汽车零件失效理论汽车维修.ppt

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1、第二篇 汽车维修基础第5章 汽车零部件失效理论,要点:1、汽车零部件失效的概念、分类及原因 2、汽车零部件失效机理、特征及规律 3、了解汽车技术状况的定义及变化规律,5-1 汽车失效规律,技术状况参数：评价汽车使用性能的物理量和化学量。如发动机的输出功率、转矩、油耗、排放，汽车噪声和踏板自由行程等。,一、汽车技术状况,1.汽车技术状况概述 汽车技术状况是指能够定量测得的、表征某一时刻汽车外观和性能的参数值的总和。,表征汽车技术状况的参数,结构参数：表征汽车结构的各种特性的物理量。如几何尺寸、声学、电学和热学参数等。,汽车技术状况的表述,汽车完好技术状况 指汽车完全符合技术文件规定要求的状况，即

2、汽车技术状况的各种参数值都符合技术文件的规定。,汽车不良技术状况 指汽车不符合技术文件中规定的任一要求的状况。处于不良技术状况的汽车有以下几种可能：,主要使用性能指标不符合技术文件的规定；,主要使用性能指标完全符合技术文件的规定，仅外观、外形及其他次要性能参数值不符合技术文件的规定，且不影响汽车完全发挥自身的功能。,2.汽车的工作能力与汽车故障,汽车的工作能力 汽车按技术文件规定的使用性能指标，执行规定功能的能力，称为汽车的工作能力。,汽车故障 汽车故障是指汽车部分或完全丧失工作能力的现象。只要汽车的工作能力遭到破坏，汽车就处于故障状态。如汽车的油耗或排放超出了技术文件的规定，汽车虽然仍可继续

3、行使，但它是处于故障状态的。,3.汽车技术状况变化的外观特征,1）汽车动力性变差。（功率、加速时间）,2）汽车燃料消耗量和润滑油消耗量显著增加。,3）汽车制动性能变差。,4）汽车操纵稳定性能变差。,5）汽车排放和噪声超限。,6）汽车在行使中出现异响和异常振动，存在着引起交通事故或机械事故的隐患。,7）汽车的可靠性变差，使汽车因故障停驶的时间增加。,二、汽车零部件失效规律,1.失效的概念,失效 汽车零部件失去原设计规定的功能成为失效。失效不仅是指完全丧失原定功能，而且还包含功能降低和有严重损伤或隐患，继续使用会失去可靠性和安全性的零部件。,失效模式 是指失效件的宏观特征。,失效机理 导致零部件失

4、效的物理、化学或机械的变化原因。,2.汽车技术状况的变化类型 渐进型 汽车技术状况的参数是随行使里程或时间作单调变化的，可用一定的回归函数式表示其变化律。对于渐进性故障，原则上可通过及时的维修来防止故障的发生；同时，还可以通过其变化规律来预测故障的发生和对汽车进行不解体检测。汽车零部件的磨损、间隙变化和机油消耗量以及润滑油中杂质的含量都按这一规律变化。,突发型 汽车技术状况的变化过程是随机的，没有确定的形式，无规律可循，即汽车的总成或部件达到极限状态时间是随机的、偶发的。一般受汽车的使用条件、操作水平、零件材料的不均匀性及隐伤和缺陷等随机因素所影响。如车架、曲轴、转向节指轴的疲劳断裂，就会在瞬

5、间使汽车丧失工作能力，而与进入故障的概率和汽车过去的工作状况无关。,三、汽车失效的原因,（1）设计制造：设计不合理、制造工艺不当、材料选择不当、加工及配合精度不够等；,（2）使用与维修：超载、超速、润滑效果不良、滤清效果不好、违反操作规程等；零件清洁度不够、装配不良、零件修复工艺不当等。,（3）工作条件：1）道路条件的影响 路面的平整度；2）运行条件的影响 交通流量；3）运输条件的影响 作业性质；4）气候条件的影响 环境温度、湿度和风速。,（4）零件耗损：磨损、变形、疲劳断裂、腐蚀、老化。,5-2 汽车零部件失效分析,汽车零部件的失效分析，是研究汽车零部件丧失规定功能的原因、特征和规律，其目的

6、是提高汽车的可靠性和使用寿命。,磨损：磨料磨损、粘着磨损、疲劳磨损、腐蚀磨损、微动磨损；,老化：龟裂、变硬。,一、汽车零部件失效类型,变形：弹性变形和塑性变形；,疲劳断裂：高应力低周疲劳、低应力高周疲劳、腐蚀疲劳、热疲劳；,腐蚀：化学腐蚀、电化学腐蚀、穴蚀；,二、汽车零件摩擦基础知识,1.概念 两物体之间相互运动，使其接触表面产 生运动阻力的现 象称为摩擦。,2.分类 按零件表面润滑状态的不同，摩擦可分为以下四种类型。,固体摩擦（干摩擦）,摩擦副之间完全没有润滑介质时的摩擦。处于干摩擦状态下的摩擦副表面会产生较大的运动阻力，使零件表面急剧磨损；所以，汽车上除了有意加以利用的特殊场合外，一般不希

