任務1零件的磨損一、零件的摩擦與潤滑1.摩擦的產生及危害

（1）摩擦：兩物體具有相對運動(或運動趨勢)時，在其接觸表面之間所出現的相互阻礙的現象，稱之為摩擦。（2）危害：接觸點的金屬在高負荷下發生變形，使機械咬合部位的凸點由于碰撞而脫落。脫落的金屬微粒夾在兩摩擦面之間，起到磨料作用而使磨損加劇。摩擦產生的機械能轉變為熱能,使凸點的溫度升高,機械強度降低,導致磨損加劇。當溫度上升到超過金屬的熔點時,金屬熔化使兩機件咬死和摩擦面燒毀。

模塊一港口機械檢測與修復基礎

項目一零件的失效與檢測

摩擦機理2.摩擦分類（1）干摩擦：是摩擦表面之間沒有任何潤滑劑或其他潤滑介質分隔的摩擦。摩擦系數是表示摩擦材料特性的主要參數之一，它與材料的表面性質、工作介質和環境等因素都有關系。（2）液體摩擦：是兩摩擦表面之間被連續的潤滑油膜完全隔開不發生直接接觸時的摩擦。液體摩擦的性質完全取決于液體的粘性，并于相對運動速度有關。例如有一定轉速的曲軸與軸承之間當潤滑油充足時，就處于液體摩擦狀態。楔形油膜形成及分子吸附膜潤滑（3）邊界摩擦：是指兩摩擦表面被一層極薄的潤滑油邊界膜分開的摩擦。邊界摩擦潤滑油邊界膜是由潤滑油與摩擦表面相互作用，依靠吸附和化學反應而在表面間形成的，厚度趨近于零，一般小0.1um。邊界摩擦條件下，界面的潤滑性能決定于邊界膜的性質，而與潤滑油的粘度無關。

（4）混合摩擦：實際車輛上大多數配合件的摩擦實際為上述三種摩擦共存，即是混合狀態。在混合摩擦的狀態下，磨擦系數決定于各種摩擦所占的比例。發動機曲軸的軸頸與軸承，在正常工作狀態下，能夠達到比較理想的液體潤滑，即能夠形成像圖1-2(c)所示的具有一定厚度的完整的液體油膜，但在起動之初或在曲軸承受沖擊載荷時，油膜難以形成或受到破壞，即會出現邊界摩擦甚至干摩擦。又如，活塞與氣缸之間正常工作中可以形成邊界摩擦，但當氣缸過熱時，吸附膜被燒壞，就會出現干摩擦。3.減少摩擦措施——潤滑（1）潤滑目的：減少機件磨耗量；減少摩擦功損失；冷卻散熱；沖洗清潔；密封防漏；防止腐蝕；消振減聲。（2）潤滑形成條件：合適的潤滑油黏度；較高的轉速；軸承負荷不能太高；適當的零件間隙；摩擦表面粗糙度小。二、磨損的產生摩擦和磨損是載荷作用下相互接觸的兩個物體作相對運動時，在接觸表面上所發生的同一現象的兩個方面，或者說，磨損是伴隨著摩擦而產生的。摩擦表面在發生相對運動的過程中，金屬表面相互接觸，主要產生兩種作用：一是機械性的相互嵌入作用，二是分子間的相互吸引和粘附作用。嵌入是由于金屬表面存在微觀不平，在相互接觸中，其凸起和凹進的部分將相互嵌入和咬合，在相對運動中，凸起的部分金屬發生變形而導致機械剝落；分子間的吸引和粘附作用，是指摩擦件在相對運動中，表層金屬相互接近，分子間的相互吸引力將使接觸處產生粘附現象，當相對運動繼續時，金屬表面那些發生粘附的地方將被撕裂，產生機械性破壞。此外，由于摩擦介質的化學腐蝕作用，金屬表面氧化，形成金屬脆性氧化物，這些氧化物在摩擦過程中脫落，也是產生磨損的原因之一。三、磨損的分類1.粘著磨損在零件的摩擦表面上，由于粘著作用，使一個零件表面的金屬轉移到另一個零件表面所產生的磨損稱為粘著磨損。金屬表面經過機械加工后，總會留下宏觀及微觀的不平度（見圖1-1）。當零件在外載荷作用下相互摩擦時，實際的表面接觸面積很小，接觸應力很大，使接觸點上的金屬產生彈性或塑性變形，在繼續的相對移動中，接觸點上產生大量的熱量，使表面發生相變、轉化以至熔化焊合，導致一個零件表面的金屬被部分地轉移到另一個零件表面，形成金屬瘤，金屬瘤又在隨后的摩擦中被撕裂而脫落，從而形成粘著磨損。港口機械零件所發生的粘著磨損，多數是由于配合間隙過小，運動零件表面加工紋理尚未磨合好，就過早的增大負荷，導致零件的工作溫度過高而形成的。2.磨料磨損摩擦表面在相對滑動時，若在摩擦表面之間存在著磨料，摩擦表面便會在磨料的作用下產生顯微變形或切割，形成磨料磨損。摩擦表面的磨料可能是外界落入的（如空氣中的塵埃、潤滑油中的雜質等），也可能是磨損過程中的產物（如摩擦表面掉下的金屬顆粒），如鑄鐵、鍍鉻、金屬噴鍍的零件表面都可能存在有磨料磨粒。磨料磨損的速度取決于摩擦表面的性質、磨料的性質、摩擦表面的滑動速度和單位壓力。如空氣中的塵土和砂粒在隨新鮮空氣進入發動機后，可以導致發動機氣缸產生磨料磨損，因而在發動機上應配備良好濾清效果的空氣濾清器；燃油和潤滑油中的雜質會導致氣缸和軸承的磨料磨損，因而對燃油、潤滑油也應進行有效的過濾。3.表面疲勞磨損表面疲勞磨損是指在純滾動或同時帶有滑動的滾動摩擦條件下，發生在零件表層的疲勞破壞現象。出現疲勞磨損的零件，其材料一般硬度較大而磨合性能較差，在較大的循環交變載荷作用下，由于接觸面很小，接觸應力大，當應力超過材料的屈服極限時，在零件表面產生瞬間顯微塑性變形。由于材料硬度較高，這種瞬間顯微變形會向四周擴散，形成網狀裂紋。摩擦表面的潤滑油在工作壓力作用下向裂紋深處擴張、延伸，連續不斷的載荷又會將其壓成鱗片狀而脫落，使零件表面出現麻點或凹坑，故又稱為麻點磨損。這種磨損容易發生在滾動軸承的滾珠與彈道、齒輪的齒面等零件表面上。疲勞磨損可分為兩大類：非擴展性和擴展性。(1)非擴展性疲勞磨損。新摩擦表面接觸應力大，易產生小麻點，經磨合后，接觸面積擴大，單位接觸應力降低，小麻點停止擴展。對于塑性較好的材料，因加工硬化作用，小麻點不能繼續擴展。(2)擴展性疲勞磨損。當材料塑性較大或潤滑不當時，在接觸表面作用有較大的壓應力和切向力，使表面產生小裂紋并擴展而使金屬脫落，形成小麻點或擴展成凹坑，使零件迅速失效。

