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1、第一节 车辆零件的损伤铁道车辆在运用过程中， 不可避免地会出现零部件尺寸或运用性能不符合技术要求的现 象，此等现象通称为“损伤” 。车辆修理工作就是通过更换或修复己损伤的零部件，恢复其 应有的技术状态，以保证铁道车辆具有良好的运用性能。车辆修理工作者的任务。不仅是采用各种工艺方法修复己产生的损伤，而且要掌握损 伤规律，从而采取必要的措施，减少损伤的发生或减缓损伤的发展速度。一、车辆零部件损伤的类型与原因车辆零部件在运用中经常产生的损伤类型，主要有磨损、腐蚀、裂损、变形、紧 配合件或紧固件松弛等。磨损：车辆零件的磨损，系指摩擦副工作表而相对运动时，因摩擦而产生的各种损伤。通常还可区分为正常磨损与
2、不正常磨损两个阶段。正常磨损亦可称为自然磨损，是摩擦副工作时接触表而上必然产生的一种损伤。 磨损量的大小，决定于摩擦副的工作条件和工作时间 ( 车辆的走行公里致 ) 。不正常磨损亦称剧烈磨损，是由于破坏了摩擦副正常的工作条件而造成的。这时磨损速度急剧增长。如能加强对车辆的日常维修工作， 保持摩擦副在正常条件下工作， 是可以避免的。腐蚀：铁道车辆日夜暴露于大气中，经常受到雨雪和各种腐蚀性气体与液体等的 侵蚀，致使车辆零件尤其是金属结构产生腐蚀。金属腐蚀的程度，主要取决于金属的 材质和防腐层的性能，与车辆走行里程无关。裂损：裂损是指车辆零件上产生的裂纹或折损。当作用于车辆零件上的载荷，在 零件内产
3、生的应力超过零件材料的强度极限，或在交变载荷的作用下，交变应力超过 零件树料的疲劳极限时而产生的损伤。变形：作用于车辆零件上的载荷，当应力超过材料的屈服极限时，使零件产生永 久变形，导致常见的各种弯曲变形。松弛：车辆上的紧配合件与紧固件，出于列车运行中的振动与交变载荷的作用，经常发生紧配合件与紧固件等的松弛与松动现象。产生上述损伤的原因，综合起来，不外乎以下几方而：(1) 产品结构设计失误。如设计时考虑不周，使产品结构设计上不合现，或选材 不当以及设计有误造成。(2) 制造或修理中的工艺缺陷。如零件的内部缺陷，热处理工艺不当，加工后的 表面质量不高，以及组焊时的焊缝缺陷等原因，导致车辆零件的早
4、期损伤。(3) 运用中产生的损伤。车辆在正常的运用条件下亦将产生正常的磨损、疲劳裂 纹、金属腐蚀等损伤。然而，超偏载或不合理的调车冲击，以及机械化装卸作业不当， 更是一系列损伤产生的主要原因。(4) 列车运行中的重大事故，将造成车辆零部件的严重损伤，甚至导致车辆的报废。车辆零件损伤的原因，往往是多种因素共同作用的结果，因此，必须对损伤零 件的工作条件和损伤情况进行全面分析研究，才能作出正确的结论。(一) 车辆零件的磨损磨损是摩擦副工作时因摩擦面使接触面的尺寸、几何形状和表而质量等发生变化 的一种常见的损伤。车辆是以一定的速度不断运行的机械，运用中产生磨损的零件很 多。例如；车轮踏面及轮缘、轴承
5、滚动体及内外圈、轴箱导框及导槽、车钩及缓冲器 零件，以及各种销及销孔等。此等零部件在列车运行中，都要遭受磨损而逐渐改变其 尺寸和形状，当达到一定限度后，零件就不能继续使用，则必须进行更换或修理。在 车辆的日常维修和定期修理中，磨损的零件是主要的修理对象。为了降低摩擦副零件的磨损速度，提高零件表面的耐磨性，必须了解磨损产生的 过程，掌握零件磨损的规律性和影响磨损速度的因素。1、磨损过程的分类和实质摩擦副零件表面的磨损，产生于接触表而相对运动时的摩擦现象，不同的摩擦 工况其磨损速度亦不相同。随摩擦副接触面之间有元润滑剂以及接触面之间接触情况 的不同，摩擦副零件之间的相对运动可能处于干摩擦、流体摩擦
