Старение автомобилей и их составных частей

Старением называется процесс необратимого изменения его свойств и (или) состояния, обусловленного структурными превраще­ниями, химическими изменениями в материалах, из которых изготов­лены детали, а также постепенным накоплением в элементах конст­рукции автомобиля микро- и макроповреждений при эксплуатации. При эксплуатации автомобиля имеют место физическое изна­шивание деталей, потеря усталостной прочности их материала. Как при эксплуатации автомобиля, так и при его хранении происхо­дят изменения, связанные с коррозией, потерей жесткости, структурные изменения и химические превращения в металлах, потеря некоторых свойств (например, упругости, пластичности и др.). Процессы старения всегда связаны со временем.

В связи с этим для решения задач ремонта необходимо знать законы старения, устанавливающие зависимость повреждений от времени. Например, толщины изношенного слоя, остаточного прогиба при деформации детали, площади или глубины повреж­денного коррозией слоя в зависимости от наработки. Использование этих закономерностей позволяет прогнозировать потерю рабо­тоспособного состояния автомобилем и его составными частями. Процесс старения механизма определяется процессами старе­ния всех образующих его деталей и нарушением их взаимного рас­положения. Старение детали происходит в результате воздействия нескольких разрушительных процессов и является результатом воз­действия большого числа факторов.

Изнашиванием называется процесс отделения материала с поверхности твердого тела и (или) увеличения его остаточной де­формации при трении, проявляющийся в постепенном измене­нии размеров и (или) формы тела. Износ является результатом изнашивания и определяется в установленных единицах (толщи­ны слоя, объема, массы).

Рис. 1.1. Зависимость износа hи ско­рости dh/dt изнашивания от времени работы

Процесс изнашивания обычно происходит в три стадии. На ста­дии I (рис. 1.1) идет приработка сопряженных поверхностей дета­лей, занимающая небольшой отрезок времени t_п. При этом износ h изменяется нелинейно, скорость изнашивания вы­сокая, но постепенно убывает. Стадия II являет­ся наиболее продолжи­тельной и характеризует­ся стабильностью процес­са. Скорость изнашивания в этом случае небольшая и постоянная. Стадия III— ускоренное изнашивание, характеризующееся резко возрастающей скоростью изнашивания. Причиной этого является изменение условий тре­ния из-за изменения размеров и формы трущихся поверхностей.

Деформация детали может быть обратимой (упругой) и необра­тимой, т. е. остаточной. Деформация возникает при появлении на­пряжений в материале детали. Если возникающие напряжения в материале детали меньше предела его упругости, то будет иметь место главным образом упругая деформация. Однако упру­гая деформация может сопровождаться и остаточной деформаци­ей, например, при повышенных температурах. Остаточная де­формация изменяет размеры и конфигурацию детали. Напри­мер, у такой сложной детали, как блок цилиндров двигателя, из­меняется положение осей посадочных отверстий под гильзы, под вкладыши коренных подшипников коленчатого вала, а также появляется коробление и нарушается положение обработанных поверхностей относительно технологических баз, что приводит к снижению долговечности двигателя в целом.

Разрушение приводит к полному расчленению детали. Разруше­ния бывают вязкими, хрупкими и усталостными.

Вязкое разрушение происходит от касательных напря­жений вследствие значительной пластической деформации. Плос­кость разрушений расположена под углом к направлению прило­жения нагрузки и совпадает с направлением действия касатель­ных напряжений.

Хрупкое разрушение происходит под действием нормаль­ных напряжений. Ему предшествует незначительная пластическая деформация, и плоскость разрушения оказывается перпендикуляр­ной направлению приложения нагрузки. Процесс разрушения со­стоит из двух стадий: в первой стадии происходит зарождение тре­щины, а во второй — ее развитие через все сечение детали.

Усталостное разрушение деталей является результатом Многократного приложения нагрузок и происходит при напряжени­ях, значительно меньших, чем в случае однократного нагружения. Трещина при усталостном разрушении зарождается в поверхностных слоях, где действуют максимальные растягивающие напряжения.

По мере ослабления сечения темп развития трещины усиливается и при определенном остаточном сечении происходит полное раз­рушение детали.

Коррозия представляет собой разрушение металлов вследствие химического или электрохимического взаимодействия их с корро­зионной средой.

Эрозия и кавитация возникают при действии на металл потока жидкости, движущейся с большой скоростью. На поверхностях де­талей, подвергающихся жидкостной эрозии, образуются пятна, полосы, вымоины. Таким повреждениям подвергаются детали си­стемы охлаждения двигателя, крылья кузова, воспринимающие со стороны колес поток воды, песка и мелких камней. Кавитационное повреждение металла происходит тогда, когда нарушается непрерывность потока жидкости и образуются кавитационные пу­зыри. Кавитационные пузыри, которые находятся у поверхности детали, уменьшаются в объеме с большой скоростью, что приво­дит к гидравлическому удару жидкости о поверхность металла. Со­средоточение в одном месте на поверхности металла большого количества таких ударов и вызывает образование кавитационных разрушений в виде каверн диаметром 0,2... 1,2 мм. Такому разру­шению часто подвергаются детали системы охлаждения двигате­ля, гильзы цилиндров, посадочные пояски блоков цилиндров под гильзу, патрубки и др.

С течением времени или по мере роста наработки в состоянии автомобиля или его составных частей наступает предел, после ко­торого использование автомобиля оказывается нецелесообразным: автомобиль (агрегат) достиг предельного состояния.

Предельным состоянием автомобиля и его составных частей на­зывается состояние, при котором их дальнейшее применение по назначению недопустимо или нецелесообразно, либо восстанов­ление их невозможно или нецелесообразно. Так, например, необ­ходимость смены масла в картерах агрегатов связана с достижени­ем маслами предельного состояния при изменении их смазываю­щих свойств; выполнение регулировочных работ обусловливается достижением предельных зазоров в сопряжениях; замена или ре­монт детали диктуется износом хотя бы одной ее рабочей поверх­ности до предельного размера. Количественные значения показа­телей предельного состояния устанавливаются нормативно-техниче­ской документацией.