，不論用哪一種方法，都應使三者實現(xiàn)最佳的統(tǒng)一。

3.選材料應滿足經(jīng)濟的要求

金屬零件的選材在滿足零件使用性能和工藝性能的前提下，還應該注意材料的經(jīng)濟性。 對設計選材來說，保證經(jīng)濟性的前提是準確的計算。選材時應考慮滿足使用性能和工藝性能的前提下，選用價格最低的材料，不能單純追求某一項指標，應綜合考慮全局。

金屬材料中碳鋼和鑄鐵的價格低廉，在滿足其他要求下，應首選碳鋼和鑄鐵。低合金鋼的強度高，工藝性能好，價格也比較低，也可以作為首選。總之，能用碳鋼鑄鐵的不用合金鋼；能用低合金鋼的，不用高合金鋼；能用普通鋼的，不用不銹耐熱鋼。

小批量生產(chǎn)結構簡單的零件，材料費在零件制造成本中占的比例較大，而在大批量生產(chǎn)中，加工費則是制造成本的主要部分。因此，材料的工藝性對成本的影響很大，在選材時應考慮這方面的影響。

同時，還應考慮原用材料的要求及具體零件的使用條件和對壽命的要求，若零件的使用性能很差，零件的壽命很短，則零件更換產(chǎn)生的費用也應考慮在內(nèi)。也不可盲目選用高一級材料，以保證選用材料的經(jīng)濟性。

此外，在選材時還應盡量立足于國內(nèi)條件和國家資源，考慮到國內(nèi)的生產(chǎn)和供應狀況。同時應盡量減少材料的品種、規(guī)格等，以減少采購費用。這些都直接影響到選材的經(jīng)濟性。

金屬材料的失效分析范文3

使用性是保證零部件完成指定功能的必要條件，它是選材的最主要依據(jù)。使用性主要是指零件在使用狀態(tài)下應具有的力學性、物理性和化學性。對于機械零件，最重要的使用性是力學性。對零部件力學性的要求，一般是在分析零部件的工作條件和失效形式的基礎上提出來的。根據(jù)使用性選材的步驟如下。

1.分析零部件的工作條件，確定使用性

零部件的丁作條件是復雜的。工作條件分析包括受力狀態(tài)（如拉、壓、彎、扭、剪切等）、載荷性質、載荷大小及分布、工作溫度（低溫、室溫、高溫、變溫）、環(huán)境介質（劑、酸、堿）、對零部件的特殊性要求（電、磁）等。在對工作條件進行全面分析的基礎上確定零部件的使用性。

2.分析零部件的失效原因，確定主要使用性

對零部件使用性的要求往往是多項的。例如傳動軸，要求其具有高的疲勞強度、韌性和軸頸的耐磨性，因此，需要通過對零部件失效原因的分析，找出導致失效的主導因素，準確確定出零部件所必需的主要使用性能。

二、材料的熱加工工藝性能

工藝性能對大批量生產(chǎn)的零部件尤為重要，因為在大批量生產(chǎn)時，工藝周期的長短和加工費用的高低，常常是生產(chǎn)的關鍵。金屬材料、高分子材料、陶瓷材料的工藝性能介紹概括如下。

1.金屬材料的工藝性能

金屬材料的工藝性能是指金屬適應某種加工工藝的能力。金屬材料的加工工藝復雜，要求的工藝性能較多，主要有機械加工性能、材料成形性能。機械加工性能是指材料接受切削或磨削加工的能力。一般用切削硬度、被加工表面的粗糙度、排除切屑的難易程度以及對刃具的磨損程度來衡量。硬度太高，刃具磨損嚴重，切削加工性下降；硬度太低，則不易斷屑，切削加工性也差。鋁及鋁合金的機械加工性能較好，鋼中以易切削鋼的杌械加工性能最好，而奧氏體不銹鋼及高碳高合金的高速鋼的機械加工性能較差。

2.高分子材料的工藝性能

高分子材料的加工工藝比較簡單，主要是成形加工，成形加工方法較多。高分子材料的切削加工性能尚好，但由于高分子材料的導熱性差，在切削過程中易使工件溫度急劇升高，使熱塑性塑料變軟：使熱固性塑料燒焦。3.陶瓷材料的工藝性能陶瓷材料主要工藝也是成形加工。按零部件的形狀、尺寸精度和性能要求的不同.可采用不同的成形加工方法（粉漿、熱壓、擠壓、可塑）。陶瓷材料的切削加工性差，除了采用碳化硅或金剛石砂輪進行磨削加工外，幾乎不能進行任何其他切削加工。

