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汽车维修基础汽车维修基础1本讲稿第一页，共一百七十二页4.1 汽车零件的失效第第 4 章章 汽车零件失效、检测及常用修复方法汽车零件失效、检测及常用修复方法u失效的概念 汽车零部件失去原设计所规定的功能称为失效。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。u失效的基本形式 汽车零部件按失效模式失效模式失效模式失效模式分类可分为磨损磨损磨损磨损、断裂断裂断裂断裂、腐蚀腐蚀腐蚀腐蚀、变形变形变形变形、老化老化老化老化等五类；一个零件可能同时存在几种失效模式。2本讲稿第二页，共一百七十二页4.1.14.1.1磨损磨损 汽车或机械运动在其运动中都是一个物体与另一物体相接触、或与其周围的液体或气体介质相接触，与此同时在运动过程中，产生阻碍运动的效应，这就是摩擦。由于摩擦，系统的运动面和动力面性质受到影响和干扰，使系统的一部分能量以热量形式发散和以噪音形式消失。同时，摩擦效应还伴随着表面材料的逐渐消耗，这就是磨损。磨损是摩擦效应的一种表现和结果。“磨损磨损是构件由于其表面相对运动是构件由于其表面相对运动而在承载表面上不断出现材料损失的过程。而在承载表面上不断出现材料损失的过程。”据统计有75%的汽车零件由于磨损而报废。因此磨损是引起汽车零件失效的主要原因之一。第第 4 章章 汽车零件失效、检测及常用修复方法汽车零件失效、检测及常用修复方法3本讲稿第三页，共一百七十二页1.摩擦分类 固体摩擦 在汽车上，一般将摩擦副表面间完全没有润滑油或其他润滑介质时的摩擦。在固体摩擦条件下，摩擦表面直接接触，产生强烈地阻碍摩擦副表面相对运动的分子吸引和机械啮合作用，消耗较多的动力，并将其转化为有害的摩擦热。同时，固体摩擦往往伴随着强烈的摩擦副表面磨损。流体摩擦（流体润滑）相对运动的摩擦副表面间不直接接触，而被一层厚2.5微米以上的润滑油膜完全隔开的摩擦；摩擦系数很小通常为0.0010.008。建立条件：在零件摩擦副处形成逐渐收敛的楔形间隙。才可能出现并维持具有一定承载能力的楔形润滑油膜；第第 4 章章 汽车零件失效、检测及常用修复方法汽车零件失效、检测及常用修复方法4本讲稿第四页，共一百七十二页 边界摩擦（边界润滑）是指相对运动表面间被极薄的一层（通常只有几个分子直径厚）具有特殊性质的润滑膜所隔开的摩擦。这时，润滑膜不遵从流体动力学定律，且两表面之间的摩擦不是取决于润滑剂的粘度，而是取决于两表面和润滑剂的特性。边界摩擦中，存在于相对运动表面间的极薄的且具有特殊性质的油膜，称为边界膜。依膜的结构形式不同可将其分为，吸附膜和反应膜；边界摩擦的摩擦系数不取决于润滑剂的粘度，而是取决于两表面和润滑剂的特性，一般在0.030.05之间，且通常与载荷和相对滑动速度无关u半固体摩擦u半流体摩擦u长时间停车后重新启动的汽车发动机气缸壁与活塞环在开始启动的最初时刻（尤其是气缸上部）、发动机运转正常；混合摩擦 在汽车零件摩擦副的工作中，固体摩擦、流体摩擦和边界摩擦这三种或其中两种摩擦是混合存在的称为混合摩擦。第第 4 章章 汽车零件失效、检测及常用修复方法汽车零件失效、检测及常用修复方法5本讲稿第五页，共一百七十二页2.磨损的分类 磨损与零件所受的应力状态、工作与润滑条件、加工表面形貌、材料的组织结构与性能以及环境介质的化学作用等一系列因素有关；按表面破坏机理和特征，磨损可分为磨料磨损、粘着磨损、表面疲劳磨损、腐蚀磨损和微动磨损等；前两种是磨损的基本类型，后几种磨损形式只在某些特定条件下才会发生。第第 4 章章 汽车零件失效、检测及常用修复方法汽车零件失效、检测及常用修复方法6本讲稿第六页，共一百七十二页 磨料的来源；粒度为20m30m的尘埃将引起曲轴轴颈、气缸表面的严重磨损，而1m以下的尘埃同样会使凸轮挺杆副磨损加剧；定义：物体表面与硬质颗粒或硬质凸出物（包括硬金属）相互摩擦引起表面材料损失的现象称为磨料磨损；在各类磨损形式中大约占磨损总消耗的50%；危害最为严重的磨损形式；磨料磨损及其失效机理第第 4 章章 汽车零件失效、检测及常用修复方法汽车零件失效、检测及常用修复方法7本讲稿第七页，共一百七十二页磨料磨损的失效机理（假说）以微量切削为主的假说；塑性金属同固定的磨料摩擦时：磨屑呈螺旋形、弯曲形等；在金属表面内发生塑性挤压、形成擦痕；切削金属，形成磨屑；以疲劳破坏为主的假说：金属的同一显微体积经多次塑性变形，小颗粒从表层上脱落下来。不排除同时存在磨料直接切下金属的过程。