汽车维修技术整套课件电子教案.ppt

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周三,汽车零部件的失效理论,汽车零件修复,汽车修理工艺,汽车维护基础,汽车发动机机械系统的维修,第一章,第二章,第三章,第四章,第五章,第六章,第七章,汽车底盘机械系统的维修,汽车车身维修,第一章汽车零部件的失效理论,汽车零部件失效概述,汽车零部件失效分析,思考题,1.1,1.2,汽车技术状况,1.,概念,所谓汽车技术状况，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的总和。表征汽车技术状况的参数分为两大类，一类是结构参数，另一类是性能参数。结构参数是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；性能参数是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、噪声、排放限值和踏板自由行程等。,2.,汽车技术状况变化的外观症状,汽车技术状况变差的主要外观症状有：,(1),汽车动力性变差。如接近大修里程的汽车，其加速时间将增加，发动机有效功率和有效转矩将低于原设计规定等。,(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。,1.1,汽车零部件失效概述,(4),汽车操纵稳定性能变差。,(5),汽车排放和噪声超限。,(6),汽车在行驶中出现异响和异常振动，存在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。,3.,汽车技术状况恶化的主要原因,(1),组成汽车的零件间相互作用的结果。零件间的相互作用，使零件产生磨损、塑性变形、疲劳破坏、热损坏以及材料性能引起的变化等。,(2),汽车使用与保管的环境条件的影响。,(3),以零件隐伤和过载等为主的偶然因素的作用。,对汽车零部件失效分析进行研究，掌握汽车零部件丧失规定功能的原因、特征和规律，是控制汽车技术状况、不断完善汽车的结构设计、提高汽车的可靠性和使用寿命的重要手段。,1.1,汽车零部件失效概述,汽车零件失效,1.,汽车零件失效的概念,产品失效，指在规定条件下、规定时间内，不能完成规定效能的现象，也称为故障。从一定意义上说，失效与故障具有同等概念，但“失效”更多地用于不可修复产品（即丧失规定功會,g,，等待报废），而“故障”则用于可修复产品（即丧失规定功能，等待修复）。,2.,汽车零件失效的类型,1),汽车零件失效的分类,汽车零件失效大致有以下几种形式：一是过量变形，以致在机构中失去功能，如高温工作条件下的螺栓发生松弛，汽车板簧发生滞后塑变失去弹性等；二是磨损或腐蚀造成表面损伤，影响到机构的精度或灵敏度等；三是断裂事故，这往往造成灾难性后果。,1.1,汽车零部件失效概述,2),汽车零件常见的失效模式,所谓失效模式就是失效所表现的形式。在实际工程中，汽车及其零部件的失效模式并不是固定不变的，即同一种产品出现故障可以有不同的形式。例如继电器的触头可能有下列失效模式：粘住、断开缓慢、不能闭合、闭合缓慢、发生振动或间断闭合、对搭铁短路、对电源短路、触点之间短路、打火花等。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。,产品失效原因有很多，诸如设计不当、材料及工艺缺陷、工作条件及运行维护不当等。因此，零部件失效模式与它的结构、材料、设计、制造、储存使用、维护、工作环境等因素密切相关，即失效模式具有可变性。,1.1,汽车零部件失效概述,汽车零件的主要失效模式分为磨损、疲劳断裂、腐蚀、变形和老化等。,(1),磨损。包括黏着磨损、磨料磨损、疲劳磨损、腐蚀磨损及微动磨损，如汽缸工作表面“拉缸”，曲轴“抱轴”，齿轮表面和滚动轴承表面的麻点、凹坑等。,(2),疲劳断裂。包括高应力低周期疲劳、低应力高周期疲劳、腐蚀疲劳及热疲劳等，如曲轴断裂、齿轮轮齿折断等。,(3),腐蚀。包括化学腐蚀、电化学腐蚀、穴蚀，如湿式汽缸套外壁麻点，孔穴等。,(4),变形。包括弹性变形、塑性变形，如曲轴弯曲、扭曲，基础件（汽缸体、变速器壳体、驱动桥壳）变形等。,(5),老化。包括龟裂、变硬，如橡胶轮胎、塑料器件的老化。