汽车零件的失效课件

第二章第二章 汽车零部件的失效理论汽车零部件的失效理论本章重点本章重点:第二章 汽车零部件的失效理论本章重点:了解汽车零件失1第一节第一节 汽车零部件失效概述汽车零部件失效概述产品失效产品失效规定规定条件条件下下、时间内时间内，不能完成，不能完成规定效能规定效能的现象，的现象，也称为也称为故障故障。失效失效不可修复不可修复产品；产品；汽车零件的失效汽车零件的失效汽车运行中，汽车运行中，零部件逐渐丧失原有性能零部件逐渐丧失原有性能或或所要求的性能，引起所要求的性能，引起技术状况技术状况变差，变差，至不能履行至不能履行规定功能规定功能。故障故障可修复可修复产品；产品；第一节 汽车零部件失效概述产品失效规定条件下、时间内，2汽车零部件使用中技术状况的变化不可避免汽车零部件使用中技术状况的变化不可避免研究汽车零部件至总成的失效原因及规律，掌握研究汽车零部件至总成的失效原因及规律，掌握汽车技术状况的理论基础的必要性汽车技术状况的理论基础的必要性了解汽车零件恶化了解汽车零件恶化针对零件失效的原因采取措施针对零件失效的原因采取措施能防止零件早期损坏能防止零件早期损坏控制汽车的技术状况使其处规定水平控制汽车的技术状况使其处规定水平第一节第一节 汽车零部件失效概述汽车零部件失效概述汽车零部件使用中技术状况的变化不可避免研究汽车零部件至总成的3汽车零部件的失效（故障）造成的各方面的损失汽车零部件的失效（故障）造成的各方面的损失 用户方面用户方面：影响客货运任务、人身伤亡、损：影响客货运任务、人身伤亡、损 毁车辆毁车辆、损毁车辆、损毁车辆、用户厌烦埋怨不愉快、用户厌烦埋怨不愉快 社会方面社会方面：不良影响：不良影响、公务用车政治影响、公务用车政治影响、运输企业服务信誉、经济损失、人身伤亡事故、运输企业服务信誉、经济损失、人身伤亡事故、交通堵塞等交通堵塞等 汽车制造厂商方面汽车制造厂商方面：赔偿用户的损失：赔偿用户的损失、产品、产品的市场信誉下降、工厂经济效益下降的市场信誉下降、工厂经济效益下降 、生产效、生产效率下降率下降 第一节第一节 汽车零部件失效概述汽车零部件失效概述汽车零部件的失效（故障）造成的各方面的损失 用户方面：影响4汽车零件的主要失效形式汽车零件的主要失效形式 ：过量变形过量变形 表面损伤表面损伤 断裂事故断裂事故 根据失效的原因、性质、机理、程度、产生的速度、发根据失效的原因、性质、机理、程度、产生的速度、发生时间及失效产生的后果，可将失效进行不同的分类。生时间及失效产生的后果，可将失效进行不同的分类。第一节第一节 汽车零部件失效概述汽车零部件失效概述汽车零件的主要失效形式：过量变形 表面损伤 断裂事故5分分类原原则故障名称故障名称定定义按失效原因按失效原因误用失效用失效不按不按规定的条件使用定的条件使用产品而引起的失效品而引起的失效本本质失效失效按按规定的条件使用定的条件使用产品，由品，由产品固有的弱点引起的失效品固有的弱点引起的失效独立失效独立失效不是由其他不是由其他产品失效引起的失效品失效引起的失效从属失效从属失效由其他由其他产品失效引起的失效品失效引起的失效按失效程度按失效程度完全失效完全失效产品的性能超品的性能超过某种界限，以致完全某种界限，以致完全丧失失规定功能的失效定功能的失效部分失效部分失效产品的性能超品的性能超过某种界限，但没有完全某种界限，但没有完全丧失失规定功能的失效定功能的失效按失效可否按失效可否预测突然失效突然失效通通过事前事前检测或或监控不能控不能预测到的失效到的失效渐变失效失效通通过事前或事前或监控可以控可以检测到的失效到的失效按失效按失效发生速度生速度突突变失效失效部分部分发生完全失效生完全失效退化失效退化失效渐变而部分而部分发生失效生失效间歇失效歇失效产品失效后，不品失效后，不经修复而在限定的修复而在限定的时间里，能自行恢复功能的失效里，能自行恢复功能的失效按失效危害程度按失效危害程度致命失效致命失效可能可能导致人或物的重大致人或物的重大损失的失效失的失效严重失效重失效可能可能导致复致复杂产品降低完成品降低完成规定功能能力的定功能能力的产品品组成成单元的失效元的失效轻度失效度失效不致引起复不致引起复杂产品降低完成品降低完成规定功能能力的定功能能力的产品品组成成单元的失效元的失效按失效特征按失效特征值相关失效相关失效在解在解释使用使用结果或果或计算可靠性特征量的数算可靠性特征量的数值时，必，必须计入的失效入的失效无关失效无关失效在解在解释使用使用结果或果或计算可靠性特征量的数算可靠性特征量的数值时，不，不应计入的失效入的失效按按产品工作期品工作期早期失效早期失效因因设计、制造、材料等方面的缺陷，使、制造、材料等方面的缺陷，使产品在工作初期品在工作初期发生的失效生的失效偶然失效偶然失效产品在使用中，由偶然因素品在使用中，由偶然因素发生的失效生的失效耗耗损失效失效由于老化、磨由于老化、磨损、耗、耗损、疲、疲劳等原因，使等原因，使产品品发生的失效生的失效失效的分类及定义失效的分类及定义 