汽车零部件失效模式

1、第二章汽车零部件的失效模式及其分析重点：1.汽车零件失效的基本原因；2.汽车摩擦学理论；3.磨损的分类与失效；4.汽车零件疲劳；5.汽车零件的变形；6.汽车零件的腐蚀；第二章汽汽车零部部件的失失效模式式及其分分析难点：1.汽车摩擦擦学-混合摩擦擦；2.粘着磨损损；微动动磨损；3.腐蚀磨损损；4.提高汽车车零件抗抗疲劳断断裂的方方法；5.基础件的的变形；第二章汽汽车零部部件的失失效模式式及其分分析汽车零部部件失效效分析，是研究究汽车零零部件丧丧失其功功能的原原因、特特征和规规律；目目的在于于：分析析原因，找出责责任，提提出改进进和预防防措施，提高汽汽车可靠靠性和使使用寿命命。第一节汽汽车零部部件

2、失效效的概念念及分类类一、失效效的概念念；二、失效效的基本本类型；三、零件件失效的的基本原原因；一、失效效的概念念汽车零部部件失去去原设计计所规定定的功能能称为失失效。失失效不仅仅是指完完全丧失失原定功功能，而而且还包包含功能能降低和和有严重重损伤或或隐患、继续使使用会失失去可靠靠性和安安全性的的零部件件。二、失效效的基本本形式按失效模式式和失效机理理对失效进进行分类类是研究究失效的的重要内内容。汽车零部部件按失效模式式分类可分分为磨损、疲劳断裂裂、变形、腐蚀及老化等五类；一个零件件可能同同时存在在几种失失效模式式或失效效机理。汽车零件件失效分分类失效类型失效模式举例磨损粘着磨损、磨料磨损、表

3、面疲劳磨损、腐蚀磨损、微动磨损汽缸工作表面“拉缸”、曲轴“抱轴”、齿轮表面和滚动轴承表面的麻点、凹坑等疲劳断裂低应力高周疲劳、高应力低周疲劳、腐蚀疲劳、热疲劳曲轴断裂、齿轮轮齿折断等腐蚀化学腐蚀、电化学腐蚀、穴蚀湿式汽缸套外壁麻点、孔穴变形过量弹性变形、过量塑性变形曲轴弯曲、扭曲，基础件（汽缸体、变速器壳、驱动桥壳）变形老化龟裂、变硬橡胶轮胎、塑料器件三、零件件失效的的基本原原因工作条件件包括零件件的受力力状况和和工作环环境；设计制制造设计不合合理、选选材不当当、制造造工艺不不当等；使用维维修三、零件件失效的的基本原原因工作条条件基本原因主要内容应用举例工作条件零件的受力状况 曲柄连杆机构在承

4、受气体压力过程中，各零件承受扭转、压缩、弯曲载荷及其应力作用； 齿轮轮齿根部所承受的弯曲载荷及表面承受的接触载荷等； 绝大多数汽车零件是在动态应力作用下工作的。工作环境； 汽车零件在不同的环境介质和不同的工作温度作用下，可能引起腐蚀磨损、磨料磨损以及热应力引起的热变形、热膨胀、热疲劳等失效，还可能造成材料的脆化，高分子材料的老化等。三、零件件失效的的基本原原因设计制制造；使用维维修；基本原因主要内容应用举例设计制造设计不合理； 轴的台阶处直角过渡、过小的圆角半径、尖锐的棱边等造成应力集中； 花键、键槽、油孔、销钉孔等处，设计时没有考虑到这些形状对截面的削弱和应力集中问题，或位置安排不妥当；选材

5、不合理；制造工艺过程中操作不合理；制动蹄片材料热稳定系数不好；产生裂纹、高残余内应力、表面质量不良；使用维修使用；维修；汽车超载、润滑不良，频繁低温冷启动；破坏装配位置，改变装配精度；第二节汽汽车零部部件磨损损失效模模式与失失效机理理汽车或机机械运动动在其运运动中都都是一个个物体与与另一物物体相接接触、或或与其周周围的液液体或气气体介质质相接触触，与此此同时在在运动过过程中，产生阻阻碍运动动的效应应，这就就是摩擦擦。由于于摩擦，系统的的运动面面和动力力面性质质受到影影响和干干扰，使使系统的的一部分分能量以以热量形形式发散散和以噪噪音形式式消失。同时，摩擦效效应还伴伴随着表表面材料料的逐渐渐消耗

