黑龍江省齊齊哈爾泰來縣寧姜蒙古族鄉(xiāng)農(nóng)機站　王秀芬

拖拉機氣缸套的穴蝕產(chǎn)生及預(yù)防措施探討

黑龍江省齊齊哈爾泰來縣寧姜蒙古族鄉(xiāng)農(nóng)機站王秀芬

穴蝕是一種局部腐蝕，它一般發(fā)生在氣缸套外表面連桿擺動平面內(nèi)活塞主推力面一側(cè)或在進水及水流轉(zhuǎn)彎處，有很多孔徑為1.5mm、深達2.3mm的孔群，成片狀分布。孔洞表面清潔，沒有腐蝕生成物的沉積。隨著柴油機運轉(zhuǎn)時間的延長，這些孔洞逐漸擴大、變深，甚至穿透氣缸套壁。由于柴油機的平均有效壓力及轉(zhuǎn)速不斷提高，氣缸套及機體越來越多地出現(xiàn)穴蝕破壞，而穴蝕一旦發(fā)生，其發(fā)展會很快，有的柴油機運行不到1000h，缸套就因穴蝕穿透缸壁而報廢，而此時缸套內(nèi)圓工作表面尚未達到磨損極限。所以穴蝕嚴重地影響到氣缸套的工作可靠性和使用壽命。

1氣缸套穴蝕產(chǎn)生的原因

發(fā)動機氣缸套穴蝕方面的研究這些年一直在進行，但關(guān)于氣缸套穴蝕產(chǎn)生的本質(zhì)原因一直沒有定論。多數(shù)研究者認為，氣缸套振動是發(fā)生穴蝕現(xiàn)象的主要原因。另外，關(guān)于穴蝕產(chǎn)生的原因還有以下觀點：冷卻水的溫度、冷卻水流速、冷卻水壓力、冷卻水含氣量等。下面我們就氣缸套振動與穴蝕產(chǎn)生做些分析。

柴油機運轉(zhuǎn)時，活塞在連桿作用下在氣缸內(nèi)做往復運動，活塞經(jīng)上、下止點時，有交變的側(cè)壓力作用于氣缸壁。又由于活塞與氣缸是動配合件，在活塞與氣缸套之間必須留有一定的間隙，因而導致活塞往復運動時出現(xiàn)橫向擺動，從而對缸套產(chǎn)生撞擊，引起氣缸套壁振動和變形。氣缸套外壁冷卻水附層因振動而產(chǎn)生瞬時的高壓和高真空，局部高真空區(qū)冷卻水蒸發(fā)成氣泡，有的氣泡受振動擠入或發(fā)生在氣缸套外壁最小的針孔中。當氣泡在周圍高壓下收縮以至破滅消失時，產(chǎn)生強大的壓力沖擊波，使鑄鐵材料中的石墨首先脫落。這個過程反復進行，促使材料疲勞破壞。越是在狹窄的孔洞里，沖擊波的能量就越大，故穴蝕向縱深發(fā)展很快。

此外，氣缸壁受拉應(yīng)力、變形及應(yīng)力大的部位成為陽極，易受腐蝕。氣缸套處于含氧的冷卻液中會形成氧電極，氧電極的電位與液體中含氧的濃度成正比。在氣缸套外表面的穴窩處以及氣缸套與機體配合處等“死水區(qū)”，往往含氧量少而形成濃差電池，引起金屬腐蝕。

在二沖程柴油機中，由于氣道關(guān)系，冷卻水流動不通暢，特別是在流速快的情況下，處在渦流區(qū)的氣缸套壁受到強烈沖擊，引起侵蝕。四沖程柴油機氣缸套冷卻水進口處也常會出現(xiàn)穴蝕。