分类原则故障名称定义按失效原因误用失效不按规定的条件使用产品6第一节第一节 汽车零部件失效概述汽车零部件失效概述汽车零件的失效模式汽车零件的失效模式:所谓所谓失效模式失效模式就是失效所表现的形式。就是失效所表现的形式。分清失效模式是进行失效分析的基础，也是可靠性分分清失效模式是进行失效分析的基础，也是可靠性分析研究的基础。析研究的基础。在实际工程中，汽车及其零部件的失效模式在实际工程中，汽车及其零部件的失效模式并不是并不是固定不变的固定不变的，即同一种产品出现故障可以有不同的形式。，即同一种产品出现故障可以有不同的形式。第一节 汽车零部件失效概述汽车零件的失效模式:所谓失7汽车零件主要的失效模式汽车零件主要的失效模式:磨损磨损 变形变形 疲劳损坏疲劳损坏 热损坏和老化热损坏和老化 腐蚀损坏腐蚀损坏 气缸气缸“拉缸拉缸”、曲轴曲轴“抱轴抱轴”，齿轮轴承表面的麻点、，齿轮轴承表面的麻点、凹坑凹坑曲轴的弯曲、扭曲，气缸体、变速器壳体、驱动桥壳变形曲轴的弯曲、扭曲，气缸体、变速器壳体、驱动桥壳变形曲轴断裂、齿轮轮齿折断曲轴断裂、齿轮轮齿折断 橡胶轮胎、塑料器件的老化橡胶轮胎、塑料器件的老化 湿式气缸套外壁麻点、孔穴湿式气缸套外壁麻点、孔穴 第一节第一节 汽车零部件失效概述汽车零部件失效概述汽车零件主要的失效模式:磨损 变形 疲劳损坏 热损坏和老8失效模式失效模式表表现形式形式诱发因素因素损坏型失效模式坏型失效模式裂痕、裂裂痕、裂纹、破裂、断裂、破碎、开裂、弯坏、扭坏、破裂、断裂、破碎、开裂、弯坏、扭坏、变形形过大、塑性大、塑性变形、卡死、烤形、卡死、烤蚀、点、点蚀、烧蚀、击穿、蠕穿、蠕变、剥落、剥落、短路、开路、断路、短路、开路、断路、错位、位、压痕等痕等应力冲力冲击、电冲冲击、疲、疲劳、磨、磨损、材材质问题、腐、腐蚀退化型失效模式退化型失效模式老化、老化、变色、色、变质、表面保、表面保护层剥落、侵剥落、侵蚀、腐、腐蚀、正常磨、正常磨损、积碳、碳、发卡等卡等自然磨自然磨损、老化及、老化及环境境诱发松脱型失效模式松脱型失效模式松松矿、松、松动、脱落、脱、脱落、脱焊等等紧固件、固件、焊接件出接件出现问题失失调型失效模式型失效模式间隙不适、流量不当、隙不适、流量不当、压力不当、力不当、电压不符、不符、电流偏流偏值、行程失、行程失 调、间隙隙过大或大或过小等小等油、气、油、气、电及机械及机械间隙隙调整不当整不当阻漏型失效模式阻漏型失效模式不不畅、堵塞、气阻、漏油、漏气、漏、堵塞、气阻、漏油、漏气、漏风、漏、漏电、漏雨、渗水、渗、漏雨、渗水、渗 油等油等漏气漏油装置失效、密封件失效、漏气漏油装置失效、密封件失效、气候气候环境境功能型失效功能型失效功能失效、性能不功能失效、性能不稳、性能下降、性能失效、启、性能下降、性能失效、启动困困难、干涉、干涉、卡滞、卡滞、转向向过度、度、转向沉重、向沉重、转向不回位、离合器分离不向不回位、离合器分离不彻底、底、离合器分不开、制离合器分不开、制动跑偏、流跑偏、流动不不畅、指示失灵、参数、指示失灵、参数输出不出不准、失准、失调、抖、抖动、漂移、接触不良、公害超、漂移、接触不良、公害超标、异响、异响、过热等等有关部分有关部分调整不当、操作不当、局整不当、操作不当、局部部变形、装配形、装配问题、设计参数不合参数不合 理、元器件理、元器件质量低劣等量低劣等其他失效模式其他失效模式润滑不良、滑不良、驾驶室室闷热、尾气排放超、尾气排放超标、断水、缺油、噪声振、断水、缺油、噪声振动 大大使用、使用、维护、保养不当，工作状、保养不当，工作状态失失调，传感器失灵，各种原因泄露感器失灵，各种原因泄露 汽车常见失效模式及分类汽车常见失效模式及分类 失效模式表现形式诱发因素损坏型失效模式退化型失效模式松脱型失9汽车零件的失效原因：汽车零件的失效原因：汽车零件的耗损汽车零件的耗损 使用条件对汽车零件技术状况的影响使用条件对汽车零件技术状况的影响 道路条件的影响道路条件的影响 运行条件的影响运行条件的影响 