汽车零部件断裂失效分析讲解
汽车零部件失效分析
汽车零部件失效分析摘要：随着汽车的不断普及和机械设备事故的频发，汽车的安全性和可靠性逐渐成为人们关注的焦点。
论文通过研究汽车零部件失效的类型，丧失功能的原因、特征和规律，提出相应的改进和预防措施，为汽车制造部门提供便于改进制造工艺和汽车设计的反馈信息，进而提高汽车可靠性、使用寿命和维修质量。
关键词：汽车零部件；失效模式；磨损1.汽车零部件失效的概述1.1汽车零部件失效的概念所谓失效是指汽车零部件失去原设计所规定的功能，导致汽车技术状况变差，包括完全丧失原定功能，功能降低和严重损伤等，如果继续使用将会失去安全性和可靠性。
因为汽车零部件的技术状况会随着零部件的使用过程逐渐发生变化，因此通过分析汽车零部件的性能恶化过程，然后有针对性的采取改进措施，对于维持汽车的技术水平具有非常重要的作用。
1.2汽车零部件失效的分类汽车零部件按失效模式分类可以分为：一是磨损，包括粘着磨损、表面疲劳磨损、磨料磨损、微动磨损、腐蚀磨损，如齿轮表面和滚动轴承便面的麻点、曲轴“抱轴”等。
二是疲劳断裂，包括低应力高周疲劳、高应力低疲劳周疲劳、热疲劳、腐蚀疲劳，如齿轮轮齿折断、曲轴断裂等。
三是腐蚀，包括化学腐蚀、穴蚀、电化学腐蚀，如湿式汽缸套外壁麻点。
四是变形，包括过量弹性变形、过量塑性变形和蠕变，如曲轴弯曲、基础件变形等。
五是老化，如橡胶轮胎、塑料器件龟裂、变硬等。
失效模式是研究汽车零部件失效的关键，同一个零件可能同时存在集中失效模式。
2.汽车零部件失效的原因2.1设计制造方面的原因汽车零部件的设计制造不合理是造车汽车零部件早期失效的主要原因之一。
如汽车零部件的材料选择方面，我国GB5216标准规定的齿轮钢淬透性带宽为12HRC，而美国休斯通用公司为8HRC，日本小松为5HRC，远远不及国外汽车生产企业的标准要求。
如汽车零部件的设计方面，轴的台阶处直角过渡、过小的圆角半径、尖锐的棱边等造成的应力集中处，都会成为汽车零部件破坏的成因。
汽车零部件的失效模式及其分析
三、疲劳断裂失效机理： 金属零件疲劳断裂实质上是 一个累计损伤过程。大体可划分 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。
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。
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，梨耕另一金属表面，形成沟槽，使 金属表面受到严重的塑性变形压痕两 侧金属已经破坏，磨料极易使其脱落。
以断裂为主的假说针对脆性材料，以 脆性断裂为主； 磨料压入和擦划金属表面， 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。 裂纹主要有两种形式， 垂直表面的中间裂纹和从压痕底部向表面 扩展的横向裂纹。
一、化学腐蚀失效机理：金属零件与介质直接 发生化学作用而引起的损伤称为化学腐蚀。金 属在干燥空气中的氧化以及金属在不导电介质 中的腐蚀等均属于化学腐蚀；化学腐蚀过程中 没有电流产生，通常在金属表面形成一层腐蚀 产物膜，如铁在干燥的空气中与氧作用生成 Fe3O4;这层膜的性质决定化学腐蚀速度，如果 膜是完整的，强度、塑性都很好，膨胀系数和 金属相近，膜与金属的粘着力强等，就具有保 护金属、减缓腐蚀的作用。（发动机活塞环镀 铬）
第二章汽车零部件的失效模式及其分析 重点： 1.汽车零件失效的基本原因； 2.汽车摩擦学理论； 3.磨损的分类与失效； 4.汽车零件疲劳； 5.汽车零件的变形； 6.汽车零件的腐蚀；
第二章汽车零部件的失效模式及其分析 • • • • • • 难点： 1.汽车摩擦学-混合摩擦； 2.粘着磨损；微动磨损； 3.腐蚀磨损； 4.提高汽车零件抗疲劳断裂的方法； 5.基础件的变形；
