車輛機械零件的磨損與預防策略研究

張 軍

（江陰職業(yè)技術學院，江蘇 江陰 214005）

車輛機械零件的磨損與預防策略研究

張 軍

（江陰職業(yè)技術學院，江蘇 江陰 214005）

車輛機械零件的磨損對汽車的行車安全、使用壽命等有著重大的影響，文章從零件磨損的各種形式出發(fā)，了解各種磨損形式產生原因，對其磨損機理進行分析，結合車輛機械零件磨損的具體情況，進行論證并采取合理的預防措施，以期能夠預防和減少零件的磨損。

車輛機械零件；磨損；危害；預防策略

車輛的機械零件是車輛行駛安全和使用壽命的重要保障，通常而言，車輛機械零件失靈主要是機械零件磨損、變形、腐蝕、疲勞四類。其中,磨損是車輛的機械零件失靈的主要形式,據相關統(tǒng)計,機械零件失靈近80%是由磨損引起的。在車輛的所有部件中，發(fā)動機氣缸、活塞、閥門、傳動軸、傳動齒輪等在高溫高壓的環(huán)境下長期工作，其表面磨損極其嚴重，從而導致車輛零件的失效，影響車輛的性能，為了確保車輛行駛安全和使用壽命，及時對車輛零部件進行維修和保養(yǎng)是必不可少的工作。

為更好地保障車輛行駛安全，延長其使用壽命，同時減少車輛的日常維修成本，對車輛零部件的磨損預防就顯得極為重要。磨損，是兩個相對運動的材料、物質表面，在相互摩擦、作用的情況下，出現物質和材料表面不斷損耗的現象，它是一種物理作用力的體現和表現形式。當前，我們對磨損的區(qū)分和定義主要是基于磨損機理層面而言，通?？梢苑譃橐韵铝N形式，即：粘著磨損、磨料磨損、疲勞磨損、腐蝕磨損、氣蝕和微動磨損。

1 粘著磨損

粘著磨損又稱咬合磨損，它是指機械零件相互摩擦部位因高溫導致局部金屬發(fā)生粘著，而使運動的金屬摩擦表面發(fā)生位移，從而導致粘著處摩擦表面被破壞，產生機械磨損。當零部件發(fā)生粘著磨損時，會導致機械的摩擦表面潤滑油層被破壞，影響零部件摩擦部位的散熱，有些甚至破壞零件摩擦表面，影響零件性能，釀造機械事故，因此，該磨損要予以特別的重視和關注。

根據粘著點的破壞位置和強度不同，粘著磨損可分為五個形式：一是輕微磨損，這種磨損的粘著點和強度都較小，剪切發(fā)生在粘著點處，對機械零件造成的影響較小；二是涂抹，這種磨損是由于兩個摩擦面的硬度存在差異，硬度小的摩擦面材料在發(fā)生接觸時粘著到了硬度大的摩擦面上，這種常見于渦輪蝸桿摩擦；三是擦傷，這是在摩擦兩面的切合粘著點處，由于摩擦面材料的強度低于剪切的強度，導致摩擦面產生諸如劃痕、擦傷等現象；四是膠合，這是擦傷導致局部摩擦面產生變形和融化現象，是擦傷的惡化體現；五是咬死，這是最為嚴重的粘著磨損，因摩擦表面的膠合現象惡化，導致粘著面不斷擴大，摩擦面損傷嚴重，導致零件無法工作，嚴重的甚至威脅機械的正常運轉，導致事故。

粘著磨損對于汽車機械零件而言，容易在干摩擦、潤滑不良和油膜破裂時發(fā)生，容易導致機械零件出現擦傷和膠合的現象，同時，因不同的位置產生的影響也不盡相同，如活塞與氣缸裝配或使用不當就容易導致發(fā)動機拉缸。因此，為減少和避免這一摩擦現象，關鍵在于選擇合適的材料和潤滑物質。