运输条件的影响运输条件的影响 气候条件的影响：环境温度、环境湿度和风速气候条件的影响：环境温度、环境湿度和风速 第一节第一节 汽车零部件失效概述汽车零部件失效概述 维修水平的影响维修水平的影响汽车零件的失效原因：汽车零件的耗损 使用条件对汽车零件技10l汽车零件的耗损汽车零件的耗损第一节第一节 汽车零部件失效概述汽车零部件失效概述 在汽车技术状况的变化过程中，尽管影响因素复杂，但在汽车技术状况的变化过程中，尽管影响因素复杂，但汽车零件失效的汽车零件失效的主要原因主要原因仍然是汽车各机构的组成元件（包仍然是汽车各机构的组成元件（包括零件）之间在工作过程中相互作用，使机构、总成、汽车括零件）之间在工作过程中相互作用，使机构、总成、汽车的技术状况发生恶化的结果。的技术状况发生恶化的结果。汽车零件的耗损第一节 汽车零部件失效概述 11第一节第一节 汽车零部件失效概述汽车零部件失效概述l使用条件对汽车零件技术状况的影响使用条件对汽车零件技术状况的影响（1）道路条件）道路条件 道路状况和断面形状道路状况和断面形状等决定了汽车及总成的工况（载荷等决定了汽车及总成的工况（载荷和速度、传递的转矩、曲轴转速、换挡次数以及道路不平所引和速度、传递的转矩、曲轴转速、换挡次数以及道路不平所引起的动载荷），从而决定汽车零部件和机构的磨损情况，影响起的动载荷），从而决定汽车零部件和机构的磨损情况，影响汽车的工作能力。汽车的工作能力。（2）运行条件）运行条件 主要指主要指交通流量交通流量对汽车零件运行工况的影响对汽车零件运行工况的影响。第一节 汽车零部件失效概述使用条件对汽车零件技术状况的影12第一节第一节 汽车零部件失效概述汽车零部件失效概述l使用条件对汽车零件技术状况的影响使用条件对汽车零件技术状况的影响（3）运输条件）运输条件 城市公共汽车城市公共汽车经常处于经常处于频繁起步、加速、减速、制动频繁起步、加速、减速、制动和停车为主的典型的和停车为主的典型的非稳定工况非稳定工况下工作。若曲轴转速和润下工作。若曲轴转速和润滑系油压不能与载荷协调一致地变化，恶化了配合副的润滑系油压不能与载荷协调一致地变化，恶化了配合副的润滑条件，则零件的磨损较稳定工况将大大加剧。滑条件，则零件的磨损较稳定工况将大大加剧。第一节 汽车零部件失效概述使用条件对汽车零件技术状况的影13第一节第一节 汽车零部件失效概述汽车零部件失效概述l使用条件对汽车零件技术状况的影响使用条件对汽车零件技术状况的影响（4）气候条件）气候条件 主要包括两方面：主要包括两方面：1）环境温度的影响。）环境温度的影响。2）环境湿度和风速的影响。）环境湿度和风速的影响。（5）维修水平）维修水平 我国的大修发动机耐久性普遍较差，在其主要影响因我国的大修发动机耐久性普遍较差，在其主要影响因素中，素中，维修水平低、维修设备落后维修水平低、维修设备落后和和维修质量差维修质量差的约占的约占40。因此，当务之急是提高维修人员素质和水平。因此，当务之急是提高维修人员素质和水平。第一节 汽车零部件失效概述使用条件对汽车零件技术状况的影14第二节第二节 汽车零部件的磨损失效汽车零部件的磨损失效1.1.汽车零件的摩擦：汽车零件的摩擦：定义定义：两物体相对运动，接触表面间产生运动阻力的现象：两物体相对运动，接触表面间产生运动阻力的现象。摩擦的存在摩擦的存在 动力消耗增加动力消耗增加 零件接触表面磨损零件接触表面磨损 采用润滑油润滑减轻磨损采用润滑油润滑减轻磨损 分类分类：干摩擦干摩擦 液体摩擦液体摩擦 边界摩擦边界摩擦 混合摩擦混合摩擦 摩擦表面无任何润滑介质隔开摩擦表面无任何润滑介质隔开摩擦表面润滑油完全隔开摩擦表面润滑油完全隔开 摩擦表面极薄的边界膜隔开摩擦表面极薄的边界膜隔开 干摩擦、液体摩擦和边界摩擦混合存在干摩擦、液体摩擦和边界摩擦混合存在 实际工作状态中，零件通常都是在实际工作状态中，零件通常都是在混合摩擦状态混合摩擦状态下工作的。下工作的。第二节 汽车零部件的磨损失效1.汽车零件的摩擦：定义：152.2.汽车零件的磨损汽车零件的磨损 定义定义：零件摩擦表面的金属在相对运动过程中不断损失：零件摩擦表面的金属在相对运动过程中不断损失 有害有害：形状尺寸表面性质变化：形状尺寸表面性质变化 工作性能降低工作性能降低摩擦原理摩擦原理分类分类：粘着磨损粘着磨损 疲劳磨损疲劳磨损 腐蚀磨损腐蚀磨损有益有益：磨合：磨合第二节第二节 汽车零部件的磨损失汽车零部件的磨损失效效 磨料磨损磨料磨损2.