4.腐蝕磨損腐蝕磨損是指摩擦表面與酸、堿、鹽等特殊介質接觸產生腐蝕，表面金屬呈顆粒狀剝落，使零件的表面形狀變化，造成早期磨損。如在滑動軸承中，若軸承合金中含有鎘、鉛等元素，就容易被潤滑油中的酸性物質腐蝕，在軸承上形成黑點，逐漸擴展為松軟組織而脫落。另外，在發動機氣缸的燃燒室內壁、氣門與氣門座圈的接觸面上都程度不同的存在腐蝕。腐蝕磨損是一種機械化學磨損，單純的腐蝕現象不能定義為腐蝕磨損，只有當腐蝕現象與機械磨損相結合時才能形成，腐蝕磨損經常發生在高溫或潮濕的環境中，更容易發生在有酸、堿、鹽等特殊介質條件下。腐蝕磨損可分為氧化磨損、微動磨損和化學腐蝕磨損。

(1)氧化磨損。金屬與空氣中的氧作用形成氧化膜，當生成的氧化膜與基體結合牢固時，它起到保護作用，可以提高摩擦副的耐磨性能。若在摩擦過程中，氧化膜被磨掉，摩擦表面與氧介質反應速度很快，立即又形成新的氧化膜，然后又被磨掉，這就是氧化磨損，磨損的特征是金屬的摩擦表面沿滑動方向呈勻細磨痕，磨損產物為紅褐色。(2)微動磨損。兩個接觸物體作相對微幅振動而產生的磨損稱為微動磨損。零件過盈配合的接合面雖然沒有宏觀的相對移動，但工作過程中會產生微小的相對滑動，接觸壓力使接合面上實際承載的微凸體產生塑性變形而發生粘著。微振幅振動使粘著點受剪脫落，造成零件的氧化磨損。從零件表面脫落的氧化物粉末存在于接合面間，將引起磨料磨損。若振動應力足夠大，微動磨損點形成應力源，使疲勞裂紋擴展，最終將導致表面疲勞破壞。由此可見，微動磨損是粘著、腐蝕、磨料、疲勞磨損綜合作用的結果，它經常發生在相對靜止的摩擦副中，如過盈配合的接合面、鏈傳動的鏈接處和受振動影響的聯接螺紋接合面處。(3)化學腐蝕磨損。由于零件直接與腐蝕性介質作用，發生化學腐蝕而產生的磨損稱為化學腐蝕磨損。零件在液體或腐蝕性氣體環境中工作時，其表面的金屬將與腐蝕性介質發生各種化學反應，使零件表面形成一層化學反應膜，該反應膜與基體的結合強度較低，零件相對運動時由于切向摩擦力的作用而引起反應膜的脫落，形成零件的化學腐蝕磨損。四、影響磨損的因素1.摩擦運動形式和摩擦速度摩擦運動形式有滾動摩擦和滑動摩擦兩種，在其他條件相同的情況下，滾動摩擦的阻力小，散熱能力強，磨損較慢，滑動摩擦磨損較快。當其他摩擦條件一定時，摩擦副相對移動速度的變化不僅使磨損過程產生量的變化，而且產生質的變化。摩擦表面的溫度隨速度的增加而提高，當摩擦表面溫度達到423～2273K時，摩擦表面的潤滑油膜即遭到破壞，摩擦性質即從邊界摩擦轉變為干摩擦，使磨損加劇。在更高一些的溫度下，表面金屬層軟化，產生表面滑動，磨損速度進一步加快。當溫度進一步升高，表面金屬處于熱塑狀態，產生粘著磨損。2.潤滑油摩擦零件的表面，一般以潤滑油作介質，潤滑油的性質對磨損過程起著很大的影響。理想的潤滑油，應具有適當的粘度和足夠的化學穩定性，不含酸類和機械雜質，以保證在摩擦表面形成具有一定承載能力的潤滑油膜。3.摩擦副的材料和表面性質一切磨損的產生和發展，都是由材料的塑性變形開始的，硬度高的材料，抗塑性變形能力強，因而比較耐磨。對材料表面采取鍍鉻、表面強化處理等工藝措施，可以提高零件的耐磨性。摩擦表面的宏觀和微觀幾何形狀對磨損過程也產生很大的影響。在每一個具體的摩擦條件下，都有一個磨損量最小的微觀幾何形狀的配合問題。實際工作中，常將摩擦副的表面粗糙度等級達到一致，以使磨損量限制在適當的范圍內。五、零件的磨損特性1.第Ⅰ階段——磨合期磨合期的特點是磨損速度較快。這是由于新加工的零件表面的微觀不平產生了嚙合性摩擦，造成凸起部分的峰尖脫落，脫落下來的金屬顆粒如不能及時被潤滑介質帶走，又會造成嚴重的磨料磨損。在各種車輛上也把這一段時期稱為走合期，在走合期內應該嚴格按照有關的運行規范，減速減載，從而避免零件的早期磨損或事故性損傷。2.第Ⅱ階段——正常工作期過了磨合期后，零件表面經過走合，配合表面互相適應，表面粗糙度有所改善，對潤滑油的適應性也有所增強，零件配合間隙處于最佳范圍內，因而這一階段的磨損是緩慢而均勻的。3.第Ⅲ階段——極限磨損期零件的磨損已達到極限，零件的配合間隙已達到最大限度，運動副工作中由于松動而產生沖擊，使零件承受沖擊所產生的附加應力，有時會伴隨振動與噪聲。配合間隙增大，潤滑油容易漏泄，油壓下降，油膜不易形成或形成后又很快被沖擊所破壞，零件的磨損速度急劇上升，并容易轉化和引發事故性損傷。零件磨損規律零件磨損特性曲線I-走合期；II-正常工作期；III-極限磨損期零件磨損率曲線1.正確選擇材料（選擇疲勞強度高、防腐性能好、耐磨耐高溫的材料注意配對材料的互溶性）；2.進行表面強化處理,如表面熱處理（鋼的表面淬火等）、表面化學熱處理（鋼的表面滲碳、滲氮等）、覆蓋層（噴涂、噴焊、鍍層）、塑性變形（滾壓、噴丸等）；3.改善工作環境,盡量建立液體摩擦條件，盡量避免過大的載荷、過高的運動速度和工作溫度；4.合理的結構設計,正確合理的設計結構有利于摩擦副表面保護膜的形成和恢復壓力的均勻分布，有利于磨屑的排出和防止外界磨粒、灰塵的進入等;5.提高零件加工質量。零件的加工質量，是指表面粗糙度和幾何形狀誤差。幾何形狀誤差過大，將造成零件工作過程中受力不均，或產生附加載荷，使磨損加劇。表面粗糙度過大，會破壞油膜的連續性，造成零件表面凸起點的直接接觸，使磨損加快。減磨方法與途徑表面粗糙度對磨損的影響任務2零件的斷裂一、斷裂的分類1.按零件斷裂后的自然表面特征分(1)塑性斷裂。是指零件斷裂前發生顯著的塑性變形的斷裂。零件在外力作用下引起的應力超過彈性極限時發生塑性變形，外力繼續增加，當應力超過強度極限時，零件在發生塑性變形后造成斷裂。塑性斷裂斷口的宏觀狀態呈杯錐狀或鵝毛絨狀，顏色發暗，邊緣有剪切唇，斷口附近有明顯的塑性變形。（2)脆性斷裂。斷裂前幾乎不產生明顯的塑性變形。脆性斷裂的斷口呈結晶狀，常有人字紋或放射狀花紋，平滑而光亮，且與正壓力垂直，斷口附近的截面收縮很小，一般不超過3％。2.按斷口的微觀特征分(1)晶間斷裂。這種斷裂的裂紋沿著晶界擴展，多發生于脆性斷裂。(2)穿晶斷裂。這是指裂紋穿過晶粒內部，可以是脆性斷裂，也可以是塑性斷裂。3.按零件斷裂前所承受的載荷性質分(1)一次加載斷裂。零件在一次靜載荷（緩慢遞增的或恒定的載荷）下，或一次沖擊能量作用下的斷裂稱為一次加載斷裂。包括靜拉伸、靜壓縮、靜彎曲、靜扭轉、靜剪切、高溫蠕變和一次沖擊斷裂等。(2)疲勞斷裂。較長時間的交變載荷使零件發生的突然斷裂稱為疲勞斷裂。機械零件的斷裂，絕大多數是由疲勞引起的，疲勞斷裂占整個斷裂的70％~80％，它的類型很多，包括拉壓疲勞、彎曲疲勞、扭轉疲勞、接觸疲勞、振動疲勞等。二、疲勞斷裂疲勞斷裂的特點是零件破壞時的應力遠低于零件材料的抗拉強度，甚至低于材料的屈服強度。不論是塑性材料還是脆性材料，疲勞斷裂時，都不產生明顯的塑性變形，均表現為脆性斷裂。