滚动接触疲劳破坏产生的微粒多呈球形。“备注”以压痕为主的假说：对塑性较大的材料；磨料在压力作用下压入材料表面，梨耕另一金属表面，形成沟槽，使金属表面受到严重的塑性变形压痕两侧金属已经破坏，磨料极易使其脱落。以断裂为主的假说针对脆性材料，以脆性断裂为主；磨料压入和擦划金属表面，压痕处的金属产生变形，磨料压入的深度达到临界深度时，随压力而产生的拉伸应力足以使裂纹产生。裂纹主要有两种形式，垂直表面的中间裂纹和从压痕底部向表面扩展的横向裂纹。第第 4 章章 汽车零件失效、检测及常用修复方法汽车零件失效、检测及常用修复方法8本讲稿第八页，共一百七十二页 总之，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、形状及尺寸大小、固定的程度及载荷作用下磨料与被磨表面的机械性能有关。第第 4 章章 汽车零件失效、检测及常用修复方法汽车零件失效、检测及常用修复方法9本讲稿第九页，共一百七十二页(2)粘着磨损及其失效机理u定义：摩擦副相对运动时，由于固相焊合作用的结果，造成接触面金属损耗的现象称为粘着磨损。u 是缺油或油膜破坏后发生干摩擦的结果；是指一个零件表面上的金属转移到另一个零件表面上，而产生的磨损。u 气缸套与活塞、活塞环，曲轴轴颈与轴承、凸轮与挺杆、差速器十字轴和齿轮等；第第 4 章章 汽车零件失效、检测及常用修复方法汽车零件失效、检测及常用修复方法10本讲稿第十页，共一百七十二页形成机理：由于表面存在微观不平，表面的接触发生在微凸体处，在一定载荷作用下，接触点处发生塑性变形，使其表面膜被破坏，两摩擦表面金属直接接触形成粘结点（固相焊合）；摩擦热产生使接触点处熔化和熔合（热磨损）；由于粘着点与摩擦副双方材料机械性能的差别，当粘着部分脱离时，可能出现两种情况：外部粘着；粘着点的结合强度比摩擦副双方材料的强度低时，从粘着点分界面脱离，机体内部变形小，没有明显粘着现象。气缸壁与活塞环润滑不良时，将或多或少产生此种磨损；内部粘着；粘着点的结合强度比摩擦副的一方强度高，此时脱离面发生在原子结合力较弱的金属内部，大块磨粒从基体被撕裂后而导致粘着磨损。发动机的拉缸、抱瓦等；第第 4 章章 汽车零件失效、检测及常用修复方法汽车零件失效、检测及常用修复方法11本讲稿第十一页，共一百七十二页防止粘着磨损应遵循的原则引起粘着磨损的根本原因是摩擦区形成的热u一是设法减小摩擦区的形成热，使摩擦区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。u改善摩擦区结构；改变摩擦区的形状尺寸；配合副的配合间隙，采用合适的润滑剂及表面膜。二是设法提高金属热稳定性和润滑油的热稳定性。在材料选择上应选用热稳定性高的合金钢并进行正确的热处理，或采用热稳定性高的硬质合金堆焊。第第 4 章章 汽车零件失效、检测及常用修复方法汽车零件失效、检测及常用修复方法12本讲稿第十二页，共一百七十二页粘着磨损影响因素a.材料性质的影响u选用不同种金属或互溶性小的金属以及与非金属材料组成摩擦副；u脆性材料比塑性材料的抗粘着能力强；微量合金元素C、S对金属及合金的粘着有阻滞作用；第第 4 章章 汽车零件失效、检测及常用修复方法汽车零件失效、检测及常用修复方法13本讲稿第十三页，共一百七十二页粘着磨损影响因素b.工作条件的影响载荷的影响；加载不要超过材料硬度值的1/3，减小载荷，并尽量提高材料的硬度；第第 4 章章 汽车零件失效、检测及常用修复方法汽车零件失效、检测及常用修复方法滑动速度的影响 在载荷一定的情况下，粘着磨损随滑动速度的提高而增加。当达到某一极大值后，又随着滑动速度的提高而减少。有时随着滑动速度的变化磨损类型由一种变为另一种。14本讲稿第十四页，共一百七十二页c.滑动速度的影响u在滑动速度不太高的范围内，钢铁材料的磨损量随着滑动速度、接触压力的变化规律。u氧化磨损-粘着磨损-氧化磨损第第 4 章章 汽车零件失效、检测及常用修复方法汽车零件失效、检测及常用修复方法u进一步提高滑动速度，则又出现粘着。这时因摩擦而产生的高温，促使磨损量急剧增加。称为高温磨损15本讲稿第十五页，共一百七十二页 接触压力的变化并不会改善磨损量随滑动速度而变化的规律，但随着接触压力增加其磨损量也增加，而且粘着磨损发生的区域移向滑动速度较低的区间。也就是说重载低速运行容易产生粘着磨损的条件。第第 4 章章 汽车零件失效、检测及常用修复方法汽车零件失效、检测及常用修复方法16本讲稿第十六页，共一百七十二页d.