7、望发生干摩擦。,汽车上离合器、制动器的摩擦副属于干摩擦；气缸壁上部与活塞环之间以干摩擦和边界摩擦为主；曲轴轴径和轴承之间，在工作过程中受冲击载荷作用时会出现干摩擦。,流体摩擦（液体摩擦）,相对运动的摩擦副表面不直接接触，而是被一层厚度为1.52.0m的润滑油膜完全隔开的摩擦。处于流体摩擦状态下的摩擦副，其摩擦阻力很小（k=0.0010.008），因此零件的磨损也非常轻微。汽车上大部分摩擦副在正常状态下都处于流体摩擦。,边界摩擦,在边界摩擦状态下，由于摩擦副表面之间的油膜厚度很小，在工作中受冲击载荷和高温等作用很容易被破坏，所以不如流体摩擦可靠。,相对运动的摩擦副表面之间被一层极薄的（通常只有几

8、个分子直径，1个分子直径=10-10 m）、具有特殊性质的润滑油膜所隔开的摩擦。当流体摩擦的润滑油膜形成的条件不断恶化时（如润滑油粘度、摩擦副表面相对运动速度持续降低或外载荷不断增大），流体摩擦将逐渐演变为边界摩擦。,两摩擦副表面之间同时存在干摩擦、流体摩擦和边界摩擦的摩擦。,混合摩擦,把零件的摩擦分为干摩擦、流体摩擦和边界摩擦只是为了讨论问题方便而已。实际上，零件通常都是在混合摩擦状态下工作的；各类摩擦是可以相互转换的，其摩擦状态随工作条件的变化而变化。如：长时间停车后重新起动的发动机，其气缸壁与活塞环摩擦副表面之间的摩擦。,三、汽车零件磨损,1.汽车零件磨损的概念 汽车零件的磨损是指零件工

9、作表面的物质由于相对运动而不断耗损的现象。,磨损是伴随摩擦而产生的必然结果，磨损的发生将造成零件形状、尺寸及表面性质的变化，使零件的工作性能逐渐降低；,磨损是个十分复杂的现象，它与零件的 材料、形状、硬度、表面加工质量、受力状况、工作条件（载荷、温度、相对运动速度、润滑条件）等有关；,磨损失效是影响汽车零件可靠性的主要因素，汽车上大约有75的零件是由于磨损而报废的。,2.汽车零件磨损的分类 按照零件的表面破坏机理和特征可将汽车零件的磨损分为:磨料磨损粘着磨损表面疲劳磨损腐蚀磨损微动磨损,3.汽车零件磨损失效分析磨料磨损1）磨料磨损的概念 物体表面与硬质颗粒或硬质凸出物（包括硬金属）相互摩擦引起

10、表面材料损失的现象称为磨料磨损。磨科磨损是最常见的，同时也是危害最为严重的磨损形式。在各类磨损形式中，它大约占磨损总消耗的50。2）磨料磨损的失效机理 磨料磨损机理是属于磨料的机械作用，这种机械作用在很大程度上与磨料的性质、形状、尺寸大小以及载荷作用下磨料与被磨表面的机械性能有关；对于汽车零件磨料磨损的失效机理，目前存在四种假说。,以微量切削为主的假说,以断裂为主的假说,以疲劳破坏为主的假说,以压痕为主的假说,3）磨料磨损的特点 磨损剧烈,创造良好的润滑条件。,4）减轻磨料磨损的措施,对于汽车零件来说，磨料磨损的发生一般处于两种情况：,粗糙的硬表面将软的摩擦副表面划伤；,由于汽车工作环境所带来

11、的磨料以及摩擦表面脱落并在摩擦中被强化了的颗粒所产生的作用。,因此，减轻磨料磨损的具体措施有：,汽车零件在设计上应选择合适的耐磨材料；在制造过程中，应尽量提高零件的表面加工质量与硬度。,在使用与维修中，应设法防止外界磨料进入各总成内部，并进行良好的维护。,避免汽车在含尘率大的土路上列队行驶；,防止燃油、润滑油在存储和运输中混入杂质；,改善“三滤”的滤清质量；,密封曲轴箱、变速器壳体、驱动桥壳体、进气管接头等；,加强总成装配前的清洁工作。,粘着磨损,1）粘着磨损的概念 摩擦副相对运动时，由于固相焊合作用的结果，造成接触面金属耗损的现象，称为粘着磨损。粘着磨损是缺油或油膜被破坏后（大负荷、高温等）

