Поломка деталей машин
При выполнении ремонтных работ из-за поломки деталей,
узлов и агрегатов автомобилей разрушенные детали
меняют на новые. Такая простая замена не может быть эффективной,
пока не будут найдены и устранены причины
поломки. В противном случае вновь установленная деталь
не отрабатывает положенного ресурса времени и ремонт можно
считать некачественным.
С достаточно высокой степенью вероятности причину поломки
можно определить по состоянию поверхностей излома
разрушившейся детали. Известно, что разрушение не происходит
одновременно по всему сечению детали. Оно начинается
в определенном месте, откуда распространяется по
«телу» детали. Следовательно, причину необходимо искать
в месте начала процесса разрушения.
Место начала разрушения и его характер устанавливаются
при визуальном осмотре.
При дефектации детали внимательно осматриваются
поверхности излома и отмечаются их особенности.
Вначале осматривают все части разрушившейся детали в
неочищенном виде. Обращают внимание на наличие следов
удара на поверхности детали вблизи зоны разрушения, оценивают
цвет излома. Так, наличие следов краски или темный
цвет окисленного металла в изломе указывают на то,
что в работу была установлена заведомо бракованная деталь,
т.е. имеющая трещины в «теле» до ее эксплуатации.
Для получения более полной информации о причинах
разрушения поверхность излома очищают от ржавчины и
других загрязнений с помощью растворителей, например
керосина, при этом нежелательно применение металлических
щеток. При очистке деталей из алюминия и его сплавов
нельзя использовать щелочи, так как они вызывают растрескивание
поверхности.
При визуальном осмотре составляется рисунок излома,
на который наносят характерные особенности строения. К
их числу относятся:
• различие в величине зерен по сечению;
• наличие характерных линий в виде рубцов, лучей или
концентрических окружностей;
• общий наклон поверхности излома по отношению к
оси детали;
• волокнистое или зернистое (кристаллическое) строение
излома;
• цвет излома (матовый или блестящий).
Весьма важно обратить внимание на поверхность, прилегающую
к излому. Загнутость краев («шейка») указывает
на пластическую деформацию металла детали перед ее разрушением.
Поверхность излома в этом случае имеет матовый
цвет и волокнистое строение.
Выявленные при визуальном осмотре особенности строения
поверхности излома объясняются следующим образом.
Любое разрушение начинается с появления одной трещины
или сетки трещин. Трещина, по которой произошло
разрушение, называется магистральной. Если магистральная
трещина проходит по слиянию нескольких трещин, то в
изломе появляются лучи, рубцы, веерообразно расходящиеся
из зоны начала разрушения (рис. 152). На поверхности
детали вблизи излома обычно имеют место трещины, предшествующие
разрушению.
По мере развития трещины скорость ее распространения
возрастает. Установлено, что чем больше скорость роста трещины,
тем грубее поверхность излома. Следовательно, в месте
начала разрушения шероховатость будет меньше, чем в
конце. Это обстоятельство является одним из признаков, позволяющих
определить место начала разрушения.
В зоне конца разрушения поверхность излома очень часто
представляет собой ступенчатые вырывы металла.
При наличии на детали концентратора напряжений в виде
трещин различного происхождения, коррозионных изъязвлений
и др. разрушение происходит по концентратору напряжений. Важно знать, что в этом случае пластическая деформация
металла вблизи излома отсутствует, а сам излом
не имеет загнутости краев. Возможная причина
разрушения — наличие дефекта. Поверхность имеет металлический
блеск и кристаллическое строение.
Загнутость краев детали в месте разрушения появляется
в результате пластической деформации (утонения) металла,
что обычно вызывается перегрузкой при однократном нагружении.
Поверхность излома имеет матовый цвет и волокнистое
строение, что объясняется смятием зерен при пластической
деформации металла в зоне разрушения .
Разрушение детали при различных видах деформации:
а — разрушение с пластической деформацией;
б — разрушение по концентратору напряжений
Наклон поверхности излома указывает на направление
действия сил в момент разрушения. Верхняя часть излома
является местом начала разрушения.
Определение места начала разрушения по наклону
излома относительно оси детали
При движении трещины в листовом прокате при его разрушении
на поверхности излома иногда появляются следы в
виде острых углов, вершины которых указывают на место
начала разрушения.
По состоянию поверхностей все изломы можно разделить
на:
• хрупкие;
• усталостные;
• пластичные (вязкие).
Каждому виду разрушения соответствуют определенные
причины, вызвавшие его появление.
Хрупкие изломы характеризуются следующими особенностями:
• нет загнутости краев вблизи излома, что связано с отсутствием
пластической деформации в месте разрушения;
• поверхность изломов имеет кристаллическое строение
и металлический блеск;
• по излому наблюдаются две зоны, из которых одна с
мелкой шероховатостью, другая — с грубой. Четкого
разделения между зонами обычно нет.