6、，这就是是磨损。磨损是摩摩擦效应应的一种种表现和和结果。“磨损是是构件由由于其表表面相对对运动而而在承载载表面上上不断出出现材料料损失的的过程。”据统计有有75%的汽车零零件由于于磨损而而报废。因此磨磨损是引引起汽车车零件失失效的主主要原因因之一。一、摩擦擦学基础础理论摩擦理论论；摩擦分分类；几种主要要的摩擦擦理论名称主要内容机械理论当两固体表面接触时，由于表面凹凸不平，相互啮合，产生了阻碍两固体接触表面相对运动的作用。（只适用于固体的粗糙表面）分子吸附理论摩擦力产生得主要原因在于两摩擦表面分子之间的相互吸引力。粘着理论摩擦力主要取决于剪断金属粘着和冷焊点所需的剪切力。分子机 械理论发生在接触

7、点处分子吸引和机械啮合所构成的合成阻力就是所谓的摩擦力。在载荷作用下的接触表面的相互作用可分为机械作用（取决于表面变形）和分子作用（取决于原子相互吸引），在摩擦过程中所占比例与材料的表面粗糙度、载荷大小、材料种类等因素有关。摩擦分类类分类方式内容举例按摩擦副的相对运动形式滑动摩擦活塞与活塞环在气缸孔的往复运动滚动摩擦滚动轴承滚柱、滚珠与内、外圈滚道表面间的摩擦复合摩擦凸轮轴凸轮与气门挺杆表面间、齿轮传动机构轮齿表面所发生的摩擦按摩擦副表面的润滑状况固体摩擦汽车离合器、制动器流体摩擦桶面活塞环与气缸壁、轴颈与轴瓦边界摩擦发动机活塞环与缸套上部、配汽机构凸轮与挺杆、齿轮传动副的齿面二、磨损损的分类

8、类磨损与零零件所受受的应力力状态、工作与与润滑条条件、加加工表面面形貌、材料的的组织结结构与性性能以及及环境介介质的化化学作用用等一系系列因素素有关；按按表表面破坏坏机理和和特征，磨损可可分为磨料磨损损、粘着着磨损、表面疲疲劳磨损损、腐蚀蚀磨损和和微动磨磨损等；前两两种是磨磨损的基基本类型型，后两两种磨损损形式只只在某些些特定条条件下才才会发生生。三、磨料料磨损及及其失效效机理磨料的来来源；粒粒度为20m30m的尘埃将将引起曲曲轴轴颈颈、气缸缸表面的的严重磨磨损，而而1m以下的尘尘埃同样样会使凸凸轮挺杆杆副磨损损加剧；磨料磨损损的失效效机理（假说）总之，磨磨料磨损损机理是是属于磨磨料的机机械作

9、用用，这种种机械作作用在很很大程度度上与磨磨料的性性质、形形状及尺尺寸大小小、固定定的程度度及载荷荷作用下下磨料与与被磨表表面的机机械性能能有关。四、粘着着磨损及及其失效效机理定义：摩摩擦副相相对运动动时，由由于固相相焊合作作用的结结果，造造成接触触面金属属损耗的的现象称称为粘着着磨损。是缺油或或油膜破破坏后发发生干摩摩擦的结结果；是是指一个个零件表表面上的的金属转转移到另另一个零零件表面面上，而而产生的的磨损。气缸套与与活塞、活塞环环，曲轴轴轴颈与与轴承、凸轮与与挺杆、差速器器十字轴轴和齿轮轮等；防止粘着着磨损应应遵循的的原则引起粘着着磨损的的根本原原因是摩摩擦区形形成的热热一是设法法减小摩

