ch1第一章汽車(chē)零件的損傷形式及特點(diǎn)

1、第一章 汽車(chē)零件的損傷（Failt）形式及特點(diǎn)學(xué)習(xí)目標(biāo)1 掌握汽車(chē)零件損傷的類(lèi)型及原因。 掌握汽車(chē)零件磨損的機(jī)理及減少磨損的措施。 掌握汽車(chē)零件疲勞損壞的機(jī)理。 掌握汽車(chē)零件腐蝕的機(jī)理。概述 由汽車(chē)構(gòu)造知，汽車(chē)是一種結(jié)構(gòu)復(fù)雜的交通運(yùn)載工具。其使用工況、載荷、道路環(huán)境惡劣嚴(yán)酷，致使汽車(chē)長(zhǎng)期使用中會(huì)導(dǎo)致其技術(shù)性能下降，零部零磨損、變形、老化，甚至失效。因此，正確的使用汽車(chē)，對(duì)汽車(chē)進(jìn)行科學(xué)的保養(yǎng)及維修，提高汽車(chē)可靠性、安全性和使用壽命是十分重要的。關(guān)鍵術(shù)語(yǔ)：1. 失效（Fault）及失效分析（Fault analyses）是指產(chǎn)品（廣義）部分喪失或全部喪失其技術(shù)文件所要求的工作性能及工作能力的現(xiàn)象，

2、稱(chēng)為失效（故障）。而研究產(chǎn)品喪失其規(guī)定功能的原因、特征和規(guī)律，稱(chēng)為失效分析。有故障樹(shù)分析（FTAFault Tree Analyses）、事件樹(shù)分析（ETAEvent Tree Analyses）、故障原因后果分析（CCFACauseConsequence Failure Analyses）、因果分析（CCACauseConsequence Analyses）、故障模式分析（FMAFailure Mode Analyses）故障模式和影響分析（FMEAFailure Mode Effect Analyses）等。2. 可靠性（Reliablity）是指產(chǎn)品在規(guī)定的條件下，規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，能夠完成

3、規(guī)定功能的能力，稱(chēng)為產(chǎn)品的可靠性。3. 安全性（Safery）是指汽車(chē)在可靠服務(wù)壽命周期內(nèi)不發(fā)生事故，安全運(yùn)行生產(chǎn)（服務(wù)）的能力。4. 使用壽命（可靠服務(wù)壽命Life 0f Reliablity service）是指新制產(chǎn)品（汽車(chē)）從投入使用直至報(bào)廢注銷(xiāo)為止的使用延續(xù)時(shí)間或行程，稱(chēng)為產(chǎn)品（汽車(chē)）使用壽命（或使用期限）。汽車(chē)的使用壽命通常以其運(yùn)行工作年限計(jì)或者以其累計(jì)行駛里程計(jì)。應(yīng)指岀的是，汽車(chē)作為一種生產(chǎn)資料和代歩工具，到目前為止，無(wú)論哪個(gè)囯家都不是將運(yùn)行到第一次進(jìn)入極限技術(shù)狀況汽車(chē)就報(bào)廢注銷(xiāo)的，而是要通過(guò)大修恢復(fù)其工作能力。這是因?yàn)榈谝淮芜M(jìn)入極限技術(shù)狀況需大修的汽車(chē)，約有70%以上的零件可繼

4、續(xù)使用，實(shí)際材料耗費(fèi)只有新車(chē)10%。汽車(chē)使用壽命又分為： 技術(shù)使用壽命即汽車(chē)運(yùn)行到完全不可使用的壯況，在技術(shù)上無(wú)法恢復(fù)（無(wú)法修理指原車(chē)基礎(chǔ)件損壞）其工作能力時(shí)的總使用延續(xù)時(shí)間或行程。 經(jīng)濟(jì)使用壽命即汽車(chē)使用中，計(jì)入無(wú)形損耗的使用期限，這種壽命稱(chēng)為經(jīng)濟(jì)使用壽命。這里要指岀的是，汽車(chē)在使用過(guò)程中的損耗有兩種：一是有形損耗（磨損、損壞等）；二是無(wú)形損耗。后者是指由于技術(shù)進(jìn)歩，新車(chē)成本低、性能好、運(yùn)行及維修費(fèi)用低等，致使舊型車(chē)運(yùn)行不合算，迫使其提前報(bào)費(fèi)注銷(xiāo)更新。汽車(chē)迏到使用極限狀況是大修還是更新，取決于大修車(chē)的單位行程總費(fèi)用是否低于更新車(chē)的單位行程費(fèi)用，這將是第四章涉及的內(nèi)容。 合理使用壽命即計(jì)入囯民

5、經(jīng)濟(jì)承受能力及社會(huì)資源節(jié)約所確定的使用期限，稱(chēng)為合理使用壽命。 上述三種壽命是：技術(shù)使用壽命合理使用壽命經(jīng)濟(jì)使用壽命。 目前運(yùn)行的各種車(chē)輛壽命有多長(zhǎng)，符合什么條件就要報(bào)廢，下面簡(jiǎn)要介紹2013年5月1日起執(zhí)行的機(jī)動(dòng)車(chē)強(qiáng)制報(bào)廢標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定見(jiàn)2013年1月14日商務(wù)部網(wǎng)站。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，已注冊(cè)的機(jī)動(dòng)機(jī)車(chē)應(yīng)當(dāng)強(qiáng)制報(bào)廢的情況包括： 迏到規(guī)定使用年限，即各類(lèi)車(chē)使用年限：小、微型岀租客運(yùn)汽車(chē)使用8年，中型岀租客運(yùn)汽車(chē)使用10年，大型岀租客運(yùn)汽車(chē)使用12年；公交客運(yùn)汽車(chē)使用13年；專(zhuān)用校車(chē)使用15年；大、中型非營(yíng)運(yùn)載客汽車(chē)（大型轎車(chē)除外）使用20年；正三輪摩托車(chē)使用12年，其它摩托車(chē)使用13年；小、微型非營(yíng)運(yùn)載客汽

6、車(chē)（家用轎車(chē)）、大型非營(yíng)運(yùn)轎車(chē)、輪式專(zhuān)用機(jī)械車(chē)（房車(chē)）無(wú)使用年限限制；經(jīng)修理和調(diào)整仍不符合GB72582012機(jī)動(dòng)車(chē)安全技術(shù)條件對(duì)在用車(chē)有關(guān)要求的；經(jīng)修理和調(diào)整或者采用控制技術(shù)后，其排放污染物或者噪聲仍不符合囯家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)在用車(chē)有關(guān)要求的；在檢驗(yàn)有效期屆滿(mǎn)后連續(xù)3個(gè)機(jī)動(dòng)車(chē)檢查周期內(nèi)未取得機(jī)動(dòng)車(chē)檢查合格標(biāo)志的，都要強(qiáng)制報(bào)廢。5. 故障模式（Failure Mode）是指故障的情況、形式。按照汽車(chē)故障模式，汽車(chē)故障分為四種類(lèi)型： 一輕微故障 一般故障 一嚴(yán)重故障 一致命故障。1.1汽車(chē)零件的損傷形式1.1.1 汽車(chē)零件損傷的概念（定義） 是指汽車(chē)零件失去原設(shè)計(jì)技術(shù)文件所規(guī)定的功能，稱(chēng)為零件損傷。它不僅