Хрупкие изломы указывают на то, что причиной разрушения
является наличие концентраторов напряжений. Само
разрушение в этом случае происходит по концентратору напряжений
без пластической деформации.
Концентраторами напряжений служат:
• трещины любого происхождения (термические, сварные,
усталостные и др.);
• расслоение металла;
• ступенчатый переход от одного размера детали к другому;
• глубокие риски после механической обработки, резьба;
• коррозионные изъязвления;
• охрупчивание металла, вызванное сваркой, термической
обработкой, гальваническими напряжениями и др.
Местом начала разрушения служит фокус зоны с мелкой
шероховатостью. Конец разрушения располагается во
второй зоне с грубой шероховатостью
Данный вид излома часто имеет место в деталях автомобиля.
Так, разрушение сварных соединений рамы может быть связано с наличием трещины, непровара корня шва, охрупченного
участка вблизи сварного шва. Эти дефекты являются
следствием неправильной технологии сварки.
Трещины и охрупченные участки в валах, осях возникают
в основном из-за неверно выбранной технологии термической
обработки. Хрупкие разрушения таких деталей могут быть
и в местах с резким переходом от одного размера детали к
другому, по резьбе, при наличии глубоких рисок после механической
обработки, что связано с неправильной конструкцией
вала или нарушением технологии механической обработки. Плавный переход размеров, повышение чистоты обработки
снижает возможность возникновения хрупкого излома.
Таким образом, хрупкий излом указывает на то, что причиной
поломки деталей является один из перечисленных
выше дефектов, и это необходимо учитывать при замене поломанной
детали на новую.
Усталостные изломы характеризуются следующими особенностями:
• отсутствие загнутости краев;
• металлический блеск;
• кристаллическое строение;
• особое строение поверхности излома, на ней наблюдается
четыре зоны: очаг разрушения, зона
зеркального блеска, зона развития трещины, зона долома.
Первые две зоны встречаются довольно редко и не являются
обязательными для данного вида разрушения.
Основной определяющей для усталостного излома является
третья зона. Она состоит из концентрических подзон,
расходящихся из места начала разрушения. Размеры зон и
шероховатость внутри них растут по мере движения трещины
к зоне долома. Зона долома часто представляется в виде
бордюров и выступов. Иногда на поверхности изломов видны
лучи, рубцы, веерообразно расходящиеся из места начала
разрушения. В этом случае на поверхности вблизи начала
разрушения имеет место сетка трещин, которые и послужили
причиной поломки.
Большое число подзон с весьма незначительной шероховатостью
указывает на то обстоятельство, что деталь выдержала
расчетное число циклов знакопеременного нагружения.
Разрушение детали связано с превышением срока
службы. Деталь отработала заданный ресурс, и ее должны
были заменить до разрушения.
Малое число подзон (количество их можно сосчитать) с
грубой шероховатостью внутри них связано с перегрузкой
детали при знакопеременном нагружении. В этом случае необходимо установить причину перегрузки, прежде чем заменить
деталь на новую.
Усталостные изломы имеют место в деталях автомобиля,
работающих в условиях действия знакопеременных нагрузок,
таких как полуоси, кронштейны и т. п. Этот вид
разрушения испытывают рамы, валы, оси. Преждевременный
выход из строя рам связан с неправильной технологией
сварки и механической обработки.
Пластичные изломы характеризуются наличием пластической
деформации металла вблизи излома, которая выражается
в утонении сечения детали и появления загнутости
краев. Поверхность разрушения имеет матовый цвет и волокнистое
строение в виде надрывов металла.
Пластичный излом указывает на то, что разрушение детали
произошло из-за перегрузки. В этом случае необходимо
установить причину перегрузки, вызвавшей разрушение
детали.
Причинами перегрузки могут быть:
• неправильный расчет детали;
• неправильный выбор металла с более низкими, чем
необходимо механическими свойствами;
• разрушение одной детали может вызвать перегрузку
другой с последующим ее разрушением.
При выполнении ремонтных работ причины, вызвавшие
пластичное разрушение деталей, должны быть устранены.
Таким образом, для установления причин разрушения
деталей автомобиля по внешнему строению поверхности
излома предлагается некоторый порядок проведения осмотра:
• тщательно осмотреть поверхность излома и вблизи нее
до очистки, отметить особенности строения;
• очистить излом от грязи, ржавчины с помощью растворителей
— керосина, бензина и др.;
• снова осмотреть поверхность излома по возможности
с увеличением до 10 раз, установить вид излома и место
начала разрушения;
• тщательно осмотреть место начала разрушения и вблизи
него, отметить наличие дефектов, их характер,
расположение и дать возможное заключение по виду
излома о причине разрушения, исключив повторение
поломки при выполнении ремонтных работ.