,1.1,汽车零部件失效概述,3.,汽车零件失效的原因,1),汽车零件的耗损,在汽车技术状况的变化过程中，影响因素是十分复杂的，但汽车零件失效的主要原因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、汽车的技术状况发生变化的结果。,2),使用条件的影响,汽车行驶的道路条件、运行条件、运输条件、气候条件和维修水平等汽车外部条件，都会直接地或由驾驶员通过操纵控制系统传送给汽车零件，使汽车零件产生“响应”而改变了状况；然后由汽车运行速度、燃料消耗、发动机排放、异响与振动、故障率以及配件消耗等可变参数输出，表现出汽车零件失效的状况。,1.1,汽车零部件失效概述,图,1-2,汽缸磨损与冷却液温度,H-,汽缸的磨损率；,T-,冷却液温度,图,1-1,汽车故障概率和环境温度,-,故障率；,-,环境温度,汽车零件磨损,1.,摩擦,1),摩擦的概念,两物体相对运动使其接触表面间产生运动阻力的现象称为摩擦，该阻力称为摩擦力。,2),摩擦的分类,按零件表面润滑状态的不同，摩擦可分为干摩擦、液体摩擦、边界摩擦和混合摩擦四类。,(1),干摩擦。摩擦表面间无任何润滑介质隔开时的摩擦，称为干摩擦。,(2),液体摩擦。两摩擦表面被润滑介质完全隔开时的摩擦，称为液体摩擦。,(3),边界摩擦。两摩擦表面被一层极薄的边界膜隔开时的摩擦，称为边界摩擦。,(4),混合摩擦。两摩擦表面间干摩擦、液体摩擦和边界摩擦混合存在时的摩擦，称为混合摩擦。,1.2,汽车零部件失效分析,2.,磨损,汽车在使用过程中的失效有很大一部分不是因为汽车零件整体失去工作能力，而是由于零件表面的磨损而促使零件加速失效。统计资料表明，有一半以上的汽车零件都是由于磨损而报废，因此磨损是引起零件失效的主要原因。,1),概念,零件摩擦表面的金属在相对运动过程中不断损失的现象，称为零件的磨损。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，但磨损有时候也是有益的，如磨合。,2),分类,依表面破坏机理和特征的不同，磨损可分为黏着磨损、磨料磨损、疲劳磨损、腐蚀磨损和微动磨损。,(1),黏着磨损。黏着磨损的定义、机理、影响因素和减小措施见表,1-1,。,(2),磨料磨损。磨料磨损的定义、形式、影响因素及减轻措施见表,1-2,。,1.2,汽车零部件失效分析,1.2,汽车零部件失效分析,表,1-2,表,1-1,定义,摩擦副相对运动时,，,当金属表面的油膜被破坏,，,摩擦表面间直接接触而发生黏着作用,，,使一个零件表面的金属转移到另一个零件表面引起的磨损,产生原因,主要是由于金属表面负荷大、温度高而引起的,作用机理,零件部的微观不平,，,实际接触面积小,，,接触处承受很大的静压力,，,即凸起点的切向冲击力,，,接触点的油膜、氧化膜被破坏,，,纯金属直接接触,，,产生一定的弹性变形和塑性变形,，,零件间吸引力增强,减小磨损措施,选用不同的金属或互溶性小的金属材料组成摩擦副,；,合适的表面粗糙度,；,用润滑剂隔离接触表面或表面有化合物的保护膜,磨损表面特征,擦伤、维形坑、鱼鳞片状、麻点、沟槽,定义,摩擦表面间存在的硬质颗粒引起的磨损,，,称为磨料磨损。这种硬质颗粒称为磨料,，,它主要来自空气中的灰尘、润滑油中的杂质及运动过程中从零件表面脱落下来的金属颗粒,形式,疲劳剥落或塑性挤压,：,磨料夹在两摩擦表面之间,，,将对金属表面产生集中的高应力,，,使零件表面产生疲劳和剥落（如磨料进人齿面间,，,常会发生疲劳和剥落）。对于塑性材料,，,将使表面产生塑性挤,压现象（如磨料进人轴承间易生塑性挤压）。,擦痕,：,混合在气体和液体中的磨料,，,随流体以一定的速度冲刷零件的工作表面,，,并产生擦痕（如柴油机喷油器的针阀偶件）,影响因素,磨料在摩擦表面间经过的距离和速度,；,磨料与金属表面间的相互作用力,；,零件硬度,；,磨料颗粒的大小,减轻磨损措施,汽车发动机采用滤清效果好的空气滤清器,；,经常清洗机油滤清器,；,增加零件的抗磨性能,；,提高零件表面的硬度,表面特征,刮伤、沟槽擦伤,(3),疲劳磨损的定义、分类及产生机理和减小措施见表,1-3,。,(4),腐蚀磨损。腐蚀磨损的定义、分类及减小措施见表,1-4,。