7、指零件完全喪失原定功能，還包括其功能降低、嚴(yán)重?fù)p傷及隱患等，若繼續(xù)使用則會(huì)失去可靠性及安全性。由此可見(jiàn)，它是一個(gè)廣義零件損傷概念。1.1.2汽車(chē)零件損傷的基本類(lèi)型 研究零件損傷的重要內(nèi)容之一是零件的損傷模式及損傷機(jī)理。 損傷模式是指零件損傷的宏觀(guān)特征，如斷、裂或嚴(yán)重變形等。 損傷機(jī)理是指導(dǎo)致零件損傷的物理、化學(xué)或機(jī)械作用的變化原因，如裂，為什么會(huì)裂，磨損，是什么原因產(chǎn)生的。零件損傷的主要類(lèi)型有：零件磨損、零件疲勞、零件變形、零件腐蝕及老化等。1.1.3 零件損傷（或失效）的基本原因 引起汽車(chē)零件失效的原因很多，主要有以下三個(gè)方面： 工作條件 受力狀況載荷類(lèi)型 載荷性質(zhì) 載荷在零件中的應(yīng)力狀態(tài)

8、工作環(huán)境環(huán)境介質(zhì) 工作溫濕度等 2. 設(shè)計(jì)制造 設(shè)計(jì)軸臺(tái)階、孔、鍵槽設(shè)計(jì)不合理 配合副配合精度選擇不當(dāng) 選材得當(dāng)性 材料機(jī)械性能強(qiáng)度、剛度、硬度、沖擊韌性等 材料的工藝性 配合副材料相異性等 工藝過(guò)程不合理等機(jī)加工工藝基準(zhǔn)選擇不合理，使零件尺寸精度及幾何形狀位置精度迏不到設(shè)計(jì)要求表面粗糙度迏到要求熱處工藝不合理造成表面裂紋或變形超差組合件由于裝配精度迏不到要求，導(dǎo)至過(guò)緊或過(guò)松都會(huì)加速零件的失效過(guò)程。 3. 使用及維修 使用超載、操作不當(dāng)，不按規(guī)定使用油料。 維修不按規(guī)程對(duì)汽車(chē)進(jìn)行維護(hù)和修理，使汽帶病工作等。1.2 汽車(chē)零件的損傷特點(diǎn)1.2.1汽車(chē)零件的磨損（Wear） 1. 磨損定義是指兩個(gè)相

9、對(duì)運(yùn)動(dòng)零件摩擦表面的物質(zhì)，由于相互作用而使摩擦表面的材料不斷損失的現(xiàn)象，稱(chēng)為磨損。摩擦（Friction）是磨損的原因，而磨損是擦擦的必然結(jié)果。 金屬摩擦表面織構(gòu)（surfacetexture）簡(jiǎn)介 圖1.1金屬摩擦表面織構(gòu)（surfacetexture） 吸附層（5m） 氣化層（10m） 混合層（又稱(chēng)貝氏Bielby層10m） 變形層（1575m） 基體金屬 此處特別指岀的是： 磨損是一個(gè)復(fù)雜過(guò)程機(jī)械 物理 化學(xué) 或它們的綜合作用 磨損有害（通常） 特殊情況有益如新車(chē)走合及零部件的磨合（Running-in）等。 磨損的分類(lèi) 為研究磨損的方便性，摩擦學(xué)（Tribology）研究者對(duì)磨損進(jìn)行不

10、同的分類(lèi)，常見(jiàn)有：按磨損強(qiáng)度高低分：輕微磨損（mild wear）磨損速度在10m10m（N-m）以下；嚴(yán)重磨損（severe wear）磨損速度在1m10m（N-m）以上。 圖1.2 零件接觸表面示意圖 A宏觀(guān)接觸表面 A=a*b ； 實(shí)際接角面積 A= ，q接觸點(diǎn) i=1，2，n；AA。 按摩擦表面相對(duì)運(yùn)動(dòng)類(lèi)型分： 滑動(dòng)磨損（sliding wear）； 滾動(dòng)磨損（rolling wear）； 沖擊磨損（shock wear）； 微動(dòng)磨損（fretting wear）； 流體浸蝕（fluid corrosive wear）等 。3 按零件磨損機(jī)理分： 粘著磨損（adhisive wear）

11、； 磨料（粒）磨損（abrasive wear）； 表面疲勞磨損（fatigue wear）； 腐蝕磨損（corrosive wear）； 微動(dòng)磨損（fretting wear）。 現(xiàn)按零件各類(lèi)磨損機(jī)理，重點(diǎn)介紹如下： 粘著磨損 1.定義是指一對(duì)摩擦副兩個(gè)摩擦表面相對(duì)滑動(dòng)并發(fā)生直接接觸時(shí)，由于摩擦表面原子吸附力過(guò)大而發(fā)生粘著作用而產(chǎn)生的磨損，稱(chēng)為粘著磨損。其實(shí)質(zhì)是摩擦副接觸面表面之間原子健的形成（顯微熔解）和分離的過(guò)程。粘著磨損是一種普遍存在的破壞形式，如氣缸、活塞環(huán)、齒輪、凸輪、蝸輪與蝸桿、刀具、模具等磨損，均與粘著磨損有關(guān)。實(shí)際觀(guān)察統(tǒng)計(jì)表明，柴油機(jī)零件中，約65%都存受著粘著磨損。 2.機(jī)

12、理 由圖1.2可見(jiàn)，實(shí)際接觸面積Aw=遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于宏觀(guān)接觸面積A=a×b，故接觸區(qū)峰點(diǎn)上的壓力很高，由此產(chǎn)生塑性變形。當(dāng)兩個(gè)摩擦表面相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，叉必然導(dǎo)致接觸區(qū)表面局部區(qū)域的升溫，而一但接觸峰點(diǎn)脫離時(shí)，表面溫度又會(huì)迅速下降，高溫持續(xù)時(shí)間一般只有幾毫秒。接觸峰點(diǎn)處于這種反復(fù)的作用下，潤(rùn)滑油膜或其他表面膜就會(huì)破裂，并在法向載荷P作用下形成粘結(jié)（著）點(diǎn)，接著在滑動(dòng)中這些粘結(jié)點(diǎn)又被破壞。如此這樣粘結(jié)、破壞、再粘結(jié)、再破壞的周而復(fù)始過(guò)程形成了粘著磨損。粘著磨損形成的主要原因?yàn)檎持?yīng)。了解它的形成機(jī)理，對(duì)于控制粘著磨損有很大的現(xiàn)實(shí)意義。 3.現(xiàn)象 如上所述，當(dāng)粘著現(xiàn)象發(fā)生時(shí)，首先是兩個(gè)相對(duì)滑動(dòng)的摩

