内燃机配件的磨损机制及耐磨材料研究.pdf
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1、造纸装备及材料 第 53 卷 总第 226 期 2024 年 1 月 装备及自动化27内燃机配件的磨损机制及耐磨材料研究付雪景,冯汝栋,程 蕾滨州渤海活塞有限公司,山东 滨州 256606摘要:文章系统探讨了内燃机配件的磨损机制及耐磨材料。首先,介绍了内燃机配件磨损问题的严重性,并阐述了磨损的主要机制,包括黏着磨损、磨粒磨损、表面疲劳磨损和腐蚀磨损,分析了内燃机配件磨损的主要影响因素。其次,深入研究了耐磨材料,包括其定义、性质及主要类型,并指出了耐磨材料选用的原则及研究进展。最后,提出了内燃机配件耐磨性能的改进策略,包括应用表面工程技术和材料表面改性技术。这些研究对于提高内燃机配件的耐磨性能、
2、降低磨损率、延长使用寿命具有重要意义,并为内燃机行业的可持续发展奠定基础。通过文章的研究,为内燃机设计和制造领域提供有价值的参考,推动内燃机技术的进步与发展。关键词:内燃机配件;磨损机制;耐磨材料分类号:TK403内燃机作为现代社会不可或缺的动力源,其配件的耐磨性能直接影响着内燃机的寿命和性能。然而,内燃机配件在高速、高温、高压的恶劣工作环境下常常出现磨损问题,这不仅降低了内燃机的效率,还可能引发故障和安全隐患。因此,深入探究内燃机配件的磨损机制,以及研究和发展高性能的耐磨材料,对于提高内燃机的可靠性和经济性,推动相关领域的技术进步,无疑具有重要的理论和实际意义1。1 内燃机配件磨损问题的影响
3、内燃机作为现代社会的重要动力设备,广泛应用于汽车、船舶、飞机以及各种工业设备中。然而,随着内燃机的广泛应用和持续运行,其配件磨损问题逐渐凸显,成为严重影响内燃机性能和寿命的关键因素。内燃机配件的磨损会导致设备性能下降,如图 1 所示。内燃机的高效运行依赖于各配件之间的精密配合,一旦出现磨损,配件之间的间隙变大,燃烧室密封性下降,进而导致压缩比降低,燃烧效率下降2。这不仅会使内燃机的动力输出减少,还可能造成燃油消耗的增加,严重影响设备的运行效能。配件磨损会加剧内燃机的污染排放。磨损导致燃烧效率下降,未燃烧的燃料在排放过程中会形成有害气体,加剧空气污染。同时,磨损的金属屑和颗粒物也会随尾气排放,对
4、环境和人类健康构成威胁。内燃机配件磨损会缩短设备寿命,随着磨损的加剧,配件的精度和强度逐渐降低,可能引发更严重的故障,甚至导致内燃机提前报废。这不仅增加了设备的运维成本,也可能给生产和生活带来不便。图 1 内燃机配件磨损图2 内燃机配件的主要磨损机制2.1 黏着磨损黏着磨损,又称咬合磨损,是指两个相互接触的固体表面在法向载荷作用下,由于表面粗糙度的原因,在局部发生相互黏着3。当黏着点发生剪切断裂时,材料从一个表面迁移到另一个表面,从而产生磨损。在内燃机中,这种磨损常出现在高速滑动或滚动的接触面,如曲轴与轴承之间。黏着磨损的程度会受到温度、压力和材料性质的影响。2.2 磨粒磨损磨粒磨损是指硬的颗
5、粒或凸起在较软的材料表面滑过时,引起的材料去除现象。这些硬的颗粒可能是作者简介:付雪景,女,助理工程师,研究方向为轿车活塞的机械加工。文章编号:2096-3092(2024)01-0027-03 装备及自动化 2024 年 第 1 期 总第 226 期 造纸装备及材料28外界的污染物、金属表面的氧化物或其他硬质杂质。在内燃机中,燃油中的杂质、润滑油的劣化以及燃烧产生的碳粒都可能导致磨粒磨损。此外,缸壁与活塞环之间的接触,也可能因为润滑油膜的不完整而出现磨粒磨损4。2.3 表面疲劳磨损表面疲劳磨损是由于循环接触应力导致的材料表面疲劳断裂而产生的磨损。这种磨损通常发生在承受周期性变化的接触压力的表
6、面,如齿轮、凸轮等。在内燃机运行过程中,这些部件会受到交变应力的作用,长时间作用后,会在材料表面形成裂纹并逐渐扩展,最终导致材料剥落,形成磨损。2.4 腐蚀磨损腐蚀磨损是环境介质与摩擦表面之间的化学或电化学反应导致的材料去除现象。在内燃机中,由于高温、高压和化学物质的存在,腐蚀磨损是一个严重的问题。例如,燃油中的硫成分燃烧生成的硫酸,会对金属配件产生化学腐蚀。此外,冷却水中的溶解氧和硬度成分也可能对金属表面产生电化学腐蚀。3 内燃机配件磨损的主要影响因素3.1 材料性质内燃机配件的材料性质是影响其磨损情况的首要因素。材料的硬度、韧性、耐磨性等物理性质直接决定了其在工作过程中的抗磨损能力。例如,
7、一些具有高硬度和良好耐磨性的材料,如碳化硅和氮化硅等陶瓷材料,能够显著提高配件的耐磨性,降低磨损率。另外,材料的化学性质也影响着磨损情况,例如,一些材料在特定的环境条件下容易发生化学反应,导致腐蚀磨损。除了材料的自身性质,材料的处理工艺,如热处理、表面处理等也会对磨损情况产生影响。例如,通过适当的热处理可以提高材料的硬度和耐磨性;通过表面处理如镀铬、喷涂陶瓷等,可以在材料表面形成一层具有优良耐磨性的覆盖层,从而减少磨损。3.2 工作条件内燃机的工作条件是影响配件磨损的重要因素,这包括温度、压力、载荷、速度等多个方面。例如,高温环境下,材料会发生软化,降低其抗磨损能力;高压和重载条件下,配件之间
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