,表,1-3,1.2,汽车零部件失效分析,定义,在交变载荷作用下,，,零件表层产生疲劳剥落的现象,发生条件,主要发生在纯滚动及滚动与滑动并存的摩擦状态下,，,如齿轮齿面,分类,非扩展性疲劳磨损,：,周期性的接触压应力作用,，,摩擦表现上出现小麻点,，,随着接触面积的扩大,，,单位接触面积降低,，,小麻点停止扩大扩展性疲劳磨损,：,材料塑性较差时,，,在接触表面有较大的压应力,，,使表面产生小裂纹,，,并扩展而使金属脱落,，,形成小麻点和扩展成凹坑,，,使零件不能继续工作,产生机理,由于交变载荷的反复作用,，,使零件表层变形而疲劳,，,导致表层的薄弱部位先产生微裂纹,；,同时当润滑油浸人裂纹内部时,，,当滚动体封闭裂纹口时,，,堵在裂纹里的润滑油在滚动挤压力的作用下劈开裂纹,，,使裂纹扩展速度加快,，,裂纹扩展到一定程度后,，,金属便从零件表层剥落下来,，,形成点状或片状凹坑,，,成为疲劳磨损,减小磨损措施,减小材料的非金属夹杂物含量,；,提高材料的抗断裂强度,；,合理的金属强化层,；,用黏度较高的润滑油,；,形状正确,，,降低表面粗糙度,表面特征,裂纹、麻点、剥落,定义,零件摩擦表面由于外部介质的作用,，,产生化学或电化学的反应而引起的磨损,分类,化学腐蚀磨损、电化学腐蚀磨损、微动磨损和穴蚀,各类定义,金属直接与外部介质发生化学反应而引起的磨损,，,称为化学腐蚀磨损。由于金属在外部介质中发生电化学反应而引起的磨损,，,称为电化学腐蚀磨损。零件的过盈配合表面部位在交变载荷或振动的作用下所产生的磨损,，,称为微动磨损。与液体相对运动的固体表面,，,因气泡破裂产生的局部高温及冲击高压所引起的疲劳剥落现象,，,称为穴蚀（例如柴油机湿式缸套的外壁与冷却液接触的表面）,减小磨损措施,改善介质条件,，,用合金化法增加材料的耐腐蚀性,；,去除残留拉应力,；,减小振动次数和振幅,；,提高硬度和选择合适的配合副,；,适当的润滑,；,表面硫化、磷化处理或镀层,表面特征,有反应物生成（形成膜、颗粒）,表,1-4,(5),微动磨损。微动磨损的定义、分类及减小措施见表,1-5,。,表,1-5,1.2,汽车零部件失效分析,定义,零件过盈配合表面相对低振幅的振动引起表面复合磨损出现材料损失的现象,产生机理,虽然零件的过盈配合表面没有宏观的相对位移,，,但在工作过程中,，,在交变载荷或振动的作用下,，,会使其产生微小的相对滑动,，,此时零件表面接触点的氧化膜因受剪切而脱落,，,造成零件的氧化腐蚀磨损,；,从零件表面剥落的氧化物粉末在配合表面间存在,，,将引起零件的磨料磨损,；,同时氧化膜的脱落还会造成纯金属的直接接触,，,引起黏着磨损,，,使零件的配合逐渐变松。可见零件过盈配合表面的微动磨损是由氧化磨蚀磨损、黏着磨损及磨料磨损的共同作用而造成的,减小磨损措施,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,表面特征,有反应物生成（形成膜、颗粒）,1.2,汽车零部件失效分析,3.,影响汽车零件磨损的因素及磨损规律,1),影响汽车零件磨损的因素,磨损通常是由多种磨损形式共同作用造成的，其磨损强度与下列因素有关。,(1),材料性质的影响。,(2),加工质量的影响。,(3),工作条件的影响。,2),汽车零件磨损规律,零件的磨损是不可避免的，工作条件不同引起磨损的原因也就不同。但各种零件的磨损却都具有一定的规律，这种规律称为零件磨损特性。遵循该磨损规律的曲线，称为磨损特性曲线。,图,1-3,1.2,汽车零部件失效分析,从图,1-3,中可看出，零件磨损可分为三个阶段：,第一阶段：磨合期（,a,段）。由于新零件及修复件表面较为粗糙，工作时零件表面的凸起点会划破油膜，在零件表面上产生强烈的刻划、黏着等作用，同时从零件表面上脱落下来的金属及氧化物颗粒会引起严重的磨料磨损，所以该阶段的磨损速度较快。随着磨合时间的增长，零件表面质量不断提高，磨损速度应降低。,第二阶段：正常工作期（,ab,段）。经过磨合期的磨合，零件的表面粗糙度值降低，适油性及强度增强，所以零件在正常工作期的磨损变得非常缓慢。,第三阶段：极限磨损期（,b,点以后曲线）。由于磨损的不断积累，造成极限磨损期零件的配合间隙过大，油压降低，正常的润滑条件被破坏，零件之间的相互冲击也随之增加，零件的磨损急剧上升。此时如不及时进行调整或修理，将会造成事故性损坏。,1.2,汽车零部件失效分析,汽车零部件疲劳断裂失效,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。疲劳断裂是汽车零件中常见的失效形式之一，也是危害性最大的一种失效形式。,1.,疲劳断裂失效的特点,(1),疲劳条件下的破断应力低于材料的抗拉强度，而且低于屈服强度。