高耐磨发动机气缸套的研究与开发.pdf

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1、6内燃机与配件2015年第7期高耐磨发动机气缸套的研究与开发赵新年杨茂顺韦斌(洪泽东俊机械有限公司)[摘要]本文主要介绍发动机气缸套的高耐磨、高性能、新工艺研究和开发的发展趋势，高耐磨发动机气缸套新材质的技术路线及关键技术。[关键词]高耐磨发动机气缸套研发改革开放近30年来，交通运输业飞速发展已经成为我国经济建设所取得的辉煌成就的重要标志之一。经济快速发展的大幅度进步对各类交通工具(轮船、汽车、飞机、火车等)提出了越来越高的要求，包括速度、效率、能耗、使用寿命及废气的排放等。发动机是各类交通工具的心脏。其技术经济和环保的指标几乎完全取决于发动机的性能与水平。国家发改委、科技部、工业

2、和信息化部、国家能源局组织四部委编制的《海洋工程装备产业创新发展战略》指出，到2020年，我国将基本掌握高端装备装备的自主设计建造能力，产业创新体系完备，创新能力跻身世界前列。国际社会上传统的气缸套材质是灰铸铁，似乎是工业上最成熟、最廉价的金属材料。其实不然，作为气缸套的铸铁并不像普通工业灰铸铁那样简单。随着内燃机产品的不断更新换代，气缸套的材质也在不断发展，传统灰铸铁气缸套性能已经远远不能满足现代内燃机工作要求。从20世纪70年代起，国际上先进发达国家相继开发各种合金耐磨铸铁取代普通灰铸铁作为气缸套材质。80年代以后国内的气缸套材质大多数采用高磷铸铁，到90年代又先后出现了硼铸铁

3、和钒钛铸铁。国外的汽车和柴油机行业也开发出硼铜铸铁和铬钼铜铸铁。与普通灰铸铁相比，这些特种铸铁的综合力学性能和耐磨性能有了显著的提高，因而延长了气缸套的使用寿命，对内燃机气缸套的发展具有重要的贡献。1气缸套高性能新材质、新工艺研发的发展趋势能源的枯萎和工业化进程对人类的生态环境造成的危害，迫使内燃机产品向高效、节能、低排放的方向发展，这就对气缸套提出了更高的要求。目前的合金铸铁缸套在使用寿命上比普通缸套有了显著的提高，但这些材质均属于珠光体范畴，其机械强度和耐磨性都难以满足高效低排放的内燃机对气缸套的要求。近年来，世界各国的内燃机和气缸套的制造商及研究所都致力于提高气缸套的新材料和

4、新工艺的研究和开发，研究和开发气缸套的新材料和提高耐磨性是必然的趋势。气缸套新材料的提高其耐磨性的研发的发展趋势呈两方面的特征。(1)金相组织的贝氏体化GBl150—2010内燃机湿式铸铁气缸套技术条件中规定了我国气缸套的材质，其基体的组织为珠光体，缸套材料的强度一般只能在210--260Mpa的水平上。从金相组织分析，除了改善石墨的形态外，并没有其它耐磨损机制。国外气缸套的研究领域根据贝氏体特有的机械性能，着力研究金属基体贝氏体化来改善气缸套性能的技术方案，通过采用一定的条件下的工艺技术，使珠光体组织转化为贝氏体，使材料的强度、耐磨性能、耐腐蚀性能得到大幅度提高。目前国际上气缸套

5、制造商较为成熟的工艺方案为：采用的等温淬火方式促使珠光体向奥一贝氏体转化。在国内，这种工艺方法已为少数有着特殊要求的气缸套领域引进并小范围内使用。赵新年杨茂顺韦斌：高耐磨发动机气缸套的研究与开发7(2)表面处理强化技术在国际上气缸套表面处理强化技术很少应用，甚至不用。就连科技发达的德国对气缸套表面处理也不感兴趣，并且持有反对态度。理由是：气缸套的表面处理后，整体的机械性能下降，抗拉强度降低，裂纹和断台现象增多，在选配活塞环方面难度较大，活塞环选配不当会加速气缸套的磨损，德国始终以欧标标准作为气缸套生产的唯一标准，而且耐磨性很高。在近20年间，我国气缸套制造商为了提高气缸套的耐磨性，

6、在气缸套的表面上做了许多的文章，什么等离子淬火、激光淬火、热喷涂以及其它各种表面处理技术，这些表面处理技术在一定程度上起到了耐磨效果，但均没有相应的标准，对使用厂家没有依据可循。存在着各种技术问题，始终未能在行业内得到大范围的推广使用。主要体现在：只提高处理层强度，对气缸套抗拉性能几乎没有任何效果，处理层无法达到令人满意的深度，同时主机厂也不认可，由于处理层的性能不均，难以为发动机提供稳定的工作环境；另外加工成本高，工艺复杂，工效低，难以适应大批量生产需求；再则对存在难以克服的污染问题。2TiC材质气缸套的研发TiC材质气缸套的研发意义主要体现在以下几个方面：(1)增加了气缸套材料

7、中的新型材质，它具有高性能、低成本的优势。TiC弥散强化铸铁不仅强度高，耐磨性强，而且膨胀系数小、综合力学性能好、热稳定性高，其综合性能远高于高磷铸铁、硼铸铁、钒钛铸铁、贝氏体铸铁，它将为庞大的金属材料大家族中增添了一个新的分支。(2)我国是气缸套生产大国，发动机的数量和规模位列世界首位，由于TiC材质气缸套具有性能高、成本低、产品性价比优良，一旦投放市场潜力很大，具有广阔的国内外市场。(3)近半个世纪以来，人类不断进步，工业发展十分迅速，能源的充分利用和生态环境的控