三、材料的熱加工工藝

1.合金的流動性

液態(tài)金屬本身流動的能力稱為流動性。合金的流動性好，充型能力強，易于獲得尺寸準確、外形完整和輪廓清晰的鑄件；不易產(chǎn)生澆不到、冷隔等缺陷；金屬液中的非金屬夾渣和氣泡易于上浮排出，不易產(chǎn)生夾渣和氣孔；流動性好的合金能很好地補充鑄件凝固產(chǎn)生的收縮，不易產(chǎn)生縮孔和縮松。

2.鑄造方法

首先根據(jù)零件圖樣制成適當?shù)哪樱⒂媚雍团渲坪玫男蜕爸瞥缮靶停缓髮⑷刍慕饘僮⑷胄颓唬饘僖耗汤鋮s后，從砂型中取出鑄件，最后清除鑄件的附著物，經(jīng)過檢驗獲得所需鑄件，造型方法有手工造型和機器造型兩類。

（1）手工造型，手工造型是全部用手工或手動工具完成的造型工序。手工造型操作靈活，適應范圍廣，大小鑄件均可生產(chǎn)，可制作復雜的鑄型，工藝裝備簡單，設備投資少，單件、小批量生產(chǎn)時成本低。但勞動強度大，對工人技術水平要求高，生產(chǎn)效率低，鑄件質量不穩(wěn)定。主要用于單件、小批生產(chǎn)和大型鑄件的生產(chǎn)。

（2）機器造型，機器造型主要是利用機器代替人工完成填砂、緊實和起模等工作。砂箱放在緊砂機工作臺上，工作臺在壓縮空氣作用下上下振動，初步緊實型砂。然后工作臺上升，與壓頭接觸，將型砂壓實。機械裝置將砂箱頂起，使砂型與模樣分離。漏模機構將砂箱及砂型托住，而使模樣漏下與砂型分離。砂箱和模樣一同翻轉180°，然后使砂箱下降，砂型與模樣分離。

四、結束語

金屬材料的失效分析范文4

摘要：隨著科技的發(fā)展和進步經(jīng)濟得到持續(xù)的增長，機械設計行業(yè)同樣也得到了很好發(fā)展，機械設計中包含很多領域其中材料的選擇是所占比例很大的一項。在機械設計領域涉及到的金屬材料的選擇非常多。由于現(xiàn)代技術的發(fā)展需要，對機械設計中材料使用越來越受到重視。本文針對銅金屬材料在機械設計中的應用為研究對象，首先對機械設計中金屬材料選擇的原則進行了說明，然后對機械設計中銅金屬材料應用性進行了分析，最后對設計中的實現(xiàn)性和注意事項進行研究。

關鍵詞：銅金屬材料；機械設計；應用；機械加工

隨著城市化建設的腳步加快，機械制設計造行業(yè)在國民經(jīng)濟的生產(chǎn)中占據(jù)的地位越來越多。很多領域都需要涉及到機械設計，機械設計行業(yè)的發(fā)展也是重要的經(jīng)濟推動力。機械設計是制造行業(yè)的基礎行業(yè)。在機械設計領域中，所有的機械設計或多或少的都會涉及到金屬材料的選擇與應用。每一種金屬都有其特有的性質和屬性，由于屬性和特質不同，所以表現(xiàn)出來的特征和性能也有所不同。在機械設計過程中，會根據(jù)金屬材料的本身屬性進行擇優(yōu)選擇，盡可能保證設計中能夠很好的發(fā)揮金屬材料特征。金屬材料的選取會對產(chǎn)品性能、機械設計實施效果以及最終產(chǎn)品質量產(chǎn)生一定的影響。隨著技術和經(jīng)濟的發(fā)展，在機械設計中對金屬材料的選擇也是越來越重視。在機械設計中進行材料選擇時，必須要保證金屬材料的適應性、成本低廉、對環(huán)境的影響小等性質，只有選擇正確的金屬材料，才能保證機械設計的有效實施[1]。本文以銅金屬材料在機械設計中的應用為例，進行了具體的分析和研究。

