表面強化后的柴油機汽缸套/活塞環(huán)配副性試驗分析

黃學衛(wèi)，梁志杰，蔡志海

(1.鎮(zhèn)江船艇學院，江蘇鎮(zhèn)江 212003;2.裝甲兵工程學院，北京 100072)

汽缸套/活塞環(huán)是柴油機的重要摩擦副，該摩擦副在完成熱能轉(zhuǎn)換成機械能的同時，還起到一定的密封作用，可防止燃燒氣體的泄漏和不使多余的潤滑劑進入燃燒室的功能［1］。因此其工作性能的好壞直接影響發(fā)動機性能和壽命。汽缸套/活塞環(huán)摩擦副在高溫、高壓和變載荷等惡劣條件下工作時，主要經(jīng)受著腐蝕磨損、磨粒磨損及粘著磨損3種形式［2］。腐蝕磨損會使缸套內(nèi)側(cè)磨成上大下小的漏斗狀［3］，活塞環(huán)的尖角被磨圓，外徑變小，致使缸套與活塞環(huán)之間不再具有氣密性，出現(xiàn)活塞漏氣、燒機油等癥狀;磨粒磨損會對缸壁造成劃傷，俗稱“拉毛”;粘著磨損嚴重時會造成“拉缸”［4］。以上3種磨損都會嚴重影響柴油機的動力性能和熱傳遞效率。因此，如何提高汽缸套/活塞環(huán)摩擦副的耐磨減摩性能，顯得更為迫切。本文通過試驗分析了表面強化后的汽缸套/活塞環(huán)的配副性，得出了一種最佳組合。

1 試驗條件

1.1 試樣

汽缸套和活塞環(huán) (氣環(huán))經(jīng)表面強化 (方法如表1所示)后，進行配副，通常情況下有9種組合，見表1。

表1 試樣表面強化方法

1.2 試驗儀器

MM-200摩擦磨損實驗機、分析天平、千分尺。

1.3 試驗方法

試驗壓應(yīng)力為600 N，每次摩擦時間4 h，運轉(zhuǎn)速度400 r/min。

2 結(jié)果分析

2.1 摩擦系數(shù)μ

按試驗條件測量4次摩擦系數(shù)，計算得出平均值。每組的摩擦系數(shù)平均值見圖1。

圖1 摩擦副的摩擦系數(shù)

由圖1可以看出，摩擦系數(shù)最小的一組搭配是③氣環(huán)滲硫/缸套激光淬火，摩擦系數(shù)平均值為0.042 764。其它8組搭配摩擦系數(shù)較大，而且各組之間相差較小。因此在實際應(yīng)用中，摩擦副可選用氣環(huán)滲硫/缸套激光淬火表面強化處理工藝。

2.2 總失重δ

按試驗條件測量4次摩擦副總失重，計算得出平均值。每組的總失重平均值見圖2。

圖2 摩擦副的總失重

由圖2可以看出，⑤氣環(huán)松孔鍍Cr/缸套激光淬火 +滲氮的搭配，失重量最大。⑨氣環(huán)鍍CrTiAlN/缸套激光淬火+滲硫的搭配總失重最小，為6.4 mg。此即說明在實際應(yīng)用中，采取氣環(huán)鍍CrTiAlN/缸套激光淬火+滲硫的搭配最好。

2.3 活塞環(huán)磨痕寬度B

按試驗條件測量4次磨痕寬度，計算得出平均值。每組的活塞環(huán)磨痕寬度平均值見圖3。

由圖3可知，活塞環(huán)磨痕寬度最小的一組搭配是⑨氣環(huán)鍍CrTiAlN/缸套激光淬火+滲硫，其磨痕寬度為1.11 mm。磨痕寬度最大的1組搭配是④氣環(huán)松孔鍍Cr/缸套激光淬火，其磨痕寬度為2.58 mm。因此，選用氣環(huán)鍍CrTiAlN/缸套激光淬火+滲硫摩擦副最理想。

圖3 活塞環(huán)的磨痕寬度

3 結(jié)論

通過對模擬缸套/活塞環(huán)摩擦副分別進行表面強化處理后，作配副性試驗，對9組摩擦副的摩擦系數(shù)、總失重、活塞環(huán)磨痕寬度的數(shù)據(jù)進行分析，得出如下結(jié)論。

1)⑨氣環(huán)鍍CrTiAlN/缸套激光淬火+滲硫的總失重最小，磨痕寬度也最小，摩擦系數(shù)比③氣環(huán)滲硫/激光淬火大，但和其它7組相比，差距較小。因此，在工作過程中，宜選用⑨氣環(huán)鍍CrTiAlN/缸套激光淬火+滲硫摩擦副。由于其摩擦系數(shù)較③大，可通過采取有效的潤滑方式減小摩擦系數(shù)，以獲得最佳效果。

2)綜合摩擦系數(shù)、總失重、活塞環(huán)磨痕寬度分析，發(fā)現(xiàn)④氣環(huán)松孔鍍Cr/缸套激光淬火、⑤氣環(huán)松孔鍍Cr/缸套激光淬火+滲氮的3項數(shù)據(jù)都較大。雖然這2組工藝都比較成熟，但如采取滲硫或氣環(huán)鍍CrTiAlN則能更有效地改善耐磨減摩性能，提高配副性。

［1］鄭祝林，周永壽，楊鈞強.柴油機缸套-活塞環(huán)摩擦副耐磨性研究 ［J］.現(xiàn)代鑄鐵，2004，24(6):19-22.

［2］顧卓明.輪機維護與修理［M］.北京:人民交通出版社，2008.

［3］黃勝.柴油機汽缸套表面強化工藝及磨損試驗的研究［J］.內(nèi)燃機車，2009(1):23-26.

［4］徐久軍，嚴立.船舶柴油機汽缸套拉缸機理的試驗研究 ［J］.潤滑與密封，2000(6):24-26.