金屬零件的損壞方式及常用修復(fù)方法

王桂龍

摘要：現(xiàn)代化社會(huì)的發(fā)展離不開機(jī)械的使用，機(jī)械在長時(shí)間的使用過程中會(huì)不可避免的發(fā)生各種各樣的故障問題，大多數(shù)的機(jī)械故障都是由于零件的損壞導(dǎo)致的。通過對零件損壞的常見方式進(jìn)行分析，說明了零件修復(fù)過程中的主要注意事項(xiàng)，并介紹了金屬零件的常用修復(fù)方法。

關(guān)鍵詞：金屬零件；損壞；方式；修復(fù)方法

中圖分類號(hào)：TH17文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2018.11.007

零件是機(jī)械的基礎(chǔ)組成部分，零件的工作狀態(tài)直接決定了機(jī)械性能和工作能力。金屬作為工業(yè)上常用的零件加工材料，其制作的零件在質(zhì)量、強(qiáng)度、韌性、硬度等方面都具備不可替代的優(yōu)勢。金屬零件因長期使用和不同工作環(huán)境的影響，可能出現(xiàn)不同程度和不同形式的損壞，容易造成機(jī)械工作效率下降、故障發(fā)生甚至機(jī)械損壞等問題。因此，無論對于那種機(jī)械，零件在使用中發(fā)生損壞都是不可避免的，應(yīng)注意對關(guān)鍵零件的保養(yǎng)與檢修，發(fā)現(xiàn)零件損壞或有損壞趨勢時(shí)，應(yīng)及時(shí)對其進(jìn)行維修或更換，以保證機(jī)械的正常和高效率使用，并保證其具有科學(xué)的使用壽命。

1金屬零件的損壞方式

1.1零件磨損

磨損是由于零件與零件之間相互運(yùn)動(dòng)的過程中在接觸面間產(chǎn)生的相互消耗現(xiàn)象，磨損是零件損壞最主要的原因之一，由于機(jī)械傳動(dòng)的必要性，磨損問題是不可避免的。在正常情況下，機(jī)械磨損在有潤滑或良好加工質(zhì)量的金屬零件表面，產(chǎn)生的消耗量是很小且十分緩慢的，只有在某些特殊情況下，摩擦條件存在著一定的影響因素和不正常現(xiàn)象時(shí)，才會(huì)出現(xiàn)零件的早期磨損失效，其具體表現(xiàn)在：

（1）磨料磨損。當(dāng)金屬接觸面或潤滑劑中混入大量顆粒性雜質(zhì)，這些微小的雜質(zhì)會(huì)在零件運(yùn)動(dòng)的過程中加劇摩擦的損耗，例如礦山使用的碎石機(jī)，工作時(shí)會(huì)有大量的巖石粉塵顆粒在傳動(dòng)系統(tǒng)中與金屬零件產(chǎn)生磕碰和剝落，嚴(yán)重影響使用壽命。

（2）黏著磨損。由于快速傳動(dòng)中會(huì)因摩擦作用產(chǎn)生大量的熱，當(dāng)潤滑或散熱不良時(shí)，摩擦面溫度持續(xù)升高會(huì)導(dǎo)致表層金屬熔化，形成粘黏現(xiàn)象，導(dǎo)致金屬不斷被粘落，引起嚴(yán)重?fù)p壞。

（3）疲勞磨損。采用滾動(dòng)摩擦的傳動(dòng)方式，由于接觸面積較小，當(dāng)傳動(dòng)速度較快時(shí)，會(huì)在金屬零件接觸位置的表層產(chǎn)生較大的切應(yīng)力，引起表層的薄弱區(qū)域產(chǎn)生裂紋，長此以往，裂紋最終轉(zhuǎn)變?yōu)樗槠蝾w粒脫落，使金屬表面的加工精度大幅降低。

1.2零件腐蝕

金屬零件在使用的過程中，會(huì)不可避免的與周圍的空氣或其他介質(zhì)接觸，在未經(jīng)特殊處理的金屬表面很容易產(chǎn)生腐蝕問題。金屬零件的腐蝕總體上可以分為化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕兩類。化學(xué)腐蝕通常是零件附近的介質(zhì)中含有一定量的酸、堿或鹽類物質(zhì)，同金屬零件接觸后產(chǎn)生一定的化學(xué)反應(yīng)，引起零件損壞的現(xiàn)象。電化學(xué)腐蝕是指金屬零件在與酸、堿、鹽接觸的同時(shí)，還受到潮濕空氣或水的影響，使酸、堿、鹽以溶液的方式與金屬反應(yīng)，從而在不同性質(zhì)的金屬零件之間因原本存在的電位差出現(xiàn)局部的電解現(xiàn)象，加速金屬零件腐蝕的速度。通常來說，電化學(xué)腐蝕的損害程度要遠(yuǎn)大于化學(xué)腐蝕的程度。當(dāng)受腐蝕的零件進(jìn)行傳動(dòng)工作時(shí)，因腐蝕問題的存在磨損也會(huì)加劇，導(dǎo)致零件使用壽命急劇縮短。