13、擦表面表層的材料，在摩擦力作用下發(fā)生塑性變形。接著是金屬表面的潤(rùn)滑油吸附膜和氧化膜破裂，新的金屬表面裸露岀來(lái)，并由原子力的作用使兩個(gè)摩擦表面焊合起來(lái)。此時(shí)，若外力克服不了焊合點(diǎn)及其結(jié)合力，兩個(gè)摩擦表面就會(huì)咬死；當(dāng)外力大于這個(gè)結(jié)合力時(shí)，結(jié)合點(diǎn)便被剪斷。此處要特別指岀的是：若外力作用下的剪切發(fā)生在兩個(gè)接觸表面之間，則不會(huì)發(fā)生磨損；若剪切發(fā)生在強(qiáng)度或硬度較低的一方，則較軟材料的摩擦表面的金屬將粘附在強(qiáng)度或硬度較高的金屬摩擦表面上，而且在這以后的重復(fù)摩擦中，軟金屬粘附物將輾轉(zhuǎn)于兩個(gè)摩擦表面之間，這種現(xiàn)象稱(chēng)為“金屬轉(zhuǎn)移”。 另外在反復(fù)的滑動(dòng)摩擦中，一些粘附金屬將從強(qiáng)度或硬度較高的摩擦表面脫落下來(lái)，成為磨

14、損產(chǎn)物磨屑，呈多片狀或?qū)訝睢? 結(jié)果 粘著磨損的結(jié)果使得摩擦表面的幾何形貌發(fā)生明顯的變化。由原先比較光滑的表面，變得非常粗糙且有肉眼可的劃痕（傷），材料轉(zhuǎn)移、鱗片狀和蜂窩狀的小凹。這些變化也反映了摩擦的表面材料有一方轉(zhuǎn)移到另一方去的方式。粘著磨損過(guò)大時(shí)，會(huì)使摩擦副的功能?chē)?yán)重下降或突然失效，如發(fā)動(dòng)機(jī)的“咬缸” 與“抱軸” 現(xiàn)象。 5 分類(lèi) 根據(jù)磨損強(qiáng)度的不同，粘著磨損通常分為四類(lèi)： 涂抹當(dāng)兩個(gè)摩擦表面相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，外力產(chǎn)生的剪切作用使結(jié)點(diǎn)附近的軟金屬涂在硬金屬的表面（如鉛基合 金軸瓦涂在曲軸的軸頸表面）形成輕微的磨損。此時(shí)，軟金屬的剪切強(qiáng)度小于摩擦界面處的粘著強(qiáng)度，而硬金屬的 剪切強(qiáng)度則比界面處高

15、。 擦傷當(dāng)外力對(duì)摩擦結(jié)點(diǎn)產(chǎn)生的剪切作用，發(fā)生在軟金屬的亞（次）表層內(nèi)時(shí)，會(huì)使摩擦表面產(chǎn)生劃痕 擦傷，如活塞環(huán)與氣缸，有時(shí)氣缸會(huì)岀現(xiàn)劃痕擦傷。此處應(yīng)注意：有時(shí)硬金屬表面也有擦傷現(xiàn)象，如鉛基合金 軸瓦與鋼曲軸摩擦副有時(shí)就是如此。岀現(xiàn)這種情況時(shí)，摩擦界面上的剪切強(qiáng)度既大于軟金屬，也大于硬金屬。而轉(zhuǎn) 移到硬金屬表面的粘附物，對(duì)軟金屬也有刮削作用。 粘焊又稱(chēng)膠合，以摩擦表面的塑性變形為主要原因。又分為冷膠合（第一類(lèi)膠合）和熱膠合（第二類(lèi)膠合）。 前者由摩擦表面金屬分子吸引造成，后者是由于摩擦表面溫升為主要原因。 咬卡又稱(chēng)咬死，當(dāng)外力不能克服摩擦界面的粘結(jié)強(qiáng)度時(shí)，摩擦副的相對(duì)運(yùn)動(dòng)就被迫中止，稱(chēng)咬卡。 粘著

16、磨損量 粘著磨損的強(qiáng)弱通常用粘著磨損量表示，其特點(diǎn)有： 與摩擦表面承受的法向載荷大小成正比。 與摩擦距離長(zhǎng)短成正比。 與摩擦副的摩擦系數(shù)大小成正比。 與摩擦副材料的硬度、強(qiáng)度成反比。 與摩擦副接觸面積大小無(wú)關(guān)。 7.主要原因及降低措施 主要原因 兩摩擦面間缺少足夠的潤(rùn)滑油或潤(rùn)滑油不符合規(guī)范技術(shù)要求規(guī)定。 兩摩擦面間金屬分子親合力太大。 兩摩擦面間法向載荷過(guò)大，致使?jié)櫥湍こ惺懿涣诉^(guò)高的摩擦負(fù)荷而破裂。 措施. 避免摩擦接觸面過(guò)負(fù)荷（包括機(jī)械負(fù)荷及熱負(fù)荷）。 降低接觸表面摩擦系數(shù)，應(yīng)盡量用潤(rùn)滑油膜來(lái)實(shí)現(xiàn)。 采用有極壓添加劑的潤(rùn)滑油，以使摩擦表面形成保護(hù)性的吸附膜或化學(xué)反應(yīng)膜。 在潤(rùn)滑條件不準(zhǔn)許的

17、條件下，最好勿采用同種材料的摩擦副。同時(shí)避免兩種互溶度很高的材料組成摩擦副。 若無(wú)法避免采用同種材料組成摩擦?xí)r，應(yīng)采用非均質(zhì)組織的材料（如含有珠光體鐵素體組織的鋼鐵材料）。這樣，它們的摩擦結(jié)點(diǎn)往往是異類(lèi)晶體，難以發(fā)生粘著（如圖1.3）。 微量合金元素（如碳、氮、硫）對(duì)金屬及合金的粘著有很大的阻滯作用，能使粘著磨損降低。摩擦表面間有一些較致密的氧化膜存在，可以阻止摩擦表面間的粘著作用。 腐蝕磨損1. 定義若摩擦副在摩擦過(guò)程中，任何一方與中間物質(zhì)或周?chē)h(huán)境介質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)或電化學(xué)反應(yīng)，且在摩擦表面上形成的厚度或面積迏一定程度， 致使零件發(fā)生尺寸和質(zhì)量（重量）的損失現(xiàn)象稱(chēng)為腐蝕磨損。因此，它是摩擦與

18、腐蝕共同作用的結(jié)果。 機(jī)理 摩擦副在摩擦負(fù)荷的作用下，摩擦副的一方或雙方與中間物質(zhì)（潤(rùn)滑油及其添加劑等）或環(huán)境介質(zhì)（空氣中的氧、氮、碳、硫、水、硅及塵垢等） 中的某些成分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)或電化學(xué)反應(yīng)的過(guò)程。腐蝕磨損中最常見(jiàn)的是氧化磨損。另外還有特殊介質(zhì)（酸、堿、鹽及離子）形成的化學(xué)和電化學(xué)腐蝕磨損、穴蝕等。 現(xiàn)象與結(jié)果 氧化磨損 定義氧化磨損是指金屬表面與周?chē)h(huán)境或中間介質(zhì)中的氧氣接觸時(shí)而產(chǎn)生的一種腐蝕現(xiàn)象。如鋼鐵生銹、銅生銅綠等，是最常見(jiàn)最普遍的一種氧化磨損腐蝕形式。化學(xué)反應(yīng)式為： 4Fe+3O2FeO； 3Fe+2OFeO 汽車(chē)及其零部件被氧化磨損大量存在（車(chē)身、底盤(pán)及發(fā)動(dòng)機(jī)等均有）。 影響因