1.疲勞裂紋的產生

疲勞裂紋的產生取決于交變應力的大小、交變應力的

循環次數和材料的疲勞強度。零件產生疲勞破壞的原因，是由于交變載荷反復作用，在應力集中的部位，使材料發生塑性變形，產生微觀裂紋，成為零件進一步損壞的原因。金屬材料的內部結構缺陷和零件的結構設計不當，是零件產生應力集中的原因。在金屬晶粒間存在極小的空隙和其他的非金屬夾雜物，這些缺陷本身就構成了許多微小裂紋，零件在交變載荷作用下，這些部位就形成了微小的應力集中點。零件過渡圓角過小或孔、鍵槽的所在部位，都能引起應力集中，在應力集中部位，應力可能遠遠大于零件材料的屈服強度而引起塑性變形。隨著交變應力的不斷增加，材料所能承受的載荷次數達到極限，零件就產生疲勞裂紋。零件產生最初的微觀裂紋還與金屬本身結晶的各向異性和加工不均勻度有關，在外力作用下，這些部位產生的應力大，發生塑性變形，于是在最薄弱處首先產生微觀裂紋，一般情況下，疲勞裂紋發生在零件表面層的應力集中部位。疲勞斷口形貌2.疲勞斷口形貌典型的疲勞斷口按斷裂過程有三個區域，即疲勞源區、疲勞區、瞬時斷裂區，如圖1-7所示。

(1)疲勞源區。它一般發生在零件的表面，但若材料表面進行了強化或內部有缺陷，疲勞源區也可發生在表面下或材料內部。疲勞破壞好似以它為中心，向外散射呈海灘狀的疲勞弧或貝紋線。(2)疲勞擴展區。疲勞擴展區是在微裂紋的產生及擴展過程中形成的。該區域是疲勞斷口上最重要的特征區域，呈宏觀的疲勞弧帶和微觀的疲勞紋，斷口比較光亮。疲勞弧帶大致以疲勞源為核心，似水波形式向外擴展，形成許多同心圓或同心弧帶，其方向與裂紋的擴展方向相垂直。每一條疲勞裂紋代表一次載荷循環，疲勞裂紋數與循環次數相等。是否出現疲勞紋，決定于應力狀態、材料性質及環境因素。通常疲勞斷面愈光滑，說明零件在斷裂前經歷的循環次數愈多，承受載荷愈小。(3)瞬時斷裂區。瞬時斷裂區是最后瞬間突然折斷的連接部分，它是由于應力超過了材料的強度極限而造成的，其宏觀特征與靜載拉伸類似，斷面比較粗糙。三、斷口分析