1機械設計中金屬材料選擇原則

金屬材料的載荷能力。要充分考慮金屬材料的斷裂脆性和常溫塑性，處于靜載荷工作環(huán)境的工件一般會選用脆性金屬材料。在承受一定沖擊力的工作環(huán)境下，一般會選擇塑性好的金屬材料[2-3]。工件的使用條件。所設計的工件的工作環(huán)境處于濕熱環(huán)境下或者是具有一定腐蝕性的工作環(huán)境下，根據(jù)環(huán)境搭配應該選擇具有良好的防銹能力的金屬或者是耐腐蝕的金屬材料。除上述情況之外，工件的實際工作溫度對選材上也有一定影響，一方面要考慮所選的金屬材料的熱膨脹系數(shù)不宜過大同時在高溫過程中能夠保持特有的屬性參數(shù)，防止在溫度變化過程中產(chǎn)生一定的組織變化和應力變化；另一方面要考慮溫度的變化對工件的強度硬度和力學性能的影響。工件的加工尺寸和設計參數(shù)。工件的加工工藝以及對工件的加工精度也是制約金屬材料選擇的一個因素。如果要經(jīng)過鑄造的工件，一般不會因為形狀尺寸等因素受到限制；如果要經(jīng)過精加工的工件，必須要考慮加工過程使用的機械性能和工藝流程對材料造成的影響。除此之外，在金屬材料的選擇過程中，還要參考金屬材料的加工成本，成本過高的材料在進行擇優(yōu)選擇過程中會被淘汰。

2機械設計中銅金屬材料應用性金屬材料的選擇要求

盡可能選擇加工過程中污染少的銅金屬，同時還要選擇能耗比較低的銅金屬材料。①銅金屬材料經(jīng)過適當?shù)臒崽幚砉に囘^后，能夠有效的提高使用壽命和綜合應用能力，但是熱處理工藝對環(huán)境的污染比較嚴重，同時對能源的消耗過多，因此盡量避免選擇通過熱處理來加工的銅金屬材料，而盡可能選用拉拔、冷軋等工藝加工的銅金屬材料。在常規(guī)的加工工藝下就可以達到設計要求的銅金屬材料。②盡可能選用處理工藝簡單的銅金屬材料，從而減少或者避免銅金屬材料在加工過程或者制作過程中的污染。優(yōu)先選擇對人體無害的銅金屬材料，來替代對人體有一定毒副作用或者是對環(huán)境產(chǎn)生一定影響的金屬材料。在能夠滿足設計要求的基礎上，合理使用新型的銅合金材料代替原有的材料。比如使用銅金屬泡沫，可以用于輕質量、強度大的空心夾層板的填充材料。在骨架結構中可以使用銅加固物來填充，這樣可以有效的避免骨架的彎曲，同時可以有效的吸收外界產(chǎn)生的沖擊功，對支撐體和表面起到一定的保護作用。銅金屬還可以使用在效率高的熱交換器或者是高功率冷卻的機械電子設備中，銅金屬以其自身優(yōu)異的導熱性，可以有效的進行熱量傳遞。并且銅金屬泡沫不能進行燃燒，還是很好的防火材料。銅金屬材料可以進行回收再利用，對環(huán)境和人體的影響都不是很大。

3結語

機械設計已經(jīng)是現(xiàn)在經(jīng)濟的重要推動力之一，隨著經(jīng)濟持續(xù)發(fā)展，機械設計領域越來越受到社會的關注，機械設計領域的金屬材料的選擇，對機械設計的影響所占的比重越來越多。本文就以銅金屬材料在機械設計中的應用為例進行了有效的分析，希望能夠為銅金屬在設計領域的使用提供理有效的論依據(jù)。

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金屬材料的失效分析范文5

【關鍵詞】 耐熱材料 失效原因 選擇方法

金川公司經(jīng)過幾十年的發(fā)展，在火法冶金上有各種冶金爐窯設備，在冶煉方式上是比較齊全，且設備臺數(shù)較多，大小有數(shù)十臺設備用于各種銅、鎳的冶煉，其中有較先進的冶煉設備，也有比較陳舊的設備。這些設備在生產(chǎn)使用過程中會有一定的周期性產(chǎn)生設備零件的損壞，每年為此消耗各種備件達數(shù)千噸以上。而這些零件大都是具有耐熱性能的零件，損壞原因多種多樣，但最直接、最根本的原因是在熱環(huán)境下工作零件本身所具備的耐熱性能達不到或根本不具備耐熱性能，導致零件提前結束使用壽命，造成這種結果的原因是對于零件材料的使用性能選擇不當所致。下面就耐熱材料的失效原因，采用耐熱材料的原則、耐熱材料的種類予以介紹供參考。

