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发动机高锡铝合金轴瓦失效形式和原因

发布时间：2012-08-30 浏览次数：752

　　根据统计资料，导致发动机轴瓦失效的原因有异物混入、润滑不良、装配不当、制造误差、过载和腐蚀等。Z主要的原因是异物混入、润滑不良、装配不当、制造误差。发动机轴瓦的主要失效形式可分为划痕、异物嵌入、磨损、疲劳剥落、偏磨、擦伤、烧熔等七种情况。
　　汽车发动机轴瓦有巴氏合金、铜铅合金、铝合金三种不同合金系列。对于不同的合金系列和不同的发动机型号，轴瓦失效形式不完全相同。例如腐蚀主要是铜铅轴瓦的一种失效形式，铅基巴氏合金很少发生；锡基巴氏合金和铝锡合金有良好的抗蚀性。
　　1、划痕
　　划痕是轴瓦工作表面沿圆周方向不均匀分布的粗细不等的连续或断续沟线。高锡铝合金轴瓦容易产生划痕。轻微的划痕，如果没有引起局部擦伤、烧熔、剥离，通常不会造成发动机故障可继续使用。
　　划痕的粗细通常相当于或更大于轴颈间隙的数量级。它们大多分布在靠近油孔的圆周带区或储油包的油流下方。它在全部轴瓦中，可能随机出现在某些轴瓦中，也可出现在某一对轴瓦副中，此时往往与清洗不彻底有关。
　　产生划痕的根本原因是异物混入润滑系中和曲轴轴颈表面有毛刺。异物是指在润滑系循环的，不是发动机正常磨损产生的外来颗粒。它们包括没有清洗干净的铸造用砂粒、喷丸碎粒、磨头磨粒、钢屑、铁屑、灰尘、泥土、发动机调试用油中的异常超大颗粒，以及由于发动机异常磨损产生的磨粒。显然，异物混入主要与发动机清洗不净有关。
　　特别有害的是在新装配的发动机中，位于滤清器以后，轴瓦进油孔之前的油道中未清洗干净的异物。这是发动机调试期轴瓦划痕的根本原因。机油滤清旁路或失效也能引起划痕。
　　2、异物嵌入
　　异物嵌入是外来颗粒在轴瓦工作负荷作用下，被压入并全部或部分埋藏到合金层中被合金层所“吸收”。高锡铝合金仅对细颗粒有一定“吸收”能力，故容易产生划痕。轻微的或全部的嵌入，只要未引起局部擦伤或剥落，通常不会使高锡铝合金轴瓦失效。产生异物嵌入的原因与前述划痕产生原因相同。
　　3、磨损
　　磨损是轴瓦在规定的使用里程内其磨损量超过Z大限量而使轴颈间隙过大导致轴瓦不能再使用。高锡铝合金具有良好的耐磨性，使用寿命可达20~25万里。磨损一般不会局限于一副或部分轴瓦副中，而是同时出现在全部轴瓦副中。
　　产生磨损的原因有：
　　(1)曲轴轴颈光洁度差。
　　(2)轴颈表面磨削和抛光方向与其使用时旋转方向相反。
　　(3)机油变质，机油滤清器失效或旁路，油中磨粒浓度高。
　　(4)发动机频繁起动，长时间低速运转。
　　4、疲劳剥落
　　疲劳剥落是由于交变负荷及其作用周次超过材料本身所承受的极限而发生的一种损坏现象。高锡铝合金有良好的抗剥落性能。
　　产生疲劳剥落的原因有：
　　(1)由于瓦背垫有异物，引起局部启动应力集中，拆检时可以找到异物且瓦背上肯定有异物垫痕。
　　(2)由于装配不当或制造误差引起局部偏载，可能会产生剥落坑，根据偏载部位并对有关零件进行必要测量可找到偏载原因。
