黃學(xué)衛(wèi)，梁志杰，蔡志海

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

汽缸套/活塞環(huán)是柴油機(jī)的重要摩擦副，該摩擦副在完成熱能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的同時(shí)，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(rùn)滑劑進(jìn)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(dòng)機(jī)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(shí)，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(huì)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(jī)油等癥狀;磨粒磨損會(huì)對(duì)缸壁造成劃傷，俗稱“拉毛”;粘著磨損嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成“拉缸”［4］。以上3種磨損都會(huì)嚴(yán)重影響柴油機(jī)的動(dòng)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(guò)試驗(yàn)分析了表面強(qiáng)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(yàn)條件

1.1 試樣

汽缸套和活塞環(huán) (氣環(huán))經(jīng)表面強(qiáng)化 (方法如表1所示)后，進(jìn)行配副，通常情況下有9種組合，見(jiàn)表1。

表1 試樣表面強(qiáng)化方法

1.2 試驗(yàn)儀器

MM-200摩擦磨損實(shí)驗(yàn)機(jī)、分析天平、千分尺。

1.3 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)壓應(yīng)力為600 N，每次摩擦?xí)r間4 h，運(yùn)轉(zhuǎn)速度400 r/min。

2 結(jié)果分析

2.1 摩擦系數(shù)μ

按試驗(yàn)條件測(cè)量4次摩擦系數(shù)，計(jì)算得出平均值。每組的摩擦系數(shù)平均值見(jiàn)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(shí)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(qiáng)化處理工藝。

2.2 總失重δ

按試驗(yàn)條件測(cè)量4次摩擦副總失重，計(jì)算得出平均值。每組的總失重平均值見(jiàn)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(shuō)明在實(shí)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(yàn)條件測(cè)量4次磨痕寬度，計(jì)算得出平均值。每組的活塞環(huán)磨痕寬度平均值見(jiàn)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(guò)對(duì)模擬缸套/活塞環(huán)摩擦副分別進(jìn)行表面強(qiáng)化處理后，作配副性試驗(yàn)，對(duì)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(jìn)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(guò)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(guò)采取有效的潤(rùn)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(xiàng)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(qiáng).柴油機(jī)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(jī)維護(hù)與修理［M］.北京:人民交通出版社，2008.

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

［4］徐久軍，嚴(yán)立.船舶柴油機(jī)汽缸套拉缸機(jī)理的試驗(yàn)研究 ［J］.潤(rùn)滑與密封，2000(6):24-26.