斷口分析的目的是通過對斷口的宏觀和微觀形態以及化學成份、顯微結構、冶金缺陷、力學性能與零件的制造工藝、表面質量、幾何形狀和使用條件等方面進行分析，以判斷斷裂的性質、類型和原因，研究斷裂的機理，進而提出防止斷裂的措施。1.現場分析零件斷裂后，對于斷口和斷裂時產生的碎片，應嚴加保護，避免氧化、腐蝕和污染。在未查清斷口的重要特征和照像記錄之前，不允許清洗斷口。對零件的工作條件、運轉情況及周圍環境等，應作好調查研究。2.宏觀分析

用肉眼或20倍以下的放大鏡，對斷口進行觀察和分析。分析前先用汽油清洗斷口的油污，對腐蝕比較嚴重的斷口，可用化學法或電化學法去除氧化膜。宏觀分析是整個破斷分析的基礎，主要觀察分析破斷全貌，裂紋和零件形狀的關系，斷口與變形方向的關系，斷口與受力狀態的關系，能初步判斷裂源位置、破壞性質及原因，縮小進一步分析研究的范圍，為微觀分析提供線索和依據。3.微觀分析

用金相顯微鏡或電子顯微鏡對斷口進行觀察和分析。主要觀察和分析斷口形貌與顯微組織的關系，斷裂過程中微觀區域的變化，裂紋的微觀組織與裂紋兩側夾雜物性質、形狀和分布，以及顯微硬度裂紋的起因等。4.金相組織、化學成份、力學性能的檢驗

金相組織檢驗主要是研究材料是否有宏觀或微觀缺陷，裂紋分布與走向以及金相組織是否正常等?；瘜W分析主要是檢驗金屬的化學成份是否符合零件要求，雜質、微量元素的含量和大致分布等。力學性能檢驗主要是檢驗金屬材料的常規數據是否合格。四、避免零件疲勞斷裂的措施1.減少局部應力集中金屬零件的疲勞斷裂大部分是由局部的應力集中引起的，因此，減少局部應力集中是減少零件斷裂的最有效措施之一。在選擇零件材料時，應盡量減少材料內部缺陷，在設計和加工等過程中要注意盡量減少引起應力集中的因素，如零件截面變更處的圓角形狀和大小，油孔油槽的位置和尺寸等。

2.金屬表面強化處理對金屬表面進行強化處理，可以提高表層金屬的強度，改變表面內應力的分布，從而提高零件的疲勞極限。常用的表面強化處理方法有：表面滲碳、滲氮、表面高頻淬火、表面鍍覆以及滾壓、噴丸、拋光等。

3.提高零件表面質量同一種材料，表面光滑的零件比表面粗糙的零件疲勞極限要高。在交變載荷作用下工作的零件，材料的強度越高，對表面加工質量的要求也高，不允許有較大的表面缺陷。實驗證明，不同表面狀態下的疲勞極限相差可達７~８倍。4.減少殘余應力

各種加工和熱處理工藝過程，如機械加工、沖壓、彎曲、熱處理等都能引起殘余應力，一般殘余拉應力是有害的，但殘余壓應力則是有益的，表面強化處理工藝過程中可產生殘余壓應力，它們將抵消一部分由外載荷引起的拉應力，因而減少了發生斷裂的可能性。

5.避免零件超負荷工作零件的負荷越大，交變應力的變化幅度越大，零件也就越容易產生疲勞裂紋。港口機械使用中應嚴格控制超負荷運行，從而延長維修周期和使用壽命。任務3零件的腐蝕與穴蝕一、腐蝕的分類1.化學腐蝕

化學腐蝕在金屬零件中是普遍存在的。金屬表面與空氣接觸，生成氧化物，就是化學腐蝕的一種。另外，金屬零件與潤滑油接觸，潤滑油中的酸性物質會使零件受到腐蝕；燃料與潤滑油中含有硫的成分，對軸承合金和其他金屬材料也有很強的腐蝕作用。燃料在發動機中燃燒的過程中，會形成有機酸和礦物酸，這些酸類對發動機缸套內壁有很強的化學腐蝕作用，這種腐蝕作用將會導致缸套的不正常磨損。缸內溫度越低，氣缸內壁的腐蝕越嚴重。所以，發動機頻繁的低溫起動或長期的冷卻水偏低，均會加劇缸套的腐蝕與磨損。2.電化學腐蝕

電化學腐蝕是指金屬與介質發生電化學反應而引起的破壞。金屬與電解質溶液接觸能形成原電池，其中電位低的金屬原子溶解成為正離子，使它表面電子過剩構成電池的負極。這種原電池的電流無法利用，但它卻能使負極金屬腐蝕，成為腐蝕電池。如果金屬表面有雜質，且雜質又是高電位構成的正極，也將使金屬產生腐蝕。因為零件材料是由多元素構成的，各元素具有不同的電極電位，如碳鋼中含的滲碳體和鑄鐵中的石墨，其電位高于基體，當與電解質溶液接觸時，便構成腐蝕電池，使基體金屬產生腐蝕。暴露于大氣中的零件，其表面的一些吸濕性物質，從大氣中吸收水份，使零件變濕，大氣中的二氧化碳、二氧化硫等物質溶入其中，就成為電解液，給電化學腐蝕創造了條件。因此，無任何保護而直接暴露于大氣中的零件，容易遭受電化學腐蝕。與化學腐蝕相比，電化學腐蝕具有更大的危害性，金屬零件的腐蝕大多是由電化學腐蝕引起的。

二、減輕腐蝕的措施1.合理選材和設計

合理選材就是根據環境介質和使用條件，選擇合適的材料，如選用含有鎳、鉻、硅、鈦等元素的合金鋼，在條件允許的情況下，盡量選用尼龍、塑料、陶瓷等材料。在設計過程中,雖然應用了較優良的材料，但是如果在結構設計上不考慮金屬的防腐蝕措施，常會引起機械應力、熱應力以及流體的停滯和聚集導致局部過熱等現象，從而加速腐蝕過程。設計時應努力使整個體系的所有條件盡可能的均勻一致，零件表面粗糙度合適，設計結構合理，外形簡化。2.覆蓋保護層