10、摩擦区的的形成热热，使摩摩擦区的的温度低低于金属属热稳定定性的临临界温度度和润滑滑油热稳稳定性的的临界温温度。改善摩擦擦区结构构；改变变摩擦区区的形状状尺寸；配合副副的配合合间隙，采用合合适的润润滑剂及及表面膜膜。二是设法法提高金金属热稳稳定性和和润滑油油的热稳稳定性。 在材料选选择上应应选用热热稳定性性高的合合金钢并并进行正正确的热热处理，或采用用热稳定定性高的的硬质合合金堆焊焊。粘着磨损损影响因因素工作条条件的影影响载荷的影影响；加载不要要超过材材料硬度度值的1/3，减小载载荷，并并尽量提提高材料料的硬度度；五、表面面疲劳磨磨损及其其失效机机理定义：两两接触表表面在交交变接触触压应力力的作

11、用用下，材材料表面面因疲劳劳而产生生物质损损失的现现象称为为表面疲疲劳磨损损。表表面疲劳劳磨损一一般多出出现在相对滚动动或带有滑动动的滚动动摩擦条条件下；如齿轮轮副的轮轮齿表面面、滚动动轴承的的滚珠和和滚道以以及凸轮轮副等；滑动摩摩擦时，也会出出现疲劳劳破坏，如巴氏氏合金轴轴承表面面材料的的疲劳剥剥落。失效原理理：表面面疲劳磨磨损是疲疲劳和摩摩擦共同同作用的的结果，其失效效过程可可分为两两个阶段段：疲疲劳核心心裂纹的的形成； 疲疲劳裂纹纹的发展展直至材材料微粒粒的脱落落。对表面疲疲劳磨损损初始裂裂纹的形形成，有有下述几几种理论论：最大剪应应力理论论 裂裂纹起起源于次次表层；油楔理论论 裂裂纹起

12、起源于摩摩擦表面面；（滚滚动带滑滑动的接接触）裂纹起源源于硬化化层与芯芯部过度度区；六、腐蚀蚀磨损及及其失效效机理1定义：零零件表面面在摩擦擦过程中中，表面面金属与与周围介介质发生生化学或或电化学学反应，因而出出现物质质损失的的现象成成为腐蚀蚀磨损。腐蚀磨损损是腐蚀蚀和摩擦擦共同作作用的结结果。其其表现的的状态与与介质的的性质、介质作作用在摩摩擦表面面上的状状态以及及摩擦材材料的性性能有关关。腐蚀磨损损通常分分为：氧氧化磨损损、特殊殊介质的的腐蚀磨磨损、穴穴蚀及氢氢致磨损损。氧化磨损损：氧化磨损损是最常常见的一一种磨损损形式，曲轴轴轴颈、气气缸、活活塞销、齿轮啮啮合表面面、滚珠珠或滚柱柱轴承等

13、等零件都都会产生生氧化磨磨损。与与其它磨磨损类型型相比，氧化磨磨损具有有最小的的磨损速速度，有有时氧化化膜还能能起到保保护作用用；影影响响因素：影响氧氧化磨损损的因素素有滑动动速度、接触载载荷、氧氧化膜的的硬度、介质中中的含氧氧量、润润滑条件件以及材材料性能能等。4气蚀（穴穴蚀或空空蚀）定义：穴穴蚀是当当零件与与液体接接触并有有相对运运动时，零件表表面出现现的一种种损伤现现象。柴油机湿湿式缸套套的外壁壁与冷却却液接触触的表面面、滑动动轴承在在最小油油膜间隙隙之后的的油膜扩扩散部分分（由于于负压的的存在），都可可能产生生穴蚀；穴蚀产生生的机理理是由于冲冲击力而而造成的的表面疲疲劳破坏，但但液体的

14、的化学和和电化学学作用、液体中中含有杂杂质磨料料等均可可能加速速穴蚀的的破坏过过程。气缸套穴穴蚀为例例，由于于气缸内内燃烧压压力随曲曲轴转角角而变化化，缸套套在活塞塞侧向推推力的作作用下，使缸套套产生弹弹性变形形和高频频振动。气泡在溃溃灭的瞬瞬时产生生极大的的冲击力力（几千千甚至一一万个大大气压）和高温温（数百百度），溃灭的的速度可可达250m/s。5氢致磨损损：含氢的材材料在摩摩擦过程程中，由由于力学学及化学学作用导导致氢的的析出。氢扩散散到金属属表面的的变形层层中，使使变形层层内出现现大量的的裂纹源源，裂纹纹的产生生和发展展，使表表面材料料脱落称称为氢致致磨损。氢可能能来自材材料本身身或是