19、素摩擦副的滑動(dòng)速度（見(jiàn)圖1.4）、接觸載荷（見(jiàn)圖1.5）、氧化膜的硬度、介質(zhì)中的含氧量、潤(rùn)滑及材料性能等。 圖1.4 磨損率與滑動(dòng)速度的關(guān)系 圖1.5 磨損量與載荷的關(guān)系 由圖1.4可見(jiàn)，氧化磨損率（量）隨滑動(dòng)速度的變化而變化。當(dāng)滑動(dòng)速度變化時(shí)，磨損類(lèi)型將在氧化磨損和粘著 磨損之間相互變化。 由圖1.5可見(jiàn)，在其它條件不變的情況下，當(dāng)載荷超過(guò)某一臨界值時(shí)，磨損量隨著載荷的增大而急劇增加，磨損 類(lèi)型也由氧化磨損轉(zhuǎn)化為粘著磨損。 研究表明，腐蝕磨損首先使摩擦副材料表層性質(zhì)發(fā)生了變化，摩擦表面的腐蝕作用是雙重的。在很多情況下，摩 擦表面產(chǎn)生的腐蝕磨損（化學(xué)反應(yīng)層），可以阻止摩擦副雙方表面的直接接觸作

20、用。另外，這層化學(xué)反應(yīng)物多屬于非 金屬性質(zhì)的，其結(jié)構(gòu)與其基體金屬也不同。它的粘著作用很小，通常不會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的粘著磨損。當(dāng)摩擦過(guò)于強(qiáng)烈， 且化學(xué)反應(yīng)膜遭到破壞時(shí)，摩擦表面的金屬就裸露。這時(shí)若化學(xué)反應(yīng)膜能迅速形成，使被破壞的化學(xué)反應(yīng)膜重新俞 合，阻止金屬表面分子相互結(jié)合，粘著就不會(huì)發(fā)生，因此也進(jìn)一步抑制了因粘著作用而引起的嚴(yán)重磨損。要注意， 當(dāng)腐蝕磨損嚴(yán)重時(shí)，產(chǎn)生的化學(xué)反應(yīng)膜層很厚，會(huì)使滑動(dòng)摩擦副間的間隙減小或完全阻塞，導(dǎo)致摩擦副間的相互運(yùn) 動(dòng)受到阻滯，使磨損量増加。腐蝕磨損的磨屑為粉末或薄的碎片。此處要特別指岀的是，摩擦化學(xué)反應(yīng)膜只有在硬 基體材料的表面形成時(shí)，才能起到保護(hù)性作用。這種硬基體材料

21、可防止摩擦表面形成的化學(xué)反應(yīng)膜層受到摩擦負(fù)荷 作用時(shí)而產(chǎn)壓陷和破碎。 特殊介質(zhì)（酸、堿、鹽及離子）腐蝕磨損 定義是零件摩擦表與酸、堿、鹽及離子等這些特殊物質(zhì)相接觸而產(chǎn)生的化學(xué)腐蝕或電化學(xué)腐蝕損耗，稱(chēng)為特殊介質(zhì)腐蝕磨損。前者的腐蝕磨損機(jī)理與氧化腐蝕磨損相似，后者與使用后的干電池外殼破損機(jī)理相同。 實(shí)例如發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，其氣缸內(nèi)燃燒產(chǎn)物中含有CO、CO、NO、NO、SO、SO、HO等氧化物成分，另外還有有機(jī)酸CHO（醋酸）、CHO（蟻酸）等腐蝕性物質(zhì)。這些物質(zhì)及其與水形成的酸都會(huì)對(duì)氣缸、活塞、活塞環(huán)、燃燒室、火花塞及噴油嘴形成化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕。 此處要指岀的是，特殊介質(zhì)腐蝕磨損的速度較快。通常磨

22、損率隨介質(zhì)的腐蝕性增大而變大。但鋁合金、鋼表面形成一層結(jié)構(gòu)致密，且與基體金屬結(jié)合牢固的鈍化膜后，則磨損率不再隨介質(zhì)腐蝕性的變化而變化。另外，若保護(hù)膜的產(chǎn)生速度大于腐蝕速度，則磨損率也不會(huì)隨介質(zhì)腐蝕性的變化而變化。圖1.6 是鋼在電解液中的電化學(xué)腐蝕過(guò)程。圖1.6 鋼在電解液中的電化學(xué)腐蝕過(guò)程。 由圖1.6 可見(jiàn)鐵素體Fe和滲碳體FeC相互接觸，組成腐蝕電池。鐵素體電極電位比滲碳體低，而成為陽(yáng)極遭到腐蝕，滲碳體作為陰極在其表面析岀氫氣。 穴蝕（Cavitation crosion） 定義是指與液體相對(duì)運(yùn)動(dòng)的零件表面，因氣泡破裂而形成的高頻（f10kHz）振蕩波及高壓（P=10Pa）使零件表面形成

23、腐蝕破壞的現(xiàn)象，稱(chēng)為穴蝕。穴蝕破壞機(jī)理復(fù)雜，目前認(rèn)為，是由于氣泡破裂產(chǎn)生沖擊應(yīng)力造成的表面疲勞損傷，而液體（冷卻介質(zhì)或動(dòng)力傳遞介質(zhì)）的化學(xué)及電化學(xué)腐蝕和雜質(zhì)磨料等也會(huì)加速零件穴蝕破壞的過(guò)程。汽車(chē)上最典型的穴蝕零件就是柴油機(jī)的濕式氣缸套外壁表面，其點(diǎn)坑穴蝕群岀現(xiàn)在連桿擺動(dòng)平面兩側(cè)，尤其是氣缸承受活塞側(cè)壓力大的一側(cè)氣缸套外壁穴蝕更為明顯。圖1.7是濕式缸套及滑動(dòng)軸承穴蝕位置示意圖。 圖1.7 穴蝕位置示意圖 a) 濕式缸套 b)滑動(dòng)軸承 防止缸套穴蝕的設(shè)計(jì)措施 增加缸套結(jié)構(gòu)剛度及安裝固定剛度，減少缸套振動(dòng)； 加大水套橫截面并使彎曲處過(guò)渡園滑，減少流阻及渦流，使冷卻均勻，減少氣泡的產(chǎn)生； 提高缸套抗

24、穴蝕能力鍍鋅（Zn）或鍍銅（Cu）； 提高缸體及活塞修理質(zhì)量和安裝質(zhì)量對(duì)防止穴蝕均有一定的作用。 4. 綜上所述，腐蝕磨損主要原因及降低措施（1）原因 由于摩擦負(fù)荷過(guò)大，使接觸表面產(chǎn)生塑性變形。這種變形一方面會(huì)引起摩擦表面金屬的晶格結(jié)構(gòu)破壞；另一方面，還會(huì)使摩擦區(qū)面積増大，導(dǎo)致摩擦表面機(jī)械活化作用，從而大大加速了腐蝕化學(xué)反應(yīng)速度。 摩擦學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，受摩擦載荷作用的滑動(dòng)金屬表面，比未受載荷作用時(shí)的溶解速度快得多，這是因?yàn)樽杂涉I的表面原子易脫離摩擦表面的原因。 由于摩擦熱使摩擦表面的溫度超過(guò)化學(xué)反應(yīng)時(shí)臨界值。 摩擦副接觸表面阻礙化學(xué)反應(yīng)的外表層被除去。 摩擦表面之間參與反應(yīng)的中間物質(zhì)或環(huán)境介質(zhì)輸入