汽车零件的磨损 定义：零件摩擦表面的金属在相对运动过程16磨料磨损磨料磨损：硬质颗粒硬质颗粒，零件，零件 疲劳剥落或塑性挤压、擦痕疲劳剥落或塑性挤压、擦痕 距离和速度、相互作用力、硬度距离和速度、相互作用力、硬度、颗粒大小、颗粒大小 效果好空气滤清器、抗磨性能及硬度提高可效果好空气滤清器、抗磨性能及硬度提高可 粘着磨损粘着磨损：油膜被破坏、表面直接接触粘着、一个零件表面的金属转移油膜被破坏、表面直接接触粘着、一个零件表面的金属转移金属表面负荷大、温度高金属表面负荷大、温度高 微观不平微观不平吸引力增强吸引力增强 油膜、氧化膜被破坏油膜、氧化膜被破坏 材料特性、表面粗糙度、润滑油、运动速度、单位面积压力材料特性、表面粗糙度、润滑油、运动速度、单位面积压力 摩擦副、合适表面粗糙度、摩擦副、合适表面粗糙度、润滑剂保护膜润滑剂保护膜 第二节第二节 汽车零部件的磨损失汽车零部件的磨损失效效磨料磨损：硬质颗粒，零件 疲劳剥落或塑性挤压、17疲劳磨损疲劳磨损：交变载荷作用下，零件表层疲劳剥落：交变载荷作用下，零件表层疲劳剥落纯滚动及滚动与滑动纯滚动及滚动与滑动 ，如齿轮齿面，有非扩展性和扩，如齿轮齿面，有非扩展性和扩展性疲劳磨损两种展性疲劳磨损两种 交变载荷反复作用交变载荷反复作用 金属剥落金属剥落非金属夹杂物含量少、抗断裂强度高、合理的金属强化层、润非金属夹杂物含量少、抗断裂强度高、合理的金属强化层、润滑油粘度高、表面粗糙度底滑油粘度高、表面粗糙度底腐蚀磨损腐蚀磨损：外部介质的作用，产生化学或电化学的反应：外部介质的作用，产生化学或电化学的反应 化学腐蚀化学腐蚀、电化学腐蚀磨损、电化学腐蚀磨损、微动磨损、微动磨损、穴蚀、穴蚀 合金化法、振动次数和振幅减小、硬度提高、合适的配合副、合金化法、振动次数和振幅减小、硬度提高、合适的配合副、润滑润滑、硫化、磷化处理或镀层、硫化、磷化处理或镀层 第二节第二节 汽车零部件的磨损失汽车零部件的磨损失效效疲劳磨损：交变载荷作用下，零件表层疲劳剥落纯滚动及滚动与滑动18a.a.汽车零件磨损的影响因素汽车零件磨损的影响因素:u 材料性质材料性质的影响：成分、组织、结构的影响：成分、组织、结构 u 加工质量加工质量的影响：表面粗糙度及几何形状误差的影响：表面粗糙度及几何形状误差 u 工作条件工作条件的影响：润滑条件、滑动速度、单位压力及工的影响：润滑条件、滑动速度、单位压力及工作温度作温度 第二节第二节 汽车零部件的磨损失汽车零部件的磨损失效效3.影响汽影响汽车零件磨零件磨损的因素及磨的因素及磨损规律律 a.汽车零件磨损的影响因素:材料性质的影响：成分、组织、结19b.b.汽车零件磨损规律汽车零件磨损规律 汽车零件磨损特性曲线汽车零件磨损特性曲线 磨合期（磨合期（oa段）段）正常工作期（正常工作期（ab段）段）极限磨合期（曲线极限磨合期（曲线b点以后）点以后）零件磨损可分为三个阶段零件磨损可分为三个阶段第二节第二节 汽车零部件的磨损失汽车零部件的磨损失效效b.汽车零件磨损规律 汽车零件磨损特性曲线 磨合期（oa段）20第三节第三节 汽车零件的疲劳断裂失效汽车零件的疲劳断裂失效定义：定义：在交变应力作用下，经较长时间工作发生断裂。在交变应力作用下，经较长时间工作发生断裂。特点：特点：（1）疲疲劳强强度下破断度下破断应力低于抗拉力低于抗拉强强度度 ，低于屈服低于屈服强强度度 。（2）塑性或脆性零件，在交变应力下，疲劳裂纹扩展到一定程）塑性或脆性零件，在交变应力下，疲劳裂纹扩展到一定程度后发生突然破坏，且此过程无明显的塑性变形。度后发生突然破坏，且此过程无明显的塑性变形。（3）宏观断口有其独特的形貌，典型的有三区域：）宏观断口有其独特的形貌，典型的有三区域：疲劳源、疲劳源、疲劳裂纹扩展区和瞬时断裂区。疲劳裂纹扩展区和瞬时断裂区。第三节 汽车零件的疲劳断裂失效定义：在交变应力作用下，经较21第三节第三节 汽车零件的疲劳断裂失效汽车零件的疲劳断裂失效按断裂性按断裂性质塑性、脆性、塑塑性、脆性、塑-脆性，塑性又分脆性，塑性又分为纤维状断口与剪切断口状断口与剪切断口按断裂路径按断裂路径沿晶、穿晶、混晶沿晶、穿晶、混晶按断裂机理按断裂机理解理、解理、韧窝、准解理、滑移分离、疲、准解理、滑移分离、疲劳、环境、蠕境、蠕变、沿晶、沿晶按按应力状力状态静静载、动载，静，静载分分为拉伸、剪切和扭拉伸、剪切和扭转断裂；断裂；动载分分为冲冲击和疲和疲劳断裂断裂按断裂按断裂环境境低温、室温、高温、腐低温、室温、高温、腐蚀、氢脆脆疲劳断裂失效的分类列表疲劳断裂失效的分类列表 1.1.