温度的影响u应注意区分摩擦面的平均温度与摩擦面实际接触的温度；（局部接触点的瞬时温度称为热点温度或闪点温度）；滑动速度和接触压力对磨损量的影响主要是热点温度改变而引起的，当摩擦表面温度升高到一定程度时，轻者破坏油膜，重者使材料处于回火状态，从而降低了强度，甚至使材料局部区域温度升高至熔化状态，将促使粘着磨损产生。第第 4 章章 汽车零件失效、检测及常用修复方法汽车零件失效、检测及常用修复方法17本讲稿第十七页，共一百七十二页 大约温度在300左右时，比磨损量有极大值。总的来说，随着热点温度的变化，磨损类型和磨损量也发生较复杂的变化。热点温度在250以下为氧化磨损，磨损量很小；由250开始转变为粘着磨损，在300附近粘着磨损出现极大值。而高于300400时，随着温度上升而磨损量减小，这又是氧化磨损，故磨损量为最小；当热点温度进一步升高，摩擦面局部接点形成的粘着现象就从热源向摩擦副每一元件传入而形成体积热场，使摩擦面平均温度显著升高，此时粘着现象不只是发生在个别点上，而是在较大面积上形成“烧结”，这就是前面所说的高温磨损。例如曲轴与轴承之间的烧瓦现象。热点温度300零件磨损量最大，粘着磨损转变为氧化磨损；热点温度400零件磨损有极小值，氧化磨损转变为粘着磨损第第 4 章章 汽车零件失效、检测及常用修复方法汽车零件失效、检测及常用修复方法18本讲稿第十八页，共一百七十二页(3)表面疲劳磨损及其失效机理 定义：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称为表面疲劳磨损。表面疲劳磨损一般多出现在相对滚动或带有滑动的滚动摩擦条件下；如齿轮副的轮齿表面、滚动轴承的滚珠和滚道以及凸轮副等；滑动摩擦时，也会出现疲劳破坏，如巴氏合金轴承表面材料的疲劳剥落。第第 4 章章 汽车零件失效、检测及常用修复方法汽车零件失效、检测及常用修复方法19本讲稿第十九页，共一百七十二页 失效原理：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：疲劳核心裂纹的形成；疲劳裂纹的发展直至材料微粒的脱落。对表面疲劳磨损初始裂纹的形成，有下述几种理论：u最大剪应力理论 裂纹起源于次表层；u油楔理论 裂纹起源于摩擦表面；（滚动带滑动的接触）u裂纹起源于硬化层与芯部过度区；第第 4 章章 汽车零件失效、检测及常用修复方法汽车零件失效、检测及常用修复方法20本讲稿第二十页，共一百七十二页最大剪应力理论 裂纹起源于次表层；u裂纹的产生一般是由于切应力作用下因塑性变形而引起。u纯滚动时，最大剪切应力发生在表层下0.786b（b为接触宽度之半）处，即次表层内，在载荷反复作用下，裂纹在此附近发生，并沿着最大剪切应力方向扩展到表面，形成磨损微粒脱落，磨屑形状多为扇形，在“痘斑”状坑点。u当除纯滚动接触外，还带有滑动接触式，最大剪切应力的位置随着滑动分量的增加向表层移动，破坏位置随之向表层移动。第第 4 章章 汽车零件失效、检测及常用修复方法汽车零件失效、检测及常用修复方法21本讲稿第二十一页，共一百七十二页油楔理论裂纹起源于摩擦表面（滚动带滑动接触）u在滚动带滑动的接触过程中（如齿轮啮合面），由于外载荷及表层的应力和摩擦力的作用，引起表层或接近表层的塑性变形，使表层硬化形成初始裂纹，并沿着与表面呈小于45的夹角方向扩展。u形成油楔，裂纹内壁承受很大压力，迫使裂纹向纵深发展。裂纹与表面层之间的小块金属犹如一承受弯曲的悬臂梁，在载荷的继续作用下被折断，在接触面留下深浅不同的麻点剥落坑，深度0.10.2mm。第第 4 章章 汽车零件失效、检测及常用修复方法汽车零件失效、检测及常用修复方法22本讲稿第二十二页，共一百七十二页裂纹起源于硬化层与芯部过度区；表层经过硬化处理的零件（渗碳、淬火等），其接触疲劳裂纹往往出现在硬化层与芯部过渡区。这是因为该处所承受的剪切应力较大，而材料的剪切强度较低。试验表明，只要该处承受的剪切应力与材料的剪切强度之比大于0.55时，就有可能在过渡区形成初始裂纹。裂纹平行于表面，扩展后再垂直向表面发展而出现表层大块状剥落。硬化层深度不合理、芯部强度过低、过渡区存在不利的残余应力时，容易在硬化层与芯部过渡区产生裂纹。第第 4 章章 汽车零件失效、检测及常用修复方法汽车零件失效、检测及常用修复方法23本讲稿第二十三页，共一百七十二页影响因素 表面疲劳磨损与零件材料（含有非金属夹杂物，特别是脆性夹杂物氧化铝、硅酸盐、氮化物等；材料的强度和硬度）、热处理的金相组织、表面粗糙度、接触精度以及润滑（润滑油粘度）状态有关；零件的硬化层（渗碳层、氮化层等）要合理，使最大剪切应力在硬化层内，能提高抗疲劳磨损的能力。