表面工程技术在发动机修复与强化中的应用

2007-09-25 阅读:　出处:车海中国 编辑：秋丝落叶

　　1.2气缸盖的损伤

　　气缸盖结构复杂，其上有进、排气阀孔、示功器孔、安全阀孔、启动阀孔、喷油器孔等，内部有一系列不规则形状的冷却水腔和进、排气道，横向和垂向分别与进、排气管和机身相连接。工作条件比较恶劣，它的底（热）面受着燃气的高温、高压和腐蚀作用，水夹层也受着冷却水的腐蚀，且冷、热不均，受力复杂，缸盖的其它部分也因固紧螺栓而产生机械应力。其主要损伤形式有：缸盖裂纹、阀座损伤（阀座扭曲、磨损、裂纹等）。

　　1.3凸轮挺杆的损伤

　　凸轮挺杆是发动机中一对常出现磨损失效的摩擦副之一。随着发动机不断向高速、大功率发展、配气机构的弹簧力、摩擦面间的相对滑动速度不断增加，凸轮挺杆间的润滑条件更加苛刻。其主要损伤形式是由于粘着磨损和疲劳磨损而引起的擦伤和点蚀。

　　1.4曲轴的损伤

　　曲轴是发动机上最重要的部件之一，工作中承受弯曲、扭转负荷和一定的冲击负荷。曲轴的工作可靠性和寿命在很大程度上决定了发动机的可靠性与寿命。曲轴损伤的主要形式有：（1）轴颈的磨损；（2）曲柄销或主轴颈与曲柄臂相连接的圆角部位裂纹、断裂；（3）曲柄销或主轴颈油孔部位裂纹、断裂；（4）腐蚀所造成的断裂；（5）组合式曲轴缸套部位滑移；（6）由于烧瓦而造成的曲轴表面裂纹及拉伤；（7）曲轴的弯曲与扭曲。

　　2表面工程技术在发动机中的应用

　　分析发动机零部件损坏的形式和特点可以得出发动机零部件失效的主要形式为：磨损、腐蚀与疲劳等，它们多发生于表面，或者是先从表面开始，所以提高材料表面性能对延长零部件使用寿命和发挥潜力有着重要的作用。

　　提高材料表面耐磨性的强化方法往往是从提高表面硬度和减少摩擦系数两方面着手。迄今为止，传统的表面淬火和渗碳淬火还是提高零部件耐磨性的主要手段，曲轴、活塞销、凸轮与凸轮轴等大量零部件都是采用这种工艺方法。气体渗氮、碳氮共渗、离子氮化等主要是利用弥散分布的氮化物来提高材料的表面硬度；渗硼、渗钒、渗铬和沉积碳化物、氮化物处理所得到的高硬度和超高硬度的化合物层，具有更优异的抗磨料磨损能力和高的抗粘着磨损能力；表面镀层，如镀铬层等也是一种广泛应用的耐磨性镀层。

　　改善摩擦条件，降低摩擦系数的表面处理可从另一方面提高材料的耐磨性。渗硫、硫氮共渗、硫氮碳共渗、磷化、石墨化渗层都是在金属表面生成减摩的化合物层和非金属层，以降低摩擦系数，避免摩擦副之间直接接触，因而能防止粘着、避免擦伤。

　　提高材料表面抗疲劳性能的主要方法有：高频表面淬火、渗碳淬火的淬硬层，其马氏体硬度高，并存在有残余压应力，从而使疲劳强度有一定提高。喷丸、表面滚压等表面形变强化处理在提高表面硬度，造成表面压应力的同时，还能消除表面缺陷，因而能提高材料的疲劳强度和降低材料对缺口的敏感度。在表面淬火、渗碳淬火和渗氮后再进行喷丸和表面滚压处理的效果更好，特别是轴的轴径，齿轮的齿根等应力集中处，用表面滚压加工效果更好。

　　提高材料表面抗腐蚀性能的主要方法有：（1）镀铬，因为它在碱、硝酸、硫化物、碳酸盐及有机酸中非常稳定；（2）氮化，因为它在零部件表层形成稳定性高的相层，对水、潮湿空气、燃烧产物，特别是对硝酸的抗蚀性很高；（3）渗铝、渗硅对酸有良好的抗蚀性；（4）含铬的镍基、钴基自熔性合金喷涂层具有良好的热腐蚀、燃气腐蚀的能力，因为形成了致密的Cr2O3氧化膜；（5）对钢铁零件，如活塞环进行磷化和发蓝处理，它们可以防止腐蚀和减轻机械磨损。