在零件表面以薄膜的形式附加一層不同的材料，改變零件的表面結構，使金屬與介質隔離開來，從而防止腐蝕。(1)金屬保護層。采用電鍍噴焊、化學鍍等方法，在金屬表面覆蓋一層如鎳、鉻、錫等金屬或合金作為保護層。

(2)非金屬保護層。常用的有油漆、涂料、玻璃鋼、硬軟聚氯乙烯、耐酸酚醛塑料等、臨時性防腐可涂油或油脂。

(3)化學保護層。用化學或電化學方法在金屬表面覆蓋一層化合物薄膜，如磷化、發藍、鈍化等。

(4)表面合金化。如滲氮、滲鉻、滲鋁等。3.電化學保護

對被保護的零件通以直流電流進行極化，以消除電位差，使之達到某一電位時，被保護的金屬腐蝕可以很小，甚至呈無腐蝕狀態。這是一種較新的防腐蝕方法，但要求介質必須是導電的、連續的。4.改變環境條件

(1)采用通風除濕等措施去除環境中的腐蝕介質，減輕腐蝕作用，對金屬材料，把相對濕度控制在臨界濕度（50％~70％）以下，可顯著減緩大氣腐蝕。(2)在腐蝕介質中加入少量降低腐蝕速度的緩腐劑，可減輕金屬的腐蝕。

三、零件的穴蝕相對于液體運動的固體表面，因為氣泡破裂產生局部沖擊高壓或局部高溫所引起的零件表面金屬剝落現象稱為穴蝕。當零件與液體接觸并產生相對運動時，接觸處的局部壓力低于液體蒸發壓力時，形成氣泡。溶解的氣體也會析出形成氣泡。當這些氣泡流到高壓區，氣泡在被迫消滅的瞬間產生極大的沖擊力和高溫，稱為水擊現象。氣泡形成與破滅的反復作用，使金屬表面疲勞而脫落，呈麻點狀，隨后逐漸發展成為針狀孔洞。當穴蝕嚴重時，可擴展為深度20mm的孔穴，直到穿透或開裂而使零件遭受破壞。穴蝕是一種比較復雜的破壞現象，它是機械、化學、電化學等共同作用的結果。

缸套穴蝕

柴油發動機濕式氣缸套的外壁經常發生穴蝕，現象為在局部地方集中出現鋒窩狀的孔穴。發動機工作時，氣缸內燃燒氣體壓力周期性地變化，活塞在往復運動的同時，在氣缸內還要左右擺動，將引起缸套在工作中發生振動，當缸套向內振動時，其外壁與冷卻水接觸處的壓力迅速降低，從水中析出氣泡或形成氣泡；當缸套在向外振動時、水壓迅速升高，氣泡炸裂，釋放出巨大能量。氣泡炸裂的反復作用，將引起缸套外壁的疲勞剝落，形成大量麻點。在以后的工作中，麻點部位更容易產生氣泡，從而使疲勞剝落逐漸向缸套的縱深發展，在缸套上形成針狀孔洞，嚴重時能擊穿氣缸壁。穴蝕出現在連桿擺動平面內氣缸承受活塞最大側向力—方。穴蝕現象在滑動軸承、水泵零件、水輪機葉片、液壓泵中時常發生。

柴油機濕式缸套外壁穴蝕1．增加零件的剛性，改善支承。采取吸振措施，以減小液體接觸表面的振動，以減少水擊現象的發生。2．選用耐穴蝕的材料，如球狀或團狀石墨的鑄鐵、不銹鋼、尼龍。在零件表面涂塑料、陶瓷等防穴蝕材料。3．改進零件的結構，提高表面質量，減少液體流動時產生的渦流或斷流現象。4．在水中添加乳化油，減小氣泡爆破時的沖擊力。減輕穴蝕的措施

任務4零件的變形與老化一、變形1.變形的基本概念零件的變形是指由于質點位置的變化，引起零件的尺寸和形狀發生改變的現象。零件變形（特別是各總成基礎件的變形），將導致各零件正常的配合性質被破壞，潤滑條件變差，并產生一定的附加載荷，使零件的磨損加劇，使用壽命降低，甚至導致各零件不能正常運動，失去工作能力。

2.變形的種類變形分彈性變形和塑性變形兩種。

(1)彈性變形

彈性變形是指外力去除后能完全恢復的那部分變形。其機理是晶體中的原子在外力作用下，偏離了原來平衡位置，使原子間距發生變化，造成晶格的伸縮或扭曲。

彈性變形量很小，一般不超過材料原來長度的0.10％~1.0％，外力去除后變形完全消失。在彈性變形范圍內，應力與應變成正比關系，符合虎克定律。

機械零部件中，通常經過冷校直的零件(如曲軸)經一段時間使用后又發生彎曲，這種現象是彈性后效所引起的，所以校直后的零件都應進行退火處理。所謂彈性后效，是指金屬材料在低于彈性極限應力作用下會產生應變并逐漸恢復，但總是落后于應力的現象。

(2)塑性變形

塑性交形是指外力去除后不能恢復的那部分變形。其機理是多晶體存在晶界，各晶粒位向不同以及合金中存在溶質原子和異性，使各個晶粒的變形互相阻礙和制約，嚴重阻止位錯的移動。金屬材料塑性變形后，材料的組織結構和性能將會發生變化：較大的塑性變形，會使多晶體的各向同性遭到破壞，表現出各向異性，金屬產生加工硬化現象；多晶體在塑性變形時，各晶粒及同一晶粒內部的變形是不均勻的，當外力去除后，各晶粒的彈性恢復也不一樣，因而在金屬中產生內應力；塑性變形使原子活潑能力提高，造成金屬耐腐蝕性下降。