第第 4 章章 汽车零件失效、检测及常用修复方法汽车零件失效、检测及常用修复方法24本讲稿第二十四页，共一百七十二页(4)腐蚀磨损及其失效机理 u1定义：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，因而出现物质损失的现象成为腐蚀磨损。u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料的性能有关。u腐蚀磨损通常分为：氧化磨损、特殊介质的腐蚀磨损、穴蚀及氢致磨损。第第 4 章章 汽车零件失效、检测及常用修复方法汽车零件失效、检测及常用修复方法25本讲稿第二十五页，共一百七十二页氧化磨损：氧化磨损是最常见的一种磨损形式，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。与其它磨损类型相比，氧化磨损具有最小的磨损速度，有时氧化膜还能起到保护作用；影响因素：影响氧化磨损的因素有滑动速度、接触载荷、氧化膜的硬度、介质中的含氧量、润滑条件以及材料性能等。第第 4 章章 汽车零件失效、检测及常用修复方法汽车零件失效、检测及常用修复方法26本讲稿第二十六页，共一百七十二页滑动速度和接触载荷对氧化磨损的影响u氧化磨损量随滑动速度的变化而变化。当滑动速度变化时，磨损类型将在氧化磨损和粘着磨损之间相互转化。u当载荷超过某一临界值时，磨损量随载荷的增加而急剧增加，其磨损类型也由氧化磨损转化为粘着磨损。第第 4 章章 汽车零件失效、检测及常用修复方法汽车零件失效、检测及常用修复方法27本讲稿第二十七页，共一百七十二页u介质含氧量直接影响磨损率，金属在还原气体、纯氧介质中，其磨损率都比空气中大，这是因为空气中形成的氧化膜强度高，与基体金属结合牢固的关系。介质含氧量对氧化磨损的影响第第 4 章章 汽车零件失效、检测及常用修复方法汽车零件失效、检测及常用修复方法28本讲稿第二十八页，共一百七十二页u润滑油膜能起到减磨和保护作用，减缓氧化膜生成的速度。u但油脂与氧化反应生成酸性氧化物时则会腐蚀摩擦表面u生产中有时利用危害性小的氧化磨损来防止危害性大的粘着磨损。如汽车后桥采用双曲线齿轮传动，因双曲线齿轮副接触应力较大，极易产生早期粘着磨损。在润滑油中加入中性极压添加剂，使油膜强度提高；润滑条件对氧化磨损的影响第第 4 章章 汽车零件失效、检测及常用修复方法汽车零件失效、检测及常用修复方法29本讲稿第二十九页，共一百七十二页u定义：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；u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。u结构致密，与基体金属结合牢固的钝化膜或保护膜的生成速度大于腐蚀速度，则磨损率不随介质的腐蚀性而变化。3.特殊介质腐蚀磨损第第 4 章章 汽车零件失效、检测及常用修复方法汽车零件失效、检测及常用修复方法30本讲稿第三十页，共一百七十二页 发动机气缸内的燃烧产物中含有碳、硫和氮的氧化物、水蒸气和有机酸如蚁酸（CH2O）、醋酸（C2H4O2）等腐蚀性物质，可直接与缸壁起化学作用是化学腐蚀，也可溶于水形成酸性物质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。第第 4 章章 汽车零件失效、检测及常用修复方法汽车零件失效、检测及常用修复方法31本讲稿第三十一页，共一百七十二页uTk是在一定压力下水蒸气凝结的露点，在温度低于Tk的区内为电化学腐蚀，腐蚀强度很高。温度高于Tk时，主要是化学腐蚀，随着温度的升高，腐蚀强度逐渐增高，随后又加剧。在Tk附近有一个腐蚀最小的理想区TkTn，腐蚀强度最小。气缸壁温度与腐蚀强度关系第第 4 章章 汽车零件失效、检测及常用修复方法汽车零件失效、检测及常用修复方法32本讲稿第三十二页，共一百七十二页 润滑油氧化时将产生有机酸，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，并逐渐扩展成海面状空洞，在摩擦过程中呈小块剥落，应严格控制润滑油中的酸值。第第 4 章章 汽车零件失效、检测及常用修复方法汽车零件失效、检测及常用修复方法33本讲稿第三十三页，共一百七十二页u定义：穴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。