柴油机活塞环组织结构及热处理影响探究

《柴油机活塞环组织结构及热处理影响探究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、柴油机活塞环组织结构及热处理影响探究【摘要】活塞环是内燃机中最关键性的零件之一，它不仅起着密封、润滑、导热和定位四大作用，而且对控制排放造成的环境污染也起着重要的作用本文对比研究了试样热处理前后的组织结构变化、结合EDS试验相关数据，分析活塞环失效的影响原因。试验结果表明活塞环失效与基体组织及成分有着密切的关系。活塞环的基体组织以细粒状珠光体或回火索氏体、石墨呈现细小均匀分布为最佳；并改进了活塞环传统的生产工艺，对活塞环进行调质处理。实验表明，合金铸铁活塞环采用热处理强化是提高使用寿命的有效途径，该新工艺可以显著提高活塞环的耐磨性能，大幅度延长其使用寿命。【关键词】柴油机；活塞环；合金

2、铸铁；组织结构；残余奥氏体；热处理；淬火和回火【中图分类号】TK【文献标识码】A【文章编号】1007-4309（2012）03-0084-1.5一、试验方法及操作5活塞环的损毁方式及冶金质量的控制要求。机械疲劳、热疲劳、磨损、化学腐蚀以及热腐蚀成为主要的损毁方式，其中以磨损尤为突出。常见磨损方式有以下3种：摩擦磨损，通常由硬粒子引起，理想的运行工况可以有效地减少硬粒子数量，从而降低磨损并延长吊缸周期，此时的缸套内壁和环的表面均呈膜状抛光态。腐蚀磨损，是由在燃烧气体中生成的硫酸和凝聚的水侵蚀金属表面所引起的，有时在缸套内壁和活塞环的上下表面会出现较多的腐蚀磨损，此时应监控柴油机的油耗以及

3、燃油的质量。粘着磨损，亦称之为金属磨损。由于某种原因致使活塞环和缸套的表面未有足够的润滑油，从而发生相互直接的金属接触，结果产生金属咬合。材料的使用性能由其力学性能及物理化学性能来表征。这些性能显然取决于材料的组织结构，而组织结构又是由铸铁的化学成分和冶金过程决定的。良好的综合力学性能可以满足活塞环的使用性能，其中抗拉强度应保持在300-400N/mm2水平。一定的延伸率对于保证抗冲击能力是必要的，抗冲击能力通常用抗弯强度来表征，一般为500-600N/mm2。试验所需设备及材料。无裂纹、夹杂、疏松等缺陷的S50-MC型船用失效活塞环。无齿锯，砂轮，M-2型金相试样预磨机，P-2型金相

4、试样抛光机，BF-39型热处理炉，能谱仪（EDS），MH-6型显微硬度计，CCD型数据采集系统，不同粗经的砂纸一套，抛光布，吹风机，2001型温度控制仪，4%硝酸酒精，酒精试剂，冷却剂（清水），抛光剂。试验方法和步骤见图1。5图1柴油机活塞环热处理强化新工艺：正火处理；淬火+高温回火。如图2所示。图2S50-MC型船用活塞环热处理强化新工艺二、试验结果处理及讨论为了深入了解失效活塞环的失效原因，采用CCD型图像采集系统采集了热处理前后活塞环试样的微观组织图像。在无腐蚀情况下，可以观察到石墨化程度；在轻度腐蚀情况下，可以观察到微观组织中心为石墨，周围分布的为铁素体，晶界出现；在重度腐蚀情

5、况下，可以观察到晶界磷化物。众所周知，在活塞环的基体中，珠光体中的铁素体和渗碳体成片状交替排列。活塞环在跑合阶段发生粘着磨损，主要是铁素体片层内发生了微量的塑性变形。为了克服粘着磨损，应减少铁素体与渗碳体的片间距，使基体组织为细片珠光体或回火索氏体。同时，珠光体片间距越小，相界面越多，则硬度越高，材料的耐磨性能越好。根据我国工程材料标准规定，有专用于生产活塞环的耐磨铸铁。根据断裂活塞环材料成分的测定结果，可以判断其材料为铬钼铜铸铁，这是经常用于大型船用柴油机活塞环的材料，但其中的Si、Cr、Mo、Cu均低于标准规定。国家标准见下表。表活塞环化学成分（质量分数）%5文献介绍，活塞环用铸铁

6、基体的显微组织应为片状珠光体，呈网状分布于基体中（斯氏体），这种均匀分布形式可以提高耐磨性。片状石墨在活塞环珠光体基体中虽可改善储油性能，但也起到微裂纹的作用。三、结论与建议5通过对比试样热处理前后的微观组织结构变化、结合试验数据及分析结果，可得出以下结论：活塞环显微组织中，片状珠光体基体上的片状石墨分布不均匀，且尺寸相差较大。磷共晶体积小，量少、未呈网状分布于基体中，降低了活塞环的耐磨性和耐蚀性，这是该活塞环早期失效的重要原因；燃油中较多硫和钒的存在，使得燃烧产物中钒的氧化物等熔化后粘附在活塞环面上，最先沿着片状石墨腐蚀了活塞环表面，并通过石墨片向基体内扩展。裂纹中产生高温氧化和硫化

7、，是该活塞环裂纹扩展并最终导致该活塞环早期失效的主要原因；由于柴油机的燃油不大可能更换为轻质柴油，主要应提高活塞环质量。活塞环制造过程中应严格工艺，保证化学成分，使片状石墨分布均匀，磷共晶较多呈网状分布，以提高活塞环的强度、耐磨性和耐蚀性；活塞环的基体组织以细片珠光体或回火索氏体、石墨形态呈现细小均匀分布为佳；对S50-MC型船用柴油机活塞环采取热处理新工艺与采取普通热处理工艺相比较而言：调质组织的强度、硬度、塑性以及韧性均高于正火组织；对S5