,(2),无论塑性材料或是脆性材料做成的零件，在交变应力的作用下，一般都在疲劳裂纹扩展到一定程度后发生突然破坏，而且疲劳断裂过程在宏观形貌上没有留下明显的塑性变形。,(3),疲劳破坏的宏观断口有其独特的形貌，典型的宏观疲劳断口分为三个区域：疲劳源,(,或称为疲劳核心）、疲劳裂纹扩展区和瞬时断裂区。,1.2,汽车零部件失效分析,2.,疲劳断裂失效的分类,疲劳断裂失效的分类如表,1-6,所示。,表,1-6,按断裂性质,塑性、脆性、塑,-,脆性,，,塑性又分为纤维状断口与剪切断口,按断裂路径,沿晶、穿晶、混晶,按断裂机理,解理、韧窝、准解理、滑移分离、疲劳、环境、蠕变、沿晶,按应力状态,静载、动载,，,静载分为拉伸、剪切和扭转断裂,；,动载分为冲击和疲劳断裂,按断裂环境,低温、室温、高温、腐蚀、氢脆,1.2,汽车零部件失效分析,根据零件的特点及破坏时总的应力循环次数，疲劳失效可按图,1-4,所示分类。对于不同类型的疲劳失效，其分析方法是不同的。,图,1-4,1.2,汽车零部件失效分析,3.,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的过程，大体上可划分为滑移、裂纹成核、微裂纹扩展、宏观裂纹扩展及最终断裂几个过程。,1),疲劳裂纹的萌生,在交变载荷下，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等均可能是产生疲劳裂纹核心的策源地。,在一定应力循环后，在应力硬化区内由于应力的增加出现局部损伤累积以及空穴集聚，这样在各晶粒内局部地区出现一个或几个分布不均匀的相对滑移线，且随着疲劳的加剧，原有滑移线的滑移量加大，新出现的滑移线也往往挨着原有的滑移线而共同组成滑移带。滑移带随着疲劳的加剧而逐步加宽加深，在表面出现挤出带和挤入槽，如图,1-5,所示。,图,1-5,1.2,汽车零部件失效分析,2),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沿晶和穿晶两个阶段。在交变应力的作用下，裂纹从金属材料表面上的滑移带、挤入槽或非金属夹杂物等处开始，沿着最大切应力方向（一般和主应力方向成,40,角的方向）的晶面向内扩展，这是裂纹扩展的第一阶段。在这一阶段，裂纹的扩展速率很慢。,图,1-6,疲劳裂纹扩展的两个阶段,-,第一阶段扩展；,-,第二阶段扩展；,-,最终断裂,裂纹按第一阶段方式扩展一定距离后，将改变方向，沿着与正应力相垂直的方向扩展，这是疲劳裂纹扩展的第二阶段，如图,1-6,所示。这一阶段裂纹扩展途径是穿晶的，扩展速率较快。,在有应力集中的情况下，则不出现第一阶段，而直接进入第二阶段。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。因此，整个疲劳过程是：滑移一微观裂纹产生一微观裂纹连接一宏观裂纹扩展一断裂失效。,1.2,汽车零部件失效分析,4.,疲劳断口宏观形貌特征,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，如图,1-7,所示。,图,1-7,疲劳裂纹的宏观断口示意图,1-,前沿线；,2-,裂纹策源地；,3-,裂纹扩展区；,4-,最后断裂区,1),疲劳源区,疲劳源是疲劳破坏的起始点。一般位于零件表面，但如果内部存在严重缺陷时，也可能发生在零件内部。疲劳源区的断面由于疲劳裂纹扩展缓慢及裂纹反复张开与闭合效应而磨损严重，且具有光亮和细“晶粒”的表面结构。,1.2,汽车零部件失效分析,2),疲劳裂纹扩展区,疲劳裂纹扩展区是疲劳断口最重要的特征区域。此区也比较光亮、平滑，存在一些以疲劳源为中心，与裂纹方向相垂直的呈半圆形或扇面形的弧形线称为疲劳弧线，这是金属疲劳断口宏观形貌的基本特征。,疲劳弧线是由于外加载荷的改变或者是由于在邻近的裂纹、材料中的缺陷、残余应力的影响下发生的应力再分配，引起疲劳裂纹前沿区域局部地区出现应力大小及应力状态的改变，从而使疲劳裂纹扩展的速度及方向均发生变化，在断面上留下塑性变形的痕迹，即疲劳弧线。,3),瞬时断裂区,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。它的特征与静载荷下的快速破坏区相似，出现放射区和剪切唇。脆性材料的断口呈粗糙的“晶粒”状结构或呈放射线；塑性材料的断口是有纤维状结构，在零件表面有剪切唇。