汽车零部件的失效模式及分析
汽车零部件的失效模式及分析专业：班级学号：姓名：指导教师：年月摘要汽车零件失效分析，是研究汽车零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，其目的在与分析零部件失效的原因，找出导致失效的责任，并提出改进和预防措施，从而提高汽车可靠性和使用寿命。
目录第一章汽车零部件失效的概念及分类 (1)一、失效的概念 (1)二、失效的基本分类型 (1)三、零件失效的基本原因 (2)第二章汽车零部件磨损失效模式与失效机理 (3)一、磨料磨损及其失效机理 (3)二、粘着磨损及其失效机理 (4)三、表面疲劳磨损及其失效机理 (5)四、腐蚀磨损及其失效机理 (5)五、微动磨损及其失效机理 (6)第三章汽车零部件疲劳断裂失效及其机理 (8)第四章汽车零部件腐蚀失效及其机理 (9)第五章汽车零部件变形失效机理 (10)参考文献 (11)第一章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，而且功能降低和严重损伤或隐患、继续使用会失去可靠性及安全性的零部件。
机械设备发生失效事故，往往会造成不同程度的经济损失，而且还会危及人们的生命安全。
汽车作为重要的交通运输工具，其可靠性和安全性越来越受到重视。
因此，在汽车维修工程中开展失效分析工作，不仅可以提高汽车维修质量，而且可为汽车制造部门提供反馈信息，以便改进汽车设计和制造工艺。
二、失效的基本分类型按失效模式和失效机理对是小进行分类是研究失效的重要内容之一。
失效模式是失效件的宏观特征，而失效机理则是导致零部件失效的物理、化学或机械的变化原因，并依零件的种类、使用环境而异。
汽车零部件按失效模式分类可分为磨损、疲劳断裂、变形、腐蚀及老化等五类。
汽车零件失效分类一个零件可能同时存在几种失效模式或失效机理。
研究失效原因，找出主要失效模式，提出改进和预防措施，从而提高汽车零部件的可靠性和使用寿命。
三、零件失效的基本原因引起零件是小的原因很多，主要可分为工作条件（包括零件的受力状况和工作环境）、设计制造（设计不合理、选材不当、制造工艺不当等）以及使用与维修等三个方面。
零件失效的形式与原因-精选文档
于其表面相对运动而在承载表面上不断出现材料损失的过 程。”
据统计有75%的汽车零件由于磨损而报废。因此磨损 是引起汽车零件失效的主要原因之一。
一、摩擦学基础理论
• ⒈摩擦理论；
Evaluation only. eated with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0 Copyright 2019-2019 Aspose Pty Ltd. • ⒉摩擦分类；
变形 化学腐蚀、电化学腐蚀、 穴蚀 过量弹性变形、过量塑性 变形
湿式汽缸套外壁麻点、孔穴
曲轴弯曲、扭曲，基础件（汽缸体、 变速器壳、驱动桥壳）变形
老化
龟裂、变硬
橡胶轮胎、塑料器件
三、零件失效的基本原因
⒈工作条件 包括零件的受力状况和工作环境； Evaluation only. ⒉设计制造 eated with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0 设计不合理、选材不当、制造工艺不 Copyright 2019-2019 Aspose Pty Ltd. 当等； ⒊使用维修
形式只在某些特定条件下才会发生。
三、磨料磨损及其失效机理
定义：物体表面与硬质颗 • 磨料的来源； 粒或硬质凸出物（包括硬金属） 粒度为20μm～ 相互摩擦引起表面材料损失的 Evaluation only. 30 μm的尘埃将引起 现象称为磨料磨损；
