浅谈柴油机气缸套穴蚀的原因和预防之化学论文

　　摘要：柴油机气缸套穴蚀的产生，严重地影响着柴油机的工作可靠性和使用寿命。在柴油机发展日益强化的今天，分析气缸套穴蚀的影响因素，找出产生穴蚀的原因和提出防止气缸套发生穴蚀的措施，已是当务之急。下面论文就穴蚀的原因和预防作一小谈。
　　主题词：气缸套穴蚀，原因，预防
　　气缸套是柴油机的重要零件之一，它的作用有：1）与气缸盖、活塞组成燃烧室，承受压缩压力和爆炸压力；2）引导活塞作往复直线运动，承受活塞的侧推力；3）把燃烧后多余的热量传给冷却水，保持正常工作温度。
　　柴油机气缸套的穴蚀，就是指水冷却的气缸套外表面所产生的局部破坏，这种破坏外观上看为蜂窝状凹坑，当凹坑密集时，类似海棉状组织，多集中在气缸套中、下部位置，严重的穴蚀很深甚至透过气缸壁。气缸套穴蚀是由于“穴泡腐蚀”、“电化学腐蚀”和其它腐蚀的综合作用而引起的。
　　一、气缸套穴蚀破坏的原因
　　1、气缸套的振动：气缸套振动是发生穴蚀现象的主要原因。柴油机运转中，活塞经上、下止点时，其位置从气缸套的一侧改变到另一侧，由于活塞侧倾摆动撞击气缸套壁，就会引起气缸套壁振动和变形。如果气缸套与活塞的间隙愈大，则活塞撞击缸壁的速度愈大，撞击能量就愈大，发生穴蚀也就愈严重。气缸套外壁冷却水附层因振动而产生瞬时的高压和高真空，局部高真空区冷却水蒸发成气泡，有的气泡受振动挤入或者发生在气缸套外壁最小的针孔中。当气泡收缩以致消失时，产生压力冲击波，其压力可达数千个大气压，它在极短的时间内冲击气缸套外壁，使之承受很高的冲击、挤压应力，使缸套铸铁材料中的石墨首先剥落。这个过程反复进行，促使材料疲劳破坏，从气缸套外壁上一粒一粒地剥落下来，形成针孔。越是在狭窄的空洞里，冲击波的能量也越大，造成的破坏力越强，穴蚀向纵深发展也越快。
　　2、冷却系统的结构：在开式冷却系统中往往没有调温器，进入柴油机的水温随工作环境条件及季节的不同而剧烈地变化着。柴油机常是以过冷状态工作，从而增加了间隙及缸套振动。在闭式冷却系统中，循环的冷却水是清洁的淡水，穴蚀的破坏力较开式冷却系统小。
　　3、柴油机工况的影响：不同工况时缸套活塞组的间隙及侧推力的大小随时在改变，在具体的柴油机中，转速的提高使惯性力增加，并增加了在单位工作时间内活塞撞击缸壁的次数，所以增加了穴蚀破坏。
　　4、冷却液特性的影响：经常更换冷却水因冷却水中含有大量的空气而加快穴蚀破坏。气缸套的外壁受到电化学腐蚀和化学腐蚀。电化学腐蚀是由于缸套与缸体材料合金组织的差异而引起局部电解现象，电化学腐蚀后仍存留氧化铁、碳化铁等多相氧化层，腐蚀后的气缸套壁面多呈蜂窝形状。化学腐蚀是由于冷却水中含有氯化镁，它和水与铁氧化反应后产生氢氧化铁而附着在气缸套外壁。
　　二、气缸套穴蚀的预防
　　影响气缸套穴蚀的因素非常广泛而又复杂，为了防止气缸套产生穴蚀，必须采取措施避免发生气泡，或者使气泡不致集中在一起，或者限制气泡溃灭时的最小尺寸。可以从如下几方面着手：
　　1、减少气缸套的振动。减少气缸套的振动是消除穴蚀现象最有效的办法。
　　1）尽可能减少活塞和气缸套的间隙：间隙小则活塞对气缸套的冲击能量也小。提高活寒加工精度、采用膨胀系数大体上与气缸套相同的材料制造活塞、对活塞进行有效的冷却、改进活塞外形轮廓等都可以使活塞和气缸套的间隙减少。
　　2）加长活塞尺寸：长活塞横摆时与缸套的接触面积大，振动频率低，可以减少穴蚀。
　　3）提高气缸套的刚度：增加气缸套的壁厚、缩短气缸套支承间的跨距、增加辅助支承等以提高其刚度，从而减少振动，可以使穴蚀大为降低。
　　2、选择适当的气缸套和机体间的配合尺寸：气缸套定位环带和机体的配合面间因为有间距存在，所以往往是穴蚀较为严重的地方。某些柴油机在这些配合面处采用了较小的过盈配合，取得了良好效果。也有的在配合处接近水腔的端面，装置橡胶密封圈以防止水进入配合面缝隙。
　　3、改善冷却水在水套中的流动：冷却水流道应该是畅通的、不存在“死水区”、涡流区和局部的狭窄区。最好采用切向进水口，因为冷却水切向流动会使空泡离开强烈振动区，由于没有足够的时间挤入气缸套表面的微小针孔中去，因而不致产生严重的穴蚀。此外，提高冷却水温度对减轻穴蚀也有一定好处。当系统中压力1.1~1.2个大气压温度为85~90℃和压力约2个大气压温度为90~95℃时能有效防止穴蚀。冷却水温度55℃时穴蚀最强。水腔中的水流速度不应超过2米/秒，水套进出口处不应有剧烈的压力降，在进水管道中水流速度不能大于5米/秒。在冷却水中添加乳化油1%，由于表面张力小从而减少了冲击压力，穴蚀破坏也减少。
　　4、气缸套外表面加覆盖层：
　　1）在气缸套外壁镀一层厚约0.02~0.03mm的乳白色铬镀层，可以有效地防止穴蚀。因为铬层具有较高的机械性能和良好的防腐能力，故能抵制穴泡浸蚀和电化学腐蚀。
　　2）在气缸套外表面涂敷环氧一酚醛脂，使其吸收空泡的冲击能量，也可减轻穴蚀破坏。
　　3）用海水直接冷却的柴油机气缸套，在其外表面易穴蚀处包裹锌带、电镀隔钛合金层，还有气缸套外表面进行扩渗铬一锰处理也能取得较好的防穴蚀效果。
　　总伤论文所述，影响气缸套穴蚀的因素很多，预防穴蚀的措施也不少。技术人员在进行柴油机产品设计时，必须充分考虑防止气缸套穴蚀的问题，使用维护人员在管理上尽量做好减少气缸套穴蚀的措施。
　　参考文献
　　[1]武汉水运工程学院船机工艺教研室编《船舶机械制造与修理工艺学》人民交通出版社1987年
　　[2]广东省水产学校主编《渔船柴油机管理与维修》农业出版社1981年