用表面观察法分析汽车金属零件损坏的原因

　　在大多数情况，用表面观察法来分析判断汽车金属零件损坏的原因，会收到事半功倍的效果，不仅省时省力，而且还降低维修开支，值得探讨。

　　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”的链性浪费循环。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，在大多数情况下所得出的结论已足够应用。

　　本人结合从事维修管理经验和书籍资料积累，提出表面观察法，和机车维修界朋友交流。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

　　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。

　　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，而且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，再换新的又出现同样故障，而在使用过程中并没有发生缸体过热或骤冷的现象。这就要检查配件来源，考虑是否因缸体时效不良所致。

　　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），以及材料缺陷（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出规定的圆角，目的就是要避免应力集中。

　　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。

　　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、旋转弯曲疲劳断口和扭转疲劳断口四种。

　　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。

　　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。

　　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）。

　　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、半轴等都有此类断口发生。

　　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。经过查兑核实行车路单，此车装载并没有超过规定吨位；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。

　　总之，当零件断裂后，必须迅速从裂纹和断口的宏观特征来确定断裂原因，排除事故隐患和从根本上维修好机车，掌握表面观察法来分析零部件损坏故障原因，省时省力，会在实际情况下带来意想不到的收获，有一定的使用价值。

　　董桂书 文