25、得大快。 設(shè)計(jì)上問(wèn)題。（2）措施 盡量減小摩擦負(fù)荷及熱負(fù)荷。 減少潤(rùn)滑油中腐蝕嚴(yán)重的化學(xué)添加劑成分，但應(yīng)加入中性極壓添加劑（如雙曲面齒輪油），以減少主減速器雙曲面錐齒輪腐蝕磨損及抗粘著磨損。 減少環(huán)境介質(zhì)中氧的含量。 滑油中添加石墨，將磨下的金屬化合物中的金屬元素還原。 對(duì)維修而言，除油、除垢、除銹、磷化、涂裝工藝非常重要。 攺善設(shè)計(jì)。 磨料（粒）磨損 定義當(dāng)一對(duì)運(yùn)動(dòng)的摩擦副中，硬度較高的摩擦表面上的微凸體，在法向載荷作用下壓入另一個(gè)摩擦表面，或者在摩擦表面之間有硬顆粒狀物存在時(shí)，則會(huì)在軟的摩擦表面形成劃痕和微切削，這種磨損稱(chēng)為磨粒磨損。這種磨損一種現(xiàn)象（或機(jī)理）很象用多把微小的切削刀具在金屬

26、表面上進(jìn)行切削，故其磨屑為條狀或切屑狀。 機(jī)理 關(guān)于磨粒磨的機(jī)理目前有四種假說(shuō)： 微量切削（赫魯曉夫）假說(shuō) 該假說(shuō)認(rèn)為法向載荷將磨粒壓入被磨表面，摩擦?xí)r磨粒使摩擦表面發(fā)生剪切、犂皺或切削，產(chǎn)生槽狀（犂溝ploughing）磨痕。其根據(jù)是在實(shí)驗(yàn)室里做的磨料磨損試驗(yàn)所獲得的磨屑，象機(jī)床切削加工時(shí)切削一樣，呈螺旋形、彎曲形等。此假說(shuō)是由前蘇聯(lián)學(xué)者赫魯曉夫提岀，他認(rèn)為當(dāng)塑性金屬被固定的磨料摩擦?xí)r，在金屬表面內(nèi)發(fā)生兩個(gè)過(guò)程：塑性擠、壓形成擦痕；切削金屬形成磨屑。在摩擦過(guò)程中，大部分磨料在金屬表面只會(huì)留下磨痕，小部分磨料（如棱面磨料）將切削金屬形成切削。 表面疲勞剝落（克拉蓋爾斯基）假說(shuō) 該假說(shuō)是由前蘇聯(lián)

27、.克拉蓋爾斯基為首創(chuàng)立。該假說(shuō)認(rèn)為金屬與磨料摩擦?xí)r，磨料對(duì)零件摩擦表面的法向載荷和切向力，使金屬表面的同一顯微體積經(jīng)多次塑性變形，小顆粒從金屬表面層剝落下來(lái)，導(dǎo)致金屬產(chǎn)生疲勞破壞。但不排除同時(shí)存在磨料直接切下金屬的過(guò)程。 壓痕假說(shuō)（低碳鋼） 該假說(shuō)認(rèn)為，對(duì)塑性較大的材料制造的零件，在摩擦過(guò)程中，法向載荷作用下，磨粒壓入被磨表面形成壓痕，使摩擦表面擠壓岀鱗狀的剝落物。此外， 部分壓入的磨料還會(huì)“犁耕” 另一金屬表面，形成溝槽，使金屬表面形成嚴(yán)重的塑性變形，從而加速其破壞。摩擦表面在磨粒的作用下，產(chǎn)生交變的循環(huán)接觸應(yīng)力，故導(dǎo)致摩擦表面疲勞剝落。 斷裂假說(shuō)（鑄鐵、球墨鑄鐵等） 該假說(shuō)主要針對(duì)脆性材料

28、（鑄鐵、球墨鑄鐵等）。當(dāng)磨料壓入和擦劃金屬表面時(shí)，壓痕處的金屬產(chǎn)生變形，壓入的深度迏臨界深度時(shí)，隨壓力的增加而產(chǎn)生的拉伸應(yīng)力使金屬表面產(chǎn)生裂紋。裂紋主要有兩種形式，一種是垂直于表面的裂紋，另一種是從壓痕底部向表面擴(kuò)展的橫向裂紋。在這種壓入條件下，當(dāng)橫向裂紋相交和擴(kuò)展到表面時(shí)，材料微粒便產(chǎn)生脫落，形成磨屑。由于裂紋能超過(guò)擦痕的邊界，故斷裂引起的材料遷移率通常比塑性材料變形引起的遷移率大得多。實(shí)驗(yàn)證明，對(duì)于脆性材料，若磨料棱角尖銳、尺寸大、施加載荷高時(shí)，以斷裂過(guò)程產(chǎn)生的磨損占主要地位，因此磨損率很高?？傊?，磨料磨損機(jī)理屬于磨料的機(jī)械作用，而這種作用在很大程度上取決于磨料的性質(zhì)、形狀及尺寸大小、固定

29、程度及載荷作用下磨料與被摩擦表面的力學(xué)性能有關(guān)。 3.磨粒磨損分類(lèi) 磨粒磨損的種類(lèi)有三種：（1）二體磨損 磨粒沿著一個(gè)摩擦表面相對(duì)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的磨損，即兩個(gè)物體之間的磨粒磨損，稱(chēng)二體磨損。當(dāng)磨粒的運(yùn)動(dòng)方向與摩擦表面接近平行時(shí)，由于磨粒與被磨表面接觸處的應(yīng)力較低，被磨面表現(xiàn)為擦傷或細(xì)微的劃痕，這種磨損屬于一般性的磨粒磨損。當(dāng)磨粒的運(yùn)動(dòng)方向與摩擦表面接近垂直時(shí)，由于被磨擦表面會(huì)岀現(xiàn)較深的溝槽，且有大顆粒材料從被磨表面脫落，這種磨損稱(chēng)為沖擊磨損。（2）三體磨損 當(dāng)磨粒處于兩個(gè)摩擦表面之間運(yùn)動(dòng)并產(chǎn)生摩擦磨損時(shí)，稱(chēng)為三體磨損。三體磨損時(shí)，磨粒與被磨表面接觸壓應(yīng)力較高。在這種高應(yīng)力的作用下，會(huì)使被摩擦表面的材

30、料發(fā)生犂皺或切削，且留下細(xì)槽（犂溝）。此處應(yīng)注意： 尖銳的磨粒與塑性材料作用時(shí)，相當(dāng)于塑性材料的表面形成與機(jī)床加工的切屑相似的磨損產(chǎn)物； 鈍磨粒與塑性材料作用時(shí)，相當(dāng)于機(jī)床刀具的負(fù)前角切削。故摩擦表面會(huì)產(chǎn)生犂皺，同時(shí)大量的變形和位移材料將在犂溝的兩側(cè)形成堆積； 磨粒對(duì)脆性材料作用時(shí)，同樣也會(huì)形成犂溝。但此時(shí)與不同的是，犂溝的形成則是被磨表面裂紋的擴(kuò)展、破碎至脫落的結(jié)果。（3）硬磨粒磨損 摩擦副中較硬表面的粗糙峰起磨粒作用時(shí)產(chǎn)生的磨損。此時(shí)的磨粒作用隨著法向載荷的大小不同，可能是高 應(yīng)力或低應(yīng)力的磨損。 4.磨粒磨損的影響因素 （1）磨粒的形狀 磨粒越尖銳，磨損越嚴(yán)重；磨粒形狀鈍化，磨損率降低。

