“中國制造”的產品、設備、裝備和重大工程項目所用的材料主要是環境適應型材料,是為了適應環境要求而發展起來的材料。這些材料可能遭遇的環境條件是千變萬化的,為了適應,幾乎所有的材料都在不斷地研究和改進,以適應新的環境,滿足新的功能要求,概括而論,包括三大環境條件。
自然環境
任何材料或制件都處于世界各國不同的自然環境之中,包括大氣、水、生物、土壤等自然環境,也包括工業污染物,如工業廢氣、工業廢水、廢液等帶來苛刻得多的外界環境。
運行環境
制件的使用目的千差萬別,一把螺絲刀,它的工作環境,是刀尖、刀桿承受的剪切力、扭力和外界環境,周圍大氣(溫度、濕度等)十分簡明;而西氣東輸埋地管線,要將新疆的天然氣輸送到上海,除管道外表面承受各地不同的土壤的作用,還要承受所輸送天然氣的氣相(含微量液相)組份、流速、壓力等工作環境的作用;一輛汽車、一艘輪船、一架飛機的侵蝕環境則要復雜得多,包括總體環境(整機是在熱帶還是寒帶運行),局部環境(飛機前沿還是發動機渦輪部件)、具體環境、是具體零件的環境,是動件還是靜件、是摩擦件還是被摩擦件、沒有摩擦特性件)。
總體環境決定著整機可能遭遇損害的嚴重程度,但造成材料提前損傷往往是具體的環境條件起著作用,例如熱帶飛行的飛機,其發動機渦輪葉片,運行時承擔高溫高壓高速轉動、停機時又要承擔熱帶氣候高溫高濕的作用,這里有腐蝕、摩擦磨損和疲勞斷裂環境及其互相干擾與疊加的作用,所以,設計時要從總體環境進而分析具體環境,再考慮部件組合中零件的相互關系,分析接觸、摩擦、震動可能帶來對零件的損傷,認真考慮結構、選材料和保護措施,而一旦出現事故,則要從具體環境所可能造成的材料損傷,找出事故原因和防止措施。
加工制造環境
在加工制造過程中,材料要經受種種加工、精雕細刻、組裝才能構成可用的產品,一般需要經歷:鑄造(或鍛造)→加工(車、銑、铇、磨等)→熱處理→焊接→表面處理→裝配→試車→交貨。
在這些過程中需要采用多種工藝對材料進行加工,這需要歷經高溫、高壓、振動、水及各種化學介質等的作用,這些作用環境就是加工制造環境。
制造工程師需要研究和應用先進的加工工藝,整個的加工制造裝配過程中在不損傷材料固有優良性能的同時,通過加工提高材料成為制件之后所需要的耐腐蝕、耐摩擦磨損磨蝕、抗疲勞和蠕變的性能,這就需要成套的先進的制造技術、工藝、裝備、標準、以及質保體系。
材料損傷的表現和根源
工業產品的失效有四大表現:腐蝕、磨損、斷裂和泄漏;但泄漏源自于腐蝕、摩擦磨損磨蝕和環境斷裂。
腐蝕、磨損、斷裂既是工業產品的失效的表現,也是工業產品失效的根源。制造環境、自然環境和運行環境共同作用下,材料的腐蝕、磨損、斷裂引發了“中國制造”的產品、設備、裝備和重大工程項目提前損傷、提前破壞、提前失效。
這些損傷的根源則主要來自以下三點:
(1)在加工制造過程中,損傷了材料固有的耐蝕性、耐摩性和表面完整性,留下了隱患。
(2)在運行過程中,動應力、靜應力、溫度、壓力、介質等對制成零部件的材料的破壞作用。
(3)在停機或使用過程中,各種自然環境,包括濕度、溫度、氣壓、大氣污染等的腐蝕作用和對摩擦副的損害作用。
這三種作用往往是協同進行,互為加重,使材料出現腐蝕、摩擦磨損磨蝕、疲勞和腐蝕疲勞,造成材料及其制成品提前失效,引發了種種事故,造成了國家和人民生命財產的重大損失,浪費了資源、能源、污染了環境。
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標簽: 材料延壽可持續發展

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