eated with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0 曲轴轴颈、气缸表 Copyright 2019-2019 Aspose Pty Ltd. 面的严重磨损，而 在 各 类 磨 损 形 式 中 大 约 占 磨
汽车零部件断裂失效分析简述78页PPT
25、学习是劳动，是充满思想的劳动。——乌申斯基
谢谢！
汽车零部件断裂失效分析简述
11、战争满足了，或曾经满足过人的 好斗的 本能， 但它同 时还满 足了人 对掠夺 ，破坏 以及残 酷的纪 律和专 制力的 欲望。 ——查·埃利奥 特 12、不应把纪律仅仅看成教育的手段 。纪律 是教育 过程的 结果， 首先是 学生集 体表现 在一切 生活领 域—— 生产、 日常生 活、学 校、文 化等领 域中努 力的结 果。— —马卡 连柯(名 言网)
13、遵守纪律的风气的培养，只有领 导者本 身在这 方面以 身作则 才能收 到成效 。—— 马卡连 柯 14、劳动者的组织性、纪律性、坚毅 精神以 及同全 世界劳 动者的 团结一 致，是 取得最 பைடு நூலகம்胜利 的保证 。—— 列宁 摘自名言网
15、机会是不守纪律的。——雨果
21、要知道对好事的称颂过于夸大，也会招来人们的反感轻蔑和嫉妒。——培根 22、业精于勤，荒于嬉；行成于思，毁于随。——韩愈
发动机连杆螺栓断裂失效分析
2021年 第4期 热加工771 序言对于汽车发动机而言，连杆螺栓不仅是将螺栓头部和螺杆联接在一起的紧固件，还是联接连杆大端轴承座与轴承盖使之成一体的重要螺栓。
连杆螺栓不仅受到装配时的预紧力[1]，在发动机的运行中还要承受活塞连杆往复运动惯性力和连杆旋转离心力的交变载荷作用，而且在气缸的压缩和做功行程中，还要受到每分钟上千次交变应力的冲击[2]。
各种失效模式的研究和案例也时有报道[3-6]，对汽车用断裂螺栓进行失效分析，研究其产生故障的特征、规律及原因，可为汽车的生产、使用或维修中采取有针对性地改进和预防措施提供理论依据，防止同类故障再次发生[7]。
2020年2月，某故障发动机在拆机之后发现其中一缸的进、排气部位缸体被击穿，连杆外露，另有紧固连杆的两根螺栓发生断裂（见图1）。
通过对断裂螺栓进行失效分析，主要包括断口分析、材料鉴定、拧紧工艺排查等方面，对螺栓的整个生命周期环节做了梳理，试图从螺栓的设计、生产检测以及拧紧工艺等方面找出螺栓断裂的原因，并解决连杆螺栓断裂问题。
2 连杆螺栓2.1 化学成分分析断裂螺栓规格为M8×1.0×40-6h ，其强度等级为10.9级，螺栓材料SCM435，是JIS G4035—2003中的一种热轧钢线材，属于低合金结构用钢，主要合金元素是Cr 、Mo 。
表1列出JIS G4035—2003中SCM435化学成分标准要求和断裂螺栓的化学成分分析结果，符合要求。
发动机连杆螺栓断裂失效分析叶枫，陈旺湘，胡志豪，马照龙浙江义利汽车零部件有限公司 浙江义乌 322000摘要：故障发动机被拆解之后发现固定连杆轴瓦的两根螺栓发生了断裂，通过对断裂螺栓进行宏观观察、SEM 显微分析以及对断口附近材料进行材质分析，研究确认连杆螺栓的断裂形式、原因，并提出相关改进措施。
结果表明：连杆螺栓断裂性质属于疲劳断裂，其中一根螺栓是完全疲劳断裂，另一根是部分疲劳和部分剪切断裂。
某重型汽车后钢板弹簧断裂失效分析
某重型汽车后钢板弹簧断裂失效分析摘要：本文对某重型汽车后钢板弹簧断裂失效进行了分析，通过常见的疲劳断裂和静态断裂两种方式进行实验研究，同时借助有限元分析技术，对弹簧设计参数和工况条件进行模拟计算，并对实验结果进行验证。
总结了弹簧失效的可能原因，提出了改进方案，为后续类似产品的研发和生产提供了有力的参考依据。