1 材料的失效原因表現(xiàn)形式及解決原則

鋼鐵材料在熱環(huán)境下工作會產(chǎn)生一系列機械性能和物理性能的變化。例如：材料表面金屬的氧化，機械強度（包括斷裂強度、抗拉強度、疲勞強度、蠕變強度等）的顯著降低，材料組織發(fā)生的變化，奧氏體的轉變、馬氏體的轉變，珠光體向鐵素體的轉變，晶粒之間慢性滑移等都將在一個熱環(huán)境下發(fā)生不明顯的變化，隨著時間的推移，達到宏觀的變化，結果引起零件的性能不能滿足使用要求而報廢，耐熱材料失效的最主要原因為：氧化原因、蠕變原因、熱疲勞原因、高溫靜載荷強度降低等。下面逐一分析。

（1）氧化原因：放置于大氣中的鋼鐵材料，表面會吸附大氣中的氧原子而與鐵發(fā)生反應，生成鐵氧化物，在表面形成氣膜，這一反應過程在自然狀態(tài)下相對緩慢，通過表面處理如刷漆、電鍍等完全可減緩之，幾乎不會對結構件性能在短時期內(nèi)構成威脅，而在熱環(huán)境下，氧溶入鋼鐵材料表面的速度呈幾何速度遞增，鋼鐵材料表面的氧化層不斷加厚，當氧化層厚度達到一定程度時，氧化皮脫落，又重新開始新一輪的氧化脫落，當這個結果累積到一定程度時，鋼材的機械性能已不能滿足零件的需要，導致零件損壞，失去使用性能。

針對鋼鐵材料在熱環(huán)境下工作氧化失效的解決措施就是采用合金化辦法，在鋼鐵中加入鉻、鋁、硅等合金元素，這些元素在熱環(huán)境下在鋼鐵表面迅速形成一層致密的氧化膜，阻止氧化的持續(xù)侵入。目前常用的不銹鋼等耐熱鋼均為此原理。

（2）蠕變是指鋼鐵材料在熱環(huán)境下工作，承受低于屈服強度的壓力而產(chǎn)生的低速率塑性變形現(xiàn)象，熱環(huán)境下，金屬晶體滑移的驅動力減少，使晶體易于產(chǎn)生滑移，同時熱激活作用也有利于產(chǎn)生交滑移和形變帶，常使滑移阻力更低的新滑移系出現(xiàn)，另外亞晶粒形成，晶界定位擴散，晶界滑移卻導致不同的金屬材料產(chǎn)生蠕變，長期處于熱環(huán)境下的材料，滑移的不斷累積導致材料發(fā)生變形，當達到材料的強度極限時，材料發(fā)生斷裂，失去使用性能，蠕變的宏觀表現(xiàn)形式為沿晶界開裂，呈現(xiàn)顆粒狀或冰糖狀脆性斷口。

蠕變解決辦法：細化組織，提高組織的熱穩(wěn)定性，強化基體和晶界形成致密的組織結構，這些都是減緩蠕變的根本原因，最有效的改善方法是加入鉬合金，鉬合金的加入強化基體組織，能有效減弱蠕變的發(fā)生率。

（3）熱疲勞：零件在溫度不斷起伏變化的條件下，如果工作溫度變化產(chǎn)生的體積改變受到限制，零件內(nèi)部將產(chǎn)生大小和方向不斷變化的熱應力，經(jīng)過一定的循環(huán)累積后，熱應力達到材料的強度極限，使材料表面產(chǎn)生網(wǎng)狀裂紋，裂紋繼續(xù)擴展，將導致零件斷裂失效。體積改變的原因是材料中的鐵元素與珠光體的熱物理性質有差別，兩種組織的存在易導致熱循環(huán)過程產(chǎn)生壓力增加，破壞結構，導致開裂。

解決辦法：在熱環(huán)境下的零件盡量采用具有單一鐵素體組織的材料。

（4）高溫靜載強度降低：指金屬材料在熱環(huán)境下內(nèi)部原子間結合力減弱，熱激活作用增強，導致塑變能量減少，晶界強化和固溶作用減弱，這些因素導致金屬材料高溫強度降低。