（1）確保兩個摩擦表面存在易剪切薄膜，如油膜、邊界膜和固體潤滑劑膜，這些剪切薄膜的存在能夠讓車輛機械零件之間摩擦更為順暢，更為柔性，減輕兩個摩擦面間的剛性接觸，使得機械零件的磨損更小。油膜是潤滑油在摩擦表面作用下形成的保護措施之一，以車輛后橋的主減速器為例，采用雙曲線齒輪油能夠使其準雙曲線齒輪的摩擦壓力得到有效的釋放和緩解，及時更換潤滑油能夠確保這一零件的長期使用；同樣，固體潤滑劑膜與邊界膜也是如此，主要是起到減小摩擦面摩擦，降低磨損的作用，給機械零部件相互磨損增加了一個緩沖劑。需要注意的是，形成的易剪切薄膜需要定時的檢查，及時更換。

（2）選擇合適的摩擦副配對材料。通常而言，合適的摩擦副配對材料是不易發(fā)生粘著磨損的，因此互溶性小的材料因其粘著傾向較小，故配對較為合適；當然還可以采取另一思路，在兩種摩擦表面材料中，其中一種選擇表層較弱的金屬，這樣即使發(fā)生粘著磨損，其磨損也是極其有限的。因此，在實際的運用中，可以根據相關的車輛零部件需求，靈活使用。

（3）通過電鍍、表面處理技術對零件表面進行保護層處理，這樣可以減小摩擦面的材料互溶性，能夠較為有效地防止粘著磨損現象發(fā)生。

2 磨料磨損

磨料磨損較為復雜，它是摩擦面表面與硬質顆粒或凸出物相互作用而導致材料表面損失的現象，這些硬質顆?；蛲钩鑫锞褪悄チ系捏w現，因此磨料磨損很大程度上與磨料的性質、形狀、尺寸、位置、固定程度、負荷強度、被磨材料表面屬性甚至外部環(huán)境都存在一定的關聯。

當前，關于磨料磨損的機理假說，有以下四種：一是以微量切削為主的假說，它認為，磨損是從材料表面微量的切屑引起和造成的，這一假說認為，機械零件在摩擦時，會發(fā)生兩個過程，即材料摩擦擠壓，形成擦痕；擦痕在摩擦過程中變成切削材料，從而產生磨屑，最終形成磨料磨損。二是以疲勞破壞為主的假說，這一觀點認為，摩擦面在與剪切面磨料進行摩擦時，摩擦面會經多次塑性變形，從而會導致磨料疲勞磨損，相應的顆粒物質從其表層脫落，這一觀點也提出并認可存在磨料直接切下摩擦材料這一情形的存在。三是以壓痕為主的假說，該假說在塑性較大的零件中體現較為明顯，該觀點認為，磨料通過壓力將摩擦材料表面壓入剪切點，這容易使材料表面形成溝槽，也使材料產生較為嚴重的擠壓變形，相應的，壓痕溝槽的兩側就被完全破壞，導致磨料磨損。四是認為斷裂是導致磨料磨損的主要作用力，這一觀點針對的就是脆性易斷裂材料，與壓痕假說的觀點一致，在材料與磨料摩擦超過一定強度時，對于脆性材料而言很容易形成裂紋甚至斷裂，在壓力的作用下，都會使材料產生微粒脫落，形成磨屑。

對于車輛零件而言，磨料磨損危害較大，零件因此受損嚴重，磨料在車輛的零件中，來源多樣。以發(fā)動機為例，空氣中的塵埃沙礫、燃油中的雜質、油底殼的鐵屑等等，都能通過各種不同的途徑進入到發(fā)動機中成為磨料，這些磨料會破壞潤滑油的油膜，損壞零件表面，使零件的磨損更加嚴重，嚴重的可能會引起零件卡滯，影響發(fā)動機的壽命，加劇氣缸等主要部件的磨損程度，從而影響車輛的安全，增加維修成本。