关键词：重型汽车，后钢板弹簧，疲劳断裂，静态断裂，有限元分析正文：一、引言钢板弹簧作为重型汽车的重要组成部分之一，对其使用寿命和安全性具有重要意义。
然而，在实际使用中，弹簧的疲劳断裂和静态断裂现象时常发生，不仅给车辆的正常行驶带来不良影响，还可能导致严重事故的发生。
因此，对钢板弹簧的失效机理及预防措施进行深入探究，具有重要的理论和实践意义。
二、实验方法本文选取某重型汽车后钢板弹簧作为研究对象，采用疲劳断裂和静态断裂两种方式进行实验研究。
具体步骤如下：首先，选取标准试件并对试件表面进行处理，以保证试件表面光滑无缺陷。
接着，通过万能试验机对试件进行疲劳载荷测试，记录试件被破坏前的循环次数。
最后，在静载荷下对试件进行断裂实验，测量试件断裂强度和断裂模式。
三、有限元分析为了更好的模拟实际工况下弹簧的变形和应力分布情况，借助有限元分析技术，对弹簧的设计参数和工况条件进行模拟计算。
具体步骤如下：首先，根据实际弹簧的构造和材料参数，建立三维有限元模型。
接着，在预先设定的载荷情况下进行计算，得到弹簧的位移、应力和应变等参数。
最后，将有限元计算结果与实验结果进行对比和验证，并进行优化设计。
四、结论与展望通过疲劳断裂和静态断裂两种实验研究方式以及有限元分析技术，对某重型汽车后钢板弹簧的断裂失效进行了深入分析。
研究结果表明，弹簧断裂的原因可能是由于材料性能不佳或设计和制造不合理等多种因素导致。
因此，建议在材料选择、工艺优化和设计方面进行改进，并加强对弹簧的质量管控，以提高弹簧的使用寿命和安全性。
相信未来针对类似产品的研发和生产，本文的研究成果将为其提供有力的参考依据。
雨刮臂座断裂失效分析
（Ｊ 巫智瑞 ， ５ 吴荷生 ， 玉彬 ， 用喂线法进 行球化脱硫处 理的工业 吴 等．
Ｂ ｔｈＰ ｏ ｕ ｔ ｎｏ ＧＩ ｙｉｄ ｒ ａ ｙＵ ｉｇＣ ｒ ｄ Ｗ ｉｅ ｎ ｅ ｔ ｎＰ ｏ ｅｓ ａｃ ｒ ｄ ｃｉ ｆ ｏ Ｃ ｌ ｅ ｄｂ ｓ ｏ ｅ － ｒ ｊｃｉ ｒ ｃｓ Ｃ ｎ Ｈｅ ｎ Ｉ ｏ
作 者简介 ： 志莹（ ９ １ ， ， 刘 １ ６ 一）女 高级工程 师 ， 长期从 事汽车零部 件 的 失效分析 以及铸造工艺与技术改造
＋ “＋ ＋ ・＋ － ・＋ ・ 一 ＋ ・＋ ・ ＊＋ “＋ ” ＋ “＋ ”＋ “＋ 一＋ 一 十 －十
２ ０ ３ ：４ ７ ０ ３（ ）２ —２ ．
托我 们对 断裂 件进行 了失效 原 因分析 。
收稿 Ｅ期 ：０ ０ ０ — １ ｌ ２ １— ６ ０
文 章 编号 ：０ ０ ０ ７ ２ １— ８
冈 １ 雨刮 臂 座 断 裂 部 位
２２ 硬度 检验 ．
采 用沃 伯特 ３０ Ｂ Ｄ硬度 计 。硬度 检测取 自雨 ００ Ｌ 刮 臂 座 的 断 口附 近 ， 度 均 值 为 ８ＨＶ， 合 产 品定 硬 ７ 符
化 试 验 ． 造 技 术 ，０ ３ １：６ ３ ． 铸 ２０（ ） —８ ３
ｆＩ 邱汉泉 ， ４ 陈正德． 国蠕墨铸铁 ４ 中 ０年 （ ） 二 ． 中国铸造装备与技术 ，
２ ０ （ ）１７ ０６２ ： ． —
ｆ 潘伟， ６ ］ 张俊 同． Ｏ Ｍ 复合脱硫工艺技术及应用． Ｃ —ｇ ａ 酒钢科技 ，０ ６ ２ ０
初生 硅 。
采 用压 力铸 造 的方 式生 产 臂座 毛 坯 ，机 加 工后
装配成雨刮器总成 。０ ９ ５ ， ２ ０ 年 月 雨刮器的供应商在 投产 初期 小批 量装 配时 频繁 发 生雨 刮臂 座 断 裂事 故
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案例2
失效特征及原因
少片弹簧中心孔疲劳断裂
少片弹簧疲劳断裂的性质与多片簧相同； 由于少片簧的结构特点，中间段的刚性相对较 低（没有凸出的平直段），其平直段的刚度需要板 簧压板协助予以保证。 该类型的疲劳开裂与弹簧压板的疲劳断裂和弯 曲变形相伴发生； 板簧平直段和板簧压板抗弯刚性和强度不足， 导致板簧平直段以及板簧压板承受异常的弯曲载荷 是引起板簧中心孔疲劳断裂的原因。载荷过大也应 该考虑。
