活塞失效

磨损失效分析
1、粘着磨损：两个金属表面的微凸部分在高压作用下产生局部粘结，使材料 从一个表面转移到另一个表面或撕下作为磨料在两个表面之间的现象 2、磨料磨损：配合表面之间在相对运动过程中，因外来应颗粒或表面微凸体 的作用造成表面损伤（被犁削成沟槽）的磨损成为磨粒（料）磨损。 3、犁削磨损：硬材料表面的微凸点切削软材料的表面，在交软材料的表面形 成犁沟。 活塞外元（活塞环）与缸套之间存在粘着磨损、犁削磨损、磨料磨损 4、冲刷磨损：略 5、表面疲劳磨损 6、腐蚀磨损
研发能力2
整体锻钢 Mono-steel 材 料 性 能 M at. P e r. 锻铝 forged al. BH135 BH122A 汽油机活塞Gasoline engine piston 柴油机活塞 Diesel engine piston 成本 Cost BH136 or BH139 铸铁 Cast iron
交流资料
活塞使用说明及失效原因分析
山东滨州渤海活塞股份有限公司
2009.05
目录
一、“滨州活塞”简介 二、活塞使用说明 三、失效分析技术简介 四、典型失效案例
一、“滨州活塞”简介
公司成员
车间一角
公司历史
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”
产品介绍
年生产能力：3000万件 直径：Φ28-Φ350
应用范围
国际合作
研发能力1
金相分析
金相分析技术： 取样、镶样、磨制、抛光、侵蚀、观察、分析 侵蚀的类别 钢和铸铁：硝酸酒精溶液 不锈钢：氯化铁烟酸水溶液 铜合金：过硫酸铵水溶液 铝合金：氢氟酸盐酸水溶液 观察、分析： 在金相显微镜下观察，分析金属内部的显微组织，放 大倍数为50-1000倍，每种材料各有各自的特征。
BH122A
BH136+陶瓷纤维增强 （液锻）
研发能力3
UG/ PRO- E SOLI D EDGE GLI DE MAGMA
CAD/ CAM CAD/ CAPP
ANSYS FE- SAFE
研发能力4
体系管理
活塞检测
二、活塞使用说明
使用说明1
活塞被称为发动机的“心脏”，是发动机运动部件的重要零件之 一，在工作过程中承受着高温燃气的周期性加热和交变的高压载 荷，其工作环境十分恶劣。因此，在使用过程中应倍加呵护，严格 按照发动机的安装和使用的技术要求进行维护保养和正确使用，以 保证发动机的正常运行。 1.在更换活塞时，活塞的型号必须与发动机的机型相符。 2.活塞、活塞销缸套应在相匹配的的尺寸范围内装配使用，同一 台发动机活塞应在同一质量组内。 3.在更换活塞时，必须对活塞、活塞环、活塞销、缸套等相关的 部件进行清洗去除杂物。 4.活塞在装机时应注意装配方向，必须按规定的方向安装。活塞 顶面箭头标记一般应指向发动机前端。 5.活塞以及相关配合件，在安装过程中不得出现磕碰划伤。 6.活塞环装入环槽后，应将活塞环槽内注入适量的润滑油，活塞 环应能灵活转动。但安装方向，不能装反。活塞环的开口应按规定 错开一定的角度，以免出现窜油、窜气。
使用说明1
7.活塞销与活塞销孔常温下为间隙配合时，将活塞销和活塞销的表面 涂抹清洁的润滑机油对准方向推入即可，不得硬行打入，以免挤伤销 孔。活塞销与活塞销孔为过度配合或过盈配合时，装配时应将活塞在 机油中加热（一般需加热至80-120度），使活塞销能顺利推进即可， 不得强行打入。 8.在更换活塞后，必须按照发动机使用说明的要求进行初期磨合和 保养，以保证活塞与其相关件的磨合达到最佳状态，使发动机的机械 性能达到最佳状态。 9.在正常的使用过程中，应严格按照发动机的使用说明对发动机进 行日常的维护和保养，以保证发动机正常运转和使用寿命。
使用说明2