1.3零件變形及斷裂

機(jī)械傳動(dòng)在設(shè)計(jì)之初會(huì)考慮到實(shí)際的使用情況，并采用一定的安全系數(shù)保證零件在傳動(dòng)過程中的可靠承載能力，但在實(shí)際的機(jī)械傳動(dòng)過程中，由于使用環(huán)境和條件的綜合影響，加之操作者的操作方式不當(dāng)?shù)葐栴}，可能會(huì)導(dǎo)致傳動(dòng)超載問題的發(fā)生，超載會(huì)引起局部位置的薄弱零件因無法承受過大載荷而發(fā)生損壞，常見的損壞形式包括了變形和斷裂兩類，變形多發(fā)生在較長的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)處，因金屬零件具有一定的延展性和韌性，在受到過大載荷作用時(shí)，超出其彈性形變負(fù)荷而產(chǎn)生永久變形問題。斷裂多發(fā)生在硬度較大的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，例如齒輪傳動(dòng)，當(dāng)瞬時(shí)載荷過大，會(huì)在零件的最薄弱位置產(chǎn)生斷裂，導(dǎo)致零件無法繼續(xù)使用。

1.4零件疲勞破壞

當(dāng)傳動(dòng)結(jié)構(gòu)在長期交變載荷的作用下，容易使零件在多次應(yīng)力循環(huán)作用下達(dá)到材料的疲勞極限，進(jìn)而發(fā)生零件的疲勞損壞。通常情況下，零件在發(fā)生疲勞斷裂之前，會(huì)在薄弱位置出現(xiàn)細(xì)小的裂紋，在交變載荷的持續(xù)作用下，裂紋被進(jìn)一步擴(kuò)大，導(dǎo)致零件實(shí)際承受載荷的截面越來越小，最終發(fā)生斷裂。在這種情況下對斷裂后的表面進(jìn)行觀察，可以發(fā)現(xiàn)斷面明顯分為兩個(gè)區(qū)域，疲勞斷裂區(qū)域比較光滑，而普通斷裂位置表面粗糙，這是疲勞斷裂的顯著標(biāo)志。

2金屬零件修復(fù)注意事項(xiàng)

對于金屬零件的修復(fù)，應(yīng)通過可靠的技術(shù)分析后進(jìn)行，盡量避免修復(fù)失敗或修復(fù)成本過高，并保證零件修復(fù)后的可靠性。

（1） 選擇合理的修復(fù)工藝。通過研究和分析零件的使用環(huán)境和條件，在選擇修復(fù)工藝時(shí)著重考慮零件的工作溫度、所承受載荷的大小與種類、相關(guān)潤滑條件以及周邊環(huán)境的復(fù)雜程度，以保證修復(fù)后的零件滿足受損零件原有的使用條件需求。通過總結(jié)和分析金屬零件的加工技術(shù)特點(diǎn)，在修復(fù)過程中應(yīng)兼顧金屬零件的原有材料、尺寸、功能、結(jié)構(gòu)、外形以及熱處理方式和所具備的力學(xué)性能，以保證零件的修復(fù)質(zhì)量和原有的表面加工精度。修復(fù)工藝的選擇與原零件機(jī)械加工的工藝存在一定的不同，在選擇修復(fù)工藝時(shí)，應(yīng)避免受損零件和修復(fù)材料之間的不適應(yīng)性，以保證修復(fù)零件的可靠性。

（2） 保證修復(fù)方案的可行性。大多數(shù)機(jī)械在使用過程中，損壞的零件在復(fù)雜程度和修復(fù)難度上存在較大差別，簡單的零件可通過傳統(tǒng)的方式進(jìn)行修復(fù)，而對于相對復(fù)雜的零件，往往需要一定的專業(yè)設(shè)備和專業(yè)知識(shí)才能完成，不合理的修復(fù)方案很可能會(huì)影響到維修的進(jìn)度，并造成機(jī)械使用誤工時(shí)間的延長。因此。對于零件的修復(fù)，應(yīng)綜合考慮本單位的設(shè)備條件、修復(fù)技術(shù)水平，并分析修復(fù)過程中的工作環(huán)境是否適合，避免修復(fù)過程無法完成問題的出現(xiàn)。同時(shí)，專業(yè)維修部門應(yīng)當(dāng)及時(shí)學(xué)習(xí)先進(jìn)的修復(fù)技術(shù)，并引進(jìn)先進(jìn)設(shè)備，以保證零件的修復(fù)質(zhì)量。