,1.2,汽车零部件失效分析,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表,1-7,。,1.2,汽车零部件失效分析,5.,提高汽车零件抗疲劳断裂的方法,提高金属零件疲劳抗力的基本途径是延缓疲劳裂纹萌生时间和降低疲劳裂纹扩展的速度。,1),延缓疲劳裂纹萌生时间,(1),表面强化处理。,表面热处理：在改变零件表层组织、成分和性能强化的同时，产生有利的残余应力，可以提高零件的抗疲劳抗力。如曲轴轴颈经氮化处理后，不仅使轴颈具有极高的耐磨性，而且还可使曲轴的抗疲劳强度提高,30%40%,。,冷变形强化处理：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。如表面喷丸、滚压等。,(2),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。,1.2,汽车零部件失效分析,2),降低疲劳裂纹扩展的速度,其主要方法有：止裂孔法、扩孔清除法、刮磨修理法、局部增加有效截面法。,(1),止裂孔法。在裂纹扩展的前沿钻孔，以阻止裂纹继续扩展。,(2),扩孔清除法。在不影响强度的前提下，采用扩孔方法加大已产生疲劳裂纹的内孔直径，将疲劳裂纹清除。,(3),刮磨修理法。用刮磨方法将零件局部表面已产生的裂纹清除。,(4),局部增加有效截面法。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和扩展。,各种方法的示意见图,1-8,。,图,1-8,降低疲劳裂纹扩展的速度的方法示意图,1-,止裂孔法；,2-,扩孔清除法；,3-,刮磨修理法；,4-,局部增加有效截面法,1.2,汽车零部件失效分析,3),提高疲劳裂纹的门槛值长度,金属零件裂纹扩展的门槛值是指疲劳裂纹不扩展,(,稳定）的最高应力强度因子幅。一般取,da/dN=10-1510-6mm/,次循环时，,K,的值（式中,da/dN,为疲劳裂纹及扩展速率，,K,为应力强度因子）由试验直接确定，通过试验也可以检验零件结构和加工工艺是否合理。,1.2,汽车零部件失效分析,汽车零部件腐蚀失效,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。,1.,腐蚀失效的分类及特点,金属腐蚀失效的类型是多种多样的，但是无论哪种腐蚀，在腐蚀过程中，都必须有一个化学或电化学反应过程。腐蚀是从表面开始向内部扩展的。金属腐蚀后造成金属重量损失，使金属有效面积减小或使金属强度大大降低。,腐蚀失效的分类和特点见表,1-8,。,表,1-8,按照金属与介质的作用性质,化学腐蚀,：,包括气体腐蚀和在非电解液中的腐蚀,电化学腐蚀,：,包括大气腐蚀、土壤腐蚀、在电解液中的腐蚀和溶液中的腐蚀,按照腐蚀的破坏形式,均匀腐蚀,：,金属的腐蚀作用均匀地发生在整个金属面上,，,腐蚀程度是用平均腐蚀速率来体现的,，,其中腐蚀速率可以由重量的变化来评判,，,也可以由腐蚀的深度来表示,局部腐蚀,：,指金属的腐蚀作用仅局限在一定的区域内,，,腐蚀程度应根据情况用裂纹扩展速率或材料性能降低程度来表示。局部腐蚀比均匀腐蚀的危害性大,1.2,汽车零部件失效分析,2.,腐蚀失效的概念和机理,1),化学腐蚀的概念和失效机理,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。化学腐蚀过程没有电流产生，通常在金属表面上形成一层腐蚀产物膜。,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，膜与金属的黏着力强等，它就有保护金属、减缓腐蚀的作用。,如果膜是疏散的、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。,1.2,汽车零部件失效分析,2),电化学腐蚀的概念和失效机理,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是在金属不断遭到腐蚀的同时还有电流产生。属于这类腐蚀的有金属在酸、碱、盐溶液及潮湿空气中的腐蚀等。