用表面观察法分析汽车金属零件损坏的原因

    汽车零件的损坏在汽车故障（或事故）中占有相当大的比重。如果不能快捷、及时地分析零件损坏原因，匆匆换件修复，往往会造成“坏了就换，换了又坏”的链性循环。用表面观察法分析汽车零件损坏原因，简单易行，随时可做，也不需复杂的设备和 仪表 ，在多数情况下所得出的结论已足够应用。

    所谓表面观察法，就是用肉眼或低倍放大镜对损坏的金属零件的表面进行观察，根据零件表面的状态、零件的裂纹或断口形状及特征来判断零件损坏原因的方法。

    一、金属零件损坏的基本形式

    １、脆断和韧断

    当零件承受外加载荷的时候，首先发生弹性变形，当载荷所引起的应力超出弹性极限而继续增加时，零件发生塑性变形，当应力超过强度极限时，零件断裂。这种断裂称为韧性断裂。韧性断裂的断口有明显的塑性变形，颜色比较灰暗，有时可以看到明显的纤维状。例如，因超载扭断的半轴所呈现的麻花样的断口。

    另一种情况是当零件承受外加载荷时，零件未发生塑性变形即已破断，这称之为脆性断裂。脆性断裂的断口比较平齐，有比较光亮的晶粒光泽。

    ２．残余应力

    零件在受到外加载荷时，其内部将产生应力，即正应力和剪应力。当外力去除后，留存在零件内部的应力称为残余应力。

    残余应力会导致零件的脆性破断和产生附加塑性变形。该情况特别易在 气缸 体、 变速 器壳体一类的铸件内发生，不仅在浇铸时会出现，在使用阶段也会发生。若在机械加工前不用自然时效或人工时效的方法消除残余应力，则加工后零件就会变形或产生裂纹。例如在实际工作中有时会发现，更换新 气缸 体后，装车使用不久就产生了裂纹，再换新品局又坞现同样故障，而在使用过程中并没有发生缸体过热或骤冷的现象。这就要查间配件来源，考虑是否因缸体时效不良所致。

    ３．应力集中

    零件上若有几何形状不连续的现象（如缺口、台阶、圆角、沟槽、油孔、花键、键槽、螺纹、压配合件的边缘、加工刀痕等等），以慕材料缺陷（如缩松、砂眼、夹渣、焊接缺陷、脱碳、软点、硬度分布的突变以及过热引起的晶粒粗大等），则这些部位附近的实际应力要比名义应力（平均应力）高得多，抑应力集中。应力集中处最易产生裂纹，是零件断裂观察分析中不可忽视的因素。例如，在修磨 发动机曲轴 时，曲柄销与曲柄臂的过渡处都要磨由规定的圆角，就是要避兔应力集中。

    ４、疲劳断裂

    根据零件所承受的载荷性质，断裂可分为一次加载断裂和反复加载断裂。一次加载断裂的零件在一次静载荷（缓慢递增的或恒定的载荷）下或在一次冲击载荷作用下的断裂；反复加载断裂又称疲劳断裂，是零件在反复多次的应力或负荷作用后所发生的断裂。

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    一次加载断裂，断口比较粗糙，没有光滑的区域，这种断裂在实际中不多见。在汽车零件中较为常见的是疲劳断裂。

    按所受载荷的形式，疲劳断口可分为弯曲疲劳断口、往复平面弯曲疲劳断口、旋转弯曲疲劳断自和扭转疲劳断口四种。

    １）单向平面弯曲疲劳断口是在一个平面内以一定幅度的载荷重复作用于零件上，其疲劳裂纹发生在受拉应力最大纤维处，一般有弧形纤维轮廓线。如汽车钢板弹簧和齿轮齿根断面及一些固定的轴类零件（如挂车车轴）的断口，都属这一类型。

    ２）双向平面弯曲疲劳断口是零件受两个 方向 的平面弯曲载荷。在断口上可以看到两个相反位置同时发生的疲劳区域，破断区位于零件的内部。

    ３）旋转弯曲疲劳断口是零件在旋转中受到弯曲疲劳载荷的作用而产生的。当无应力集中时，疲劳源在零件某一点，疲劳区呈月牙形，破断区位于疲劳源对面（略有偏移）。

    ４）扭转疲劳断口是最常见的一种断口，轴类零件如齿轮轴、 曲轴 、半轴等，都有发生。

    在扭转疲劳中，常可以看到起源于剪切型的疲劳裂纹。在交变应力的作用下，裂纹可能以两个４５度角的 方向 发展，当邻近的裂口汇合在一起时，便形成了锯齿形的断口。

    在有键槽和花键的轴上，由于交变扭转的结果，键槽和花键根部因应力集中而产生裂纹’裂纹在截面中央汇合，形成星形断口。如果单键的键与键槽配合过松，轴的表皮就会沿键根部裂纹处剥落下来。使用后，再未发生转向轴折断故障。

    二、实例分析：

    半挂车轴折断

    一台15ｔ半挂车在修竣出厂载货行驶时，突然右后轮车轴断裂，轴头和 轮胎 一起甩出。

    该半挂车后轴是空心钢管，两边以实心轴焊接在钢管两端，实心轴上安装着车轮和轮毅，刚性悬架。断裂处在后轮轴固定座外侧，位于受力最大处。断口形状为典型的平面弯曲疲劳断口，显示有较严重的超载现象。

    刚性悬架的半挂车，其悬架吸收振动冲击的能力很差。在故障现场观察时，发现车轮是驶过路面一个凹坑后折断的，显然，冲击力是故障的直接诱因。经过查核行车路单，此车装载没有超过规定吨位；进一步检查车轴并了解在厂检修情况，发现这根车轴因轴头磨损而在厂更换，当时没有找到合适的材料，便用一只比原车轴直径小５ｍｍ的车轴代替，这样，车轴本身强度不足，便在较大的冲击力作用下断裂。

    当零件断裂后，从裂纹和断口的宏观特征尚不能定量地确定断裂原因，有时要定性地这样做也比较困难，但在多数情况下可以做一粗略估计，而这种估计还是有其重要的实用价值的。