磨损失效分析方法优化

磨损是一种微观、动态且复杂的过程，涉及学科广。由于扫描电镜、透射电镜、俄歇电子能谱技术、X射线光电谱技术、扫描离子谱和离子衍射谱技术、铁谱技术的发展，使得磨损在机理研究、失效分析、监测和维修各方面都有了很大的发展。

磨损失效分析是研究和解决磨损问题的前提和关键。要减轻金属构件的磨损、选择适当的耐磨材料和提出合理的耐磨方案，首先必须分析造成磨损的原因，摸清材料的磨损机理。

金属构件磨损失效分析与常规失效分析的不同之处在于，磨损构件的损坏原因很明显，就是磨损所致，不同磨损类型的构件也容易区分，提高构件使用寿命的方法决定于磨损类型，这往往与构件的使用条件、运转参量有密切关系。不同工况条件下构件磨损的过程不完全一样，通过对磨损构件的失效分析，可深入揭示不同磨损系统中构件的磨损过程，为深入研究磨损机理提供许多有益的信息，为合理选用耐磨材料提供可靠的依据。

1.磨损失效分析的步骤

1）收集原始资料，了解失效件的设计依据、选材原则、制造工艺、使用条件、运转参量、环境条件、操作情况、服役历史以及经济消耗等基本情况，特别要掌握其工况条件，并收集保管好损坏的样品。

收集和积累正确的原始资料是对金属构件进行磨损失效分析的基础。

2）收集具有新鲜磨损表面的构件残骸是进行磨损失效分析工作中的关键环节。它是判断构件磨损类型和失效原因的主要依据。

3）判断构件磨损类型。

4）为了搞清磨损发生过程及分析表面材料所承受的应力状态，需对构件亚表层进行分析，测定变形层的厚度和变形硬化程度、裂纹形成的部位及裂纹扩展的特征。

5）测定磨损构件材质的各种指标，如力学性能、组织状态、化学成分、钢中气体含量等。

6）从构件的磨损系统中回收磨屑，对磨屑的形貌、组织结构变化进行分析，为找到磨损失效的原因提供更可靠的依据。许多工况条件下不可能回收磨屑，应争取在模拟试验中得到。

7）进行必要的实验室内的模拟试验，为提出改进措施、选择最佳方案提供依据。

8）综合分析，判定构件早期失效原因，提出提高构件耐磨性的措施。(www.xing528.com)

2.磨损失效分析的主要内容

（1）磨损表面分析 主要进行宏观和微观形貌分析。

这是磨损构件失效最直接的资料，代表了该构件在确定的工况条件下设备的运转特性，也一定程度地反映了磨损的发生发展过程，所以对磨损失效构件表面要严格保护，防止碰撞损坏或长锈。

在失效现场可以使用放大镜、实物显微镜等设备，观察磨损表面的宏观特征。为了进一步分析磨损发生过程、了解工况条件对磨损过程的影响，还必须进行微观分析，可使用扫描电镜等设备分析判断。

（2）磨损亚表层分析 在磨损表面下相当厚的一层金属，在磨损过程中发生了重大变化，这就为判断磨损发生过程提供了重要依据。这种突出变化有冷作硬化、产生磨损热效应、先受到磨损的组织发生相变、裂纹的形成和扩展、元素的转移等。

（3）磨屑的形貌及结构分析 磨屑是磨损过程中的产物，它最能代表对磨物相互作用过程中瞬时状态，如形貌和磨屑内部组织结构变化能表明磨损机理，内部结构变化能代表对磨物相互作用的严重程度。磨屑的回收有两种：一种是从磨损系统中直接回收并用双色显微镜或扫描电镜观察，如铁谱技术用于监测齿轮箱、轴承的运转；一种是在与工况条件类似的模拟试验机上进行磨损试验回收磨屑，这比直接从磨损系统中回收磨屑来分析磨损过程要差一些。

3.磨损失效分析过程中的取样和制样

1）从现场收集到的构件磨损残体必须是新鲜磨损表面的构件，用无水乙醇、丙酮、乙醚等有机溶剂擦洗后，迅速贴上醋酸纤维素薄膜，必要时可贴2～3层，也可涂抹无酸碱性油脂，然后贴上一层纸，用麻布片包好运到实验室。在寒冷的冬天或潮湿的夏天，最好将磨损构件残体放在烘箱中，于40～50℃烘烤2h，然后采取上述保护磨损表面措施。

2）切取试样尽量选用热影响区小的设备，按要求部位切取。砂轮切片机的热影响区较大，一般情况下最好不用。

线切割机的热影响区约0.5mm，制备金相样品时务必去掉。在观察磨损表面时，可能会残存电火花熔球，其大小约几微米，有时熔球会存留在样品的裂纹中，金相观察时注意区分。防止的办法是在线切割的样品上涂以较厚的无腐蚀性油脂，切割后用超声波清洗器清洗样品，第一次20～30min，第二次10～20min。

电火花切片机的热影响区较大，通常有2mm左右，而且表面十分粗糙，最好在磨床上磨掉。磨后表面还有0.1mm左右的变形层，特别是高锰钢一类材料变形层较厚，宜用电解抛光的方法去除。制备金相样品时也要考虑用化学抛光试剂。