針對磨料磨損，現階段的重要做法還是采取各種方式阻止或減少磨料進入車輛零件中。具體的做法有：首先，在車輛零件裝配時，要注意保持零件的干凈整潔；其次在日常的使用和保養(yǎng)中，要及時對濾清設備進行清潔和更換，對各個接口和結合面進行檢查，看是否松動和損壞；第三，在車輛維修保養(yǎng)時，避免揚塵、空氣環(huán)境較差的地方，盡量選擇清潔的地方；最后，通過諸如鍍鉻、激光淬火等各種方式增加零件表面硬度，提高零件的耐磨性。

3 疲勞磨損

疲勞磨損是指摩擦表面部件的相對運動，因為接觸應力的作用，摩擦表面材料的疲勞損傷是由顆粒剝落和凹陷現象引起的。疲勞磨損的主要原因還是循環(huán)接觸應力的作用，這一作用力周而復始，持續(xù)不斷，這就使摩擦副工作表面會形成裂紋，隨著裂紋的不斷擴大，就會引起材料剝落，因此，疲勞磨損的程度取決于接觸運動的形式和強度；疲勞磨損主要會經歷兩個過程，一是疲勞裂紋的產生，二是裂紋的擴大直至表層微粒的脫落。

汽車機械零件的疲勞磨損相對較小，多集中于傳動、滾動零件上，如傳動齒輪副嚙合面、滾動軸承中的滾珠等零件。疲勞磨損在零件上的表現形式是磨損表面出現裂紋和腐蝕點，麻點和顆粒凹坑增多，嚴重時會產生表層脫落，對于汽車機械零件而言，一旦出現疲勞磨損現象，零件的振動和噪聲會加大，摩擦加劇，使零件失去工作能力，影響到汽車的安全和壽命。

針對汽車零件的疲勞磨損，可以采取以下方式來避免和預防：一是提升零件表層材料的質量，減少材料中的各類雜質，提升材料的純潔度，這主要是由于大部分的雜質既硬且脆，沒有規(guī)律，容易在應力作用下形成裂紋；二是提升零件表層的品質，這主要體現在零件表面的粗糙度上，零件表面越精密，無糙點，其抗疲勞能力越強，因此，通過真空冶煉等方式生產，減少零件表面的擦痕、雜物、凹凸坑等易導致零件磨損的情形出現，使材料表面更加光潔明亮；三是改進材料表層工藝，通過噴丸、激光表面沖擊等方式，使零件的表面獲得殘余壓應力，提升零件的疲勞磨損能力。

4 腐蝕磨損

腐蝕磨損與其他磨損有一定的區(qū)別，它是腐蝕與摩擦共同作用的結果，它指的是腐蝕性氣體和液體環(huán)境的部分，由于摩擦的相對運動，與周圍介質化學和電化學反應的摩擦表面材料發(fā)生，并伴隨著機械作用和引起材料磨損現象。因此，腐蝕磨損的程度不僅僅基于摩擦的強度，也與所處的介質環(huán)境有著密切的關系，在高溫或潮濕的環(huán)境中，其腐蝕磨損必然是更為嚴重的，因為腐蝕環(huán)境的化學反應會加劇因機械摩擦帶來的物質脫落情形。

氧化磨損和特殊介質腐蝕磨損是腐蝕磨損的常見形式。氧化磨損較為常見，也是一種較為緩慢的磨損形式，它是零件在摩擦過程中，金屬與周圍環(huán)境中的氧分子發(fā)生反應，形成新的金屬氧化物，而這些金屬氧化物又在摩擦過程中，除了脫落外，還會進一步向零件內部進行氧化，最終使零件表層形成一層氧化物，而這些氧化物在摩擦力的作用下，分離脫落，形成氧化磨損。相對于氧化磨損，特殊介質腐蝕磨損較為少見，但是其作用劇烈，危害極大，通常而言，摩擦表面的金屬材料與特殊腐蝕介質（酸、堿、鹽等）發(fā)生化學反應，形成腐蝕物，導致摩擦表面材料不斷腐蝕磨損，其基本原理與氧化磨損一致，所不同的是，特殊介質的化學和電化學反應產生了腐蝕產物，對零件帶來較大的危害。