钢板弹簧疲劳断裂与磕碰伤
• 轧制过程中磕碰伤引起疲劳断裂。
板簧前卷耳疲劳开裂
• 关注冲击载荷的作用，关注车辆的动力和制动性能，道路情 况，关注断裂的部位和结构特性； • 关注对失效认识的不断深化和阶段性。
钢板弹簧盖板疲劳开裂
• 少片簧的中间段刚性不足，如果与板簧中心孔断裂有关则应该有异常 接触印记； • 压板的弯曲在先，实际的失效形式应该是弯曲，要点是弯曲的连续性， 交通肇事的弯曲脆断中会有断裂件弯曲的一类问题。
案例1 多片簧中心孔疲劳断裂
失效特征及原因 为高应力低周疲劳开裂，疲劳源位于中心孔内角处，疲劳区很小， 与板簧的冲击性载荷相对应； 在双驱动桥结构的板簧上更多见，而且多发生在最短的几片板簧 上；（这可能主要与该类弹簧的刚性较大有关） 断裂的原因是由于U形螺栓未能有效地锁紧或是松动，引起中心孔 承受附加弯矩。
钢板弹簧中心孔疲劳开裂
• 关注约束的有效性； • 断裂力学要素：简支梁弯矩 最大部位、应力集中、应变 集中。 • 同时也应考虑少片簧平直段 的自身刚性和约束结构刚性。
钢板弹簧压板边缘处疲劳断裂
• • 关注局部异常的表面异常硬化会增加疲劳裂纹萌生的敏感性。 考虑异常的擦伤、表面挤压磕碰伤与表面强力喷丸有什么差别或作用。
4 汽车零部件疲劳断裂分析
4.1疲劳断裂形式
• • 断口分析是疲劳分析的重要环节，包括结构、应力分布场、载荷 形式、异常工况、应力的大小等因素特征都会有所体现； 也要关注断口或失效性质的转化及相关的条件。
疲劳断口形态
疲劳断口形态
贝壳纹形成机理
关注那些随机 性冲击载荷、 台架试验的连 续不变的载荷 和铸铁的疲劳 断口，有时并 不十分典型。
与结构件失效相关的约束
• 螺栓锁紧约束（压紧约束、摩擦约束） • 刚性约束 • 间隙约束（轴承间隙、轴颈间隙约束）
• 机械结构中，结构件靠约束以驱使或保证其完成特定的功能，其特定 的约束条件一旦破坏或丧失，会破坏其运行或运动状态，产生异常或 是附加的工况 ，使得结构件承担了不应有、无法承受的载荷，产生异 中心孔断裂
结构特性： 钢板弹簧由多片不等长和不等曲率的钢板叠合而成。 U形螺栓以内为“平直段”，装配后使板簧稳定，工作中不承受弯曲载 荷。 中心孔为总成装配的工艺孔。 分析要点： 作为简支梁结构，如果板簧的平直段承受弯曲载荷，发生弯曲变形，其 中心孔部位弯矩最大，有效截面最小，加之应力集中，该部位最大弯曲应力 会数倍于其他部位的正常工作应力。 开裂特性： 为高应力低周弯曲疲劳断裂，疲劳源在孔边缘处，疲劳区很小； 分多片簧和少片簧两类，影响因素不同。
脆性断裂断口
钢板弹簧脆性断裂
• 钢板弹簧脆性弯曲断裂，裂纹 源区为萘状断口； • 近表面处局部沿晶、粗大的微 裂纹，并伴随有氧化脱碳现象； • 为热处理过烧所致。
汽车零部件断裂失效分析
约束失控
约束（constraint） 对质点系中各“质点（结构件）”的位置和速度预先施加的几 何学或运动学的限制。 常见的约束有柔性绳索或链条约束、光滑接触面约束、圆柱形 铰链和球形铰链约束、铰链支座约束等。约束限制质点系中各质点 的自由运动，故约束对质点系有作用力，称约束反力，简称约束力。
钢板弹簧疲劳开裂
• •
钢板弹簧早期高应力低周疲劳断裂； 裂纹源起源于材料内部的大块夹杂处， 夹杂的主要成分是Al、Mg、Ca、O等元素 。
汽车零部件脆性断裂
• 零件的脆性断裂也较为常见，材料的性质是重要的 条件之一，但实际情况中硬性应力状态更重要，即 指双向拉应力状态。该应力状态限制了材料的塑性 变形条件而产生脆性断裂。 • 脆性断裂不等于材料脆性，应力状态（平面应变） 的影响更大。