2防止穴蝕的措施

為了防止氣缸套產(chǎn)生穴蝕，必須采取措施避免發(fā)生氣泡，或者使氣泡不致集中在一起，或使氣泡破滅時不接觸缸套外壁。為此，可從以下幾方面著手。

2.1減小氣缸套的振動

氣泡的產(chǎn)生與缸套的振動是分不開的，因此減小缸套的振動是消除穴蝕現(xiàn)象最有效的辦法。

（1）盡可能減小活塞與氣缸的配合間隙。例如某柴油機活塞頭部和氣缸套的間隙由1.5mm減少為1.2mm，裙部間隙由0.5mm減至0.4mm，活塞外形由兩段錐形改為三段錐形后，氣缸套穴蝕顯著好轉(zhuǎn)。但應(yīng)特別注意，間隙的減小應(yīng)始終受到可能拉缸的限制。

（2）提高氣缸套的剛度。增加氣缸套的壁厚，縮短氣缸套支承間的跨距，增加輔助支承等均可以提高其剛度，使穴蝕大為降低。研究表明，氣缸套壁厚小于氣缸內(nèi)徑的8%時，就會出現(xiàn)穴蝕破壞，而壁厚大于內(nèi)徑的9%時，穴蝕破壞比較少見。12V180型柴油機將壁厚由8mm增加到9.5mm，并在其外表面鍍鉻，即消除了穴蝕。現(xiàn)代中速柴油機的氣缸套多采用厚支承凸緣鉆孔冷卻的結(jié)構(gòu)形式，穴蝕現(xiàn)象較少發(fā)生。

（3）保證氣缸套的支承剛度。氣缸套的上下腰帶處與機體上、下支撐孔的配合間隙不宜過大，小的間隙有利于限制氣缸套振動的振幅，從而減少穴蝕的破壞。

（4）盡力提高修理和裝配精度，以減少發(fā)動機工作時的振動。

2.2改善冷卻水在水套中的流動

冷卻水流道應(yīng)該是暢通的，不存在“死水區(qū)”“渦流區(qū)”和局部狹窄處。最好采用切向進水口，因為冷卻水切向流動會使空泡離開缸套表面附近的強烈振動區(qū)。由于空泡破滅時已隨水流而去，沒有足夠的時間擠入氣缸套外壁的微小針孔中，因而不致產(chǎn)生嚴重的穴蝕。6300型柴油機最初使用700h就發(fā)現(xiàn)氣缸套穴蝕穿孔，后將水夾層最窄處加寬，并將機體兩端處進水改為每缸獨立切向進水，穴蝕破壞情況有了顯著改善。此外，提高冷卻水溫對減輕穴蝕有一定好處。當水溫為55℃時最為不利，85℃左右較好。

2.3氣缸套外表面加覆蓋層

在氣缸套外表面鍍一層厚0.02～0.03mm的乳白色鍍鉻層，可以有效地防止穴蝕。但鉻鍍層不宜太厚，否則會因振動而碎裂并脫落。硬的光澤鉻層由于脆性大及存在細微裂紋，是不能可靠地防護氣缸套的，因此不宜使用。此外，鍍鉻工藝較復雜、成本高，質(zhì)量不易保證，再兼之對環(huán)境有一定污染，使之在應(yīng)用上受到一定限制。

在氣缸套外表面涂敷環(huán)氧酚醛樹脂，可以吸收空泡的沖擊能量，也可減輕穴蝕破壞。但因其脆性較大，不能長期地保留在表面上。

氣缸套外表面進行滲氮、擴滲鉻—錳處理，亦能取得較好的防穴蝕效果。即使氣缸套外圓表面上不做任何覆蓋層，如能降低其表面粗糙度，就能使其材料得以改善，如使其材料中的石墨呈片狀或球狀，而非細碎的，也可提高其自身的抗穴蝕能力。

2.4在冷卻水中加入添加劑

閉式循環(huán)冷卻系統(tǒng)中，在冷卻水內(nèi)加入添加劑，如抗蝕劑、乳化油等，使其在氣缸套外圓表面形成一層極薄的膜。而水中亦形成液滴，被圍在氣泡中或圍在氣泡外，從而使液體沖擊能量減少，穴蝕的產(chǎn)生及擴展速度降低，乳化防銹油即為其中的一種。