6、或半干(流体 )摩擦的条件下工作，因此，随之而产生的磨损现象和磨损机理也有所不同。(1) 氧化磨损 氧化磨损通常是一种不可避免的正常磨损。磨损过程的实质是： 摩擦副接触面的表层金属由于摩擦作用而产牛微小的塑性变形，从而破坏了金属表而 氧化膜而再次露出本体金屑。这时本体金属在空气作用下形成新的氧化膜，新的氧化 膜又因摩擦作用而破坏，重新露出本体金屑，于是又产生新的氧化膜，这种过程的循 环进行，就形成了氧化磨损的过程。氧化磨损的磨损速度与压力大小和载荷性质有关，较大的压力和交变载荷、冲击 载荷均易使形成的氧化膜破裂而脱落，从而加速其磨损过程。然而，氧化磨损与其他 形式的磨损相比较，它的磨损速度是最
7、小的。(2) 粘附磨损 粘附磨损多发生在接触面间压力较大且相对运动速度很低(v I m/ s)或相对速度较高(干摩擦时4m/s，半干摩擦时20 m/ S)的情况下。粘附磨损 过程的实质是；由于摩擦副接触面问有较大的压力，使表层金屑产生塑性变形面粘附， 相对运动时，某一接触面上的金属被撕裂而脱离本体金屑，继续工作时这一过程又重 复循环出现从而形成了粘附磨损。粘附磨损的磨损速度较高，面且在高压、高速下，在接触面间产生很高的温度， 严重时可达到使金屑熔融的程度，这时熔化的金屑不断被挤出接触面而形成高温熔融 磨损。(3) 疲劳磨损 两个零件相互滚动、滑动或滚动间有滑动的接触状态下，在接触压力大而受到循
8、环变化的载荷作用时，由于表层材料的疲劳而出现微细裂纹，再经多次反复作用后裂纹逐渐扩展，到一定程度会产生金屑的剥离脱落。这种过程的循环出 现，就形成了摩擦副接触面的疲劳磨损。(4) 磨粒磨损 磨粒磨损是指摩擦副界面上某一方表面有硬的凸起物，或界面间 有外界的粒状杂质存在，在摩擦过程中引起了表面材料的损伤与脱落。实质是摩擦面 间的粒状物硬度较大，又具有一定的压力，使粒状物在摩擦面上像刀具一样进行切削 运动面形成的磨损。(5) 微动磨损 微动磨损是指两个零件在接触表面上有小振幅 (1mm 以下 ) 的相对 运动时而产生的磨损。如果在接触面之间尚有化学反应，则称为微动腐蚀磨损。例如，车辆轮对的轮毂孔内
9、侧与车轴接触处，因接触压力较大，使界面上的微凸 体因塑性变形面粘附，再受小振幅的相对运动作用下，致使粘结点剪切面脱落，形成 的磨屑与氧气反应后生成 Fe203。轮座裂纹处出现的红褐色粉末即为微动腐蚀磨损的例 子。摩擦副运动过程中产生的磨损，是一个十分复杂的物理- 化学现象，往往不是某种单一的磨损形式，而是几种磨损形式同时存在的过程。因此，要把磨损速度降低到 最低限度，就必须了解影响磨损速度的各种因素。2、影响磨损速度的因素 金属的磨损速度以单位时间内磨损的金属重量或厚度来表示。对于车辆零件来 说，通常以走行若干公里或走行若干时间后尺寸的减少量来计算。任何金属零件的磨损都按一定的规律发展，可用磨
10、损量与工作时间的关系曲线 (或称磨损曲线 ) 来表示。磨损曲线的典型情况，大致有如图1 所示的几种。其中，曲线 a) 是最常见的磨损的线，其磨损过程可分为三个阶段。I 为磨合阶段，发生在摩擦副工作的初期，这时使摩擦副配合表面达到该摩擦条件下适宜的粗糙度，然而磨损速 度较大，因此，应尽可能缩短磨合过程；n为正常磨损阶段，摩擦面间已建立起正常 的工作条件，磨损速度较小，应尽量采取措施延长这个阶段的工作时间。川为剧烈磨 损阶段，磨损速度急剧增大，摩擦副已不能正常工作，这时就必须更换或修理。曲线(b)、(c)和(d)分别相当于车轮踏面、车轮轮缘和滚动轴承的磨损曲线。图1典型的磨损曲线影响磨损速度的因素
11、是多方面的，往往不是某一个因素，而是几种因素同时作用的结 果。然而，在几种影响因素中总有一种因素是主要的，从而决定了磨损是以某一种规律出现的。不论哪一种磨损规律，影响磨损速度的主要因素，可归纳为下述三方面：(1) 摩擦副工作条件的影响工作条件主要指摩擦副的摩擦类型(滑动、滚动或转动)、载荷性质与大小，以及摩擦面相对运动的速度等因素。滚动摩擦的磨损速度远比滑动摩擦者为小，同一种磨损形式亦因载荷性质和相对速度的差异面不同，动载荷和较大的相对速度其磨损速度亦较大。(2) 摩擦副表面特性的影响磨损的各种现象都从摩擦表面开始，因此摩擦表面层金属的组织和硬度，以及零件表面的加工质量，对磨损速度均有直接影响