(3)、安装油环时，倒角面应朝向缸头方向，环体开口应在弹簧接头对面； 6、缸套的安装：安装缸套时，应用专用工具将缸套装入机体内，安装过程中 要防止缸套产生严重的变形；安装时应注意缸套外园与机体底孔的配合是否符 合发动机的技术要求，另外应检查缸体与缸套支撑肩结合部位是否平整、缸体 倒角是否与缸套发生干涉； 7、活塞与活塞销、活塞环、连杆等装成总成，装配前各零件均需清洗擦拭干 净，缸套内及活塞环、环槽部位涂上清洁的机油，用铁皮夹子围紧活塞环或套 上带锥度圆筒，将活塞连杆总成从缸套上端推入缸套，安装时应注意： (1)、活塞安装方向应符合发动机使用说明的规定，活塞顶面箭头标记一般应 指向发动机前端； (2)、活塞环装入缸套内，各环开口间隙应符合发动机使用说明的规定，开口 间隙一般应在0.3～0.7mm范围内； (3)、活塞环装入缸套内，各环开口应按规定错开一定角度，一般应相互错开 120度； 8、以上所有安装过程及各项公差均应严格遵守发动机装配工艺，并避免活塞 及其它零件的磕碰、划伤； 9、更换活塞、四配套后，应严格按照发动机磨合要求进行磨合。
断裂失效分析
3、疲劳断裂：在交变应力的作用下（虽然零件所承受的应力低于材料的屈服 点），但经过较长时间的工作而产生裂纹导致发生断裂。 疲劳断裂起源的位置确定： 纤维区的中心：放射花样的收敛处；人字纹的最尖顶处；端口的平坦区域；无 明显塑性变形区或无剪切唇形貌特征区；疲劳弧形的最小半径处；腐蚀氧化最 严重部位；台阶高差做大处 应力集中处：工件截面尺寸突变、孔槽边缘、尖角等 表面缺陷：如夹砂、划痕、折叠 内部缺陷：缩孔、疏松、夹渣 疲劳裂纹扩展的宏观方向确定：裂纹源区指向最后断裂区的方向、放射线发散 的方向；与疲劳弧现相垂直的放射条纹发散方向；人字纹的张开方向；断口的 平坦区指向写断口的方向；无塑性变形（或小）的区域指向变形大的区域的方 向；台阶高差减小的方向；氧化、腐蚀减轻的方向 4、蠕变断裂：略
陶瓷
锻钢
断口分析
用电子显微镜观察断口形貌，分析断口特征，确定断裂性质的技术 1、扫描电子显微镜：电子束在试样表面扫描，试样表面产生二次电 子。二次电子的强度与试样表面形貌，成份有关。获取二次电子信 息，在显像管屏幕上显示，形成电镜图像，得到断口电镜照片。如果 有能谱仪，还可以得到该处的物质成份 2、投射电子显微镜：以电子束作照明光源，用电磁透镜聚焦，通过 试样，投射到荧光屏或照相底片上，获得图像
力学测试
力学性能测试技术： 1、强度：金属材料抵抗塑性变形或断裂的能力，强度用试棒拉伸试验测定。 弹性极限σe ：材料保持弹性变形，不产生永久变形的最大应力。 屈服极限σs ：金属开始发生明显塑性变形的抗力（铸铁没有明显的屈服现 象，用条件屈服极限σ0.2表示，即产生0.2%残余应变时的应力值） 强度极限σb：金属受拉时所能承受的最大应力 2、硬度：材料抵抗另一硬物压入其内的能力，即受压时抵抗局部塑性变形的 能力 布氏硬度（HB）：一定直径的钢球或硬质合金球在一定载荷下压入试样表 面，测量压痕直径，计算硬度值 。HBS HBW 洛氏硬度（HRA、HRB、HRC）：采用金刚石压头（或钢球压头），硬度 直接从硬度计表盘上读出 3、塑性：断裂前材料产生永久变形的能力 伸长率δ：试样拉断后标距的伸长与原始标距的百分比 断面收缩率Ψ：缩颈处截面积的最大缩减量与原横截面积的百分比 4、冲击韧性：材料抵抗冲击载荷的能力 5、疲劳强度：零件在交变应力的作用下，虽然零件所承受的应力低于材料的 屈服点，但经过较长时间的工作而产生裂纹或突然断开裂。这种过程称为金属 的疲劳。
腐蚀失效分析
腐蚀是金属暴露于活性介质环境中而发生的一种表面损耗，是金属与 环境介质之间的化学和电化学作用的结果（化学腐蚀、电化学腐蚀） 1、均匀腐蚀 2、点腐蚀 3、晶间腐蚀
四、典型失效案例
分析活塞失效的步骤
1、详细了解事故发生的概况：如：发动机在何种工况下工作、工作环境、水 温、油温、如何发现的失效件、发动机运行时间和营运里程、发动机的编号等 尽可能多的了解发动事故发动机的信息。 2、失效件的分析：详细观察失效件的状况（包括相关零部件：如连杆、活塞 环、气缸套、气门、冷却喷嘴、机油、气缸垫、喷油器、气缸盖等），如各部 位的颜色、失效面的损伤状况等，根据以往经验判断最先失效的零件及相应部 位，从理论上推导出失效的过程。 注意：在推导时尽可能多假设几个前提 3、详细分析过程：检测失效件及相关件的成份、纤维组织、断口分析、金相分 析、力学性能测试等 4、失效原因分析：根据以上分析的过程数据，综合判定失效原因，做出失效结 论 5、改进措施：根据以上结论制定有效的整改措施并验证。
使用说明2