解決辦法：采用鉬合金化，鉬具有其它元素不可替代的增強高溫強度的元素之一。

2 合金元素在耐熱材料中的作用

改善金屬材料在熱環(huán)境下的使用性能，延長使用壽命，唯一的途徑就是合金化。合金化元素多種多樣，且各種元素共同作用，才能使某一材料滿足某一特定條件下的使用性能，現(xiàn)將主要合金的性能予以介紹。

鎳：鎳是強烈擴大奧氏體的元素，由于鎳的加入，將使材料的組織變?yōu)閱我坏膴W氏體，奧氏體在熱環(huán)境下具有相對穩(wěn)定的性能，故大量采用鎳元素。

硅：形成硅氧化物鈍化膜，硅量大時，形成單一鐵素體組織，抵抗蠕變性能好，一般用于700℃以下工作的耐熱零件。

鋁：促使組織形成單一鐵素體，且生成表面鈍化膜，鋼合金中鋁含量大于4%時，材料耐熱特性急劇降低。

鉬：強烈提高熱環(huán)境下基體組織強度的元素，在任何一種耐熱材料中均有良好的表現(xiàn)。

耐熱材料的分類：

結構鋼：包括奧氏體鋼、馬氏體鋼、鐵素體鋼；

奧氏體鋼：熱溫度范圍在1100℃以下，主要用于小的耐熱零件。

鐵素體鋼：耐熱溫度范圍在1100℃以下，抗氧化性能較優(yōu)。

鑄造耐磨材料：包括鑄造耐熱鋼、鑄造耐熱鑄鐵；

鑄造耐熱鋼分為：耐熱鋼、熱強鋼；

鑄造耐熱鋼適用于一般抗氧化、蠕變?yōu)橹鞯沫h(huán)境中，不能承受較高的機械強度。

鑄造熱強鋼：適用于熱環(huán)境下工作，且承受一定機械強度的零件。

鑄造耐熱鑄鐵又分為：鉻系耐熱鑄鐵、硅系耐熱鑄鐵、鋁系耐熱鑄鐵；

鉻系耐熱鑄鐵又分為：低鉻耐熱鑄鐵，適用于600℃以下零件；

中鉻耐熱鑄鐵，適用于600℃—900℃之間；

高鉻耐熱鑄鐵，適用于900℃以上。

硅系耐熱鑄鐵：一般為中硅耐熱鑄鐵，適用于600℃—850℃之間。

鋁耐熱鑄鐵又分為：低鋁耐熱鑄鐵，適用于700℃以下零件；

中鋁耐熱鑄鐵，適用于700℃—900℃之間；

高鋁耐熱鑄鐵，適用于900℃—1100℃之間。

金屬材料的失效分析范文6

關鍵詞：模具型腔；表面強化技術；應用分析和探討

廣義來講，當前最為常用的模具使用類型包括塑性變形失效模具、磨損失效模具、疲勞失效模具和冷熱疲勞失效模具以及斷裂失效模具五種。為了有效防止模具失效，我們應該對模具型腔表面進行強化，其中強化分為主要包括硬度強化、耐磨強化和耐腐蝕強化以及抗疲勞抗高溫氧化強化措施等。所以應在對模具材料進行正確全面選取之外還應該對模具型腔表面實施適當強化操作以保證模具制作效率。本文從有關模具型腔表面強化方法和強化特點以及強化目的等方面進行分層闡述，并對模具型腔表面強化機理等作出解釋。

1.模具型腔中表面工況概述

根據(jù)對當前各種模具工況的研究與分析可以看出，其工作條件存在這很大不同，并且此時失效形式也是各不相同。需要注意的是，在同一副模具上其損傷形式多種多樣，此種損傷形式大多數(shù)情況是以交叉損傷形式產(chǎn)生的，并且其之間關系是相互聯(lián)系且相互影響的，此時加速磨具會過早失效。熱作模具制作是當前我國模具生產(chǎn)中的重點生產(chǎn)環(huán)節(jié)，因為熱作模具會受到負荷影響并會使其中的金屬材料產(chǎn)生塑性變形狀況，另外一種可能的情況就是會使溫度較高的液體金屬壓鑄得以成形且相對熾熱非金屬注射也會成型。金屬材料發(fā)生一定塑性變形時會對整體模具生產(chǎn)造成影響，一般來講，固體金屬材料塑性變形模具主要包括熱鍛模和熱鐓模以及相關熱擠壓模等。

