拖拉机气缸套的穴蚀产生及预防措施探讨

黑龙江省齐齐哈尔泰来县宁姜蒙古族乡农机站　王秀芬

拖拉机气缸套的穴蚀产生及预防措施探讨

黑龙江省齐齐哈尔泰来县宁姜蒙古族乡农机站王秀芬

穴蚀是一种局部腐蚀，它一般发生在气缸套外表面连杆摆动平面内活塞主推力面一侧或在进水及水流转弯处，有很多孔径为1.5mm、深达2.3mm的孔群，成片状分布。孔洞表面清洁，没有腐蚀生成物的沉积。随着柴油机运转时间的延长，这些孔洞逐渐扩大、变深，甚至穿透气缸套壁。由于柴油机的平均有效压力及转速不断提高，气缸套及机体越来越多地出现穴蚀破坏，而穴蚀一旦发生，其发展会很快，有的柴油机运行不到1000h，缸套就因穴蚀穿透缸壁而报废，而此时缸套内圆工作表面尚未达到磨损极限。所以穴蚀严重地影响到气缸套的工作可靠性和使用寿命。

1气缸套穴蚀产生的原因

发动机气缸套穴蚀方面的研究这些年一直在进行，但关于气缸套穴蚀产生的本质原因一直没有定论。多数研究者认为，气缸套振动是发生穴蚀现象的主要原因。另外，关于穴蚀产生的原因还有以下观点：冷却水的温度、冷却水流速、冷却水压力、冷却水含气量等。下面我们就气缸套振动与穴蚀产生做些分析。

柴油机运转时，活塞在连杆作用下在气缸内做往复运动，活塞经上、下止点时，有交变的侧压力作用于气缸壁。又由于活塞与气缸是动配合件，在活塞与气缸套之间必须留有一定的间隙，因而导致活塞往复运动时出现横向摆动，从而对缸套产生撞击，引起气缸套壁振动和变形。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发生在气缸套外壁最小的针孔中。当气泡在周围高压下收缩以至破灭消失时，产生强大的压力冲击波，使铸铁材料中的石墨首先脱落。这个过程反复进行，促使材料疲劳破坏。越是在狭窄的孔洞里，冲击波的能量就越大，故穴蚀向纵深发展很快。

此外，气缸壁受拉应力、变形及应力大的部位成为阳极，易受腐蚀。气缸套处于含氧的冷却液中会形成氧电极，氧电极的电位与液体中含氧的浓度成正比。在气缸套外表面的穴窝处以及气缸套与机体配合处等“死水区”，往往含氧量少而形成浓差电池，引起金属腐蚀。

在二冲程柴油机中，由于气道关系，冷却水流动不通畅，特别是在流速快的情况下，处在涡流区的气缸套壁受到强烈冲击，引起侵蚀。四冲程柴油机气缸套冷却水进口处也常会出现穴蚀。

2防止穴蚀的措施

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，或使气泡破灭时不接触缸套外壁。为此，可从以下几方面着手。

2.1减小气缸套的振动

气泡的产生与缸套的振动是分不开的，因此减小缸套的振动是消除穴蚀现象最有效的办法。

（1）尽可能减小活塞与气缸的配合间隙。例如某柴油机活塞头部和气缸套的间隙由1.5mm减少为1.2mm，裙部间隙由0.5mm减至0.4mm，活塞外形由两段锥形改为三段锥形后，气缸套穴蚀显著好转。但应特别注意，间隙的减小应始终受到可能拉缸的限制。

（2）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，增加辅助支承等均可以提高其刚度，使穴蚀大为降低。研究表明，气缸套壁厚小于气缸内径的8%时，就会出现穴蚀破坏，而壁厚大于内径的9%时，穴蚀破坏比较少见。12V180型柴油机将壁厚由8mm增加到9.5mm，并在其外表面镀铬，即消除了穴蚀。现代中速柴油机的气缸套多采用厚支承凸缘钻孔冷却的结构形式，穴蚀现象较少发生。

（3）保证气缸套的支承刚度。气缸套的上下腰带处与机体上、下支撑孔的配合间隙不宜过大，小的间隙有利于限制气缸套振动的振幅，从而减少穴蚀的破坏。

（4）尽力提高修理和装配精度，以减少发动机工作时的振动。

2.2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”和局部狭窄处。最好采用切向进水口，因为冷却水切向流动会使空泡离开缸套表面附近的强烈振动区。由于空泡破灭时已随水流而去，没有足够的时间挤入气缸套外壁的微小针孔中，因而不致产生严重的穴蚀。6300型柴油机最初使用700h就发现气缸套穴蚀穿孔，后将水夹层最窄处加宽，并将机体两端处进水改为每缸独立切向进水，穴蚀破坏情况有了显著改善。此外，提高冷却水温对减轻穴蚀有一定好处。当水温为55℃时最为不利，85℃左右较好。

2.3气缸套外表面加覆盖层

在气缸套外表面镀一层厚0.02～0.03mm的乳白色镀铬层，可以有效地防止穴蚀。但铬镀层不宜太厚，否则会因振动而碎裂并脱落。硬的光泽铬层由于脆性大及存在细微裂纹，是不能可靠地防护气缸套的，因此不宜使用。此外，镀铬工艺较复杂、成本高，质量不易保证，再兼之对环境有一定污染，使之在应用上受到一定限制。

在气缸套外表面涂敷环氧酚醛树脂，可以吸收空泡的冲击能量，也可减轻穴蚀破坏。但因其脆性较大，不能长期地保留在表面上。

气缸套外表面进行渗氮、扩渗铬—锰处理，亦能取得较好的防穴蚀效果。即使气缸套外圆表面上不做任何覆盖层，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状或球状，而非细碎的，也可提高其自身的抗穴蚀能力。

2.4在冷却水中加入添加剂

闭式循环冷却系统中，在冷却水内加入添加剂，如抗蚀剂、乳化油等，使其在气缸套外圆表面形成一层极薄的膜。而水中亦形成液滴，被围在气泡中或围在气泡外，从而使液体冲击能量减少，穴蚀的产生及扩展速度降低，乳化防锈油即为其中的一种。