12、，发生干摩擦的结果。严重时会使摩擦副咬死，如“抱轴”。,2）粘着磨损的失效机理,第一类粘着磨损（冷焊）,缺油或油膜被破坏,零件表面的微凸体直接接触,接触面积小、接触应力大,微凸体塑性变形,冷焊粘着,粘着点剪断,再粘着,再剪断,零件表面材料不断耗损。,第二类粘着磨损（热磨损）,缺油或油膜被破坏,干摩擦,摩擦功转化成热量,零件表面接触点温度升高,接触点软化或熔化,粘着,剪断,再粘着,再剪断,零件表面材料不断耗损。,严重时会造成相对运动的停止，如“抱轴”、“拉缸”。,设法减小粘着磨损系数K。选用不同金属或互溶性小的金属组成摩擦副；选用金属与非金属材料组成摩擦副；合适的表面粗糙度；创造良好的润滑条件。

13、汽车在使用过程中应避免长时间超载运行。零件制造时应尽可能提高配合副表面硬度。,3）防止或减小粘着磨损的措施,防止热磨损的发生设法减少摩擦区域形成的热量，使摩擦区域的温度低于金属热稳定性的临界温度和润滑油热稳定性的临界温度：在设计上，采取摩擦区域强制冷却的结构；在维修中，注意摩擦副的配合间隙；走合期要低速轻载；采用合适的润滑剂和表面化学处理形成表面膜。（磷化、镀铜）设法提高金属热稳定性和润滑油热稳定性，选用热稳定性高的合金钢并进行正确的热处理。,1）疲劳磨损的概念 两接触表面在交变接触压应力的作用下，材料表面因疲劳而产生物质损失的现象。汽车上较易出现该类磨损的配合副通常有：齿轮副、凸轮副、滚动轴

14、承以及巴氏合金轴承表面材料的疲劳剥落等。这些摩擦副共同的工作特点是：摩擦表面的相对运动形式为滚动或滚动+滑动。,3.汽车零件磨损失效分析,疲劳磨损,2）疲劳磨损的失效机理 表面疲劳磨损是疲劳和摩擦共同作用的结果，其失效过程可分为两个阶段：首先是疲劳核心裂纹的形成，然后是疲劳裂纹的发展，直至材料微粒的脱落。对于表面疲劳磨损初始裂纹的形成有以下三种理论。最大剪应力理论油楔理论过渡区理论,材料：零件材料中含有非金属杂质，特别是脆性夹杂物（如氧化铝、硅酸盐、氮化物等）时，零件表面易产生疲劳裂纹。（夹杂物与基体的交界处引起应力集中）,3）影响表面疲劳磨损的因素,表面疲劳磨损与零件的材料、热处理的金相组织

15、、表面粗糙 度、接触精度以及润滑状况等有关。,强度与硬度：零件材料的抗断裂强度愈大、硬度愈高，其抗疲 劳磨损能力愈强。,强化层厚度：零件的强化层厚度要合理，使最大剪应力发生在 强化层内（0.393B），可提高抗疲劳磨损能力。,表面粗糙度愈小、接触精度愈高，其抗疲劳磨损能力愈强。,润滑油粘度较高时，由于接触面压应力近乎均匀，同时油 液 不易渗入裂纹，从而提高了零件表面抗疲劳磨损能力。,1）腐蚀磨损的概念 零件表面在摩擦过程中，表面金属与周围介质发生化学或电化学反应，而出现物质损失的现象称为腐蚀磨损。腐蚀磨损是腐蚀和摩擦共同作用的结果；其表现的状态与介质的性质、介质作用在摩擦表面上的状态以及摩擦材

16、料的性能有关。2）腐蚀磨损的类型 腐蚀磨损通常分为氧化磨损、特殊介质腐蚀磨损、气蚀及氢致磨损。,腐蚀磨损,氧化磨损 氧化磨损普遍存在于摩擦副中，其损坏特征是在金属零件的摩擦表面上沿滑动方向呈现均匀细微的磨痕（如曲轴轴颈、气缸、活塞销、齿轮啮合表面、滚珠或滚柱轴承等零件都会产生氧化磨损）。氧化磨损的磨损率在各种磨损中是最小的，且氧化膜的生成还有利于防止粘着磨损。失效机理：由于金属材料表面与空气或润滑油中的氧相互作用，使金属表面生成单分子层氧化膜（当零件相对运动时，金属表面和周围介质之间相互作用的活性迅速增加，表面上形成氧化膜的速度更快）。如果摩擦表面微凸体上的氧化膜由于摩擦遭到破坏而脱落，那么在