對于汽車機械的零件而言，氣缸的低溫腐蝕磨損是較為常見和典型的一種腐蝕磨損形式，這是因為氣缸有相應的腐蝕介質和環(huán)境。氣缸因為燃油燃燒的關系，存在著大量的碳、硫等氧化物，包括水蒸氣和有機酸等腐蝕性物質，會與氣缸壁發(fā)生化學反應，當其氣溫低于60℃時，水蒸氣變成水依附在汽缸壁上，就能夠較為容易的形成腐蝕介質，形成腐蝕磨損，破壞氣缸，使其磨損速度大大加快。

預防和減輕汽車機械零件的腐蝕磨損，首先需要養(yǎng)成良好的用車習慣，減少車輛啟動頻率，平穩(wěn)行駛，不突然加減速，避免發(fā)動機長時間在低溫下運行工作，這樣能夠減少腐蝕介質的產生，就能較好地避免和減少腐蝕磨損；其次，對易受腐蝕威脅的零件進行表面改進處理，通過鍍鉻、錫等防腐蝕保護層，加強對材料的表層防腐處理，減緩零件的腐蝕磨損。

5 氣蝕與微動磨損

氣蝕與微動磨損都與腐蝕磨損有一定的關聯，只是兩者的表現形式略有區(qū)別而已。氣蝕并不是在空氣中產生，而是在液體環(huán)境中產生的氣泡導致的磨損；微動磨損則是在零部件輕微摩擦磨損下，兩個摩擦面因介質環(huán)境而產生化學反應，進而形成腐蝕磨損，但因其在微動磨損環(huán)境下，故稱為微動磨損。

氣蝕與微動磨損均在機械運動磨損產生之后，因氣泡和氧化物質的存在，使其表現形式有所不同。氣蝕是在液體環(huán)境中，因壓力的變化導致溶于水中的氣體變成氣泡被釋放出來，而在氣體釋放的瞬間，會產生一定的沖擊力，這樣的作用力長期積累下來，就會使材料表層形成腐蝕穴，最終導致材料被腐蝕磨損。在汽車零件中，氣蝕也多見于氣缸中，而且其對氣缸造成的影響會遠大于腐蝕磨損，因此，除了防止和減少氣泡形成外，還需要讓形成的氣泡盡可能遠離零件表面的地方破裂，這就可以通過增加氣缸的剛度，降低其振動幅度，增加水套的寬度，消除管路中的水滯留，使氣泡能及時排出汽車零件中。

微動磨損主要存在于零件的連接處和零件的相互關聯處，雖其絕對損耗小，但微動磨損的損傷也很大：零件的擬合精度降低，零件松動，嚴重的會引起應力集中，降低零件疲勞強度，從而引起零件疲勞斷裂。因此，對其預防主要還是需要降低零件的振動，對配合緊的零件，需有足夠的預緊力；同時，在零件配合表層涂覆潤滑劑，減輕摩擦表層的氧化作用，從而減緩零件的微動磨損。

6 結語

車輛機械零件的磨損對車輛的行駛安全存在著較大的危害，對車輛的使用壽命也有極大的影響，在磨損發(fā)生時也容易增加車輛的維修成本，為更好地避免和減少以上情形的發(fā)生，在車輛磨損上要提前預防，有的放矢，綜合考慮各方面因素，采取合理的方式方法預防和減少車輛機械零件磨損，從而提升車輛的性能，推動我國車輛產業(yè)制造技術的提升，促進我國車輛產業(yè)的發(fā)展。

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[3]陳春棉.淺談車輛機械零件的磨損與預防[J].科學咨詢《決策管理》，《科技創(chuàng)新與應用》，2017，（14）：96-96.

張軍（1974-），男，江蘇贛榆人，講師，主要研究方向：車輛電氣電子與自動化技術。