u柴油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；4气蚀（穴蚀或空蚀）第第 4 章章 汽车零件失效、检测及常用修复方法汽车零件失效、检测及常用修复方法34本讲稿第三十四页，共一百七十二页u是由于冲击力而造成的表面疲劳破坏，但液体的化学和电化学作用、液体中含有杂质磨料等均可能加速穴蚀的破坏过程。u气缸套穴蚀为例，由于气缸内燃烧压力随曲轴转角而变化，缸套在活塞侧向推力的作用下，使缸套产生弹性变形和高频振动。u气泡在溃灭的瞬时产生极大的冲击力（几千甚至一万个大气压）和高温（数百度），溃灭的速度可达250m/s。穴蚀产生的机理第第 4 章章 汽车零件失效、检测及常用修复方法汽车零件失效、检测及常用修复方法35本讲稿第三十五页，共一百七十二页 缸套的外壁承受这种冲击应力的反复作用，使表面材料产生疲劳而逐渐脱落，形成麻点状，随后扩展、加深，严重时呈聚集的蜂窝状孔穴群，甚至穿透缸壁 （柴油机的强化）缸套穴蚀破坏的一般特征是孔穴群集中出现在连杆摆动平面的两侧，尤其是在活塞承受侧压力大的一侧所对应的缸套外壁最为严重。另外在进水口和水流转向处，缸套支撑面和密封处也可能出现穴蚀破坏。第第 4 章章 汽车零件失效、检测及常用修复方法汽车零件失效、检测及常用修复方法36本讲稿第三十六页，共一百七十二页 防止缸套穴蚀的措施，一是防止或减少气泡的形成，二是如气泡不可避免的发生，就应设法使气泡远离机件的地方溃灭或提高零件材料抗穴蚀能力。增加气缸套固定刚度（如增加承孔高度，减少配合间隙等），以减少缸套的振动；加宽水套使冷却均匀，减少气泡爆破时的影响；消除冷却水路中局部涡流区及死水区，可采用切向进水；应在使用中保持冷却水的清洁或冷却水中加乳化剂；提高缸体与活塞修理质量和装配质量等对防止穴蚀都有一定作用。预防方法，就材料来说，以选用硬而富于延性（容易加工硬化、结晶颗粒小、弹性大）的材料为宜；作为环境条件，采用缓和冲击作用的方法和电防蚀法等效果较好。一般柴油机最易产生穴蚀的冷却水温度为4060左右，减少穴蚀的角度，应保持发动机的正常工作温度8090。第第 4 章章 汽车零件失效、检测及常用修复方法汽车零件失效、检测及常用修复方法37本讲稿第三十七页，共一百七十二页5氢致磨损：含氢的材料在摩擦过程中，由于力学及化学作用导致氢的析出。氢扩散到金属表面的变形层中，使变形层内出现大量的裂纹源，裂纹的产生和发展，使表面材料脱落称为氢致磨损。氢可能来自材料本身或是环境介质，如润滑油和水中等。第第 4 章章 汽车零件失效、检测及常用修复方法汽车零件失效、检测及常用修复方法38本讲稿第三十八页，共一百七十二页(5)微动磨损及其失效机理u1定义：两接触表面间没有宏观相对运动，但在外界变动负荷影响下，有小振幅的相对振动（一般小于100m），此时接触表面间产生大量的微小氧化物磨损粉末，因此造成的磨损称为微动磨损。u微动以三种方式对构件造成破坏；如在微动磨损过程中，两个表面之间的化学反应起主要作用时，则称微动腐蚀磨损。如果微动表面或次表面层中产生微裂纹，在反复应力作用下发展成疲劳裂纹，称为微动疲劳磨损。第第 4 章章 汽车零件失效、检测及常用修复方法汽车零件失效、检测及常用修复方法39本讲稿第三十九页，共一百七十二页 微动磨损通常发生在静配合的轴和孔表面、某些片式摩擦离合器内外摩擦片的结合面上，以及一些受振动影响的连接件（如花键、销、螺钉）的结合面上。微动磨损造成摩擦表面有较集中的小凹坑，使配合精度降低。更严重的是在微动磨损处引起应力集中，导致零件疲劳断裂。第第 4 章章 汽车零件失效、检测及常用修复方法汽车零件失效、检测及常用修复方法40本讲稿第四十页，共一百七十二页过程：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，产生红褐色的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。复合磨损，粘着磨损、氧化磨损、磨粒磨损形式的组合。微小振动和氧化作用是促进微动磨损的主要因素。第第 4 章章 汽车零件失效、检测及常用修复方法汽车零件失效、检测及常用修复方法41本讲稿第四十一页，共一百七十二页u材料的性能；u滑动距离、载荷；u相对湿度；u振动频率和振幅；u温度；3影响因素：第第 4 章章 汽车零件失效、检测及常用修复方法汽车零件失效、检测及常用修复方法42本讲稿第四十二页，共一百七十二页材料的性能；u一般来说，抗粘着磨损性能力大的材料也具有良好的抗微动磨损性能。第第 4 章章 汽车零件失效、检测及常用修复方法汽车零件失效、检测及常用修复方法43本讲稿第四十三页，共一百七十二页u紧配合接触面间相对滑动距离大，微动磨损就大。