作者：杨倩

常见金属失效类型可分为断裂、腐蚀、磨损、变形四大类，其典型原因及针对性处理方法如下：

一、断裂失效

定义：金属构件在受力时发生整体或局部断裂，失去承载能力。

1.脆性断裂

典型原因：

材料韧性不足（如低温下的低碳钢“冷脆”、含磷超标钢）；

存在先天性缺陷（如铸造裂纹、焊接未焊透、夹杂物超标）；

工艺不当（如淬火后未回火导致硬度极高、脆性增大）。

处理方法：

选材优化：选用低温韧性好的材料（如低温钢9Ni钢），控制杂质（磷、硫）含量；

工艺改进：避免应力集中设计（如将尖角改为圆角），焊接后进行探伤（UT/MT）确保无缺陷，热处理时严格控制回火温度以消除脆性；

使用环境控制：避免构件在极端低温或冲击载荷下工作。

2.疲劳断裂

典型原因：

长期承受交变应力（如轴类、弹簧、齿轮），表面存在微小缺陷（划痕、腐蚀坑）作为裂纹源；

表面粗糙度差、应力集中（如键槽、螺纹根部未倒圆）；

材料强度不足或内部夹杂物导致应力集中。

处理方法：

表面强化：采用喷丸、渗碳、氮化等工艺提高表面硬度和疲劳强度；

结构优化：消除应力集中（如加大过渡圆角、优化螺纹结构）；

定期检测：通过无损检测（如磁粉探伤）及时发现表面微裂纹，更换老化构件。

3.过载断裂

典型原因：

实际载荷超过材料抗拉强度（如设备超载、设计载荷计算错误）；

材料强度不达标（如错用低强度钢替代高强度钢）。

处理方法：

载荷控制：严格限制设备使用载荷，避免超载；

-选材纠正：按设计要求选用对应强度等级的材料（如用45钢替代Q235钢承担高载荷）；

-结构加强：增加构件截面尺寸或采用补强设计。

二、腐蚀失效

定义：金属与环境介质发生化学/电化学作用，导致表面损伤或性能下降。

1.均匀腐蚀（全面腐蚀）

典型原因：

金属表面与腐蚀性介质（如酸雨、工业废气、海水）全面接触，发生均匀溶解（如碳钢生锈、铜材氧化）。

-处理方法：

防腐涂层：涂覆油漆、镀锌、镀铬等隔离介质；

选材耐蚀：选用不锈钢、铝镁合金等耐蚀材料；

环境控制：在腐蚀性环境中添加缓蚀剂（如锅炉水中加磷酸钠）。

2.点蚀（小孔腐蚀）

典型原因：

钝化膜局部破坏（如不锈钢在含氯离子的海水、盐水环境中，氯离子穿透钝化膜形成小孔）；

表面存在夹杂或缺陷，成为腐蚀源。

处理方法：

选材升级：用耐腐蚀的高铬钼不锈钢（如316L，含Mo元素）替代304不锈钢；

降低介质腐蚀性：减少环境中氯离子、氟离子浓度；

表面处理：通过电解抛光提高表面光洁度，减少缺陷。

3.晶间腐蚀

典型原因：

奥氏体不锈钢（如304）在450~850℃焊接或加热时，晶界铬元素与碳结合形成碳化物，导致晶界贫铬，在腐蚀介质中沿晶界腐蚀（如不锈钢焊缝附近的“敏化区”）。

处理方法：

固溶处理：焊接后加热至1050℃以上，使碳化物重新溶解并快速冷却，恢复晶界铬含量；

选用低碳/超低碳不锈钢（如304L，碳含量≤0.03%）或含钛、铌的稳定化不锈钢（如321），避免碳化物析出。

4.应力腐蚀开裂（SCC）

典型原因：

拉应力（工作应力+残余应力）与特定腐蚀介质共同作用（如碳钢在碱性溶液中、黄铜在氨水中、不锈钢在氯离子环境中），形成沿应力方向的裂纹。

处理方法：

消除应力：通过退火处理消除焊接、冷加工产生的残余应力；

隔绝介质：采用涂层或衬里隔离腐蚀性介质；

选材抗SCC：如用双相不锈钢替代奥氏体不锈钢，提高抗应力腐蚀能力。

三、磨损失效

定义：金属表面因相对运动或摩擦，导致材料逐渐损耗。

1.磨粒磨损

典型原因：

硬颗粒（如泥沙、金属碎屑）进入摩擦面，划伤表面（如挖掘机铲斗、泵叶轮与含沙水流接触）。

处理方法：

表面硬化：采用堆焊耐磨合金（如高铬铸铁）、喷焊碳化钨涂层；

过滤介质：在设备入口加装过滤器，减少磨粒进入；

结构优化：将滑动摩擦改为 滚动摩擦（如用轴承替代滑动接触）。

2.粘着磨损（咬合磨损）

典型原因：

摩擦面润滑不良，金属直接接触并发生原子间粘着，随后撕裂（如轴承缺油、齿轮啮合面润滑失效）。

处理方法：

加强润滑：选用合适粘度的润滑油，定期补充油脂，避免干摩擦；

材料配对：选用互溶性差的材料组合（如钢与青铜配对，而非钢与钢）；

表面减摩：涂覆二硫化钼、聚四氟乙烯（PTFE）等减摩涂层。

3.疲劳磨损（接触疲劳）

典型原因：

滚动或滑动接触表面受交变应力，产生疲劳裂纹并剥落（如齿轮齿面“点蚀”、轴承滚子表面剥落）。

处理方法：

提高表面硬度：通过渗碳、淬火等工艺增加表面硬度（如齿轮渗碳后硬度达HRC58~62）；

控制接触应力：优化齿轮模数、轴承型号，降低单位面积载荷；

清洁润滑：避免润滑油中混入杂质，防止疲劳裂纹提前萌生。

四、变形失效

定义：金属构件因塑性变形超过允许范围，导致尺寸或形状超标，失去功能。

典型原因：

载荷超过材料屈服强度（如螺栓被拧断前的塑性伸长）；

高温下长期受力发生蠕变（如锅炉管道在高温高压下的弯曲）；

热处理不当导致材料强度不足（如回火温度过高使硬度下降）。

处理方法：

-增强强度：选用高强度材料或通过热处理（如淬火+回火）提高屈服强度；

结构加固：增加构件刚度（如加筋板），减少变形；

控制温度：避免高温环境下的过载使用，对蠕变敏感构件定期检测尺寸变化。

总结

金属失效处理的核心逻辑是：先通过失效分析确定根源（材料、工艺、环境或设计问题），再针对性采取“选材优化+工艺改进+使用控制”的组合措施，从源头预防失效重复发生。

来源：公众号“检验检测那点事呗”

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