17、下一次摩擦接触前又形成新的氧化膜，这样反复进行而使零件表面产生氧化磨损。,特殊介质腐蚀磨损 摩擦副与酸、碱、盐等特殊介质作用生成各种产物，在摩擦过程中不断被磨去的现象称为特殊介质腐蚀磨损。其磨损机理与氧化磨损相似，但磨损速度较快，磨损率随介质的腐蚀性增大而变大。发动机气缸壁是发生特殊介质腐蚀磨损的典型。发动机气缸内的燃烧产物中含有碳、硫和氯的氧化物、水蒸汽和有机酸等腐蚀性物质，可直接与缸壁起化学作用，也可溶于水形成酸类腐蚀缸壁，前者称为化学腐蚀，后者称为电化学腐蚀，其腐蚀强度与温度有关。,润滑油氧化时将生成有机酸，对轴承材料中的铅、镉有很大腐蚀作用，开始时在轴承表面形成黑点，并逐渐扩展成海绵状

18、空洞，在摩擦过程中呈小块剥落，因此要严格控制润滑油中的酸值。,气蚀（穴蚀）气蚀的概念：气蚀是当零件与液体接触并有相对运动时，零件表面出现的一种损伤现象。,腐蚀磨损,发动机湿式缸套的外壁与冷却液接触的表面、滑动轴承在最小油膜间隙之后的油膜扩散部分(由于负压的存在)，都可能产生穴蚀。,失效机理：气蚀是由于冲击应力而造成的表面疲劳破坏。液体与零件接触的局部压力低于当时水温下水的饱和蒸汽压时，水中将产生气泡；同时溶解于水中的气体也可能析出而形成气泡。当气泡流到高压区时溃灭而产生极大的瞬间冲击力和高温。在气泡形成和溃灭的反复作用下，便可使零件的表面产生疲劳而逐渐脱落为麻点，随后成泡沫海绵状。气蚀是一种比

19、较复杂的破坏现象，它往往不单纯是机械力所造成的破坏，液体的化学和电化学作用、液体中含有的磨料均可加剧这一破坏过程。,气蚀（穴蚀）,影响气蚀的因素（以气缸套为例）从力学角度讲，提高缸套的结构刚度，可减小振动强度，从而减轻气蚀。采用上厚下薄的不等厚缸套；在缸套下部的密封胶圈上方装置减振胶圈；增加承孔高度，减小配合间隙。活塞对气缸的冲击力、作用面积都会影响缸套的振动强度。合理分配活塞销上下两部分活塞重量以及活塞销偏置，可减小活塞换向时的冲击力。适当加长活塞长度，减小活塞的倾斜度，并使其与缸套的接触面积增加，可减轻缸套的振动。,修理装配质量装配位置误差：活塞在气缸内偏斜，会使活塞对气缸产生附加载荷而增

20、大缸套的振动；活塞气缸的装配间隙：缸壁间隙越小，活塞横摆时引起的冲击力及由此引起的气蚀也就越小。冷却系的结构和冷却特性冷却水温度：最易产生气蚀的冷却水温度为40-60。因此，即使是为了减轻气蚀也应保持发动机的正常工作温度。（85-95）冷却水套的宽度：加宽水套，使冷却均匀，减小气泡爆破时的影响；消除局部涡流及死水区；控制水泵排量。冷却水套的洁净程度：,使用优质冷却水。冷却水中含有杂质，水易被分离而形成气泡；冷却水中加乳化剂。含盐类和碱类的硬水，在腐蚀和穴蚀的作用下，其穴蚀的速度是清洁水的几十倍。,氢致磨损 含氢的材料，在摩擦过程中由于力学和化学作用而导致氢的析出，氢扩散到金属表面的变形层中，使

21、变形层内出现大量的裂纹源，裂纹的产生和发展，使表面材料脱落。,一类是构件原设计两接触面是静止的，微动是由于配对组件之一受交变应力或振动引起的。如联接件（花键、螺栓、销）的接合面、静配合的轴与孔的表面、金属静密封件等。在这一类中，法向载荷往往很大，所以首要问题是微动磨损会使接触处产生疲劳裂纹，降低构件的疲劳强度；其次才是因为微动磨损造成配合面的松动，而松动又有可能加速疲劳裂纹的扩展和磨损。,微动磨损,1）微动磨损的概念,微动磨损是在两相互压紧的金属零件表面发生微幅相对振动时所产生的一种特殊磨损形式。,在工程上，微动磨损经常发生在机械零件中，通常可分为两类。,另一类是各种运动副在停止转动时，由于环