1、装配前应全面检查四配套的型号、规格是否与发动机的型号、规格相符， 严禁非增压发动机四配套用于增压发动机； 2、活塞与所配活塞销、缸套应在相匹配尺寸组别内，同台发动机活塞应在同 一质量组内； 3、装配前要检查各零件是否有严重的损伤及各零件的配合间隙，尤其要注意 活塞与缸套的配合间隙，使其间隙符合规定的技术要求； 4、活塞销的安装： (1)、先用专用工具将一侧的卡簧安装到卡簧槽内，然后将活塞销推入销孔及 连杆小头，防止活塞销撞击卡簧，以免使活塞卡簧槽损坏； (2)、活塞销与活塞销孔常温下为间隙配合时，装配时涂好清洁机油对准方向 推入即可；活塞销与活塞销孔为过渡配合、过盈配合时，装配时应将活塞在机 油中加热至规定温度，使活塞销能顺利推进、推出，切不可强行打入、打出； 5、活塞环的安装：安装活塞环时应使用活塞环安装专用工具，将活塞环装入 环槽后，应无卡滞现象，能灵活转动，装配时要注意安装方向，不能装反；活 塞环的开口应呈迷宫式布局，相互错开； (1)、安装楔形环、偏桶面环、锥面环等不对称截面环时，应严格按活塞环的 安装要求进行装配； (2)、安装扭曲环时，应将活塞环带标记的一面朝向缸头方向，切不可装反；
其它测试技术
1、微区成份分析技术：是检验热处理成份偏析技材料组成成份的重要手 段。电子探针X射线能谱仪、蛋子探针X射线波谱仪、俄歇电子能谱仪 2、晶体结构分析技术： 晶体结构：金属材料内部原子排列情况，微观结构 体心立方晶格、面心立方晶格、密排六方晶格 3、无损检测技术：理应声、光、电、射线等，在不破坏被检测零件的前 提下，了解零件内部缺陷（裂纹、夹杂物等）的技术。 超声检测 磁粉检测 射线检测 4、应力分析技术：材料内部或多或少存在残余应力 残余拉应力对材料的抗疲劳性、抗腐蚀性、尺寸稳定性有不良影响 X射线应力仪
三、失效分析技术
工作内容
零件失效分析：判断零件失效的性质，分析零件失效的原因，研究零件 失效的预防措施的技术工作。 零件失效分析工作的内容： 1、判断零件失效性质：畸变失效、断裂失效、磨损失效、腐蚀失效 2、分析零件失效原因：设计、材料、加工、装配、使用、维护 畸变失效： 1、弹性畸变失效：不恰当的弹性变形量导致失效 2、塑性畸变失效：外加应力超过零件材料的屈服极限时发生明显的塑 性变形（永久变形） 3、翘曲畸变失效：尺寸于方向上发生复杂变形，形成翘曲，导致失 效。 断裂失效：可分为塑性断裂、脆性断裂、疲劳断裂、蠕变断裂失效 磨损失效：相互接触的一对金属表面，相对运动时金属表面不断发生损 耗或产生塑性变形，使金属表面状态和尺寸改变的现象 腐蚀失效：腐蚀是金属暴露于活性介质环境中而发生的一种表面损耗， 它是金属与环境介质之间发生的化学和化学作用的结果。
断裂失效分析
断口分析是断裂失效分析的关键 F：纤维状区 R：放射状区 S：剪切唇区
1、韧（塑）性断裂：断口有明显的塑性变形 宏观特征：宏观变形方式为缩径，典型断口为杯锥状断口，底部成纤维剪切断 口，其平面和拉伸州大致呈45° 微观特征：韧窝是金属韧性断裂的微观主要特征，是塑性变形产生的显微空洞 生成、长大、聚集、相互连接导致断裂留下的痕迹。 2、脆性断裂：脆性断裂无塑性变形，断裂时承受的工作应力较低，通常不超过 材料的屈服强度，甚至不超过通常规定的许用应力，所以又称为地应力脆断。 宏观特征：断口一般与正应力垂直，断口表面平齐，断口边缘没有剪切唇口 （或很小） 微观特征：解理花样，眼睛断口形态 解理断裂：因原子间结合键破坏而造成的穿晶断裂
力学测试
交变应力越大，材料断裂时应力循环次数越少，当应力低于一定值时，试样 可以经受无限循环而不破坏，此应力值称为材料的疲劳极限。一般取107 6、断离韧性：零件一般都有很微小的裂纹，裂纹在应力作用下失稳扩展，导 致零件破坏，材料抵抗裂纹失稳扩展断裂的能力叫做断裂韧性。
理化测试
理化测试技术： 1、密度：单位体积物质的质量成为该物质的质量 2、导热性：导热性通常用导热率来衡量，导热率越大，导热性越好，一般来 讲，合金的导热性比纯金属差。 3、热膨胀性：材料随温度变化而膨、胀收缩的特性 4、化学成份测定：组成金属材料的元素的质量分数，光谱分析、能谱分析 5、耐腐蚀性：金属材料在常温下抗氧、水蒸气及其他化学介质腐蚀破坏作用 下的能力。耐腐蚀性能用腐蚀试验测定：浸泡发、盐雾腐蚀法