（3） 綜合考慮零件的修復(fù)效率和經(jīng)濟(jì)性。零件的修復(fù)效率與工藝和設(shè)備具有較大的關(guān)系，若零件的修復(fù)效率低、耗時(shí)長，不僅影響了機(jī)械的繼續(xù)使用，也使修復(fù)過程的經(jīng)濟(jì)性大幅降低。對于較難修復(fù)的零件，通過聯(lián)系機(jī)械生產(chǎn)廠家購買原廠零件更為經(jīng)濟(jì)合理，這是由于原廠零件多為批量生產(chǎn)制造，其制造成本更低，遠(yuǎn)低于復(fù)雜零件的修復(fù)成本，且更有利于減少修復(fù)時(shí)間。

3金屬零件的常用修復(fù)方法

3.1表面電鍍修復(fù)

電鍍修復(fù)是對金屬零件進(jìn)行修復(fù)的常用方法之一，通常采用的是鍍鉻或鍍鐵的方式，適用于腐蝕或磨損均勻零件的修復(fù)，相對而言，表面鍍鉻應(yīng)用更為廣泛，對零件進(jìn)行表面電鍍不僅能夠恢復(fù)零件尺寸，還能改善零件的表層性能，使零件能夠更好的抵抗腐蝕和磨損。無論采用鍍鉻還是鍍鐵的方法，對零件的修復(fù)時(shí)間都相對較長，且在電鍍后經(jīng)機(jī)械加工使得鍍層變得更薄。由于鍍層相對于原金屬材料硬度更高，但脆性較大，因此經(jīng)電鍍修復(fù)的零件只適用于均勻的傳動(dòng)方式，且其使用壽命更長，但由于較薄較脆的鍍層存在，不能應(yīng)用于沖擊或載荷較大的場合，以免鍍層損壞、開裂或脫落。

3.2材料添加修復(fù)

材料添加修復(fù)主要應(yīng)用于金屬零件局部磨損明顯的修復(fù)；主要包括兩種形式：一是金屬材料溶覆修復(fù)；二是焊接填補(bǔ)修復(fù)。金屬材料溶覆修復(fù)是利用激光或氧氣乙炔等高溫設(shè)備將專用的金屬材料液化覆蓋于零件磨損嚴(yán)重的位置，再經(jīng)機(jī)械加工恢復(fù)零件原有的配合尺寸。焊接填補(bǔ)修復(fù)是使用電焊或亞弧焊設(shè)備在相對較小的磨損位置進(jìn)行材料填補(bǔ)的修復(fù)方式，焊接填補(bǔ)修復(fù)要求操作人員具有較高的焊接水平，修復(fù)后也需經(jīng)機(jī)械加工恢復(fù)原有尺寸。

3.3局部加工修復(fù)

若金屬零件只是在某一部分出現(xiàn)較為嚴(yán)重的磨損和損壞，在保證其他部位正常使用功能的前提下，可通過機(jī)械加工設(shè)備將損壞部位進(jìn)行去除，再通過機(jī)械制造新的去除部位零件結(jié)構(gòu)進(jìn)行彌補(bǔ)，新結(jié)構(gòu)與原零件的結(jié)合方式可采用壓配、螺紋連接、鉚接、焊接、鍵連接、粘接等方法實(shí)現(xiàn)，這種局部加工的修復(fù)方法較適用于模數(shù)較大、圓周速度不高的齒輪或承載力不大的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)的修復(fù)。

3.4扣合強(qiáng)化修復(fù)

主要針對于尺寸較大的鑄造零件使用，很多鑄鐵類零件具有很高的硬度，但韌性不足，在使用中只具備良好的抗磨損能力，但其承受沖擊載荷的能力較弱。例如：大型齒輪傳動(dòng)或承載較大重量的密封箱體常會(huì)出現(xiàn)裂紋或折斷損壞的問題，損壞后的零件由于尺寸較大具有足夠的斷面面積，可進(jìn)行機(jī)械加工修復(fù)，通過銑鉆等方式在斷面加工出一定的形狀，再通過嵌入金屬連接結(jié)構(gòu)使斷裂面重新連接在一起，常用的金屬連接結(jié)構(gòu)包括了扣合鍵、連接銷、連接螺栓等，其中扣合鍵和連接銷最常采用拼接裝配的方法進(jìn)行連接，修復(fù)后的零件仍具備原有的承載能力，但只能臨時(shí)使用，不適于長久工作使用。

4結(jié)語

綜上所述，機(jī)械在長期的使用過程中發(fā)生零件的損壞和故障是不可避免的，機(jī)械操作人員掌握足夠的零件損壞原因及特征的判斷方法，不僅能夠?yàn)榱慵男迯?fù)提供幫助，還能為避免損壞的再次發(fā)生起到重要作用，零件的合理修復(fù)固然能夠保證機(jī)械的繼續(xù)使用，但是，使用者的科學(xué)操作方式、定期維護(hù)保養(yǎng)及檢查也能夠在很大程度上減少機(jī)械故障和零件損壞的發(fā)生概率。因此，對于機(jī)械零件的損壞及故障應(yīng)以預(yù)防為主，修復(fù)為輔，才能最大限度的實(shí)現(xiàn)機(jī)械性能的最大發(fā)揮。

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