22、境振动而产生的微动。如轴承中的滚珠（柱）与滚道之间、铰链联接、电器触点、各种柔性联轴器和传动装置等。在这一类中，主要因微动造成零件表面粗糙和磨屑聚集，使运动阻力增加或振动增大，严重时可胶合，造成运动失灵。如停止转动的滚珠（柱）轴承，由于微动可在其滚道上产生所谓的伪布氏压痕。,2）失效机理 接触压力使结合面上实际承载峰顶发生塑性变形和粘着，外界小振幅的振动将粘着点剪切脱落，脱落的磨屑和剪切面与大气中的氧反应，发生氧化磨损，产生红褐色Fe2O3的磨屑堆积在表面之间起着磨料作用，使接触表面产生磨料磨损。如果接触应力足够大，微动磨损点形成应力源，使疲劳裂纹产生并发展，导致接触表面破坏。因此，微动磨损是

23、一种复合形式的磨损。是粘着磨损、氧化磨损、磨料磨损三种磨损形式的组合。微小振动和氧化作用是促使微动磨损的主要因素。,微动磨损,4.配合副的磨损特性,汽车零件的磨损过程，即从开始工作直至最后失效，其磨损量与工作时间具有一定的规律零件的磨损特性。遵循该磨损规律的曲线，称为磨损特性曲线，汽车零件的正常磨损可分为三个阶段。,走合：新车或大修车运行初期，改善零件摩擦表面机何形状和表面物理机械性能的过程。,走合期（）,随着走合期的进展，两摩擦表面配合状况迅速改善，实际接触面积迅速增加，使真实接触点上的接触压力降低；配合间隙的增大和表面状况的改善也有利于润滑油膜的形成；此外，零件表面的金属还发生了加工硬化。

24、伴随着以上现象的发生，零件的磨损率锐减，磨损也趋于正常。,汽车零件经过走合期后就进入了正常工作期。由于零件已经过初期走合阶段，摩擦表面真实接触面积、表面几何形状、摩擦副配合间隙都处于理想状态，真实接触面上的压力变小，油膜强度增大，再加上表面层强化作用明显，因而磨损率最低，一般为一常数。因此，正常工作期内汽车零件的磨损量随行驶里程的增加而缓慢增加，两者呈线性关系。在此期间，对发动机的主要摩擦副而言，造成磨损的主要原因是磨料磨损和腐蚀磨损。,正常工作期（）,使用中的汽车进入改期后，由于配合间隙已达到或超过极限值，使零件表面间的冲击载荷增大，而且，由于间隙过大，使润滑油流失严重，流体润滑油膜极易遭到

25、破坏，从而使零件的磨损量大幅度增加。汽车进入极限磨损期后，如不进行修理而继续使用，则会使汽车零件的磨损由正常磨损转换为事故性磨损，造成零件迅速损坏，汽车的技术状况急剧变坏，工作能力迅速下降。,极限磨损期（）,汽车走合期与正常工作期的使用、维修水平都将影响磨损特性曲线的走向，从而影响零件的使用寿命。,4.配合副零件的磨损曲线与走合水平的关系,磨损通常是由多种磨损形式共同作用造成的，其磨损强度与零件的材料性质、加工质量以及工作条件等因素有关。材料性质 正确选用摩擦副材料是提高汽车零件耐磨性的一个重要手段。由于不同材料组成的摩擦副发生的磨损形式不同，所以在汽车修理特别是旧件修复过程中，选择材料应有针

26、对性。加工质量及表面处理 零件的加工质量主要是指表面粗糙度和几何形状误差。表面粗糙值过大，会破坏油膜的连续性，造成零件表面凸起点的相互咬合；同时，腐蚀性物质更易沉积与零件表面，使腐蚀磨损加剧。,5.影响汽车零件磨损的因素,几何形状误差过大，会造成零件在工作中受力不均匀或产生附加载荷，使磨损加剧。为了提高摩擦副表面的耐磨性，在零件制造过程中，往往采用许多表面处理方法：表面淬火、渗碳、碳氮共渗、磷化、镀铬、喷钼，表面强化处理（滚压、挤压、喷丸）等。活塞环表面镀铬、喷钼；延长活塞环使用寿命35倍，减少气缸磨损3040。驱动桥主减速器圆锥齿轮在热处理及精加工后，予以厚度为0.0050.01mm的磷化或

27、镀铜、镀锡处理，防止初期使用发生粘着、擦伤。,工作条件 工作条件是指零件工作时的润滑条件、运动速度、单位压力以及工作温度等。润滑条件 减小摩擦与磨损的有效方法是在摩擦副之间建立并保持流体润滑，使两摩擦表面完全被油膜隔开。保证流体润滑的条件：以适当的压力供给必须的润滑油；配合副表面的几何形状、尺寸及配合间隙能适应工作载荷、相对运动速度和润滑油粘度的要求；选择粘度适度和粘温特性好的润滑油并定期更换；在润滑油中加入油性和极压添加剂，能大幅度提高润滑油膜的吸附能力以及油膜强度。,运动速度零件相对运动速度的提高，有利于润滑油膜的形成，使磨损减轻；零件相对运动速度过快，使摩擦产生的热量增加并不能及时散去，