疲劳断裂失效的分类疲劳断裂失效的分类第三节 汽车零件的疲劳断裂失效按断裂性质塑性、脆性、塑-脆22第三节第三节 汽车零件的疲劳断裂失效汽车零件的疲劳断裂失效据零件的特点及破坏时总的应力循环次数疲劳失效的分类据零件的特点及破坏时总的应力循环次数疲劳失效的分类 汽车零件一般多为汽车零件一般多为低应力高周疲劳断裂低应力高周疲劳断裂。第三节 汽车零件的疲劳断裂失效据零件的特点及破坏时总的应力232.2.疲劳断裂失效机理疲劳断裂失效机理金属零件疲劳断裂过程：金属零件疲劳断裂过程：第三节第三节 汽车零件的疲劳断裂失效汽车零件的疲劳断裂失效2.疲劳断裂失效机理金属零件疲劳断裂过程：滑移 裂纹成核 微24a疲劳裂纹的萌生疲劳裂纹的萌生金属零件表面产生的不均匀滑移金属零件表面产生的不均匀滑移金属内的非金属夹杂物和应力集中金属内的非金属夹杂物和应力集中b疲劳裂纹的扩展疲劳裂纹的扩展 沿晶阶段沿晶阶段 穿晶阶段穿晶阶段 疲劳裂纹扩展的两个阶段疲劳裂纹扩展的两个阶段-第一阶段扩展；第一阶段扩展；-第二阶段扩展；第二阶段扩展；-最终断裂最终断裂疲劳裂纹核心的策源地疲劳裂纹核心的策源地 第三节第三节 汽车零件的疲劳断裂失效汽车零件的疲劳断裂失效a疲劳裂纹的萌生金属零件表面产生的不均匀滑移金属内的非金属25第三节第三节 汽车零件的疲劳断裂失效汽车零件的疲劳断裂失效3.3.疲劳断口宏观形貌特征疲劳断口宏观形貌特征 疲劳裂纹宏观断口示意图疲劳裂纹宏观断口示意图1-1-前沿线；前沿线；2-2-裂纹策源地；裂纹策源地；3-3-裂纹扩展区；裂纹扩展区；4-4-最后断裂区最后断裂区第三节 汽车零件的疲劳断裂失效3.疲劳断口宏观形貌特征 疲26典型宏观疲劳断口一般分为典型宏观疲劳断口一般分为三个区域三个区域:第三节第三节 汽车零件的疲劳断裂失效汽车零件的疲劳断裂失效典型宏观疲劳断口一般分为三个区域:疲劳源区或称疲劳核心区27第三节第三节 汽车零件的疲劳断裂失效汽车零件的疲劳断裂失效第三节 汽车零件的疲劳断裂失效 疲劳裂纹扩展区 瞬时断裂28第三节第三节 汽车零件的疲劳断裂失效汽车零件的疲劳断裂失效 载荷的类型、应力集中和名义应力的大小对疲劳断口载荷的类型、应力集中和名义应力的大小对疲劳断口宏观形态的影响如宏观形态的影响如下表下表。疲劳扩展区与瞬时断裂区所占面积的大小与疲劳扩展区与瞬时断裂区所占面积的大小与材料材料性质性质及所及所受应力水平受应力水平有关。有关。疲劳断裂因疲劳断裂因载荷类型载荷类型不同，其断口形态也不一样。不同，其断口形态也不一样。第三节 汽车零件的疲劳断裂失效 载荷的类型、应力29第三节第三节 汽车零件的疲劳断裂失效汽车零件的疲劳断裂失效 各种类型疲劳断口宏观特征各种类型疲劳断口宏观特征载荷荷类型型低名低名义应力力高名高名义应力力小小应力集中力集中.大大应力集中力集中小小应力集中力集中.大大应力集中力集中拉伸或拉伸或单向弯曲向弯曲双向弯曲双向弯曲旋旋转弯曲弯曲第三节 汽车零件的疲劳断裂失效 各种类型疲劳断口宏观特征低304.4.提高汽车零件抗疲劳断裂的方法提高汽车零件抗疲劳断裂的方法 延缓疲劳裂纹萌生时间延缓疲劳裂纹萌生时间降低疲劳裂纹扩展的速率降低疲劳裂纹扩展的速率提高疲劳裂纹门槛值提高疲劳裂纹门槛值k长度长度第三节第三节 汽车零件的疲劳断裂失效汽车零件的疲劳断裂失效4.提高汽车零件抗疲劳断裂的方法 强化表面 控制不均匀滑移 31第四节第四节 汽车零件的腐蚀失效汽车零件的腐蚀失效 定义定义:零件受周围介质作用而引起的损坏零件受周围介质作用而引起的损坏。按金属与介质的作用性质按金属与介质的作用性质 按腐蚀破坏形式按腐蚀破坏形式 1.1.腐蚀失效的类型及特点腐蚀失效的类型及特点 第四节 汽车零件的腐蚀失效 定义:零件受周围介质作用而32第四节第四节 汽车零件的腐蚀失效汽车零件的腐蚀失效 化学腐蚀：金属表面与介质发生化学作用引起，特点是腐蚀过程中33第四节第四节 汽车零件的腐蚀失效汽车零件的腐蚀失效2.2.腐腐蚀失效机理失效机理 u 化学腐蚀失效机理化学腐蚀失效机理化学腐蚀失效：金属零件与介质直接发生化学作用而产生的腐蚀，化学腐蚀失效：金属零件与介质直接发生化学作用而产生的腐蚀，特点为无电流产生。此时金属表面形成一层腐蚀产物膜特点为无电流产生。此时金属表面形成一层腐蚀产物膜。例：例：4Fe+3O2 2Fe2O3；3Fe+2O2 Fe3O4u 电化学腐蚀失效机理电化学腐蚀失效机理金属表面与介质之间的电化学作而引起的金属表面与介质之间的电化学作而引起的。