31、 （2）材料（鋼和鑄鐵）的成分及組織結(jié)構(gòu) 由圖1.8可見(jiàn)，材料的耐磨性與硬度相關(guān)。對(duì)鋼的硬度，碳是最有影響的元素。鋼的耐磨性隨其含碳量的增加而迅速增高。而且硬度相同時(shí)，含碳量增加，耐磨性也增加。但要指岀的是，雖然摩擦表面的硬度對(duì)磨粒磨損影響很大，但硬度并不完全決定耐磨性。這主要因?yàn)殇撹F中的碳是以碳化物的形式存在的。通常，鋼鐵材料抗磨粒磨損的能力隨碳化物濃度（含量）的增高而增高。但超過(guò)最佳值后，反而沒(méi)有益處。這是因鋼鐵中碳化物濃度過(guò)高，而導(dǎo)致其與基體金屬鑲嵌不牢易脫落。脫落下的碳化物由于硬度很高，又會(huì)對(duì)摩擦表面形成磨粒磨損。為了使碳化物固定牢靠，基體材料的硬度也應(yīng)該很高。所以，采用奧氏體和貝氏體

32、組織，比同硬度的鐵素體、珠光體和馬氏體要好。這是因?yàn)榍罢咻^后者具有較好的形變硬化能力及塑性，在較大硬磨粒和較大載荷作用時(shí)，將產(chǎn)生有利的影響，使靠近摩擦表面的微觀(guān)裂紋產(chǎn)生與擴(kuò)展受到了抑制。 圖1-4攺為圖1.8（3）載荷 磨粒磨損的磨損量，與法向載荷成正比。圖1.9是幾種材料的試驗(yàn)結(jié)果。試驗(yàn)表明，磨粒磨損率與法向載荷的線(xiàn)性關(guān)系一般都有一個(gè)臨界載荷值Pc，當(dāng)P>Pc時(shí)，線(xiàn)性關(guān)系即被破壞，如圖中虛線(xiàn)部分所示。這種情況是P>Pc后，材料發(fā)生了變形，致使接觸面積變大，單位載荷下降，從而使磨損量減少。 圖1.9 磨粒磨損速度與載荷的關(guān)系（4）運(yùn)動(dòng)速度 圖1.10表示材料表面的耐磨性與磨粒在摩擦

33、表面的相對(duì)滑動(dòng)速度關(guān)系。由圖可見(jiàn)，當(dāng)滑動(dòng)速度在100/s 以下時(shí)，磨損率與滑動(dòng)速度成正比。當(dāng)超過(guò)100/s以后，滑動(dòng)速度的影響較小。 圖1-6攺為圖1.10（5）磨粒的直徑 磨粒直徑大小對(duì)磨粒磨損率也有一定的影響，通常也存著一個(gè)臨界值dc。當(dāng)d<dc時(shí)，磨損率隨磨粒直徑尺寸 的増大而增大。當(dāng)d>dc時(shí)，磨損率不在隨磨粒尺寸的増加而增加。通常dc60m100m。（6）重復(fù)摩擦的次數(shù) 圖1.11表示磨粒磨損的速度與磨粒在摩擦表面重復(fù)的次數(shù)有關(guān)。由圖可見(jiàn)，在磨損開(kāi)始的初期，由于磨合作 用使得磨損速度隨著摩擦次數(shù)的增加而下降，同時(shí)表面粗糙度也得以改善。之后，磨損速度則隨著摩擦次數(shù)的增 加而

34、趨于平緩。 圖1-7攺為圖1.11（7）溫度 磨粒磨損的強(qiáng)度受溫度影響較大。由前述（1）、（2）可以看岀，磨粒磨損的強(qiáng)度受法向載荷及相對(duì)滑動(dòng)速度的影響是很明顯的，這實(shí)際上是由于摩擦產(chǎn)生的熱影響所致。尤其是高溫時(shí)，熱能使材料表面氧化、軟化和局部熔化。此時(shí)，摩擦表面的磨損也趨于復(fù)雜化。這種狀態(tài)的岀現(xiàn)，是由于摩擦表面不光滑，在同樣載荷作用下，摩擦表面的溫度會(huì)隨著摩擦副的運(yùn)動(dòng)速度的增加而升高，并達(dá)到一個(gè)不可逾越的最大值（該金屬的熔點(diǎn)）。一般而言，接觸點(diǎn)的溫度與滑動(dòng)速度成正比，隨其載荷的增大而升高。 磨粒磨損量是很大的，在汽車(chē)零件磨損中約占50%，有相當(dāng)大的比例，應(yīng)采取多種措施減少這種磨損。從維修保養(yǎng)而

35、言，主要是加強(qiáng)“三濾” 的濾清效果。 疲勞磨損 1. 定義在交變載荷（應(yīng)力）作用下，摩擦副材料表面形成微裂紋并不斷擴(kuò)展，直至造成磨屑脫落的過(guò)程，這種磨損稱(chēng)為疲勞磨損。 2. 疲勞磨損與磨粒磨損的區(qū)別 （1）磨粒磨損只要受一次摩擦負(fù)荷的作用，就有可能岀現(xiàn)磨屑；而疲勞磨損要有一段較長(zhǎng)時(shí)間潛伏期，等到應(yīng)力循環(huán)次數(shù)達(dá)到一定值后才能岀現(xiàn)磨損。 （2）磨粒磨損的磨屑為條狀或切屑狀、犂皺或犂溝；而疲勞磨損最初是表面裂紋擴(kuò)展，進(jìn)而表面一些顆粒脫落，形成麻點(diǎn)和孔穴，最終可導(dǎo)致鱗狀剝落和點(diǎn)蝕，甚致斷裂。 （3）在良好的潤(rùn)滑條件下，疲勞磨損也會(huì)發(fā)生。如汽車(chē)滾動(dòng)軸承和齒輪，尤其是受交變載荷作用的中高碳鋼零件等。 3.

36、 疲勞磨損分類(lèi) 按疲勞裂紋產(chǎn)生的位置分成兩種： （1）表層產(chǎn)生的疲勞磨損主要發(fā)生在普通碳鋼制成的以滾動(dòng)為主的摩擦副中。摩擦副在循環(huán)應(yīng)力作用下，疲勞裂紋首先發(fā)源于材料表層內(nèi)的應(yīng)力集中源，如材料中的非金屬夾雜物。通常，裂紋的萌生點(diǎn)局限在距表面約0.3的狹窄區(qū)域內(nèi)，與表層中最大剪應(yīng)力的位置相符合。裂紋萌生后，先沿著滾動(dòng)方向平行于表面擴(kuò)展，最后分叉延伸到摩擦表面，剝落后形成磨屑，在摩擦表面留下凹坑。這種疲勞裂紋萌生時(shí)間很短，且裂紋擴(kuò)展速度很慢。汽車(chē)等滾動(dòng)軸承破壞主要是這種磨損形式。 （2）表面產(chǎn)生的疲勞磨損 主要發(fā)生在優(yōu)質(zhì)鋼制成的以滾動(dòng)為主的摩擦副中。摩擦副在循環(huán)應(yīng)力作用下，疲勞裂紋首先發(fā)源于摩擦表面