,3),其他腐蚀概念和失效机理,由两种不同成分的金属制成的零件，由于两者的电极电位不同而形成的腐蚀电池称为异类电极电池；同一种金属但由于各部位接触的溶液成分不同，如氧的浓度不同或其他浓度差，也可以形成浓差腐蚀电池，如湿式缸套下部的橡胶圈密封处，与垫圈接触的表面均会产生浓差腐蚀电池；当金属表面有氧化膜或镀层时，若氧化膜不完整有孔隙，或镀层有破损、裂纹等，在电解质溶液存在的环境下，易形成局部腐蚀电池，也称其为微电池；金属按电化学机理进行腐蚀时，由于氢离子与阴极电子结合析出氢气，促进阳极腐蚀，这种腐蚀过程称为析氢腐蚀，许多金属在盐酸或稀硫酸中均受到析氢腐蚀。,1.2,汽车零部件失效分析,与燃气接触的零件所受的腐蚀为燃气腐蚀。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。燃气与冷却条件较好的零件接触，当其温度降到露点以下时，燃气化学腐蚀的水蒸气凝结成水与燃气中的酸酐等形成酸类从而形成低温腐蚀，如汽缸套、汽缸盖与喷油器等处。直接与高温燃气接触的部分如活塞顶、排气门与其座、排气管等处都易发生高温腐蚀。图,1-9,所示为钢在电解液膜下的电化学腐蚀过程。,图,1-9,钢在电解液膜下的电化学腐蚀过程,1.2,汽车零部件失效分析,3.,防止腐蚀的方法,防止化学腐蚀的方法：正确选用金属材料并合理设计金属结构；添加缓蚀剂、去除介质中有害成分；隔离有害介质以及电化学保护法。,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，如镀铬和镀锡。铬和锡的耐腐蚀性很强，可以保护金属内部。非金属覆盖层用得最广泛的是油漆，其次是塑料。有些零件用化学或电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，都是防止电化学腐蚀的有效方法。,1.2,汽车零部件失效分析,汽车零件的老化,橡胶、塑料制品和电子元件等汽车用零件，随着使用时间的增加，原有的性能会逐渐退化，即所谓的老化现象，这类元件制品无论工作与否，随着时间的延长老化的现象都会发生的，例如轮胎。,1.2,汽车零部件失效分析,汽车零部件变形失效,1.,汽车零件变形失效的概念、分类和产生机理,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。零件变形失效的类型有弹性变形失效、塑性变形失效和蠕变失效。,2.,零件变形的影响因素,零件变形失效主要受残余内应力、外载荷、工作温度及修理、装配精度等因素的影响。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松弛。,1.,说明失效的定义及分类。,2.,汽车常见的失效模式有哪些？,3.,汽车零件失效的原因有哪些？,4.,说明摩擦与磨损的概念及分类。,5.,画图说明汽车零件磨损的规律。,6,.,影响零件变形的因素有哪些？,7,.,什么是汽车零件的疲劳断裂？,8,.,简述疲劳断裂失效机理。,9,.,提高金属零件疲劳抗力的基本途径有哪些？,10,.,汽车零件腐蚀失效的类型及特点有哪些？,思考题,谢谢观看！,2025/4/30 周三,Qihe Weixiu Jishu,汽车维修技术,普通高等教育汽车类专业规划教材,2025/4/30 周三,汽车零部件的失效理论,汽车零件修复,汽车修理工艺,汽车维护基础,汽车发动机机械系统的维修,第一章,第二章,第三章,第四章,第五章,第六章,第七章,汽车底盘机械系统的维修,汽车车身维修,第二章 汽车零件修复,汽车零件的修复方法,汽车零件修复方法的质量评价,零件修复方法的选择,思考题,2.1,2.2,2.3,汽车零件修复方法的分类,汽车进厂大修时，将汽车零件分为可用件、待修件、报废件三类，其中待修件是指从技术上、经济上考虑，通过修理作业之后使其技术性能恢复到合理范围的旧件。旧件的修复方法很多，各种修复方法是根据修复零件的缺陷特性进行分类的，各自具有一定的特点和适用范围。,1.,磨损零件的修复方法,磨损零件的修复方法基本上可分为两类：,(1),对已磨损零件进行机械加工，使其恢复正确的几何形状和配合特性，并获得新的几何尺寸。,(2),利用堆焊、喷涂、电镀和化学镀等方法对零件的磨损部位进行增补，或采用胀大（缩小,),镦粗等压力加工方法增大,(,或缩小,),磨损部位的尺寸，然后再进行机械加工，恢复其名义尺寸、几何形状及规定的表面粗糙度。,2.,变形零件的修复方法,变形零件的修复方法采用压力校正法和火焰校正法。,2.1,汽车零件的修复方法,3.,裂缝、破损件的修复方法,对于零件上的裂缝、破损采用焊接、钎焊、钳工机械加工法或黏结修复法等。,汽车零件修复方法的分类见表,2-1,。