Поломка деталей машин
При выполнении ремонтных работ из-за поломки дета-
лей, узлов и агрегатов автомобилей разрушенные детали
меняют на новые. Такая простая замена не может быть эф-
фективной, пока не будут найдены и устранены причины
поломки. В противном случае вновь установленная деталь
не отрабатывает положенного ресурса времени и ремонт мож-
но считать некачественным.
С достаточно высокой степенью вероятности причину по-
ломки можно определить по состоянию поверхностей изло-
ма разрушившейся детали. Известно, что разрушение не про-
исходит одновременно по всему сечению детали. Оно начи-
нается в определенном месте, откуда распространяется по
«телу» детали. Следовательно, причину необходимо искать
в месте начала процесса разрушения.
Место начала разрушения и его характер устанавливают-
ся 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, оце-
нивают цвет излома. Так, наличие следов краски или тем-
ный 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 металличес-
ких щеток. При очистке деталей из алюминия и его сплавов
нельзя использовать щелочи, так как они вызывают растрес-
кивание 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) строе-
ние излома;
• цвет излома (матовый или блестящий).
Весьма важно обратить внимание на поверхность, при-
легающую к излому. Загнутость краев («шейка») указывает
на пластическую деформацию металла детали перед ее раз-
рушением. Поверхность излома в этом случае имеет мато-
вый цвет и волокнистое строение.
Выявленные при визуальном осмотре особенности стро-
ения поверхности излома объясняются следующим образом.
Любое разрушение начинается с появления одной тре-
щины или сетки трещин. Трещина, по которой произошло
разрушение, называется магистральной. Если магистраль-
ная трещина проходит по слиянию нескольких трещин, то в
изломе появляются лучи, рубцы, веерообразно расходящие-
ся из зоны начала разрушения. На поверхности
детали вблизи излома обычно имеют место трещины, пред-
шествующие разрушению.
По мере развития трещины скорость ее распространения
возрастает. Установлено, что чем больше скорость роста тре-
щины, тем грубее поверхность излома. Следовательно, в ме-
сте начала разрушения шероховатость будет меньше, чем в
конце. Это обстоятельство является одним из признаков, по-
зволяющих определить место начала разрушения.
В зоне конца разрушения поверхность излома очень час-
то представляет собой ступенчатые вырывы металла.
При наличии на детали концентратора напряжений в виде
трещин различного происхождения, коррозионных изъязв-
лений и др. разрушение происходит по концентратору на-
пряжений. Важно знать, что в этом случае пластическая де-
формация металла вблизи излома отсутствует, а сам излом
не имеет загнутости краев. Возможная причина
разрушения — наличие дефекта. Поверхность имеет метал-
лический блеск и кристаллическое строение.
Загнутость краев детали в месте разрушения появляется
в результате пластической деформации (утонения) металла,
что обычно вызывается перегрузкой при однократном нагру-
жении. Поверхность излома имеет матовый цвет и волокни-
стое строение, что объясняется смятием зерен при пласти-
ческой деформации металла в зоне разрушения.
Рис. 153. 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.
При движении трещины в листовом прокате при его раз-
рушении на поверхности излома иногда появляются следы в
виде острых углов, вершины которых указывают на место
начала разрушения.
По состоянию поверхностей все изломы можно разде-
лить на:
• хрупкие;
• усталостные;
• пластичные (вязкие).
Каждому виду разрушения соответствуют определенные
причины, вызвавшие его появление.
Хрупкие изломы характеризуются следующими особен-
ностями:
• нет загнутости краев вблизи излома, что связано с от-
сутствием пластической деформации в месте разруше-
ния;
• 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 разру-
шения является наличие концентраторов напряжений. Само
разрушение в этом случае происходит по концентратору на-
пряжений без пластической деформации.
Концентраторами напряжений служат:
• трещины любого происхождения (термические, свар-
ные, усталостные и др.);
• расслоение металла;
• ступенчатый переход от одного размера детали к друго-
му;
• глубокие риски после механической обработки, резьба;
• коррозионные изъязвления;
• охрупчивание металла, вызванное сваркой, термичес-
кой обработкой, гальваническими напряжениями и др.
Местом начала разрушения служит фокус зоны с мел-
кой шероховатостью. Конец разрушения располагается во
второй зоне с грубой шероховатостью.
Данный вид излома часто имеет место в деталях автомо-
биля. Так, разрушение сварных соединений рамы может быть
связано с наличием трещины, непровара корня шва, охруп-
ченного участка вблизи сварного шва. Эти дефекты являют-
ся следствием неправильной технологии сварки.
Трещины и охрупченные участки в валах, осях возникают
в основном из-за неверно выбранной технологии термичес-
кой 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 меха-
нической обработки, что связано с неправильной конструкци-
ей вала или нарушением технологии механической обработ-
ки. Плавный переход размеров, повышение чистоты обработ-
ки снижает возможность возникновения хрупкого излома.
Таким образом, хрупкий излом указывает на то, что при-
чиной поломки деталей является один из перечисленных
выше дефектов, и это необходимо учитывать при замене по-
ломанной детали на новую.
Усталостные изломы характеризуются следующими осо-
бенностями:
• отсутствие загнутости краев;
• металлический блеск;
• кристаллическое строение;
• особое строение поверхности излома, на ней наблюда-
ется четыре зоны: очаг разрушения, зона
зеркального блеска, зона развития трещины, зона до-
лома.
Первые две зоны встречаются довольно редко и не явля-
ются обязательными для данного вида разрушения.
Основной определяющей для усталостного излома явля-
ется третья зона. Она состоит из концентрических подзон,
расходящихся из места начала разрушения. Размеры зон и
шероховатость внутри них растут по мере движения трещи-
ны к зоне долома. Зона долома часто представляется в виде
бордюров и выступов. Иногда на поверхности изломов вид-
ны лучи, рубцы, веерообразно расходящиеся из места нача-
ла разрушения. В этом случае на поверхности вблизи начала
разрушения имеет место сетка трещин, которые и послужи-
ли причиной поломки.
Большое число подзон с весьма незначительной шеро-
ховатостью указывает на то обстоятельство, что деталь вы-
держала расчетное число циклов знакопеременного нагру-
жения. 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 не-
обходимо установить причину перегрузки, прежде чем за-
менить деталь на новую.
Усталостные изломы имеют место в деталях автомоби-
ля, работающих в условиях действия знакопеременных на-
грузок, таких как полуоси, кронштейны и т. п. Этот вид
разрушения испытывают рамы, валы, оси. Преждевремен-
ный выход из строя рам связан с неправильной технологией
сварки и механической обработки.
Пластичные изломы характеризуются наличием пласти-
ческой деформации металла вблизи излома, которая выра-
жается в утонении сечения детали и появления загнутости
краев. Поверхность разрушения имеет матовый цвет и во-
локнистое строение в виде надрывов металла.
Пластичный излом указывает на то, что разрушение де-
тали произошло из-за перегрузки. В этом случае необходи-
мо 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 осмот-
ра:
• тщательно осмотреть поверхность излома и вблизи нее
до очистки, отметить особенности строения;
• очистить излом от грязи, ржавчины с помощью ра-
створителей — 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 вбли-
зи него, отметить наличие дефектов, их характер,
расположение и дать возможное заключение по виду
излома о причине разрушения, исключив повторение
поломки при выполнении ремонтных работ.