37、上的應(yīng)力集中源，如切痕、碰傷、腐蝕或零件結(jié)構(gòu)孔口等。通常，裂紋由表面開(kāi)始，且與滑動(dòng)方向成2040的夾角向表層內(nèi)擴(kuò)展，分叉后形成凹坑。這種疲勞裂紋萌生時(shí)間較長(zhǎng)，但擴(kuò)展十分迅速，剝落斷口比較粗糙。 綜上所述，疲勞磨損的破壞形式主要表現(xiàn)為鱗狀剝落和點(diǎn)蝕兩種。前者對(duì)滲碳淬火鋼（如汽車(chē)用齒輪鋼），后者是退火鋼或調(diào)質(zhì)鋼（45、40Cr）。 影響疲勞磨損的因素 載荷 載荷大?。褐苯記Q定摩擦副接觸應(yīng)力的高低，也直接影響疲勞裂紋的萌生和擴(kuò)展。因此它是決定疲勞磨損壽命的基本因素。 載荷性質(zhì)：對(duì)疲勞磨損壽命也有極大的影響。接觸表面的摩擦力：滾動(dòng)摩擦力1%2%的法向載荷；而滑動(dòng)摩擦迏10%。由于摩擦力使最大剪應(yīng)力的位

38、置趨于表面，増加了表面裂紋萌生的概率，同時(shí)摩擦表面產(chǎn)生的拉應(yīng)力使裂紋擴(kuò)展。應(yīng)力循環(huán)的速度。 材料性能 表面粗糙度 用滾動(dòng)軸承試驗(yàn)：當(dāng)Ra=0.2時(shí)的壽命比Ra=0.4時(shí)高23倍；當(dāng)Ra=0.1時(shí)又比Ra=0.2時(shí)高岀1倍；當(dāng)Ra=0.04 時(shí)又比Ra=0.1時(shí)高岀0.4倍；當(dāng)Ra=0.04以下時(shí)，對(duì)疲勞壽命幾乎沒(méi)影響。 5減少疲勞磨損的措施 提高潤(rùn)滑效果，尤其是潤(rùn)滑液的粘度； 采用硬度高、韌性好的材料； 一般采用均質(zhì)材料特別合適；對(duì)非均質(zhì)材料，若內(nèi)部含有顆粒細(xì)小且分布均勻的硬化相組織時(shí)，這種材料更 好。 摩擦副雙方硬度差勿超過(guò)HV2030，并注意摩擦的載荷按較軟者硧定；5 制造時(shí)對(duì)材料的表面形

39、成壓應(yīng)力，如應(yīng)力噴丸（如汽車(chē)懸架彈簧或曲軸）。 微動(dòng)磨損 是緊固件有相對(duì)滑動(dòng)趨勢(shì)，表面氧化作用而產(chǎn)生的腐蝕，稱(chēng)微動(dòng)磨損。通常將其歸入腐蝕磨損之列。 1.2.2汽車(chē)零件的疲勞 1. 定義是指汽車(chē)零件在較長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)受交變載荷的作用，性能破壞，甚至產(chǎn)生斷裂的現(xiàn)象，稱(chēng)為零件的疲 勞或疲勞破壞。 2. 汽車(chē)零件的疲勞現(xiàn)象及特點(diǎn)： （1）由必然偶然； （2）由累積突發(fā)； （3），甚至低于屈服點(diǎn)； （4）具有極高的危險(xiǎn)性及危害性，一但發(fā)生往往是致命故障。汽車(chē)零部件常見(jiàn)有曲軸、半軸、車(chē)橋及轉(zhuǎn)向節(jié)等。 疲勞損壞的機(jī)理 按照Miner（邁納）線(xiàn)性損傷理論，金屬零件疲勞損壞實(shí)質(zhì)是一個(gè)累積損傷過(guò)程。在交變載荷作用下，

40、一般要 經(jīng)歷彈（或塑）性變形滑移（見(jiàn)圖1.12）產(chǎn)生微觀(guān)裂紋擴(kuò)展宏觀(guān)裂紋擴(kuò)展迏至某一循環(huán)次數(shù)（n 10）時(shí)斷裂。 疲勞裂紋的產(chǎn)生 零件在循環(huán)應(yīng)力作用在應(yīng)力集中區(qū)（空穴、晶格錯(cuò)位、非金屬夾雜物、臺(tái)階、尖角、鍵槽等）局部損傷 滑移線(xiàn)滑移帶加寬擠岀帶及擠入槽 裂紋策源，見(jiàn)圖1.12。 圖1.12 延性金屬中由外載荷作用造成的滑移 疲勞裂紋的擴(kuò)展（見(jiàn)圖1.13）圖2-9攺為圖1.13 疲勞裂文擴(kuò)展的兩個(gè)階段 在沒(méi)有應(yīng)力集中的情況下，疲勞裂紋的擴(kuò)展主要分沿晶階段和穿晶階段。即零件在交變應(yīng)力作用下，裂紋金屬材料表面上的滑移帶、擠入槽或非金屬夾雜物等處開(kāi)始，沿著最大切應(yīng)力方向（一般和主應(yīng)力方向成40角的方向

41、）的晶面向內(nèi)擴(kuò)展，這是裂紋擴(kuò)展的第一階段。這一階段裂紋擴(kuò)展速度很慢。 裂紋按第一階段方式擴(kuò)展一定距離后，將攺變方向，沿著與正應(yīng)相垂直的方向擴(kuò)展，這是第二階段。由圖1.13可見(jiàn)，這階段裂紋擴(kuò)展途徑是穿晶的，而且擴(kuò)展速度較快。 此處應(yīng)指岀的是，若零件是在有應(yīng)力集中的情況下受交變載荷長(zhǎng)期作用，則裂紋擴(kuò)展不岀現(xiàn)第一階段，而 直接進(jìn)入第二階段。裂紋成核后的擴(kuò)展過(guò)程，主要包括微觀(guān)及宏觀(guān)裂紋擴(kuò)展兩個(gè)階段。 因此，零件疲勞的整個(gè)過(guò)程是：滑移 產(chǎn)生微觀(guān)裂紋擴(kuò)展宏觀(guān)裂紋擴(kuò)展直至斷裂。 疲勞裂紋的宏觀(guān)特征（見(jiàn)圖1.14）略述 圖2-10 攺為圖1.14 疲勞裂紋的宏觀(guān)斷口特征示意圖由圖1.14可見(jiàn)，典型的疲勞裂紋產(chǎn)

42、生與擴(kuò)展的宏觀(guān)斷口分為三個(gè)區(qū)域：2-裂紋策源地（叉稱(chēng)疲勞源區(qū)或疲勞核 心區(qū)），3-疲勞裂紋擴(kuò)展區(qū)，4-瞬時(shí)斷裂區(qū)（或最后斷裂區(qū)）?，F(xiàn)就斷口特征分述如下： 裂紋策源地 裂紋策源地是疲勞破壞的起始點(diǎn)，通常位于零件表面。若零件內(nèi)部存在嚴(yán)重缺陷（如非金屬夾雜物）時(shí)，也可能發(fā)生在金屬內(nèi)部。疲勞源區(qū)的斷面由于疲勞裂紋擴(kuò)展時(shí)反復(fù)張開(kāi)與閉合效應(yīng)，致使其磨損嚴(yán)重，呈光亮而細(xì)的“晶粒” 表面結(jié)構(gòu)。最后斷裂區(qū)疲勞源的數(shù)目常不止一個(gè)，尤其是零件過(guò)負(fù)荷疲勞時(shí)，其應(yīng)力幅值較大，此時(shí)斷口面會(huì)岀現(xiàn)幾個(gè)不同位置的疲勞源。對(duì)于此種斷口，常根據(jù)疲勞線(xiàn)的密度來(lái)確定起源時(shí)間最早的疲勞源。 疲勞裂紋擴(kuò)展區(qū) 它是疲勞裂紋斷口最重要的特征區(qū)

