影响零件失效的原因
  11211015  刘淋松
零件失效即是指汽车零部件部分或完全丧失工作能力的现象。在汽车的行驶过程中，一旦重要零件失效后果可想而知，为了更深入的表达出其原因，我分四个层次来阐述影响零件失效的原因。
  首先大体由于技术状况变化导致零件失效的原因有：磨损即零件表面由于相对运动而不断产生损耗的现象，导致配合松旷，产生异响；占75%。变形即尺寸和形状改变的现象，包括弯曲、扭转、挤压等，因载荷超过屈服极限所致。疲劳即长时间在高变载荷作用下，产生微裂纹而突然断裂。腐蚀即包括化学腐蚀和电化学腐蚀，零件表面无相对运动却不断产生损耗的现象。热损坏即包括烧焦、烧坏、烧穿和高温老化
第二个层次为汽车零件磨损失效分析；磨损失效是指因零件的磨损使其尺寸、形状误差超限的现象。最根本原因——摩擦。相对运动物体接触表面间产生运动阻力的现象。按表面润滑状况分为干摩擦、液体摩擦、边界摩擦、混合摩擦；干摩擦：摩擦表面无任何润滑介质，产生摩擦
热引起接触点熔合，会消耗较多动力，并产生剧烈表面磨损。液体摩擦：摩擦表面间被一层具有一定压力、厚为汽车的1.5~2.0md润滑油膜隔开，摩擦只发生在润滑油液体分子之间，摩擦力相当于分子间粘着力，磨损极小；如：曲轴轴承、增压器轴承等。边界摩擦：摩擦表面被边界膜（后度为数分子直径）隔开，可分为吸附膜和反应膜，前者是靠润滑油极性分子吸附在摩擦表面而形成，后者是油中添加剂与摩擦表面反应生成。边界摩擦实质是吸附膜之间的相互滑动，摩擦介于干摩擦和液体摩擦之间；且边界膜有临界温度限制，超过则膜遭到破坏，转变为混合摩擦。混合摩擦：干摩擦、液体摩擦、边界摩擦共存的摩擦状态，润滑油占多数则称为半液体摩擦，否则称为半干摩擦。一些摩擦场所，随工作条件的变化，摩擦种类也在变化。如：轴瓦、活塞环和缸壁等。
影响磨损的因素有很多如：材料性质：提高含碳量或加入合金元素，加工质量：降低几何形状误差,适当的表面粗糙度，工作条件： 相对运动速度：过快，散热不良，升温，机油粘度降低，润滑不良，磨损加剧。单位压力：过高压力使油膜破坏，引起粘着磨损。工作温度：温度过高，油膜被破坏；温度过低，形成腐蚀性介质。均会导致磨损加剧。润滑质量：影响到形成油膜的质量，承压能力等。
而零件磨损规律分三个阶段：一磨合阶段，新零件摩擦表面具有一定的粗糙度，真实接触面较小，磨损加剧。时间里程较短，3000-5000公里。二稳定（正常）磨损阶段，摩擦副间歇达到最佳状态，表面磨合质量好，磨损缓慢、稳定。时间里程很长，20万公里左右。三激烈磨损阶段，磨损迅速，零件表面工作条件恶化，零件形状开始改变，间隙增大、噪声、振动加大。汽车的使用、维护与修理水平均影响零件磨损特性曲线的走向，从而影响到汽车的使用寿命。
第三个层次为零件变形失效分析。零件在使用中的变形通常有个三方面的原因，分别为残余应力、外载荷、温度。另外零件失效的影响更是不容忽视的，如汽缸体汽缸体变形后可能引起：汽缸轴线与曲轴轴线的不垂直度；曲轴轴线与凸轮轴轴线的不平行度；曲轴主轴承座孔的不同轴度；汽缸体上下表面的不平行度；汽缸轴线与汽缸体下平面的不垂直度；汽缸前后端面对曲轴轴线的不垂直度等。汽缸轴线对曲轴轴线的不垂直度对发动机使用寿命有显著影响，它能引起活塞连杆组在汽缸内的倾斜，不利于活塞连杆组在汽缸内的运动，使活塞环及活塞顶部产生较大的摩擦，从而增大发动机汽缸上部的磨损。主轴承座孔的不同轴度影响曲轴轴颈在座孔中的正确位置，严重时可能使曲轴在座孔中挠曲，不但影响液体润滑的形成，而且增加了曲轴转动的附加负荷，因而加速曲轴及轴承的磨损。再如变速器壳：变速器壳体
