汽车零部件的磨损失效及其预防

汽车零部件的磨损失效及其预防
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来源：《科技视界》2015年第19期
汽车零部件的磨损，是零件工作表面的物质由于表面相对运动而不断耗损的现象。

磨损可以看作是摩擦表面的相互作用，表面在摩擦过程中的变化和表面材料微粒的脱落三个依次进行的过程。

磨损失效是零件的磨损使其尺寸误差和形状误差超过了允许值。

例如汽车发动机的气缸磨损后，不但使其与活塞环、活塞裙部的配合间隙增大，而且使其形状变化，圆柱度和圆度超差，导致气缸与活塞之间的密封性能变坏，积炭增多等缺陷的形成。

磨损是由摩擦引起的，磨损的快慢还与相互运动的零件之间的润滑条件等有密切关系。

磨损是个十分复杂的现象，也是个复杂的多学科问题，它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。

按表面破坏机理的特征，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。

前三种是磨损的基本类型，后二种磨损形式只是在某些特定条件下才会发生。

1 磨损磨损
1.1 磨料磨损及其失效
物体表面与硬质颗粒或硬质凸出物相互摩擦引起表面材料损失的现象称为磨料磨损。

磨料磨损是最常见的，同时也是危害最为严重的磨损形式。

统计表明，在各类磨损形式中，它大约占磨损总消耗的50%。

对汽车发动机来说，空气中的尘埃、燃润料里的夹杂物、零件在摩擦过程中剥落的磨屑都是磨料的来源。

如粒度为20μm～30μm的尘埃将引起曲轴轴颈、气缸表面的严重磨损，而1μm以下的尘埃同样会使凸轮挺杆副磨损加剧。

磨料磨损的失效机理目前有四种假说：一是以微量切削为主的假说，该假说认为磨损是由于磨料从金属表面上切下微量切屑而造成的，其根据是实验室里磨料磨损试验所获得的磨屑像切削加工的切屑一样，呈螺旋形、弯曲形等。

；二是以疲劳破坏为主的假说，该假说认为金属同磨料摩擦时，金属的同一显微体积经多次塑性变形，使金属产生疲劳破坏，小颗粒从表层上脱落下来。

但他并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。

；三是以压痕为主的假说，对塑性较大的材料，磨料在压力作用下压入材料表面，在摩擦过程中，压入的磨料犁耕另一金属表面，形成沟槽，使金属表面受到严重的塑性变形，压痕两侧金属已经受到破坏，其它磨料很容易使其脱落。

；四是以断裂为主的假说，该假说主要针对脆性材料，以脆性断裂为主。

当磨料压入和擦划金属表面时，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。

总之，磨料磨损是磨料的机械作用，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，固定的程度以及载荷作用下磨料与被磨表面的机械性能有关。

1.2 预防或减轻磨料磨损的措施
为了减轻零件磨料磨损的危害，可采取如下措施：
1）应选择耐磨料磨损的材料和表面处理工艺。

常用的表面处理工艺有渗硼、镀铬、喷涂陶瓷或其他硬材料。

2）查明磨料进入摩擦副的通道，采取严格的密封和过滤措施防止或减少磨料进入其内部。

3）选择合适的润滑油，加强对摩擦副的润滑。

2 粘着磨损
2.1 粘着磨损及其失效
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。

干摩擦和在润滑不良条件下工作的滑动摩擦副容易产生粘着磨损，严重时会使摩擦副咬死。

在汽车零件中，如气缸套与活塞、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在装配、作用不当时，都可能产生粘着磨损。

由于表面存在微观不平，表面的接触发生在微凸体处，在一定载荷的作用下，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形成粘结点（即固相焊合）。

当零件表面缺乏润滑，相对滑动速度较小而比压很大、超过表面实际接触点处屈服极限时，会发生这类磨损，也称为第一类粘着磨损。

当摩擦副在高的滑动、高接触应力的工作条件下，摩擦表面实际接触的微凸体，因大量的摩擦热而产生熔化和熔合，相互粘接在一起，又在相对运动中被撕裂，严重时造成相对运动停止，这种形式的磨损称为第二类粘着磨损，也称为热磨损。

发动机中的“拉缸”、“抱轴”都属于这类磨损。

这是一种严重而危险的破坏过程，常常是突然发生的，应设法避免。

2.2 预防或减轻粘着磨损的措施
粘着磨损的发生与材料特性、零件表面粗糙度、润滑油、零件运动速度和单位面积上的压力等因素有关，为了减少粘着磨损，在使用与修理中可采取如下措施：
1）保证配合副合理的装配间隙（如气缸与活塞间隙等）。

2）正确选择摩擦副的材料。

汽车修理尤其是旧件修理，选择材料应特别注意其针对性。

为减轻粘着磨损。

3）按规定的润滑油品种进行适时的润滑，并在使用中注意加添或更新。

如在润滑油中加入油性和极压添加剂，能大幅度提高润滑油膜的吸附能力以及油膜强度，即大幅度提高边界润滑能力，因而可大幅度提高粘着磨损抗力。

4）对摩擦副表面进行适当的表面处理。

进行表面淬火、渗碳、磷化、镀铬等处理。

5）应保证在使用中发动机的润滑系与冷却系各部件及监视仪表工作正常。

3 表面疲劳磨损
3.1 表面疲劳磨损及其失效
两接触表面在交变接触压力的作用下，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滚动——滑动复合运动的点接触或线接触的摩擦副，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。

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：一是疲劳核心裂纹的形成；二是疲劳裂纹的发展直至材料微粒的脱落。

表面疲劳磨损与零件材料、热处理的金相组织、表面粗糙度、接触精度以及润滑状态有关。

材料的强度和硬度影响表面疲劳磨损，材料的抗断裂强度愈大，则磨损微粒分离所需要的疲劳循环次数也愈多，可以提高耐磨性。

零件的强化层（渗碳层、氮化层等）要合理，使最大剪切应力在强化层内，则能提高抗疲劳磨损的能力。

另外，零件摩擦表面间的润滑油粘度较高时，由于接触部分的压力近乎均匀，同时油液不易渗入裂纹，从而能提高表面抗疲劳磨损的能力。

3.2 预防或减轻疲劳磨损的措施
疲劳磨损的快慢与材料的机械性能、接触表面承受的单位压力、载荷单位时间内的循环次数等因素有关。

为了降低零件的疲劳磨损可采取如下措施：
1）选用合适的材料和硬度。

对于承受疲劳磨损的零件，其材料最好选用真空冶炼和电渣重熔工艺冶炼的材料，以减小非金属夹杂物的含量。

2）要特别注意提高零件的表面质量。

表面状况对零件的疲劳磨损影响很大，如表面粗糙度对疲劳磨损有显著影响。

其次采用表面处理的办法，如采用表面层渗碳、淬火、软氮化、喷丸、滚压等工艺，使表面层产生残余压力来提高零件的抗接触疲劳磨损的能力。

最后应尽量避免表面出现如疏松、划痕、凹坑、沟槽、锈斑等缺陷，来提高抗疲劳磨损能力。

3）应选用粘度适度和粘温特性好的润滑油进行润滑，以使摩擦副接触部分的压应力分布均匀，以提高抗表面疲劳磨损的能力。

[责任编辑：邓丽丽]。