汽车零部件的失效机理及其分析分析

四.提高汽车零件抗疲劳断裂的方法
延续疲劳裂纹萌生时间 降低疲劳裂纹扩展的速率 提高疲劳裂纹门槛值△km长度
思考题
1.
疲劳断裂与磨损的区别
损伤形式 比较因素 损坏形式 受力情况 表面变形 初始裂纹 疲劳磨损 疲劳断裂
第四节 汽车零部件腐蚀失效及其机 理
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。
二.粘着磨损及其失效机理


三.表面疲劳磨损及其失效机理

概念： 两接触表面在交变接触压应力的作用下， 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。
表面疲劳磨损失效过程可分为两个阶段：
疲劳核心裂纹的形成； 疲劳裂纹的发展直至材料微粒的脱落。


3种理论
最大剪应力理论--裂纹起源于次表层

第一节 汽车零部件失效的概念及分 类
一.失效的概念

汽车零部件失去原设计所规定的功能称为失 效。 失效不仅是指完全丧失原定功能，而且还包 含功能降低和有严重损伤或隐患、继续使用 会失去可靠性及安全性的零部件。

二、失效的基本类型
三.零件失效的基本原因

工作条件
设计制造
使用与维修
第二节 汽车零部件磨损失效模式 与失效机理
油楔理论--裂纹起源于摩擦表面 裂纹起源于硬化层与芯部过渡区

影响因素 防治措施
四.腐蚀磨损及其失效机理

概念： 零件表面在摩擦过程中，表面金屑与周围 介质发生化学或电化学反应，因而出现物质损失 的现象称为腐蚀磨损。 腐蚀磨损通常分为：
氧化磨损 特殊介质的腐蚀磨损

气蚀（穴蚀）
第五节 汽车零部件变形失效机理
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 蛹变失效
第六节 汽车零部件失效分析方法
一.失效分析的基本思路
按分析检验项目进行失效分析
按失效模式进行分析 系统工程分析方法
一.磨料磨损及其失效机理

概念：物体表面与硬质颗粒或硬质凸出物（包括硬 金属)相互摩擦引起表面材料损失的现象称为磨料磨 损。 磨料磨损的四种假说：
以微量切削为主的假说 以疲劳破坏为主的假说

以压痕为主的假说
将断裂作为主要作用的假说

影响因素 防治措施 概念： 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。 机理 影响因素 防治措施

跟进思考！
3. 哪一种零件磨损量测定方法适合于发动机车载 检测？
第三节 汽车零部件疲劳断裂失效 及其机理
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 部件中常见的失效方式之一，也是危害性最大的一 种失效方式。
一.疲劳断裂失效的分类
二.疲劳断裂失效机理
一. 化学腐蚀失效机理
金属零件与介质直接发生化学作用面引起 的损伤称为化学腐蚀。
二. 电化学腐蚀失效机理
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Baidu Nhomakorabea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。
三. 汽车零件的老化
橡胶、塑科制品和电子元件等汽车用零件， 随着时间的增长，原有的性能会逐渐衰退称为老 化现象。

影响因素 防治措施
思考题
1. 气缸－活塞环的磨损规律是什么？ 为什么？ 2. 零件磨损量如何测定？
参考答案
1. 气缸－活塞环的磨损规律是什么？为什么？
规律：高度方向，上大下小；圆周方向不规则
影响因素：磨料、工作气体压力、润滑和腐蚀 物质。 2. 零件磨损量如何测定？

直接测量法：表面测量法、称重法、刻痕法和 快速磨损法； 间接测量法：光谱分析法和同位素法。
故障(失效)树分析法 特征因素图分析法 摩擦学系统失效分析法
二.金属的断裂断口分析技术
一次加载断裂断口 延性断裂断口 脆性断裂断口 混合断口 宏观断裂断口分析程序 微观断口分析

三.失效分析的步骤
1. 2. 3. 4.
收集原始资料 收集失效零件的残骸 确定和分析失效模式 对一些重要零件或在一些工况下不可能回收磨 屑时，可将零件材料在仿效运行工况下进行模拟 试验，以验证初步判断
5.
在完成各项检验后，将所得原始数据和试验结果 汇总进行综合分析研究，然后从设计、选材、材 质、加工工艺、装配运行操作、维护及环境介质 等因素中找出失效零件的主要原因并提出改进意 见

四.失效分析举例
内燃机摇臂杆断裂失效。
END

金属零件疲劳断裂实质上是一个累积损伤过程。大 体上可划分为滑移、裂纹成核、微观裂纹扩展、宏 观裂纹扩展、最终断裂几个过程。 金属零件疲劳断裂实质上是一个累积损伤过程。
疲劳裂纹的萌生 疲劳裂纹的扩展
三.疲劳断口宏现形貌特征
典型宏观疲劳断口分为三个区域：
疲劳源区 疲劳裂纹扩展区 瞬时断裂区
氢致磨损
五.微动磨损及其失效机理

概念： 两接触表面间没有宏观相对运动，但在外 界变动负荷影响下，有小振幅的相对振动(一般小 于100微米)，此时接触表面间产生大量的微小氧 化物磨损粉末，因此造成的磨损称为微动磨损。

过程

微动磨损是一种复合形式的磨损。包括：
粘着磨损 氧化磨损 磨料磨损
汽车零部件的失效机 理及其分析
主要内容： 一. 汽车零部件失效的概念及分类
二. 汽车零部件磨损失效模式
三. 汽车零部件疲劳断裂失效及其机理 四. 汽车零部件腐蚀失效及其机理 五. 汽车零部件变形失效机理 六. 汽车零部件失效分析方法
导言

汽车零部件失效分析，是研究汽车零部件 丧失其规定功能的原因。特征和规律；研 究其失效分析技术和预防技术，其目的在 十分析零部件失效的原因；提出改进和预 防措施，从而提高汽车可靠性和使用寿命。 与可靠性分析比较，有何不同？