3.零件變形的原因

(1)殘余內應力的影響有些鑄造零件，在制造加工出來以后，是符合技術要求的。但使用一段時間后，產生了不符合技術要求的較大變形。其主要原因是對鑄鐵件未進行時效處理或時效處理不當。鑄鐵件從高溫冷卻下來的過程中，由于零件各部位厚薄不均，冷卻速度不同，厚的部位冷卻速度慢，薄的部位冷卻速度快，先冷卻的部位材料內部產生彈性壓縮，后冷卻的部位材料內部產生彈性拉伸，這樣在鑄件內部就產生了內應力，通常稱為熱應力。另外，灰鑄鐵在由奧氏體轉化為鐵素體的同時，析出石墨，體積膨脹。薄壁的部位冷卻速度快，先達到相變溫度而發生膨脹，承受拉應力，而厚壁部位則受壓應力，這種內應力稱為相變應力。為了防止零件使用中由于內應力而變形，在機械加工前應對鑄件進行自然時效或人工時效處理，從而消除鑄件內部的殘余應力。(2)外載荷的影響發動機的氣缸體，車輛的變速箱體、后橋殼等零件，在工作過程中承受的外載荷不均衡，其長期作用的結果，使零件發生變形，改變配合表面的位置。這種情況在機械超負荷工作時更容易發生。承受裝配預緊力的緊固件也容易發生變形。如車輛的變速器殼與發動機飛輪殼的連接，只限于幾個螺釘的緊固，而變速器殼的前壁剛度不大，就容易引起殼體變形。此外，像發動機氣缸蓋這類內部空腔較多、承受預緊力較大的緊固件，如果裝配過程中不能很好的按規范操作，各部位所受預緊力不均，也很容易導致變形。(3)修理過程的影響港口機械修理過程中，如果對零件采用堆焊、焊接、壓力加工等修理工藝，都有可能在零件內部產生新的內應力而導致變形，所以，在編制零件的修理工藝程序時，應充分考慮到這些應力的影響；在對修理后的零件進行裝配時，應進行形位檢測。(4)溫度的影響金屬的彈性極限隨溫度的升高而降低，在高溫作用下，內應力會很快松馳，所以工作溫度高的零件（如發動機的燃燒室零件），在外載荷與高溫的雙重作用下，往往更容易產生變形。4.基礎件變形對總成的影響

(1)氣缸體

氣缸體形狀復雜，它經常處于超負荷和高溫條件下工作，容易產生變形。氣缸體變形會引起氣缸軸線與曲軸主軸承軸線的垂直度、主軸承軸線與凸輪軸軸線的平行度、各檔主軸承軸線的同軸度以及氣缸體上下平面的平行度、氣缸軸線與氣缸體下平面的垂直度等的改變。

氣缸軸線對曲軸軸線的垂直度偏差，將引起活塞連桿組零件在氣缸內的傾斜，使活塞環與氣缸壁之間的磨損加劇。各檔主軸承座孔的同軸度偏差，將引起曲軸在座孔中的撓曲，影響潤滑油膜的形成和增加曲軸的附加載荷，加劇曲軸與軸承的磨損。因此，氣缸體的變形將直接影響發動機的使用壽命。(2)變速器殼體變速器殼的變形主要表現為軸承座孔軸線的同軸度、平行度以及與前后端面的垂直度等超過公差要求。如果這些誤差超過了允許值，將使變速器傳遞扭矩不均勻，同時產生動載荷和工作噪音，還可能使齒輪工作中產生軸向力，當所產生的軸向力大于定位機構的鎖止力和各滑動部位產生的摩擦力時，就有可能造成跳檔或脫檔，同時各齒輪組相對嚙合的正確位置也會受到破壞，從而加劇齒輪磨損、點蝕和剝落現象。

二、老化老化是指零件的物理性能和化學性能隨時間的增加而下降的現象。常見的容易老化的零件有：橡膠件、塑料件、密封件、彈簧等老化的影響因素有：陽光、氧氣、酸堿鹽等。任務5零件的清洗、檢驗與分類

一、零件的清洗1.零件清洗的基本原則(1)保證滿足對零件清洗程度的要求。清洗時必須根據不同的要求，采用不同的清洗劑和清洗方法，從而保證達到所要求的清潔質量。例如，配合零件的清潔程度高于非配合零件；動配合零件高于靜配合零件；精密配合零件高于非精密配合零件。(2)防止零件在清洗過程中的腐蝕。零件清洗后，應停放一段時間，應考慮清洗液的防腐能力或考慮其他防銹措施。(3)確保安全操作，防止引起火災、毒害人體及造成對環境的污染。(4)講究經濟效益。在保證上述條件的前提下，應從提高工效，降低原材料成本等因素全面考慮其經濟性。

2.油污的清除

油污主要是油料與灰塵、鐵屑等物質的混合物，清洗時可以采用以下方法：

(1)有機溶劑法使用有機溶劑，如汽油、煤油、柴油、酒精等，將零件表面的油污清洗掉。一般用于清洗小型或比較精密的零件。

(2)堿性溶液法使用堿性溶液清洗油污可使清洗成本大大降低。常用的堿性清洗劑配方見表1-1。

清洗零件時，把溶液加熱到353K~363K，再將零件置于溶液中浸煮，或用溶液對零件進行噴洗。零件清洗后用熱水沖洗掉表面上的殘留堿液，然后吹干。

3.積碳的清除

積碳是燃料不完全燃燒的產物，主要存在于車輛發動機的燃燒室零件上。發動機工作過程中，燃油和竄入燃燒室內的機油未能完全燃燒，在高溫和氧的作用下形成羥基酸和樹脂狀膠質粘附在零件表面上，再經過高溫作用，縮聚成瀝青質、油焦質和碳素質的復雜混合物，即形成所謂積碳。燃燒室內形成的積碳不僅使燃燒室容積減小，而且使燃燒過程中形成許多熾熱點，引起早燃，破壞正常燃燒。粘附在活塞環上的積碳會在氣缸內形成硬質磨料，引起氣缸的不正常磨損，并會污染潤滑系統、堵塞油道等。這些積炭在修理中必須徹底清除，常用的清除方法有機械方法和化學方法兩種。

(1)機械方法①手工清除。使用金屬刷、三角刮刀等簡單工具可以去除零件表面的部分積碳，但某些凹坑、溝槽部位的積碳則難以除盡。另外，手工清除容易在零件表面留下傷痕，使之形成新的積碳點，并且效率也很低。②流體噴砂法。以液體和石英砂的混合物作為噴射物，以一定的壓力噴射到零件表面，使積碳在液流的沖擊下脫離零件表面，這種方法工作效率較高，清除效果也較好。