变形后，可能引起上下轴承座孔轴线的不平行度和前后两端面的不平行度等发生变化。前者是影响变速器正常工作和使用寿命的重要因素。变速器壳上下轴承座孔轴线不平行度超过允许范围，使变速器传递的扭矩产生较大的不均匀性。扭矩的不均匀性是表明汽车动力状况好坏的重要特征之一，同时也是产生动载荷的原因之一。试验结果表明：这种不平行度为0.19 mm时，其扭矩的不均匀性比新变速器要高一倍。变速器上下轴承座孔的不平行度能引起较大的轴向力并造成变速器跳挡。变速器壳变形所引起的故障不仅会导致产生噪声,而且还会加剧滑动齿轮和与其啮合的齿轮的磨损。
最后是零件疲劳失效分析，其主要就是疲劳断裂。零件在交变应力作用下，经过较长时间的工作而发生断裂的现象称为零件的疲劳。疲劳断裂特点：疲劳断裂与静负荷下的断裂不同，其特点是：破坏时的应力远低于材料的抗拉强度，甚至低于屈服极限；塑性材料和脆性材料零件在交变应力作用下的疲劳断裂，都不产生明显的塑性变形，断裂是突然发生的。因此，具有很大的危险性，常造成严重的事故。 裂纹的形成分为产生和发展两个阶段。裂纹产生阶段包括交变载荷下产生的不均匀滑移晶界及非金属夹杂处的疲劳裂纹应力集中处产生裂纹。裂纹发展阶段包括第一阶段通常是从金属表面上的驻留滑移带、挤入沟或非金属夹杂物等处开始，沿最大切应力方向（和主应力方向约成45°角）的晶面向内扩展；第二阶段裂纹扩展
方向与主应力垂直，这一阶段裂纹的扩展途径是穿晶的，扩展速率较快。由于疲劳裂纹不断扩展，使零件的有效承载断面逐渐减小，因此应力不断增加。当应力超过材料的断裂强度时，则发生断裂，断口形成了三个区域：裂纹策源区：疲劳源是裂纹的起点，多发生在台阶尖角、划痕等表面缺陷处。裂纹扩展区：具有一系列同心环纹（疲劳贝纹线），裂纹扩展速度中部大于边缘，表示材料对缺口敏感，否则，裂纹扩展速度中部小于边缘，表示材料对缺口不敏感，最后断裂区：这部分断口与静负荷下带有尖锐缺口形态的断口相似。塑性材料断口为纤维状，呈暗灰；脆性材料断口为结晶状。 若断裂区小，则材料受力小，强度高，反之，断裂区大，则材料受力大，强度低。其产生的影响因素有，应力集中:过渡圆角过小；划痕；沟槽等；如曲轴过渡圆角大小影响曲轴的受力等；残余应力：热处理;时效处理短;装配不当；使各部分相变程度不同，零件处于不稳定状态。残余应力的长期存在，降低了弹性极限，产生塑性变形，引起零件变形。结构破坏，强度降低：维修不当,改变结构；如曲轴修磨过程中，改变了过渡圆角大小。不正确使用，超载、高温工作。抗疲劳断裂措施有，延缓疲劳裂纹萌生时间:表面硬化、细化材料晶粒或使晶粒定向排列，提高疲劳强度极限；提高材料纯洁度，抑制疲劳裂纹的产生；降低疲劳裂纹扩展速率:钻止裂孔；扩孔清除疲劳裂纹（适用于内孔零件）；刮磨修理将零件局部表面产生的裂纹清除掉等。
  影响零件失效的原因多种多样，但只要在制造和修理过程中严格执行走合、磨合规定:改善零件表面形状和性质；正确使用、操作：杜绝超载、超速、高温运行，避免形成疲劳裂纹；选用合理维修工艺：表面硬化（淬火、喷丸等）、表面抛光、表面热处理（渗碳、渗氮等），改变零件表面残余应力及其组织结构，提高零件抗疲劳能力，零件就会有更长的使用寿命。