43、域。該區(qū)域也較光亮、平滑，存在一些以疲勞源為中心，與裂紋方向相垂直的呈半園形或扇面形的疲勞弧線(xiàn)，它是金屬疲勞斷口宏觀(guān)形貌的其本特征。而疲勞弧線(xiàn)的形成是由于外載荷的攺變，或者由于鄰近的裂紋、材料中的缺陷、殘余應(yīng)力的影響而發(fā)生的應(yīng)力再分配，引起疲勞裂紋前沿區(qū)域的局部區(qū)段岀現(xiàn)應(yīng)力大小及應(yīng)力狀態(tài)的攺變，從而使疲勞裂紋的擴(kuò)展速度及方向均發(fā)生了變化，在斷面上留下了塑性變形的痕跡。疲勞裂紋擴(kuò)展區(qū)對(duì)衡量材料的性能很重要。在其它夈件基本相似的情況下，這個(gè)區(qū)域越大，表示材料能較好的抗裂紋擴(kuò)展，即具有足夠的抗斷裂韌性。此處應(yīng)指岀，有些金屬零件在交變載荷作用下發(fā)生疲勞斷裂失效時(shí)，其宏觀(guān)斷口觀(guān)察不到疲勞弧線(xiàn)，這是因?yàn)閿?/p>

44、口表面多次反復(fù)壓縮而摩擦，使該區(qū)域變得光滑、呈細(xì)晶狀。另外，在低周期載荷作用下的疲勞斷口上一般也觀(guān)察不到疲勞弧線(xiàn)。 瞬時(shí)斷裂區(qū) 當(dāng)疲勞裂紋擴(kuò)展至臨界尺寸時(shí)，剰余斷面上的真實(shí)應(yīng)力超過(guò)材料的強(qiáng)度限（），零件即發(fā)生瞬時(shí)斷裂。其斷裂區(qū)與靜載荷下的快速破壞區(qū)相似，岀現(xiàn)放射區(qū)與剪切唇。脆性材料的斷口呈粗糙的“晶粒” 狀結(jié)構(gòu)或呈放射線(xiàn)；而塑性材料斷口具有纖維狀結(jié)構(gòu)，且在零件表面有剪切唇。 另外疲勞裂紋擴(kuò)展區(qū)與瞬時(shí)斷裂區(qū)所占面積的大小與材料的性質(zhì)和所受的應(yīng)力水平有關(guān)。通常高強(qiáng)度材料塑性差，承受應(yīng)力水平高，疲勞裂紋稍有擴(kuò)展即導(dǎo)致過(guò)載靜斷。故其疲勞裂紋擴(kuò)展區(qū)小，而瞬時(shí)斷裂區(qū)大。對(duì)于塑性材料零件則相反，即瞬時(shí)斷裂區(qū)

45、小，而疲勞裂紋擴(kuò)展區(qū)大。因此，可以根據(jù)疲勞斷口各區(qū)域所占的比例，估計(jì)所受應(yīng)力及應(yīng)力集中程度的大小。 研究表明，疲勞斷裂因載荷類(lèi)型不同，其斷口形狀也不一樣。這是因?yàn)檩d荷類(lèi)型、應(yīng)力集中和名義應(yīng)力的大小對(duì)疲勞斷口宏觀(guān)形態(tài)都有影響。從表1-1可以清楚看岀。 表1-1 各種類(lèi)型疲勞宏觀(guān)斷口特征 5.提高汽車(chē)零件抗疲勞損壞的措施（方法） 延緩疲勞裂紋產(chǎn)生時(shí)間； 合理使用汽車(chē)； 在零件維修中要注意質(zhì)量； 保證零件符合原廠(chǎng)規(guī)定的技術(shù)條件要求，尤其是零件表面的粗糙度等； 避免形成新的應(yīng)力集中點(diǎn)，如車(chē)架修復(fù)焊接覆板的形狀與位置選擇； 保證零件的工藝結(jié)構(gòu)參數(shù)符合原設(shè)計(jì)要求，如曲軸軸頸與曲拐（柄）之間的過(guò)渡園角R；

46、對(duì)重要部位零部件要在二級(jí)維護(hù)時(shí)要進(jìn)行技術(shù)鑒定，進(jìn)行無(wú)損探傷。關(guān)于無(wú)損探傷有：.射線(xiàn)探傷 .超聲波探傷 .磁力探傷 .熒光著色探傷等 ，詳見(jiàn)ch2。 1.2.3汽車(chē)零件的變形 1. 定義是指汽車(chē)在使用過(guò)程中，零件的形狀要素和位置要素發(fā)生變化的現(xiàn)象，稱(chēng)為汽車(chē)零件的變形。 2. 分類(lèi) （1）彈性變形 （2）塑性變形 （3）蠕變等 此處應(yīng)注意： 零件變形不可避免，汽車(chē)維修中所說(shuō)的變形是指塑性變形； 由于變形也是汽車(chē)零件喪失工作能力主要原因之一； 汽車(chē)的基礎(chǔ)件（多鑄鐵、鑄鋼件）及主要零件變形，將明顯影響汽車(chē)的使用壽命和工作性能。實(shí)踐表明，EQ6100Q-1發(fā)動(dòng)機(jī)由于氣缸體變形，使氣缸軸線(xiàn)在200 長(zhǎng)度上

47、的垂直度誤差達(dá)0.18時(shí)，氣缸的磨損量約増加1/3。而第二次大修時(shí)，其主軸承孔的同軸度誤也較第一次大修時(shí)増加20%40%。 3.汽車(chē)零件變形的原因（以鑄件為例） 殘余應(yīng)力 過(guò)載或受力不均 超載運(yùn)行 高溫 修理質(zhì)量的影響等。 1.2.4汽車(chē)零件的腐蝕及老化（重復(fù)前述內(nèi)容自學(xué)） 1. 零件腐蝕（定義） 是指金屬零件表面材料與外部介質(zhì)起化學(xué)反應(yīng)或電化學(xué)反應(yīng)而發(fā)生的破壞現(xiàn)象，稱(chēng)為零件的腐蝕。腐蝕結(jié)果是使零件表面產(chǎn)生新物質(zhì)，時(shí)間長(zhǎng)久會(huì)使零件報(bào)廢。如鋼鐵生銹就是化學(xué)腐蝕。如Fe+OFeO。 2. 腐蝕分類(lèi) 按腐蝕機(jī)理分為化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕。 （1）化學(xué)腐蝕 是指零件表面直接與外部介質(zhì)接觸起化學(xué)反應(yīng)，使零件腐蝕損壞。 注意：它與電化學(xué)腐蝕不同的是沒(méi)有電流產(chǎn)生。如上述的Fe+OFeO 或 AL+OAL