表面修复技术在柴油发动机曲轴修复中的应用与对比

张亚萍

摘 要：介绍了曲轴失效原因与形式，叙述曲轴进行尺寸恢复时应用的表面修复技术，针对曲轴不同磨损情况，结合表面修复技术特点，通过表面修复技术综合分析对比，提出失效曲轴进行修复时应采用的表面修复技术。

关键词：曲轴;尺寸恢复;表面修复技术;对比分析

0 引言

曲轴是发动机中传递动力重要的高速运转部件之一，对柴油机可靠运行起着至关重要的作用。在工作过程中，常由于曲轴失效而导致机器不能正常工作。合理选择表面修复技术对失效曲轴进行修复，恢复曲轴使用性能，延长曲轴使用寿命，充分挖掘曲轴的潜在价值非常必要。

1 曲轴失效形式与原因

（1）磨损。曲轴在工作中承受着冲击载荷和循环应力，使轴瓦摩擦副产生摩擦磨损，轴颈圆度和圆柱度超差而使曲轴失效。

（2）烧伤。轴瓦摩擦副润滑不良或机油压力不足发生抱瓦现象，使轴颈表面产生烧伤退火。

（3）擦伤。机油不清洁，润滑油中有硬质颗粒致使轴颈表面产生划痕。

2 常用表面修复技术

2.1 高速电弧喷涂技术修复曲轴

根据曲轴材质及轴颈表面硬度选取喷涂材料及制定工艺规范，打底层选镍包铝，3Cr13耐磨涂层为工作层。

工艺流程为：喷前检查→喷前表面预处理→涂层设计→按工艺规范实施喷涂→喷后处理→涂层机械加工→质量检测→包装入库或发运。

修复后涂层与基体之间主要是机械结合，结合强度为3～5 kg·cm-2，硬度HRC35～45，耐磨性能比较好。涂层中存在气孔、氧化物夹杂以及残余应力。

2.2 等离子喷涂技术修复曲轴

根据曲轴材质及轴颈表面硬度，选取喷涂粉末和制定工艺规范，过渡层选镍包铝粉，工作层选镍铬硼硅系列粉。

工艺流程为：喷前检查→喷前表面预处理→涂层设计→按工艺规范实施喷涂→喷后处理→涂层机械加工→质量检测→包装入库或发运。

修复后涂层与基体之间的结合强度可达到5.5～7.0 kg·cm-2，硬度HRC35～50，耐磨性能比较好。涂层气孔率≤2%，存在残余应力。

2.3 无刻蚀低温镀铁技术修复曲轴

氯化亚铁电解液作为镀液，采用对称脉冲活化机理工艺施镀，根据曲轴材质及轴颈表面硬度，制定工艺规范。

工艺流程为：镀前检查→镀前预处理→按工艺规范施镀→估时测量→镀后处理→质量检测→包装入库或发运。

修复后镀层与基体结合强度25～30 kg·cm-2，镀层硬度HRC45～55，镀层耐磨性能比较好。

2.4 激光熔覆技术修复曲轴

根据曲轴材质及轴颈表面硬度，设计熔覆层成分、选择熔覆粉末以及制定工艺规范。

工艺流程：熔覆前检查→熔覆前预处理→选择铁基自熔性合金粉末→装夹待修复曲轴→编制熔覆程序→同轴送粉→氩气保护熔池→按工艺规范进行熔覆→熔覆后处理→质量检测→包装入库或发运。

修复后熔覆层与基体为冶金结合、组织致密、无夹渣、无气孔，熔覆层硬度HRC17～70，耐磨性非常好，修復工件无变形。

3 常用表面修复技术对比与分析

3.1 高速电弧喷涂技术修复曲轴

涂层与基体之间结合强度和涂层表面硬度比较低，涂层中有氧化物夹杂而且孔隙率比较高，修复材料在喷涂过程中损耗大，但是，它生产效率高，修复周期短。对于小马力柴油发动机曲轴，轴颈磨损量0.50～1.20 mm内，采用高速电弧喷涂技术修复，能满足其使用要求，从经济性考虑比较合理。

3.2 等离子喷涂技术修复曲轴

涂层组织致密，气孔率≤2%，生产效率比较高，修复周期短。对于大中型、轻负荷柴油发动机曲轴，轴颈磨损量0.50～1.00 mm内的修复，从可靠性、使用性、经济性方面考虑，选择等离子喷涂技术比较合理。对于大马力、重载荷柴油机曲轴，由于涂层中有气孔和残余应力存在，使得涂层耐磨性能下降比较快，影响曲轴工作可靠性和使用寿命，所以，大马力、重载荷柴油机曲轴修复尽量不选择此工艺。

3.3 无刻蚀低温镀铁技术修复曲轴

镀层与基体之间结合强度、表面硬度比较高，镀层耐磨性能比较好，对于大中型、轻负荷柴油发动机曲轴，轴颈磨损量0.30～2.00 mm内的修复，镀层机械性能满足其使用性能和工作性能要求，工作可靠、使用寿命延长，修复周期短、成本低，经济效益好。对于大马力、重载荷曲轴进行修复时，由于镀层存在氢脆现象和表面晶界裂纹，承受重载荷时镀层耐磨性下降，曲轴使用寿命有所降低，所以，不适合修复大马力、重载荷曲轴。

3.4 激光熔覆技术修复曲轴

可通过不同合金粉末混合进行熔覆层成分设计，可得到致密、冶金结合涂层;修复工件不变形;熔覆层表面硬度根据选择熔覆粉末确定，轴颈恢复尺寸不受磨损量限制，所以，激光熔覆修复技术优于其它表面技术。特别适合对大马力、重载荷以及进口大型农业机械曲轴的修复，修复后曲轴工作可靠性、使用寿命都有所提高，而且修复周期短，经济效益高。

4 结论

综上所述，不管采用那种表面技术对曲轴进行尺寸恢复，最终目的是恢复曲轴使用价值，即工作可靠、耐磨性好、使用寿命长。在进行修复质量对比的同时，也要进行经济效益的对比，以便正确选择表面技术进行修复。合理选择表面技术对失效曲轴进行修复非常必要，特别是对大马力、重载荷以及进口大型农业机械曲轴的修复，经济效益、社会效益十分显著。