,2.1,汽车零件的修复方法,机械加工修复法,修理尺寸法、附加零件法、部分零件更换法、转向和翻转法,压力加工法,冷作硬化、校正、镦粗、胀大或缩小,焊接法,电焊和气焊。电焊又包括手工电弧焊、振动堆焊、埋弧焊、二氧化碳保护焊,电镀和化学镀,镀铬、镀铜、刷镀,金属喷涂、喷焊,气喷涂、气喷焊,；,等离子喷涂,；,电弧喷涂,黏补修复法,无机黏接、有机黏接,表,2-1,机械加工修复法,机械加工修复法是零件修复中最常用的修复方法，当采用其他方法修复零件时，也需要机械加工的配合，以恢复其技术性能。,1.,修理尺寸法,修理尺寸法是修复配合副零件磨损的一种方法。它是将待修配合副中的一个零件利用机械加工的方法恢复其正确的几何形状并获得新的尺寸即修理尺寸，然后选配具有相应尺寸的另一配合件与之相配，以恢复配合性质的一种修理方法。,1),修理级差,对于汽车的主要零件及易损零件，如汽缸、活塞、活塞环、曲轴、凸轮轴等，为了增加其修理次数，延长主要零件的使用寿命，通常根据实际使用中零件的损伤程度、材料强度、结构限制等，将修理尺寸分为若干级别。各级修理尺寸数值的差值为修理级差，修理级差的存在有利于修理尺寸标准化，方便配件供应。,2.1,汽车零件的修复方法,2),修理尺寸的确定,轴和孔的基本尺寸、磨损后的尺寸、修复后的尺寸如图,2-1,所示。,2.1,汽车零件的修复方法,图,2-1,轴和孔的修理尺寸,a),轴的修理尺寸；,b),孔的修理尺寸,2.1,汽车零件的修复方法,由上式推导出,，将其带入公式,(2-1),、公式,(2-2),中得到：,(2-5),(2-6),令修理级差,，则轴和孔第一级修理尺寸可以写成：,(2-7),(2-8),设,n,为修理尺寸级的序号，则轴、孔的第,n,级修理尺寸的计算公式为：,(2-9),(2-10),2.1,汽车零件的修复方法,3),修理尺寸法的特点优点：,(1),各种修理尺寸标准化，便于加工和供应配件；,(2),延长了复杂、贵重零件的使用寿命，经济性好；,(3),工艺简单易行，修理质量能得到保证。,缺点：,(1),按级差加工，加大了加工余量，使零件的可修理次数减少；,(2),随着修理次数的增加，零件的强度不断减弱。,由于零件强度及结构的限制，采用修理尺寸法到最后一级时，零件就应采用其他方法进行修理。不同零件修理级别由设计时确定。,2.1,汽车零件的修复方法,2.,附加零件修理法,附加零件法也称镶套修理法，是通过机械加工方法将磨损部分切去，恢复零件磨损部位的几何形状，然后加工一个套并采用过盈配合的方法将其镶在被切去的部位，以代替零件磨损或损伤的部分，恢复到基本尺寸的一种修复方法。如镶汽缸套、气门座圈、气门导管、飞轮齿圈、变速箱承孔、后桥壳承孔以及端轴轴颈等，如图,2-2,所示。,2.1,汽车零件的修复方法,图,2-2,对于零件螺纹孔的修复，若结构允许可先镗大到一定尺寸，并车出螺纹，螺纹的螺距与原有螺纹螺距相同，然后，将特制的具有内、外螺纹的螺纹套旋入零件的螺纹孔中，螺纹套的内螺纹应与原有螺纹孔的螺纹相同，如图,2-3,所示。,配合部位的表面粗糙度应达到规定要求。为防止套松动，套与轴承孔的配合应为过盈配合，或采用锁止螺钉固定，具体如图,2-4,所示。,2.1,汽车零件的修复方法,图,2-3,图,2-4,对于发动机上形状复杂的易损部位，有些在结构上已预先镶有附加零件（如汽缸套、气门座圈、气门导管和座圈等），这样在修理时只需更换附加零件，因而可简化修理作业，保证修理质量。,对于轴的轴颈端磨损，若结构和强度允许，可将轴颈上压入特制的轴套，如图,2-5,所示，并加工至需要的尺寸和精度。轴套与轴颈应采用过盈配合，为防止松动也可在套的配合端面点焊或沿整个截面焊接。,2.1,汽车零件的修复方法,图,2-5,3.,局部更换修理法,局部更换法就是将零件需要修理,(,磨损或损坏）的部分切除，重制这部分零件，再用焊接或螺纹连接的方法将新换上的部分与零件基体连在一起，经最后加工恢复零件原有性能的方法。,图,2-6,为半轴的修复示意图。图,2-7,为变速器齿轮的修复示意图。,2.1,汽车零件的修复方法,图,2-6,图,2-7,4.,转向和翻转修理法,转向和翻转修理法是将零件的磨损或损坏部分翻转一定角度，利用零件未磨损部位恢复零件工作能力的一种修复方法。,转向和翻转修理法常用来修复磨损的键糟、螺栓孔和飞轮齿圈等。在结构允许的情况下将键槽、法兰孔转一定角度重新加工修复（原槽、孔焊死），如图,2-8,所示。