15、环环境介质质，如润润滑油和和水中等等。七、微动动磨损及及其失效效机理1定义：两两接触表表面间没没有宏观观相对运运动，但但在外界界变动负负荷影响响下，有有小振幅幅的相对对振动（一般小小于100m），此时时接触表表面间产产生大量量的微小小氧化物物磨损粉粉末，因因此造成成的磨损损称为微微动磨损损。微动以三三种方式式对构件件造成破破坏；如如在微动动磨损过过程中，两个表表面之间间的化学学反应起起主要作作用时，则称微微动腐蚀蚀磨损。如果微微动表面面或次表表面层中中产生微微裂纹，在反复复应力作作用下发发展成疲疲劳裂纹纹，称为为微动疲疲劳磨损损。第三节汽汽车车零部件件疲劳断断裂失效效及其机机理一、定义义：零件

16、件在交变变应力作作用下，经过较较长时间间工作而而发生的的断裂现现象称为为疲劳断断裂。是是汽车零零件常见见及危害害性最大大的一种种失效方方式。在汽车上上，大约约有90%以上的断断裂可归归结为零零件的疲疲劳失效效。二、疲劳劳断裂失失效的分分类：根据零件件的特点点及破坏坏时总的的应力循循环次数数，可分分为无裂裂纹零件件和裂纹纹零件的的疲劳断断裂失效效。高周周疲劳发发生时，应力在在屈服强强度以下下，零件件的寿命命主要由由裂纹的的形核寿寿命控制制。低周周疲劳发发生时的的应力可可高于屈屈服极限限，其寿寿命受裂裂纹扩展展寿命的的影响较较大。汽汽车零件件一般多多为低应应力高周周疲劳断断裂。三、疲劳劳断裂失失效

17、机理理：金金属属零件疲疲劳断裂裂实质上上是一个个累计损损伤过程程。大体体可划分分为滑移移、裂纹纹成核、微观裂裂纹扩展展、宏观观裂纹扩扩展、最最终断裂裂几个过过程。第四节汽汽车车零部件件腐蚀失失效及其其机理零件受周周围介质质作用而而引起的的损坏称称为零件件的腐蚀蚀。按腐腐蚀机理理可分为为化学腐腐蚀和电电化学腐腐蚀，汽汽车上约约20%的零件因因腐蚀而而失效。一、化学学腐蚀失失效机理理：金属属零件与与介质直直接发生生化学作作用而引引起的损损伤称为为化学腐腐蚀。金金属在干干燥空气气中的氧氧化以及及金属在在不导电电介质中中的腐蚀蚀等均属属于化学学腐蚀；化学腐腐蚀过程程中没有有电流产产生，通通常在金金属表

18、面面形成一一层腐蚀蚀产物膜膜，如铁铁在干燥燥的空气气中与氧氧作用生生成Fe3O4;这层膜的的性质决决定化学学腐蚀速速度，如如果膜是是完整的的，强度度、塑性性都很好好，膨胀胀系数和和金属相相近，膜膜与金属属的粘着着力强等等，就具具有保护护金属、减缓腐腐蚀的作作用。（发动机机活塞环环镀铬）二、电化化学腐蚀蚀失效机机理：电电化学腐腐蚀是两两个不同同的金属属在一个个导电溶溶液中形形成一对对电极，产生电电化学反反应而发发生腐蚀蚀的作用用，使充充当阳极极的金属属被腐蚀蚀。电电化学腐腐蚀的基基本特点点：在金金属不断断遭到腐腐蚀的同同时还有有电流产产生。如如金属在在酸、碱碱、盐溶溶液及潮潮湿空气气中的腐腐蚀等。引引起起电化学学腐蚀的的原因是是金属与与电解质质相接触触，由于于离子交交换，产产生电流流形成原原电池，由于电电流无法法利用，使阳极极金属受受到腐蚀蚀，称为为腐蚀电电池。异异类电电极电池池；浓差差腐蚀电电池（湿湿式缸套套下部的的橡胶密密封处）；局部部腐蚀电电池（金金属表面面有氧化化膜或电电池时），也称