第四节 汽车零件的腐蚀失效2.腐蚀失效机理 化学腐蚀失34在导电溶液里，充当阳极的金属不断被腐蚀，金属不断遭到腐蚀的在导电溶液里，充当阳极的金属不断被腐蚀，金属不断遭到腐蚀的同时还有电流产生。同时还有电流产生。如：如：Fe-2e Fe2+阳极反应阳极反应 2H+2e H2 阴极反应阴极反应异类电极电池异类电极电池 浓差腐蚀电池浓差腐蚀电池 微电池微电池 析氢腐蚀析氢腐蚀 燃气腐蚀燃气腐蚀 u 其他腐蚀失效机理其他腐蚀失效机理 在导电溶液里，充当阳极的金属不断被腐蚀，金属不断遭到腐蚀的同353.3.防止金属腐蚀的措施：防止金属腐蚀的措施：第四节第四节 汽车零件的腐蚀失效汽车零件的腐蚀失效 正确选用金属材料并合理设计金属结构 3.防止金属腐蚀的措36第五节第五节 汽车零件的变形失效汽车零件的变形失效第五节 汽车零件的变形失效定义：零件在使用过程中，由于承37零件变形失效零件变形失效 弹性变形失效弹性变形失效 塑性变形失效塑性变形失效 蠕变变形失效蠕变变形失效 第五节第五节 汽车零件的变形失效汽车零件的变形失效1.1.零件变形失效的类型及变形机理零件变形失效的类型及变形机理 零件变形失效 弹性变形失效 塑性变形失效 蠕变变形失效 零件382.2.零件变形失效的影响因素零件变形失效的影响因素 第五节第五节 汽车零件的变形失效汽车零件的变形失效2.零件变形失效的影响因素 残余内应力：热应力、相变应39第五节第五节 汽车零件的变形失效汽车零件的变形失效 内应力是指零件内部存在的、与载荷无关的内应力。内应力是指零件内部存在的、与载荷无关的内应力。残余内应力残余内应力主要有热应力、相变应力、机加工应力及主要有热应力、相变应力、机加工应力及热处理淬火应力。采用自然时效和人工时效可以使内应力热处理淬火应力。采用自然时效和人工时效可以使内应力松弛。松弛。零件具体结构决定的、使零件工作时承受不均衡的零件具体结构决定的、使零件工作时承受不均衡的外外载荷载荷会造成零件局部过载、变形；使用不当造成过大的附会造成零件局部过载、变形；使用不当造成过大的附加载荷或安装不当造成附加应力，都会使零件变形。加载荷或安装不当造成附加应力，都会使零件变形。第五节 汽车零件的变形失效 内应力是指零件40第五节第五节 汽车零件的变形失效汽车零件的变形失效 工作温度工作温度升高，金属弹性极限降低、内应力松弛加快，升高，金属弹性极限降低、内应力松弛加快，会使零件屈服强度降低，零件易产生变形，如缸体的变形。会使零件屈服强度降低，零件易产生变形，如缸体的变形。修理过程修理过程定位基准选择定位基准选择不当或基准变形过大，必然不能不当或基准变形过大，必然不能保证机加工后的形状和位置精度；保证机加工后的形状和位置精度；修理时修理时操作操作不当会引起零件变形，如螺栓拧紧力矩不均不当会引起零件变形，如螺栓拧紧力矩不均匀及拧紧顺序错误等；匀及拧紧顺序错误等；修理作用如堆焊、焊接、压力加工等修理作用如堆焊、焊接、压力加工等工艺工艺都会产生新的都会产生新的内应力和变形。内应力和变形。第五节 汽车零件的变形失效 工作温度升高，41第二章第二章 汽车零部件的失效理论汽车零部件的失效理论本章重点本章重点:第二章 汽车零部件的失效理论本章重点:了解汽车零件失42第三节第三节 汽车零件的疲劳断裂失效汽车零件的疲劳断裂失效定义：定义：在交变应力作用下，经较长时间工作发生断裂。在交变应力作用下，经较长时间工作发生断裂。特点：特点：（1）疲疲劳强强度下破断度下破断应力低于抗拉力低于抗拉强强度度 ，低于屈服低于屈服强强度度 。（2）塑性或脆性零件，在交变应力下，疲劳裂纹扩展到一定程）塑性或脆性零件，在交变应力下，疲劳裂纹扩展到一定程度后发生突然破坏，且此过程无明显的塑性变形。度后发生突然破坏，且此过程无明显的塑性变形。（3）宏观断口有其独特的形貌，典型的有三区域：）宏观断口有其独特的形貌，典型的有三区域：疲劳源、疲劳源、疲劳裂纹扩展区和瞬时断裂区。疲劳裂纹扩展区和瞬时断裂区。第三节 汽车零件的疲劳断裂失效定义：在交变应力作用下，经较43第三节第三节 汽车零件的疲劳断裂失效汽车零件的疲劳断裂失效第三阶段：第三阶段：曲线继续上升直到最大的工程曲线继续上升直到最大的工程应力，然后下降，直到试件发应力，然后下降，直到试件发生断裂。生断裂。该曲线分为三阶段：该曲线分为三阶段：第一阶段：第一阶段：应力很小时，是弹性变形阶段，应力很小时，是弹性变形阶段，此时应力与应变成正比。