滑动距离一定则微动磨损量随载荷的增加而增加，但超过一定载荷后，磨损量将随着载荷的增加而减少；（可通过控制预应力及过盈配合的过盈量来减缓微动磨损。）滑动距离、载荷第第 4 章章 汽车零件失效、检测及常用修复方法汽车零件失效、检测及常用修复方法44本讲稿第四十四页，共一百七十二页相对湿度u微动磨损量随相对湿度的增加而下降。u相对湿度大于50%以后，金属表面形成Fe2O3.H2O薄膜，它比通常Fe2O3软，因此随着相对湿度的增加，则微动磨损量减小。第第 4 章章 汽车零件失效、检测及常用修复方法汽车零件失效、检测及常用修复方法45本讲稿第四十五页，共一百七十二页振动频率和振幅u在大气中振幅很小（0.012mm）时，钢的微动磨损不受振动频率的影响；u振幅较大时，随着振动频率的增加，微动磨损量有减小的倾向。u当振幅超过50150m时，磨损率均显著上升。第第 4 章章 汽车零件失效、检测及常用修复方法汽车零件失效、检测及常用修复方法46本讲稿第四十六页，共一百七十二页温度u实验测得汽车零件的微动磨损与温度的关系证实，载重汽车轮毂轴承在冬天的微动磨损比夏天严重；u实验测得中碳钢的微动磨损在临界温度130时发生转折，超过此临界温度后，微动磨损大幅度降低。u对于低碳钢，在温度低于0时，温度越低，磨损量越大。在0以上，磨损率随温度上升而逐渐降低，在150200之间突然降低。继续升温，磨损率上升。温度从135升高到400时，其磨损量增加15倍。第第 4 章章 汽车零件失效、检测及常用修复方法汽车零件失效、检测及常用修复方法47本讲稿第四十七页，共一百七十二页 由于微动磨损的起因是微振及氧化腐蚀，所以防止措施首先是加强检查配合件紧固情况，使之不出现微动或采取在配合副之间加弹性垫片，充填聚四氟乙烯（套或膜）或用固体润滑剂。适当的润滑可有效地改善抗微动磨损的能力，因为润滑膜保护表面防止氧化。采用极压添加剂或涂抹二硫化钼都可以减少微动磨损。第第 4 章章 汽车零件失效、检测及常用修复方法汽车零件失效、检测及常用修复方法48本讲稿第四十八页，共一百七十二页4.1.2 4.1.2 汽车零部件疲劳断裂失效及其机理汽车零部件疲劳断裂失效及其机理 u一、定义：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。是汽车零件常见及危害性最大的一种失效方式。u在汽车上，大约有90%以上的断裂可归结为零件的疲劳失效。第第 4 章章 汽车零件失效、检测及常用修复方法汽车零件失效、检测及常用修复方法49本讲稿第四十九页，共一百七十二页疲劳断裂失效的分类：根据零件的特点及破坏时总的应力循环次数，可分为无裂纹零件和裂纹零件的疲劳断裂失效。高周疲劳发生时，应力在屈服强度以下，零件的寿命主要由裂纹的形核寿命控制。低周疲劳发生时的应力可高于屈服极限，其寿命受裂纹扩展寿命的影响较大。汽车零件一般多为低应力高周疲劳断裂。第第 4 章章 汽车零件失效、检测及常用修复方法汽车零件失效、检测及常用修复方法50本讲稿第五十页，共一百七十二页疲劳断裂失效机理：金属零件疲劳断裂实质上是一个累计损伤过程。大体可划分为滑移、裂纹成核、微观裂纹扩展、宏观裂纹扩展、最终断裂几个过程。第第 4 章章 汽车零件失效、检测及常用修复方法汽车零件失效、检测及常用修复方法51本讲稿第五十一页，共一百七十二页疲劳裂纹的萌生：u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等均可能是产生疲劳裂纹核心的策源地。u滑移带随着疲劳的进行逐步加宽加深，在表面出现挤出带和挤入槽，这种挤入槽就是疲劳裂纹策源地。另外金属的晶界及非金属夹杂物等处以及零件应力集中的部位（台阶、尖角、键槽等）均会产生不均匀滑移，最后也形成疲劳裂纹核心。第第 4 章章 汽车零件失效、检测及常用修复方法汽车零件失效、检测及常用修复方法52本讲稿第五十二页，共一百七十二页疲劳裂纹的扩展：u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；u在交变应力的作用下，裂纹从金属材料的表面上的滑移带、挤入槽或非金属夹杂物等处开始，沿着最大切应力方向（和主应力方向成40角）的晶面向内扩展。扩展速度慢，如没有应力集中，直接进入第二阶段。u改变方向，沿着与正应力相垂直的方向扩展，扩展途径穿晶并速度很快第第 4 章章 汽车零件失效、检测及常用修复方法汽车零件失效、检测及常用修复方法53本讲稿第五十三页，共一百七十二页 裂纹成核后的扩展过程主要包括微观和宏观两个裂纹扩展阶段。