（2）化學方法這種方法是將零件表面的積碳部位浸在化學溶液里，在溶液作用下，積碳軟化，便很容易用擦洗或刷洗的方法清除掉。浸泡時間一般為2~3h，溶液溫度353K~358K。常用的化學除碳溶液配方見表1-2。4.水垢的清除發動機經過長期使用后，其冷卻系統中的水道，尤其是氣缸體、氣缸蓋的水套內壁，常有大量的積垢。這些水垢的存在，不僅使冷卻水道的通流截面積減小，阻礙了冷卻水的循環，同時使熱阻大大增加，導致發動機過熱，工況惡化。發動機冷卻水道形狀復雜，而水垢的成份大多數為不溶性鹽類，因此，只有通過化學方法來清除。常用的化學溶液有酸性和堿性兩類，究竟選用哪一種，應該根據水垢的性質來合理選擇。對碳酸鹽類水垢，可用苛性鈉溶液或鹽酸溶液。對硫酸鹽類水垢，因為它不易直接溶解于鹽酸溶液中，故不宜直接用鹽酸溶液，應先用碳酸鈉溶液處理，再用鹽酸溶液清除。硅酸鹽類水垢也不易直接溶解于鹽酸溶液，一般用2~3％濃度的苛性鈉溶液進行清洗。另外，采用0.3~0.5％的磷酸三鈉溶液，可以清除任何成份的水垢。因為化學反應后生成的磷酸較為疏松，而鈉鹽等均溶于水。清洗完畢后放出清洗液，再用清水沖洗即可。這種方法的缺點是需要浸泡的時間較長。二、零件的檢測與分類1.零件檢測的內容和方法零件的檢測包括以下幾個方面的內容：(1)零件幾何精度檢測。幾何精度包括尺寸精度、形狀位置精度以及零件間的相對配合精度。常見的形狀位置精度包括：直線度、平面度、圓度、圓柱度、同軸度、平行度、垂直度等。(2)表面質量檢測。它包括表面粗糙度檢驗、表面擦傷、燒損、拉毛等缺陷的檢測。(3)力學性能檢測。力學性能的檢測主要是指對零件材料硬度的檢測。此外，針對不同零件還要進行某些專項檢測，如平衡狀況、彈簧剛度等檢測。(4)隱蔽缺陷的檢測。隱蔽缺陷是指不能直接從一般的觀察、測量中發現的缺陷，如內部夾渣、空洞及使用中出現的微觀裂紋等。隱蔽缺陷的檢驗即指對這類缺陷所進行的檢測。根據零件缺陷位置和檢測手段不同，零件的檢測方法一般分為外部檢視、儀器測量和內部缺陷檢測。零件破裂、明顯裂紋、嚴重變形、嚴重磨損、嚴重腐蝕等缺陷，一般通過外部檢視即可確定其需修或報廢。零件因為磨損而導致尺寸變化，或因變形而引起幾何形狀的改變，或因長期使用而使技術性能降低等缺陷，一般很難用外部檢視法鑒定，只有借助于儀器儀表等檢測工具，通過測量其尺寸或其他技術數據，與檢驗技術條件相比較，才能確定其可用、需修或報廢。對零件內部的缺陷則要通過專門的探傷儀器或設備來進行檢測。對于一些特殊技術數據的檢測，如平衡試驗，則要通過一些專用設備來進行。2.零件的外部檢測(1)感覺檢測這是一種直觀的檢測方法，通過感覺器官來對零件進行判斷和檢測，它簡單易行，在實際工作中應用很廣，港口機械中的很多零件均可用這種方法進行技術狀況的檢測。①目視。對于表面損傷的零件，如毛糙、溝槽、刮痕、明顯裂紋、剝落、折斷、嚴重變形、彎曲、燒蝕等，都可以通過眼睛或借助于放大鏡進行觀察，以確定其需修或報廢。②敲擊。對于某些零件，如殼體、軸承等，可以用小錘輕輕敲擊，辨別其聲響是否正常。如零件完好，則敲擊時發出清脆的音響，如敲擊時發出沙啞的聲響，則說明零件有裂紋、松動或結合不良等缺陷。③比較。利用新的標準零件與被檢測的零件進行比較，以對比的結果判斷被檢測零件的技術狀況。

④觸摸。根據經驗，憑觸摸的感覺粗略判斷配合零件的間隙、溫度、螺紋的扭緊度等。外部檢視法雖然應用較廣，但是要求檢驗人員具有較高的技術水平和豐富的實踐經驗，對各種零件的工作狀況，都應有感性體會，因而具有一定的局限性。

(2)測量法檢測用測量法檢測零件，一般可獲得較高的精確度。修理過程中，常用的量具有量缸表、百分表、千分尺、游標卡尺、厚薄規、卡鉗、專用樣板、測齒卡尺等。常用的檢測儀器有連桿校正器、彈簧檢驗器、活塞環檢驗器等。使用這些測量工具和儀器，可以檢查零件尺寸、零件幾何形狀的變化，以及檢查零件的平衡，組合件的耐壓和氣密性等。

3.零件內部缺陷的檢測零件的內部或隱蔽缺陷，如曲軸、活塞銷等零件的微觀疲勞裂紋、鑄造零件內部的氣孔等，用外部檢測和儀器測量難以發現，可以用浸油法、磁力探傷法、熒光探傷法、超聲波探傷法等方法進行檢測；氣缸蓋、氣缸體等鑄鐵件，可通過水壓試驗發現其裂紋缺陷。

(1)浸油法采用浸油法檢測零件裂紋的工藝過程如下：①先將清洗干凈的零件浸入煤油或柴油中數分鐘，取出后將表面擦干。②在零件表面涂上一層滑石粉或石灰。③用小錘輕擊零件的非工作面，如果零件有裂紋，那么，由于錘擊產生的振動，使滲入裂紋中的油濺出，在白粉上就會出現黃色線痕。