此时应力与应变成正比。第二阶段：第二阶段：是一段光滑的曲线，对应于是一段光滑的曲线，对应于材料的均匀塑性变形过程。材料的均匀塑性变形过程。第三节 汽车零件的疲劳断裂失效第三阶段：该曲线分为三阶段：44第三节第三节 汽车零件的疲劳断裂失效汽车零件的疲劳断裂失效按断裂性按断裂性质塑性、脆性、塑塑性、脆性、塑-脆性，塑性又分脆性，塑性又分为纤维状断口与剪切断口状断口与剪切断口按断裂路径按断裂路径沿晶、穿晶、混晶沿晶、穿晶、混晶按断裂机理按断裂机理解理、解理、韧窝、准解理、滑移分离、疲、准解理、滑移分离、疲劳、环境、蠕境、蠕变、沿晶、沿晶按按应力状力状态静静载、动载，静，静载分分为拉伸、剪切和扭拉伸、剪切和扭转断裂；断裂；动载分分为冲冲击和疲和疲劳断裂断裂按断裂按断裂环境境低温、室温、高温、腐低温、室温、高温、腐蚀、氢脆脆疲劳断裂失效的分类列表疲劳断裂失效的分类列表 1.1.疲劳断裂失效的分类疲劳断裂失效的分类第三节 汽车零件的疲劳断裂失效按断裂性质塑性、脆性、塑-脆45第三节第三节 汽车零件的疲劳断裂失效汽车零件的疲劳断裂失效据零件的特点及破坏时总的应力循环次数疲劳失效的分类据零件的特点及破坏时总的应力循环次数疲劳失效的分类 汽车零件一般多为汽车零件一般多为低应力高周疲劳断裂低应力高周疲劳断裂。第三节 汽车零件的疲劳断裂失效据零件的特点及破坏时总的应力462.2.疲劳断裂失效机理疲劳断裂失效机理金属零件疲劳断裂过程：金属零件疲劳断裂过程：第三节第三节 汽车零件的疲劳断裂失效汽车零件的疲劳断裂失效2.疲劳断裂失效机理金属零件疲劳断裂过程：滑移 裂纹成核 微473疲劳裂纹的萌生疲劳裂纹的萌生金属零件表面产生的不均匀滑移金属零件表面产生的不均匀滑移金属内的非金属夹杂物和应力集中金属内的非金属夹杂物和应力集中疲劳裂纹核心的策源地疲劳裂纹核心的策源地 第三节第三节 汽车零件的疲劳断裂失效汽车零件的疲劳断裂失效3疲劳裂纹的萌生金属零件表面产生的不均匀滑移金属内的非金属48滑移滑移 应力的增加应力的增加局部损伤累积以及空穴集聚局部损伤累积以及空穴集聚相对滑移线相对滑移线滑移带滑移带表面出现挤出带和挤入槽表面出现挤出带和挤入槽=疲劳裂纹策源地疲劳裂纹策源地 滑移 应力的增加局部损伤累积以及空穴集聚相对滑移线滑移带表面494疲劳裂纹的扩展疲劳裂纹的扩展 沿晶阶段沿晶阶段 穿晶阶段穿晶阶段 疲劳裂纹扩展的两个阶段疲劳裂纹扩展的两个阶段-第一阶段扩展；第一阶段扩展；-第二阶段扩展；第二阶段扩展；-最终断裂最终断裂第三节第三节 汽车零件的疲劳断裂失效汽车零件的疲劳断裂失效4疲劳裂纹的扩展 沿晶阶段 穿晶阶段 疲劳裂纹扩展的两个阶50第三节第三节 汽车零件的疲劳断裂失效汽车零件的疲劳断裂失效5.5.疲劳断口宏观形貌特征疲劳断口宏观形貌特征 疲劳裂纹宏观断口示意图疲劳裂纹宏观断口示意图1-1-前沿线；前沿线；2-2-裂纹策源地；裂纹策源地；3-3-裂纹扩展区；裂纹扩展区；4-4-最后断裂区最后断裂区第三节 汽车零件的疲劳断裂失效5.疲劳断口宏观形貌特征 疲51典型宏观疲劳断口一般分为典型宏观疲劳断口一般分为三个区域三个区域:第三节第三节 汽车零件的疲劳断裂失效汽车零件的疲劳断裂失效典型宏观疲劳断口一般分为三个区域:疲劳源区或称疲劳核心区52第三节第三节 汽车零件的疲劳断裂失效汽车零件的疲劳断裂失效第三节 汽车零件的疲劳断裂失效 疲劳裂纹扩展区 瞬时断裂53第三节第三节 汽车零件的疲劳断裂失效汽车零件的疲劳断裂失效 载荷的类型、应力集中和名义应力的大小对疲劳断口载荷的类型、应力集中和名义应力的大小对疲劳断口宏观形态的影响如宏观形态的影响如下表下表。疲劳扩展区与瞬时断裂区所占面积的大小与疲劳扩展区与瞬时断裂区所占面积的大小与材料材料性质性质及所及所受应力水平受应力水平有关。有关。疲劳断裂因疲劳断裂因载荷类型载荷类型不同，其断口形态也不一样。不同，其断口形态也不一样。第三节 汽车零件的疲劳断裂失效 载荷的类型、应力54第三节第三节 汽车零件的疲劳断裂失效汽车零件的疲劳断裂失效 各种类型疲劳断口宏观特征各种类型疲劳断口宏观特征载荷荷类型型低名低名义应力力高名高名义应力力小小应力集中力集中.大大应力集中力集中小小应力集中力集中.大大应力集中力集中拉伸或拉伸或单向弯曲向弯曲双向弯曲双向弯曲旋旋转弯曲弯曲第三节 汽车零件的疲劳断裂失效 各种类型疲劳断口宏观特征低556.6.