,2.1,汽车零件的修复方法,图,2-8,零件的转向修理,a),磨损的键槽修理；,b),磨损的螺纹孔修理,焊接修理法,1.,焊接修理法的含义,焊接是汽车修理中广泛使用的一种工艺。焊接方法有很多种不同的分类，根据使用的热源不同分为电焊和气焊，借助于电弧或气体火焰产生的热量，将基体金属及焊丝金属熔化和熔合，使焊丝金属填补在零件上，以修复零件的磨损、破裂和断裂等缺陷。焊接修理法可以修复磨损量较大的零件，能增加零件的尺寸，焊层厚度易控制，设备简单，修复成本低，是一种应用较广的零件修复方法。,2.,电焊修理法,电焊就是电弧焊，是用电能熔化金属进行焊接的方法。经常使用的方法有手工电弧焊、振动堆焊、气体保护焊等；焊接的金属主要是钢材、铸铁、铝合金等。,2.1,汽车零件的修复方法,图,2-8,零件的转向修理,a),磨损的键槽修理；,b),磨损的螺纹孔修理,1),振动堆焊的过程,振动堆焊是焊丝以一定频率和振幅振动的脉冲电弧焊，机械零件修复中广泛应用的一种焊接方法，振动堆焊的原理如图,2-9,所示。将需要堆焊的零件装卡在堆焊机床上，工件接负极，焊嘴接正极。电流从直流发电机的正极经焊嘴,1,、焊丝,2,、工件,3,、电感器,4,回到发电机的负极。焊丝自焊丝盘,5,经送丝轮,6,进入焊嘴，送丝轮由焊丝电动机,7,驱动。焊嘴受交流电磁铁,8,和弹簧,9,的作用产生振动，为了防止焊丝和焊嘴粘在一起，焊嘴由少量冷却液冷却。,2.1,汽车零件的修复方法,图,2-9,振动堆焊原理图,1-,焊嘴；,2-,焊丝；,3-,工件；,4-,电感器；,5-,焊丝盘；,6-,送丝轮；,7-,焊丝驱动电动机；,8-,电磁铁；,9-,弹簧；,10-,阀门；,11-,冷却液箱；,12-,水泵电动机,为了控制堆焊层的硬度和工件的温度，阀门,10,向堆焊层或工件上喷射冷却液。振动堆焊的过程可分为三个阶段。,(1),短路期。焊丝送进，其尖端与工件表面接触，正负极短路，电流由零急剧上升到最大值，而电压几乎下降到零。此时，电流使焊丝加热熔化，使焊丝尖端焊接在零件表面上。短路期大约为循环周期的,1/4 1/3,，所产生的热量为总热量的,10%20%,。,(2),电弧期。焊丝振动向后，尖端熔化处被拉断。在突然断开瞬间，由自感电势产生电弧，电弧放电使焊在零件表面上的焊丝熔化并堆焊在工件表面上。电弧期占整个周期的,1/3 2/3,，所产生的热量高达总热量的,80%90%,。,(3),空程期。焊丝向后振动，远离工件，放电结束，从电弧熄灭到焊丝再次与工件表面接触期间称为空程期。空程期不产生热量，时间越短越好。,上述三个阶段周而复始，从而完成了堆焊过程。其阶段的长短，取决于各堆焊参数，尤其是电感量影响较大，电感增加电弧延期延长，空程期缩短。电路中最适宜的电感就是使空程期恰好在堆焊过程中消失。,2.1,汽车零件的修复方法,2),曲轴的振动堆焊工艺,当曲轴的轴颈磨损已超过极限尺寸，不能按其最后一级修理尺寸磨削修理时，可采用振动堆焊方法增补磨损表面，然后再用机械加工（车削、磨削）的方法恢复到曲轴轴颈的名义尺寸，从而延长曲轴的使用寿命。,(1),焊前准备。,清洗。,检查。,磨削。,堵油孔。,预热。,2.1,汽车零件的修复方法,图,2-10,曲轴颈上油孔封堵,1-,炭精棒或石墨膏；,2-,工件；,3-,石棉,（,2,）堆焊过程。,选择参数。,装卡工件。,堆焊连杆轴颈。,堆焊主轴颈。,(3),焊后处理。,保温。,检查。,机械加工。,涂油入库。,2.1,汽车零件的修复方法,图,2-11,堆焊的起始位置,3),振动堆焊层的性质,(1),硬度及耐磨性。振动堆焊层的硬度是不均匀的，这是由于后一圈焊道对前一圈焊道回火作用的结果。焊波峰部的成分为回火马氏体及屈氏体，硬度为,HR40 60,，焊缝搭接凹处为索氏体和珠光体，硬度为,HR2040,。大量振动堆焊修复的曲轴装车使用表明，这种软硬相间的组织并不影响其耐磨性，与新曲轴相差不多，每行驶,1,万,km,主轴颈磨损,0.010.02mm,。,(2),结合强度。堆焊层与基体的结合强度高达,5MPa,，这是由于堆焊层与基体的结合是冶金结合，比喷涂修复层的结合强度高得多，使用中很少发现有脱落、掉块现象。,(3),疲劳强度。由于振动堆焊层与基体金属间有很大的内应力，因此，振动堆焊修复后的零部件疲劳强度降低比较多，最高可达,40%,，因此，受大冲击负荷的柴油机曲轴、合金钢及铸铁曲轴不应采用振动堆焊修复。,2.1,汽车零件的修复方法,3.,气焊修理法,1),气焊的特点,气焊是