（2）著色法

在零件表面涂上一薄層紅丹油，隔數分鐘后，用布擦去紅丹油，然后用錘擊法檢測，有裂紋的地方即會出現紅色線痕。(3)磁力探傷法磁力探傷法可以在不損傷零件的前提下，用物理方法準確地探測出零件的隱蔽裂紋和損傷。磁力探傷的設備是磁力探傷儀。它借助于探傷器將零件磁化，于是，在零件隱蔽裂紋的邊緣便形成磁極。其工作原理是：當磁力線通過被檢測零件時，零件被磁化，此時，若零件有裂紋或其他（氣孔、砂眼等）缺陷時，這些有缺陷的部位不導磁，而使磁力線被迫中斷，因而便形成局部磁場和磁極，如圖1-9所示。當在磁化零件表面撒上磁鐵粉或鐵粉液時，鐵粉便被吸附在形成局部磁場的裂紋和缺陷處，因而顯示出裂紋或缺陷的部位和大小。圖1-9零件裂紋處的局部磁場

圖1-10磁化原理簡圖a)縱向磁化；b)橫向磁化；c)聯合磁化1-被檢測零件進行磁力探傷時，必須使磁力線垂直通過裂紋，使其最大限度地切割磁力線。否則裂紋不易被發現，如圖1-10b)所示，因為裂紋平行于磁場時，磁力線偏散很小。所以在探傷檢測時，要預先估計裂紋所在的位置和方向，從而采用不同的磁化方式：對橫向裂紋要使零件縱向磁化，對縱向裂紋要使零件橫向磁化（亦稱環形磁化）。便攜式磁力探傷儀，主要由控制器、馬蹄形探頭和環形探頭組成?？刂破鞯摹按艌隹刂啤遍_關有“強”“中”“弱”三檔位置，可根據被測零件的大小進行選擇，探頭的型號也可以由被檢測零件的形狀來選用，馬蹄形探頭適用于檢測異形表面的裂紋，如曲軸和銷孔等。環形探頭適用于檢測直徑較小的軸類零件的表面缺陷，如半軸、轉向節等。

經過磁力探傷檢查的零件中含有剩磁，在使用中會吸附鐵屑而加速零件磨損，因而，磁力探傷后的零件要進行退磁處理。其方法有兩種，一是將零件從交變磁場中慢慢退出來，或者零件在磁場中不動，使磁場電流逐漸下降到零；另一種是將零件置于直流電的磁場中，不斷改變磁場的極性，同時逐漸將電流減小到零。值得注意的是，交流退磁，僅在零件表面有效，對于直流電磁化的零件，只能用直流電退磁。磁力探傷法只適用于能夠被磁化的零件。磁力探傷法不易探測出零件深處的缺陷，其應用受到缺陷深度的限制。(4)熒光探傷法熒光探傷是利用在紫外線作用下，能發光的物質作為懸浮液體，將它涂在被檢測零件的表面上，當零件被水銀燈照射時，在裂紋內的發光物質將更加明亮，因此很容易發現裂紋。尤其在鋼制零件的黑暗表面上，這種方法更為奏效。它能夠發現磁力探傷時所不能發現的很細小的裂紋。熒光探傷的的基本原理如圖1-11所示：檢測零件表面缺陷時，在零件表面涂一層滲透性好的熒光乳化液，它能滲透到最細微的裂紋中去。然后將零件表面的熒光物質迅速洗去，缺陷內仍保留有熒光液，在紫外線的照射下發光，從而顯示出缺陷的位置、形狀和大小。圖1-11熒光探傷原理示意圖1-被檢測零件；2-紫外光線；3-紫外光源；4-充滿熒光劑的缺陷；5-顯像劑熒光探傷的工藝如下：

①探傷前對零件進行表面處理，首先清除零件表面的油污、銹斑和腐蝕物質等，然后用丙酮或清水清洗后烘干，以便于滲透過程的進行。②將被檢測零件浸入熒光液中10~15分鐘，取出后用1960KPa的壓力冷水將零件表面的熒光液洗掉（時間應短），并用壓縮空氣吹干。③在零件表面覆蓋氧化鎂干粉，10~15分鐘后，用壓縮空氣吹去多余的粉末。④將零件放在紫外線光源的正下方，在紫外線的作用下，氧化鎂干粉從零件缺陷中吸附的出來的熒光乳化液內的物質就會發出光亮，從而顯示缺陷的形狀和位置。

(5)超聲波探傷法超聲波探傷是利用超聲波通過兩種不同介質而產生折射和反射的原理來發現零件內部隱蔽缺陷及其所在位置的。超聲波探傷主要有穿透法和反射法兩種。①穿透法。穿透法是根據超聲波能量變化情況來判斷零件內部的狀況的。此法把發射探頭和接受探頭分別置于零件兩相對表面，發射探頭發射的超聲波能量是一定的，在零件不存在缺陷時，超聲波穿透過一定厚度零件后在接受探頭上所接受到的能量也是一定的，而當零件存在缺陷時，由于缺陷的反射，接受到的能量便有所減少，從而可以斷定零件內存在的缺陷。穿透法探傷的原理如圖1-12所示。由振蕩器、功率放大器及整流器所組成的發射器1將交變電壓加在探頭2上，使探頭振蕩產生超聲波，由于探頭緊壓在零件3表面，則超聲波4傳入零件3，如果零件內無缺陷（圖1-12中ａ），則超聲波穿過零件到達接收器5，指示儀表7的指針擺動。當零件有內部缺陷時（圖1-12中b），指針不擺動或擺動很少。圖1-12穿透法超聲波探傷原理

1-發射器；2-探頭；3-零件；4-超聲波；5-接收器；6-裂紋；7-指示儀表②反射法。反射法探傷的原理如圖1-13所示。它利用超聲波反射時間的變化來確定零件內部是否有裂紋損傷。振蕩器6將交變電能傳給發射探頭3，當探頭3與零件1接觸時，一部分超聲波首先被零件表面反射回來，另一部分則傳入零件，當傳入零件內部的超聲波遇到裂紋時，又有一部分反射回來，其余的超聲波則在到達零件底面時，全部被反射回來。因此，當接收器2將先后三次接收的反射超聲波訊號，經過放大器4傳到指示器5，于是在示波器的熒光屏上便先后出現三個不同的波峰。如果零件內部無缺陷，則只有前后兩個波峰，如果在前后兩個波峰之間再出現波峰，則表示零件內部有缺陷。而零件內部損傷的深度情況，要根據波峰的比例距離決定。上述兩種方法，穿透法較反射法靈敏度低，且受零件形狀的影響較大。但較適宜于檢驗成批生產或板材類零件，此時可以通過接受能量的精確對比而得到較高的