整个疲劳过程是滑移 微观裂纹产生 微观裂纹的连接 宏观裂纹扩展直至断裂失效。第第 4 章章 汽车零件失效、检测及常用修复方法汽车零件失效、检测及常用修复方法54本讲稿第五十四页，共一百七十二页疲劳断口宏观形貌特征：u典型宏观疲劳断口分为三个区域，疲劳源或称疲劳核心、疲劳裂纹扩展区和瞬时断裂区；第第 4 章章 汽车零件失效、检测及常用修复方法汽车零件失效、检测及常用修复方法55本讲稿第五十五页，共一百七十二页提高汽车零件抗疲劳断裂的方法：u1延缓疲劳裂纹萌生时间；u方法有强化金属合金表面，控制表面的不均匀滑移，如表面滚压、喷丸、表面热处理等。u另外提高金属材料的纯净度，减少夹杂物尺度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。u2降低疲劳裂纹扩展的速度；u止裂孔法、扩孔清除法（不影响强度的前提下）、刮磨修理法；此外，还可以在裂纹处采用局部增加有效截面或补贴金属条等降低应力水平的方法，以阻止裂纹继续产生与扩展。第第 4 章章 汽车零件失效、检测及常用修复方法汽车零件失效、检测及常用修复方法56本讲稿第五十六页，共一百七十二页4.1.2 4.1.2 汽车零部件腐蚀失效及其机理汽车零部件腐蚀失效及其机理u 零件受周围介质作用而引起的损坏称为零件的腐蚀。按腐蚀机理可分为化学腐蚀和电化学腐蚀，汽车上约20%的零件因腐蚀而失效。第第 4 章章 汽车零件失效、检测及常用修复方法汽车零件失效、检测及常用修复方法57本讲稿第五十七页，共一百七十二页 化学腐蚀失效机理：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腐蚀。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；化学腐蚀过程中没有电流产生，通常在金属表面形成一层腐蚀产物膜，如铁在干燥的空气中与氧作用生成Fe3O4;这层膜的性质决定化学腐蚀速度，如果膜是完整的，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等，就具有保护金属、减缓腐蚀的作用。（发动机活塞环镀铬）第第 4 章章 汽车零件失效、检测及常用修复方法汽车零件失效、检测及常用修复方法58本讲稿第五十八页，共一百七十二页 电化学腐蚀失效机理：电化学腐蚀是两个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的作用，使充当阳极的金属被腐蚀。电化学腐蚀的基本特点：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。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，由于电流无法利用，使阳极金属受到腐蚀，称为腐蚀电池。异类电极电池；浓差腐蚀电池（湿式缸套下部的橡胶密封处）；局部腐蚀电池（金属表面有氧化膜或电池时），也称其为微电池；第第 4 章章 汽车零件失效、检测及常用修复方法汽车零件失效、检测及常用修复方法59本讲稿第五十九页，共一百七十二页 与燃气接触的零件所受的腐蚀为燃气腐蚀。可分为低温腐蚀和高温腐蚀，低温腐蚀主要为电化学腐蚀，高温腐蚀主要为化学腐蚀。防止电化学腐蚀的方法，在汽车上主要用覆盖层保护。覆盖层有金属性的（镀铬、镀锡）和非金属性的（油漆、塑料）有些零件利用电化学和化学方法在表面生成一层致密的保护膜，如发蓝是生成一层氧化膜，磷化是生成一层磷化膜；第第 4 章章 汽车零件失效、检测及常用修复方法汽车零件失效、检测及常用修复方法60本讲稿第六十页，共一百七十二页汽车零件的老化：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。（龟裂、变硬）第第 4 章章 汽车零件失效、检测及常用修复方法汽车零件失效、检测及常用修复方法61本讲稿第六十一页，共一百七十二页汽车零部件变形失效机理汽车零部件变形失效机理 u定义：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变形。u变形是零件失效的一个重要原因，如曲轴、离合器摩擦片、变速器中间轴与主轴。第第 4 章章 汽车零件失效、检测及常用修复方法汽车零件失效、检测及常用修复方法62本讲稿第六十二页，共一百七十二页变形失效的分类：。弹性变形失效、塑性变形失效和蠕变失效。