28、会导致润滑油粘度下降，油膜变薄，承载能力降低，出现边界摩擦甚至干摩擦，加剧零件磨损。单位压力 零件表面上单位压力升高，零件的磨料磨损增加。当 载荷超过油膜的承载能力时，摩擦表面的油膜将被破坏，引起粘着磨损。工作温度温度过高，使润滑油粘度下降，油膜变薄，磨损增加；温度过低，腐蚀性介质更容易冷凝于零件表面，使腐蚀磨损增加。,6、走合里程的规定 走合期的长短取决于零件加工精度、装配质量、润 滑油品质、运行条件、驾驶技术，一般制造厂都有明确的规定。较多车的行驶里程为2000500km，相当于4060个工作小时。也有部分品牌的车的走合期规定较长,四、汽车零件的腐蚀,零件受周围介质作用而引起的损坏称为零件

29、的腐蚀。按腐蚀机理可分为化学腐蚀和电化学腐蚀，汽车上约20的零件因腐蚀面失效。1.化学腐蚀概念 金属零件与介质直接发生化学作用而引起的损伤称为化学府蚀。金属在干燥空气中的氧化以及金属在不导电介质中的腐蚀等均属于化学腐蚀。失效机理 化学府蚀过程中没有电流产生，通常在金属表面上形成一层腐蚀产物膜，如铁在干燥空气中与空气中的氧作用：,铝合金零件表面形成的氧化铝膜；发动机活塞环镀铬后，因铬和铬的氧化物硬度高，氧化 铬膜不易磨掉，从而大大提高了其耐腐蚀磨损的性能。,这层氧化膜的性质决定化学腐蚀速度：,如果氧化膜疏散的、不完整的，强度、塑性都较差，膨 胀系数和基体金属相差较大，则氧化膜很容易从基体金 属上

30、脱落，而基体金属就会很快被氧化，从而使金属的 腐蚀速度加快；,如果氧化膜是完整的，强度、塑性都很好，膨胀系数和 金属相近，膜与金属的粘着力强，它就有保护金属、减 缓腐蚀的作用。如：,2.电化学腐蚀概念 金属与介质发生电化学反应而引起损坏的现象。电化学腐蚀是两种不同的金属在一个导电溶液中形成一对电极，产生电化学反应而发生腐蚀作用，使充当阳极的金属被腐蚀。其持点是在金属不断遭到腐蚀的同时还有电流产生，如金属在酸、碱、盐溶液及潮湿空气中的腐蚀等。失效机理 引起电化学腐蚀的原因是金属与电解质相接触，由于离子交换，产生电流形成原电池，这种原电池，由于电流无法利用，使阳极金属受到腐蚀，称为腐蚀电池。,阳极

31、反应：,阴极反应：,防止化学腐蚀的方法 在汽车零件中，主要采用覆盖层的方法来防止化学腐蚀。金属性覆盖层：镀铬、镀锡、镀铜等；非金属性覆盖层：表面涂漆、包覆塑料层等；用化学或电化学方法，在零件表面生成一层致密的保护膜。如：发蓝生成一层氧化膜；磷化生成一层磷化膜。,五、汽车零件的老化 橡胶、塑料制品和电子元件等汽车用零件，随着时间的增长，原有的性能会逐渐衰退称为老化现象。这类元件、制品不论工作与否，老化现象都会发生，如橡胶轮胎、塑料器件等长期贮存也会发生龟裂、变硬等老化症状。,六、汽车零件的疲劳断裂,零件在交变应力作用下，经过较长时间工作而发生的断裂现象称为疲劳断裂。疲劳断裂是汽车零部件中常见的失

32、效方式之一，也是危害性最大的一种失效方式。,1.疲劳断裂失效的分类,在交变载荷下，金属零件表面产生不均匀滑移、金属内的非金属夹杂物和应力集中（如台阶、尖角、键槽等）均可能是产生疲劳裂纹核心的策源地。,2.疲劳断裂失效机理,金属零件疲劳断裂实质上是一个累积损伤过程。大体上可划分为滑移、裂纹成核、微观裂纹扩展、宏观裂纹扩展、最终断裂几个过程。,疲劳裂纹的萌生,.第二阶段：裂纹按第一阶段扩展一定距离后改变方向，沿与主应力垂直的方向扩展，该阶段裂纹扩展途径是穿晶的，扩展速率较快。,疲劳裂纹的扩展,在没有应力集中的情况下，疲劳裂纹的扩展可分为两个阶段。,.第一阶段：在交变应力的作用下，裂纹从策源地开始，