12、。 表面层金属的组织和硬度是影响磨损速度的主要因素之一。金属的金相组织不同，硬度也不相同。图2表示碳钢的成分和组织对磨损速度的影响。图3表示碳钢的硬度对磨损速度的影响。 摩擦表面机械加工的质量也是影响磨损速度的主要因素之一。摩擦表面越粗糙，磨损速度越大。在一定条件下工作的摩擦副，对摩擦面的表面粗糙度有一定的要求，粗糙度过高或过低，都会促使磨损速度的增加。因此，应合理地选择摩擦表面的粗糙度，这样既能降低磨损速度，又可减少不必要的加工费用。通常选择零件在正常磨损阶段的表面粗糙度作为 技术要求的标准是最适宜的。图2碳钢的成分和组织对磨损速度的影响。2UU 400600 HRS图3碳钢的硬度对磨损速度
13、的影响。摩擦表面加工后的几何形状误差，会破坏摩擦副的正常工作条件，导致磨损速度的增 大，同时也是造成零件偏磨的主要原因。金属零件经机械加工后，往往在表面层产生塑性变形使硬度有所提高，形成了一定深 度的加工硬化层，从面能提高其耐磨性。因此，对某些易磨损的零件可进行滚压加工，藉以提高零件的表面硬度和耐磨性。(3) 摩擦副界面间润滑介质的影响摩擦副的摩擦形式随界面之间的润滑情况而不同。润滑油的质量与载荷及工况，决定了界面之间油膜的厚度与油膜的耐久性，从而使摩 擦副处于液体、半液体或干摩擦的条件下工作。良好的润滑条件能降低零件的磨损速度。上述三方面影响磨损速度的因素，第一个因素是决定磨损类型和磨损速度
14、的基本因素。第二个因素是从工艺上提高零件耐磨性应考虑的措施，也是车辆修理工作者修理车辆时，提高零件耐磨性的手段之一。第三个因素是决定摩擦特性的因素，也直接影响到磨损速度的大小。3 、提高零件耐磨性的途径 车辆零件大部分受冲击载荷的作用，因此要求摩擦副的零件既具有较高的耐磨性， 又要有良好的冲击韧性。 但是， 一般的金属材料要同时满足这两项要求是较困难的。金属的硬度越高就越耐磨， 而硬度越高其冲击韧性则越小。 为此， 在车辆修理中多采用表面处理的 方法来解决。常用的表面处理方法有以下几种：(1) 表面淬火、 渗碳、 渗氮及氧化处理 这几种表面处理的方法均能改变金属零件表层 的成分与组织， 提高表
15、面层的硬度面又不降低整个零件的冲击韧性。 如车辆亡的磨耗板和各 种连接处的销和套，多采用表面硬化的方法提高其耐磨性。(2) 表面喷丸或抛丸进行强化 喷丸是以压缩空气 (500-700 kPa) 为动力将金属弹丸喷 出，而抛丸则以机械回转加速器为动力抛出金属弹丸。 喷出或抛出的弹流冲击零件表面， 使 表面层产生一定的塑性变形，形成表面硬化层，从面提高零件的耐磨性。这种表面强化的方法，其效果主要取决于弹丸的直径和弹流的速度。一般弹丸直径为 0.4-2.0 mm ，弹流速度以 50-70 ms 为适宜。在车辆修理中，对弹簧采用这种方法进行 强化处理，可提高其疲劳强度与耐磨性。(3) 滚压强化法 利用硬质的滚轮以一定的压力挤压工件的表面， 使工件表面层产生定 的塑性交形和残余压应力，能提高零件的耐磨性和疲劳强度。滚压强化的效果决定于滚压力、滚压速度与滚压次数。此等因素选取适宜，能显著提 高硬化与强化层的深度， 并降低零件表面的粗糙度， 延长零件的使用寿命。 车轴轴颈和轮座 表面的滚压加工，能提高轴颈的耐磨性和轮座的疲劳强度。(4) 电镀或喷镀耐磨金属层 在零件工作表面上， 利用电镀或喷镀等方法覆盖一层硬度 较高的耐磨金属，不仅能提高零件表面的耐磨性，而且可恢复零件的表面尺寸和几何形状。国外利用这种方法对轴承内国内孔进行镀铬，能提高表面耐磨性，并可恢复与轴颈配 合的过盈量。(二) 车
