張志斌

摘 要：穴蝕對氣缸套的破壞力很大，有的柴油機(jī)運(yùn)行不到1000 h，缸套就因穴蝕穿透缸壁而報廢，穴蝕嚴(yán)重地影響到氣缸套的工作可靠性和使用壽命，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。對氣缸套穴蝕產(chǎn)生的原因進(jìn)行了探析，并提出了預(yù)防措施。

關(guān)鍵詞：氣缸套；穴蝕；預(yù)防措施

中圖分類號：TK423 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A doi：10.14031/j.cnki.njwx.2016.07.061

穴蝕是一種局部腐蝕。缸套穴蝕發(fā)生的部位都聚集在氣缸套外表面連桿擺動平面以內(nèi)，且在下述三個區(qū)域內(nèi)最易產(chǎn)生：在連桿擺動平面的兩側(cè)，缸套中上部及下部且在活塞主推力面一側(cè)穴蝕較為嚴(yán)重；在進(jìn)水口處及水流轉(zhuǎn)彎處；在支承及上下腰帶處，有很多孔徑為1～5 mm、深達(dá)2～3 mm的孔群，成片狀分布?？锥幢砻媲鍧?，沒有腐蝕生成物的沉積。隨著柴油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時間的延長，這些孔洞逐漸擴(kuò)大、變深，甚至穿透氣缸套。由于柴油機(jī)的平均有效壓力及轉(zhuǎn)速不斷提高，氣缸套及機(jī)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(jī)運(yùn)行不到1000 h，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(dá)到磨損極限，所以穴蝕嚴(yán)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

迄今為止，關(guān)于氣缸套穴蝕的本質(zhì)原因還不十分清楚，但多數(shù)研究者認(rèn)為，氣缸套振動是發(fā)生穴蝕現(xiàn)象的主要原因。柴油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時，活塞經(jīng)上、下止點(diǎn)時，其位置從氣缸套的一側(cè)改變到另一側(cè)，由于活塞擺動撞擊氣缸壁，會引起氣缸套振動和變形。氣缸套外壁冷卻水附層因振動而受到拉伸，由于水的內(nèi)聚力小于附著力，使緊貼缸壁的那部分水層振離缸壁，僅剩一薄層水膜貼附缸壁，缸壁上的水膜與水層之間產(chǎn)生了瞬時的高真空，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(dāng)氣泡在周圍高壓下收縮以致破滅消失時，產(chǎn)生強(qiáng)大的壓力沖擊波，其壓力可達(dá)數(shù)千個大氣壓，它在氣泡消失的瞬間沖擊氣缸套外壁，使之承受極高的沖擊、擠壓應(yīng)力，使鑄鐵材料中的石墨首先剝落。這個過程反復(fù)進(jìn)行，促使材料疲勞破壞，從氣缸套外壁上一粒一粒地剝落下來，形成針孔。越是在狹窄的空洞里，沖擊波的能量也越大，故穴蝕向縱深發(fā)展很快。

鑄鐵為多相組織，在電化學(xué)作用下，基體金屬腐蝕很快，但其腐蝕產(chǎn)物沉積在石墨網(wǎng)絡(luò)中，并牢固地附著在金屬表面，形成一層保護(hù)膜，實(shí)際上阻礙了腐蝕進(jìn)一步發(fā)展。因此，在一般情況下有一定的耐腐蝕能力。但在穴蝕的情況下，石墨的剝落破壞了腐蝕產(chǎn)物保護(hù)層，使基體金屬的電化學(xué)腐蝕一直進(jìn)行下去，從而加速了外表面的腐蝕進(jìn)程。

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(jī)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(jī)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(qiáng)烈沖擊，引起侵蝕。四沖程柴油機(jī)氣缸套冷卻水進(jìn)口處也常會出現(xiàn)穴蝕。

2 預(yù)防措施

為防止氣缸套產(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套的間隙。間隙小則活塞側(cè)擺時對缸套的沖擊能量也小。具體地可以采用提高活塞加工精度；采用膨脹系數(shù)與氣缸套材料大致相同的材料來制造活塞，對活塞進(jìn)行有效的冷卻，改進(jìn)活塞外形等措施。例如某柴油機(jī)活塞頭部和氣缸套的間隙由1.5 mm減少為1.2 mm，裙部間隙由0.5 mm減少至0.4 mm，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，間隙的減小會加大拉缸的風(fēng)險。

（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(jī)將壁厚由8 mm增加到9.5 mm，并在其外表面上鍍鉻，即消除了穴蝕?，F(xiàn)代中速柴油機(jī)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。

2.2 提高缸套的加工精度和裝配質(zhì)量

如安裝缸套，應(yīng)將防水圈套在氣缸套外壁上的凹槽之內(nèi)，用螺絲刀插到防水圈與缸套之間劃幾圈，以避免防水圈扭曲，并使周圍張力均勻。這樣既能加強(qiáng)防水圈的密封作用，又能防止壓入缸套時防水圈將氣缸套擠壓變形。否則，缸套在缸體內(nèi)安裝不正，產(chǎn)生變形，將使活塞產(chǎn)生附加載荷，即活塞對缸套沖擊增加，使缸套振動加劇，穴蝕亦加劇。

2.3 選擇適當(dāng)?shù)臍飧滋缀蜋C(jī)體間的配合尺寸

氣缸套定位環(huán)帶和機(jī)體的配合面間因?yàn)橛虚g隙存在，所以往往是穴蝕較為嚴(yán)重的地方。某些柴油機(jī)在這些配合面處采用了較小的過盈配合，取得了良好的效果。也有的在配合處接近水腔的端面裝置橡膠密封圈以防止水進(jìn)入配合面縫隙。

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(kuò)展速度降低。