　　(3)由于异物嵌入引起局部应力集中，也可能导致剥落。这种情况下，在瓦背相应处没有垫痕，在轴瓦工作表面也不一定有偏载痕迹。
　　5、偏磨
　　偏磨是由于某种原因在轴瓦工作表面产生的局部偏载，使轴瓦工作面在偏载区发生局部不均匀磨损。在正常情况下，主轴瓦下半瓦与连杆瓦上半瓦的中部磨损较大。
　　在发动机磨合期或使用初期，轻微的偏磨往往难以避免，但经过一段时间以后，偏磨现象基本消失，轻微的偏磨只要没有转变为擦伤或剥落，一般不会引起发动机故障，可以继续使用。
　　高锡铝合金顺应性较差，在磨合期或使用初期往往容易出现偏磨，容易发生擦伤，甚至烧熔并抱轴。
　　偏磨产生的原因有：
　　(1)曲轴轴颈、瓦座、防寒肖孔的轴线偏斜。
　　(2)曲轴轴颈圆角半径过大。
　　(3)曲轴旋转系显著的动不平衡。
　　(4)曲轴轴颈圆柱度或瓦座内孔圆柱度超过标准。
　　(5)连杆弯曲或扭曲。
　　(6)瓦盖错装。
　　(7)轴瓦厚度差超过标准或瓦座内孔圆柱度超过标准。
　　(8)轴瓦压紧量过大或过小，连杆螺栓拧紧力矩不够。
　　(9)瓦背垫有异物。
　　6、擦伤（常称拉瓦）
　　擦伤是由于某种原因而引起的油膜破裂使轴颈表面与轴瓦工作表面直接接触，磨擦发热导致合金层沿轴的旋转方向发生局部或大面积的浅表层不均匀流动现象。
　　擦伤在本质上属于较为严重的粘着磨损，高锡铝合金有较为明显的擦伤敏感性，并容易进一步发展为烧熔甚至抱轴。
　　发动机全部轴瓦擦伤往往与润滑供油故障和使用维护不当有关。单对或部分轴瓦副擦伤往往与偏载，间隙或装配不当有关。较轻微的偏载可引起偏磨，较重的偏载引起局部擦伤，偏载通常是轴瓦擦伤Z普遍的原因。
　　引起擦伤的具体原因如下：
　　(1)前述引起偏磨的原因(包括偏载程度较重时)均可能引起局部擦伤。
　　(2)曲轴轴颈间隙太小或太大均可能引起擦伤。
　　(3)划痕和疲劳剥落引起擦伤。
　　(4)长时间或频繁怠速运转时，形成润滑油膜条件较差且泵油量较低，可能引起连杆上半瓦或主轴下半瓦擦伤。
　　(5)频繁起动或干起动(装瓦时瓦片工作面未抹油)。
　　(6)机油压力或机油流量偏低，油温偏高。
　　(7)机油中混入燃油、冷却水、防冻液或机油变质未及时更换。
　　(8)发动机爆震或超载爬坡时，可能引起连杆上半瓦或曲轴下半瓦中间部位擦伤。
　　7、烧熔（常称烧瓦）
　　烧熔是比擦伤更恶劣的粘着摩损造成的异常磨损现象，它使合金层整体沿轴颈旋转方向流动，部分熔化和挤出。
　　高锡铝合金的初始熔化温度较低，只有232℃，严重擦伤发热很容易使其软化，或使其低熔点组分开始熔化。在半熔融状态下，合金层本身强度完全丧失。在机械负荷和热冲击负荷作用下，合金彻底损坏。烧熔的后果通常是抱轴，造成发动机故障。
　　产生烧熔的原因是前述所有引起擦伤(油膜破坏)的原因。当它们存在程度更恶劣时均可导致烧熔。
　　在某种意义上讲，磨损、偏磨、擦伤、烧熔分别表示了不同磨损形式和不同损坏程度。除了划痕之外，高锡铝合金轴瓦在使用中出现的主要问题是擦伤和烧熔。擦伤和烧熔在本质上属于由于油膜破裂后金属与金属直接接触所造成的严重或异常的粘着磨损。