提高汽车零件抗疲劳断裂的方法提高汽车零件抗疲劳断裂的方法 延缓疲劳裂纹萌生时间延缓疲劳裂纹萌生时间降低疲劳裂纹扩展的速率降低疲劳裂纹扩展的速率提高疲劳裂纹门槛值提高疲劳裂纹门槛值k长度长度第三节第三节 汽车零件的疲劳断裂失效汽车零件的疲劳断裂失效6.提高汽车零件抗疲劳断裂的方法 强化表面 控制不均匀滑移 56第四节第四节 汽车零件的腐蚀失效汽车零件的腐蚀失效 定义定义:零件受周围介质作用而引起的损坏零件受周围介质作用而引起的损坏。按金属与介质的作用性质按金属与介质的作用性质 按腐蚀破坏形式按腐蚀破坏形式 1.1.腐蚀失效的类型及特点腐蚀失效的类型及特点 第四节 汽车零件的腐蚀失效 定义:零件受周围介质作用而57第四节第四节 汽车零件的腐蚀失效汽车零件的腐蚀失效 化学腐蚀：金属表面与介质发生化学作用引起，特点是腐蚀过程中58第四节第四节 汽车零件的腐蚀失效汽车零件的腐蚀失效2.2.腐腐蚀失效机理失效机理 u 化学腐蚀失效机理化学腐蚀失效机理化学腐蚀失效：金属零件与介质直接发生化学作用而产生的腐蚀，化学腐蚀失效：金属零件与介质直接发生化学作用而产生的腐蚀，特点为无电流产生。此时金属表面形成一层腐蚀产物膜特点为无电流产生。此时金属表面形成一层腐蚀产物膜。例：例：4Fe+3O2 2Fe2O3；3Fe+2O2 Fe3O4u 电化学腐蚀失效机理电化学腐蚀失效机理金属表面与介质之间的电化学作而引起的金属表面与介质之间的电化学作而引起的。第四节 汽车零件的腐蚀失效2.腐蚀失效机理 化学腐蚀失59在导电溶液里，充当阳极的金属不断被腐蚀，金属不断遭到腐蚀的在导电溶液里，充当阳极的金属不断被腐蚀，金属不断遭到腐蚀的同时还有电流产生。同时还有电流产生。如：如：Fe-2e Fe2+阳极反应阳极反应 2H+2e H2 阴极反应阴极反应异类电极电池异类电极电池 浓差腐蚀电池浓差腐蚀电池 微电池微电池 析氢腐蚀析氢腐蚀 燃气腐蚀燃气腐蚀 u 其他腐蚀失效机理其他腐蚀失效机理 在导电溶液里，充当阳极的金属不断被腐蚀，金属不断遭到腐蚀的同603.3.防止金属腐蚀的措施：防止金属腐蚀的措施：第四节第四节 汽车零件的腐蚀失效汽车零件的腐蚀失效 正确选用金属材料并合理设计金属结构 3.防止金属腐蚀的措61第五节第五节 汽车零件的变形失效汽车零件的变形失效第五节 汽车零件的变形失效定义：零件在使用过程中，由于承62零件变形失效零件变形失效 弹性变形失效弹性变形失效 塑性变形失效塑性变形失效 蠕变变形失效蠕变变形失效 第五节第五节 汽车零件的变形失效汽车零件的变形失效1.1.零件变形失效的类型及变形机理零件变形失效的类型及变形机理 零件变形失效 弹性变形失效 塑性变形失效 蠕变变形失效 零件632.2.零件变形失效的影响因素零件变形失效的影响因素 第五节第五节 汽车零件的变形失效汽车零件的变形失效2.零件变形失效的影响因素 残余内应力：热应力、相变应64第五节第五节 汽车零件的变形失效汽车零件的变形失效 内应力是指零件内部存在的、与载荷无关的内应力。内应力是指零件内部存在的、与载荷无关的内应力。残余内应力残余内应力主要有热应力、相变应力、机加工应力及主要有热应力、相变应力、机加工应力及热处理淬火应力。采用自然时效和人工时效可以使内应力热处理淬火应力。采用自然时效和人工时效可以使内应力松弛。松弛。零件具体结构决定的、使零件工作时承受不均衡的零件具体结构决定的、使零件工作时承受不均衡的外外载荷载荷会造成零件局部过载、变形；使用不当造成过大的附会造成零件局部过载、变形；使用不当造成过大的附加载荷或安装不当造成附加应力，都会使零件变形。加载荷或安装不当造成附加应力，都会使零件变形。第五节 汽车零件的变形失效 内应力是指零件65第五节第五节 汽车零件的变形失效汽车零件的变形失效 工作温度工作温度升高，金属弹性极限降低、内应力松弛加快，升高，金属弹性极限降低、内应力松弛加快，会使零件屈服强度降低，零件易产生变形，如缸体的变形。会使零件屈服强度降低，零件易产生变形，如缸体的变形。修理过程修理过程定位基准选择定位基准选择不当或基准变形过大，必然不能不当或基准变形过大，必然不能保证机加工后的形状和位置精度；保证机加工后的形状和位置精度；修理时修理时操作操作不当会引起零件变形，如螺栓拧紧力矩不均不当会引起零件变形，如螺栓拧紧力矩不均匀及拧紧顺序错误等；匀及拧紧顺序错误等；修理作用如堆焊、焊接、压力加工等修理作用如堆焊、焊接、压力加工等工艺工艺都会产生新的都会产生新的内应力和变形。内应力和变形。第五节 汽车零件的变形失效 工作温度升高，66汽车零件的失效课件67