张志斌

摘 要：穴蚀对气缸套的破坏力很大，有的柴油机运行不到1000 h，缸套就因穴蚀穿透缸壁而报废，穴蚀严重地影响到气缸套的工作可靠性和使用寿命，造成巨大的经济损失。对气缸套穴蚀产生的原因进行了探析，并提出了预防措施。

关键词：气缸套；穴蚀；预防措施

中图分类号：TK423 文献标识码：A doi：10.14031/j.cnki.njwx.2016.07.061

穴蚀是一种局部腐蚀。缸套穴蚀发生的部位都聚集在气缸套外表面连杆摆动平面以内，且在下述三个区域内最易产生：在连杆摆动平面的两侧，缸套中上部及下部且在活塞主推力面一侧穴蚀较为严重；在进水口处及水流转弯处；在支承及上下腰带处，有很多孔径为1～5 mm、深达2～3 mm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。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1000 h，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

迄今为止，关于气缸套穴蚀的本质原因还不十分清楚，但多数研究者认为，气缸套振动是发生穴蚀现象的主要原因。柴油机运转时，活塞经上、下止点时，其位置从气缸套的一侧改变到另一侧，由于活塞摆动撞击气缸壁，会引起气缸套振动和变形。气缸套外壁冷却水附层因振动而受到拉伸，由于水的内聚力小于附着力，使紧贴缸壁的那部分水层振离缸壁，仅剩一薄层水膜贴附缸壁，缸壁上的水膜与水层之间产生了瞬时的高真空，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致破灭消失时，产生强大的压力冲击波，其压力可达数千个大气压，它在气泡消失的瞬间冲击气缸套外壁，使之承受极高的冲击、挤压应力，使铸铁材料中的石墨首先剥落。这个过程反复进行，促使材料疲劳破坏，从气缸套外壁上一粒一粒地剥落下来，形成针孔。越是在狭窄的空洞里，冲击波的能量也越大，故穴蚀向纵深发展很快。

铸铁为多相组织，在电化学作用下，基体金属腐蚀很快，但其腐蚀产物沉积在石墨网络中，并牢固地附着在金属表面，形成一层保护膜，实际上阻碍了腐蚀进一步发展。因此，在一般情况下有一定的耐腐蚀能力。但在穴蚀的情况下，石墨的剥落破坏了腐蚀产物保护层，使基体金属的电化学腐蚀一直进行下去，从而加速了外表面的腐蚀进程。

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 预防措施

为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套的间隙。间隙小则活塞侧摆时对缸套的冲击能量也小。具体地可以采用提高活塞加工精度；采用膨胀系数与气缸套材料大致相同的材料来制造活塞，对活塞进行有效的冷却，改进活塞外形等措施。例如某柴油机活塞头部和气缸套的间隙由1.5 mm减少为1.2 mm，裙部间隙由0.5 mm减少至0.4 mm，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，间隙的减小会加大拉缸的风险。

（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8 mm增加到9.5 mm，并在其外表面上镀铬，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。

2.2 提高缸套的加工精度和装配质量

如安装缸套，应将防水圈套在气缸套外壁上的凹槽之内，用螺丝刀插到防水圈与缸套之间划几圈，以避免防水圈扭曲，并使周围张力均匀。这样既能加强防水圈的密封作用，又能防止压入缸套时防水圈将气缸套挤压变形。否则，缸套在缸体内安装不正，产生变形，将使活塞产生附加载荷，即活塞对缸套冲击增加，使缸套振动加剧，穴蚀亦加剧。

2.3 选择适当的气缸套和机体间的配合尺寸

气缸套定位环带和机体的配合面间因为有间隙存在，所以往往是穴蚀较为严重的地方。某些柴油机在这些配合面处采用了较小的过盈配合，取得了良好的效果。也有的在配合处接近水腔的端面装置橡胶密封圈以防止水进入配合面缝隙。

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。