第第 4 章章 汽车零件失效、检测及常用修复方法汽车零件失效、检测及常用修复方法63本讲稿第六十三页，共一百七十二页弹性变形失效：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；此时零件所受应力未超过弹性极限，零件与应变的关系仍遵循虎克定律；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；第第 4 章章 汽车零件失效、检测及常用修复方法汽车零件失效、检测及常用修复方法64本讲稿第六十四页，共一百七十二页塑性变形失效：零件的工作压力超过材料的屈服极限因塑性变形而导致的失效；经典的强度设计都是按照防止塑性变形失效来设计的，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，目前已逐渐采用塑性设计的方法，即允许局部区域发生塑性变形。（分析应力应精确）如花键扭曲、螺栓受载后被拉长（塑性变形）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限。材料的屈服极限越高，则发生塑性变形失效的可能性越小；第第 4 章章 汽车零件失效、检测及常用修复方法汽车零件失效、检测及常用修复方法65本讲稿第六十五页，共一百七十二页蠕变是指材料在一定应力（或载荷）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。第第 4 章章 汽车零件失效、检测及常用修复方法汽车零件失效、检测及常用修复方法66本讲稿第六十六页，共一百七十二页影响因素：u零件变形失效除与金属材料、设计刚度和制造工艺有关；u载荷：安装紧固不当或工作有明显的超载现象；u温度：随着工作温度的升高，材料的强度也会下降，因此在较高温度下工作的零件易产生变形离合器片的翘曲变形、制动鼓、排气歧管的变形等。u对于基础件由于铸造时时效处理的不完善，存在着内应力，在应用中因应力重新分配而引起变形；修理工艺或方法不正确，如焊接的热应力。第第 4 章章 汽车零件失效、检测及常用修复方法汽车零件失效、检测及常用修复方法67本讲稿第六十七页，共一百七十二页基础件变形失效的影响：u基础件：既保证本组合件或总成中的所有组成部分（零件）均能处于规定位置的零件；u发动机气缸体、变速器壳体、驱动桥壳体；u由于使用中不同程度的变形，破坏了总成中各零件间正确的位置关系；第第 4 章章 汽车零件失效、检测及常用修复方法汽车零件失效、检测及常用修复方法68本讲稿第六十八页，共一百七十二页汽车零件的检验方法可根据检验技术要求的不同，分为外观检验、几何尺寸测量、零件位置公差测量及零件的内部组织缺陷的检验等；件出现破裂，具有明显裂纹、变形或磨损时，一般可通过外部检视进行检验。零件因磨损引起尺寸上的变化，或因变形引起几何形状或相互位置公差的变化，必须采用通用或专用量具，通过测量尺寸或相对位置公差来确定零件的技术状况。对零件的物理机械性能和零件内部的隐蔽缺陷，则必须采用染色法、磁力探伤法、X射线法、超声波等设备来检验。零件的平衡检验。第第 4 章章 汽车零件失效、检测及常用修复方法汽车零件失效、检测及常用修复方法4.2 汽车零件常用检验方法汽车零件常用检验方法69本讲稿第六十九页，共一百七十二页一、形位误差检测u平面度u圆度u圆柱度u圆跳动u平行度和垂直度u同轴度u直线度第第 4 章章 汽车零件失效、检测及常用修复方法汽车零件失效、检测及常用修复方法4.2 汽车零件常用检验方法汽车零件常用检验方法70本讲稿第七十页，共一百七十二页平面度误差的检测u平面度是指平面要素实际形状的平整程度；u汽车上的应用；发动机气缸体上、下平面；u检测：中凹（稳定状态）或中凸（不稳定状态，两端间隙调成等值）平面；第第 4 章章 汽车零件失效、检测及常用修复方法汽车零件失效、检测及常用修复方法4.2 汽车零件常用检验方法汽车零件常用检验方法71本讲稿第七十一页，共一百七十二页圆度和圆柱度误差的检测u圆度误差是指横截面上实际圆偏离理想圆的实际值；u圆度误差是在半径方向测量的。u圆柱度误差是实际圆柱面偏离理想圆柱面的实际值；u在测量圆柱度误差中，采用的两点法是指在被测圆柱表面的任意部位或方向上所测的直径中取最大值与最小值差值的一半。第第 4 章章 汽车零件失效、检测及常用修复方法汽车零件失效、检测及常用修复方法4.2 汽车零件常用检验方法汽车零件常用检验方法72本讲稿第七十二页，共一百七十二页第第 4 章章 汽车零件失效、检测及常用修复方法汽车零件失效、检测及常用修复方法4.2 汽车零件常用检验方法汽车零件常用检验方法圆度和