33、沿着 最大切应力(和主应力成4045）的晶面向内扩展。该阶段的扩展速率很慢，若在应力集中的情下，则不出现第一阶段，直接进入第二阶段。,3.疲劳裂纹断口宏观形貌特征 典型的宏观疲劳断口可分为三个区域：疲劳源（疲劳核心）、疲劳裂纹扩展区、最后断裂区（瞬时断裂区）。,疲劳源 疲劳源是疲劳破坏的起始点，一般位于零件表面的应力集中处或有划痕、非金属夹渣等表面缺陷处；如果材料的内部有缺陷或表面经过强化，疲劳源也可能产生在表面以下的薄弱环节处。,疲劳源区的断面具有相当光滑和细“晶粒”的表面结构；由于疲劳裂纹扩展缓慢以及裂纹反复张开与闭合效应 而磨损严重引起的。疲劳断口上的疲劳源数目有时会有多个，尤其是过负荷

34、疲劳时。疲劳线密度越大，表示疲劳源起源的时间越早。,疲劳裂纹扩展区 疲劳裂纹扩展区是疲劳断口最重要的待征区域。具有一系列以疲劳源为中心，与裂纹方向相垂直的同心环纹，即疲劳线。,疲劳线是裂纹扩展过程中载荷的性质和大小变化的痕迹。由于零件的有效承载截面随着裂纹的不断扩展而减小，使每次循环应力裂纹扩展的逐渐加大，越是远离疲劳源的疲劳线的间距越大。,疲劳裂纹扩展区比较光亮、平整。这是由于疲劳断口在交 变载荷的作用下反复挤压、研磨的结果。,展，即具有足够的断裂韧性。有些金属零件在交变应力的作用下发生断裂失效，宏观断口观察不到疲劳线，这是由于断口表面多次反复压缩而摩擦，使该区变得很光滑，呈细晶状。,裂纹扩

35、展区对衡量材料的性能很重要。这个区域大，表示材料的临界裂纹尺寸大(在其它条件基本相似的情况下)，能较好地抵抗裂纹的扩,最后断裂区（瞬间断裂区）最后断裂区是当疲劳裂纹扩展到临界尺寸时，剩余截面上的真实应力超过材料强度，零件发生瞬时断裂的区域。,脆性材料的断口呈粗糙的“晶粒”状结构或呈放射线；塑性材料的断口具有纤维状结构，在零件表面有剪切唇。,疲劳扩展区与瞬时断裂区所占面积的大小与材料的性质及所受的应力水平有关。高强度材料塑性差，承受应力水平高，疲劳裂纹稍有扩展即导致过载静断，所以它的疲劳扩展区小，而瞬时断裂区大。塑性材料承受应力水平低时，即使疲劳裂纹有较大扩展，其剩余截面上的应力仍不高，不会立即

36、断裂，瞬时断裂区所占比例就小。因此可根据疲劳断口两个区域所占比例，估计所受 应力及应力集中程度的大小。疲劳断裂因载荷类型不同，其断口形态也不一样。载荷的类型、应力集中和名义应力的大小对疲劳断口宏观形态的影响见下表。,搞好次负荷锻炼 汽车零件在低于或接近疲劳极限的较小负荷下运转一定周次后，可使其疲劳抗力提高，此现象为次负荷锻炼。,5.提高汽车零件抗疲劳断裂能力的方法,为了防止汽车零件产生疲劳失效，在汽车使用与维修方面可采取以下主要措施。,避免超载、超速使用，防止过负荷损害。虽然零件材料有一定的抗过负荷损害能力，但长期严重超载运行，容易进入过负荷损害区，引起疲劳寿命的降低。,4.影响汽车零件疲劳强

37、度的因素 结构设计、生产工艺、使用维修,延缓疲劳裂纹萌生时间。表面强化处理表面热处理：某些表面热处理的方法，由于在改变零件表层组织、成分和性能强化的同时，还产生有利的残余应力，可以提高零件的疲劳抗力。如：曲轴轴颈经氮化处理后，不仅使轴颈具有极高的耐磨性，而且还可使曲轴的疲劳强度提高3040。冷变形强化处理（表面喷丸、挤压、滚压等）：使零件表层产生有利的残余应力，可部分抵消工作拉应力；另外还可降低零件表面粗糙度，减轻了应力集中现象，从而提高零件的疲劳寿命。,提高金属材料的纯洁度、减小夹杂物尺寸以及提高零件表面完整性设计水平，尽量避免应力集中的现象等，都是抑制或推迟疲劳裂纹产生的有效途径。,止裂孔