模腔被破壞變形的主要原因是有模具生產(chǎn)中的實際生產(chǎn)環(huán)境所造成的，其同時也是相應成型部分可逆變形和成型部分磨損以及成型部分產(chǎn)生裂紋等。在對熱鍛模進行使用的過程中，其型槽表面上所接觸的物體是毛坯，而此時毛坯溫度較高且其表面溫度會上升到400攝氏度到700攝氏度不等，型槽表面內(nèi)層仍然處于低溫狀態(tài)，當表層受熱時會出現(xiàn)膨脹，之在此基礎上會向模具表面進行冷卻液噴灑和劑噴灑，由于受到噴灑影響，其表層溫度會有所下降，其具體下降范圍為150攝氏度到200攝氏度之間且會有所收縮。需要提到的一點就是，內(nèi)層會在一定程度上對其表面有所限制以至其產(chǎn)生一定拉應力，在相關拉應力的影響下會產(chǎn)生疲勞失效狀況，此時模具型面會與坯料有所接觸并使型腔表面中的實際具體溫度遠遠大于回火溫度，所以會出現(xiàn)壓塌狀況和出現(xiàn)壓堆狀況以及出現(xiàn)型槽尺寸變樣等狀況，此時會致使尺寸失效和形狀精度失效。

2.模具型腔中表面強化技術的應用實例探究

2.1.電火花模具型腔中表面強化技術概述

電火花模具型腔中表面強化技術是模具腔中表面強化技術應用中一項較為常用的強化技術措施和強化技術手段，其強化功能被主應用到金屬表面部位系統(tǒng)強化上，因為電火花模具型腔中表面強化技術方法較其他強化方法相比較為簡單，并且電火花模具型腔中表面強化技術效果也非常明顯，所以當我們在進行模具生產(chǎn)加工時多數(shù)為應用到電火花模具型腔中表面強化技術。圖為電火花加工技術示意：

圖一 電火花加工技術示意圖

2.2.電火花裝置性能探究

科學合理是用電火花裝置可以在一定程度上使得壓鑄模和鍛模等得到良好強化，壓鑄模和鍛模二者在經(jīng)過相應電火花強化之后要想使其精度符合預期施工標準，就必須在此基礎上進行相應磨削加工工作，但是此時我們應該注意到，當在進行磨削操作時，盡量不要影響到強化層硬度和相關強化層耐磨性。經(jīng)過具體磨削實踐操作之后，磨具型腔中表面會出現(xiàn)少許殘留微孔，此類微孔會使得模具配合零件中的實際條件得到改善，另外需注意的一點就是其可在改善型腔中表面耐磨性能的同時也會使模具使用期限有所延長。

2.3.電子沖片雙槽沖模技術

在運用定子沖片雙槽沖模進行相關模具型腔中表面強化技術應用時，此時模具材料設定為Cr12，而沖材為0.5mm硅鋼片，用此種規(guī)格材料進行模具部位強化。還要注意的是，此時圖負面高度規(guī)格應在4mm到5mm之間。

3.模具型腔中表面強化技術應用的主要目

對模具型腔表面進行相關強化工作的主要目的是為了提高模具型腔抗疲勞性能，單就高強度鋼而言，其最為主要的一個優(yōu)異性在與提高承受彎矩交變應力相應疲勞強度。主要原因是因為疲勞度裂紋的產(chǎn)生是由從模具向強表面微小裂紋開始的，根據(jù)此種情況就能分析出出現(xiàn)疲勞性現(xiàn)狀的主要由型腔表面質量優(yōu)劣所決定的。

結束語：

綜上所述，機械相關零件粗加工和機械相關零件細加工中的主要程序都是由模具成型來完成的，本文通過對模具型腔中表面工況和模具型腔中表面強化幾種技術手段以及模具型腔中表面強化技術應用目的等進行闡述，仔細闡述模具型腔中表面強化技術在進行相關模具生產(chǎn)中的重要性，希望為我國模具生產(chǎn)制造領域的發(fā)展提供相應合理化建議。

參考文獻：

[1]王昌，于同敏，周錦進.表面工程技術在模具制造中的應用[J].中國表面工程.2002（1）.