38、法。扩孔消除法。刮磨修理法。局部增加有效截面。,降低疲劳裂纹扩展速率,提高疲劳裂纹门槛值Km的长度 金属零件裂纹扩展的门槛值是指：疲劳裂纹不扩展（稳定）时的最高应力强度因子幅，一般取疲劳裂纹扩展速率 时K的值，该值由试验确定。（通过试验来检验零件结构和加工工艺的合理性）,零件在使用过程中，由于承载或内部应力的作用，使零件的尺寸和形状改变的现象称为零件的变形。1.零件变形失效的类型 弹性变形失效 零件在外力作用下发生弹性挠曲，其挠度超过许用值而破坏零件间相对位置精度的现象称为弹性变形失效。在弹性变形范围内，零件所受的应力并未超过弹性极限，应力与应变之间的关系仍遵循虎克定律。材料弹性模量是弹性变形

39、的失效抗力指标，零件的截面积越大，材料弹性模量越高，则越不容易发生弹性变形失效。,七、汽车零件的变形,塑性变形失效 零件的工作应力超过材料的屈服极限造成塑性变形而导致的失效称为塑性交形失效。经典的强度设计都是按照防止塑性变形失效来进行的，即不允许零件的任何部位进入塑性变形状态。随着应力分析技术的发展，目前在设计中已逐渐采用塑性设计的方法，即在不影响工作性能的前提下，允许局部区域发生塑性变形。但采用塑性设计方法时，对应力分析、工作条件估计以及材料选择应做到精确、合理，否则就会出现塑性变形失效。如花键扭曲、螺栓被拉长等。在给定外载荷条件下，塑性变形失效取决于零件截面的大小、安全系数值及材料的屈服极

40、限。材料的屈服极限超高，则发生塑性变形失效的可能性越小。,残余应力 汽车上 重要的壳体零件如气缸体、变速器壳体等都是铸件，铸件在生产过程中由于种种原因会在其内部产生残余应力。,蠕变失效 蠕变是指材料在一定应力作用下，随时间延长，变形不断增加的现象。蠕变变形失效是由于蠕变过程不断发生，产生的蠕变变形量或蠕变速度超过金属材料蠕变极限而导致的失效。,2.零件变形失效的原因,残余应力能使铸件自发地变形而减小内应力，趋于稳定状态。显然，只有受拉应力的部分被拉长或受压应力的部分被缩短时，才能使铸件中的残余应力减小。,热应力：铸件在冷却过程中，由于各部分冷却速度不 同，便会造成同一时刻各部分收缩量不同，使铸

41、件内部相互制约，结果产生应力。,相变应力：具有固态相变的合金铸件各部分在冷却过程中由于散热条件不同，它们到达相变温度的时间也 不同，各部分相变的程度也不同所引起的应力。,铸件变形的结果将导致其产生弯曲变形，变形的方向是：厚的部分向外凸，薄的部分向内凹。,铸件产生变形后，往往只能减小内应力，而不能完全消除内应力。所以，汽车铸造零件经过使用磨损或机械加工修理后，由于失去平衡的残余内应力存在于零件内部，故经过一段时间后又会产生二次变形，从而使零件失去应有的精度，并导致总成甚至整车的工作性能恶化。,工作温度 由于金属材料的弹性极限随温度的升高而减小，即变形抗力降低。所以在较高温度条件下工作的汽车零件，

42、更易发生变形。（如离合器摩擦片的挠曲变形、制动鼓、排气歧管的变形等）,外载荷 汽车零件尤其是底盘系统的零件，在使用过程中，外载荷引起的工作应力可能会超过材料的弹性极限而造成 变形。,汽车超载且在路面条件较差、产生冲击动载荷的情况下使用；,汽车在正常情况下使用，当外载荷引起的工作应力与残余应力方向一致时。,3.基础件的变形基础件：保证本组合或总成中所有组成部分均能处于规定位置的零件。如气缸体、车架等。显然，基础件的变形对总成和整车的工作质量和使用寿命具有重要的影响。气缸体 气缸体变形后可能引起各位置度误差的改变。气缸轴线对主轴承承孔公共轴线的垂直度误差的增大。该项误差会造成活塞在气缸内偏斜，使活

43、塞在气缸内的上下往复运动受阻，摩擦阻力增大，磨损加剧，影响发动机的使用寿命。同时伴随动力性、经济性和排放污染的恶化。试验表明：当该项误差在200mm的长度上，由0.05mm增加到0.18mm时，气缸的磨损量将增加30。,气缸体各曲轴轴承承孔轴线同轴度误差过大，会造成曲轴轴颈和轴瓦磨损加剧，并在曲轴上产生附加动载，加速其疲劳失效。变速器壳体 变速器壳体变形，会使一、二轴轴承承孔公共轴线对 中间轴轴承承孔轴线的平行度误差增大，从而造成：变速器传递的扭矩产生较大的不均匀性，使传动系产生动载荷，影响其使用寿命；自动脱挡；轴向力锁止力+摩擦力加剧齿轮磨损并产生较大的工作噪声。主减速器壳体 主减速器壳体变形，将导致：工作振动大、螺栓易松动、齿轮磨损加剧等。,