[發明專利]一種船舶柴油機缸套耐穴蝕的處理方法

無效

• 申請號: 200810249649.1
• 申請日: 2008-12-25
• 公開（公告）號: CN101457282A
• 公開（公告）日: 2009-06-17
• 發明（設計）人: 李惠琪;李敏
• 申請（專利權）人: 山東科技大學
• 主分類號: C21D1/09
• 分類號: C21D1/09;C21D9/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于材料腐蝕與防護技術領域，尤其涉及船舶柴油機缸套的處理方法。

背景技術

目前，90％以上的船舶都使用水冷式柴油機作為推進及發電動力，柴油機的缸套用鑄鐵鑄造加工而成。當船舶柴油機長時間在低轉速大扭矩下工作時，會產生固定的振動頻率。當振幅處于負壓時，缸套外壁水冷部位溶解于冷卻液中的氣體以氣泡的形式分離出來并附著在缸壁上，這些氣泡在振動振幅處于正壓時迅速潰滅，氣體重新溶入冷卻液中使體積和局部壓力驟然減小，冷卻液向低壓區高速運動，從而對氣泡潰滅部位產生極大的沖擊力和高溫。由于鑄鐵缸套是易切削的灰口鑄鐵，其內部組織是鐵素體、珠光體和石墨的混合組織，其中鐵素體硬度低，較易塑性變形，石墨無任何強度，在外力下極易剝落。此外上述混合組織構成了大量的微腐蝕電池，使得電化學腐蝕和穴蝕協同發生，加劇了穴蝕破壞。由此周而復始，缸壁部分表面的表層產生疲勞而逐漸脫落，出現大量的針狀小孔，稱為“穴蝕”，這些小孔逐漸擴展，最后形成深孔或裂紋。

現有防穴蝕表面處理方法有以下三種：

(1)、涂覆有機復合涂料。其不足之處是影響缸套的散熱，高溫下抗沖擊性大幅度下降導致涂層脫落。

(2)、熱噴涂鋅鋁防腐涂層。其不足之處是鋅鋁層硬度低，抗沖擊及抗疲勞性能差，與鑄鐵的結合力差，容易呈片狀脫落。

(3)、氮化。這種方法不存在結合力問題，且硬度高，抗沖擊及抗疲勞性能好，因而目前應用最多。但也有不足之處，一是：由于氮化層較薄，氮化只能是缸套加工的最后一道工序，氮化后不允許再精加工，但是氮化過程需在500℃以上保持數十小時，作為薄壁筒精密件的缸套變形問題十分嚴重，在這數十小時內一旦變形，輕者破壞了缸套活塞配合間隙加劇磨損和振動，重者報廢，導致生產成本急劇增加；二是氮化只在鐵素體表面進行，而石墨不會發生任何變化，缸套在使用過程中石墨率先脫落，暴露出底部未氮化的鐵素體，形成大量的腐蝕微電池，加劇了穴蝕速度并發展成為潰瘍腐蝕；三是：氮化耗能大效率低成本高。

因此，目前尚未有一種很滿意的耐穴蝕處理的方法。

發明內容

本發明的目的在于克服目前三種防穴蝕表面處理方法的不足，提出一種新的船舶柴油機缸套耐穴蝕的處理方法，這種方法實際是使鑄鐵缸套外壁產生相變快速熔凝成白口鑄鐵的處理方法。

為達到上述目的，本發明步驟如下：

1、將已加工好的鑄鐵缸套定位在旋轉裝置上，鑄鐵缸套一側安裝一個可與缸套沿缸套軸線方向勻速相對運動的高能束流發生裝置。

2、啟動旋轉裝置使缸套繞軸線旋轉，啟動高能束發生裝置，產生高能束。

3、高能束照射到缸套外壁水冷部位表面上使之產生局部的瞬間熔化，隨著缸套旋轉及與高能束沿軸線方向的勻速相對運動，缸套外壁水冷部位表面依螺旋軌跡熔化和快速凝固，最終形成一層堅硬均勻的白口層。

上述高能束流的溫度不低于5000℃，束流直徑不低于3mm。

上述高能束可以是激光束、等離子束或其他聚集高能量束。

為了消除快速熔凝過程和此前鑄造與粗加工所產生的內應力，本發明可按照以下工序生產：

缸套鑄造→粗加工→高能束快速熔凝→消除應力退火→精加工。具體為；

1、缸套鑄造后先粗加工，將缸套外壁水冷部位加工到成品圖紙尺寸，其他精密配合面留有一定精加工余量；

2、按前述的第1、2、3步驟進行；

3、將缸套退火，消除此前產生的所有內應力；

4、按圖紙精加工，消除此前產生的所有變形。

經上述方法處理的鑄鐵缸套能夠耐穴蝕的原理是：

因為穴蝕是在空泡潰滅時產生高速微射流引發材料表面劇烈塑性變形而導致的材料表面裂紋萌生、擴展、局部斷裂以至剝落，所以材料表面的硬度越高，塑性變形越困難，穴蝕就越難發生。當灰口鑄鐵重新熔化并快速冷卻凝固后，石墨會全部溶解到鐵中，形成與灰口鑄鐵內部組織完全不同的白口鑄鐵。白口鑄鐵的內部組織是單一的滲碳體。滲碳體是一種十分堅硬的鐵碳化合物，幾乎不會產生塑性變形，而且滲碳體具有較高的導熱性和抗腐蝕性，單一的組織也不會形成腐蝕電池，因此抗穴蝕能力遠遠高于灰口鑄鐵。

高能束快速熔凝僅處理缸套外壁水冷部位，不涉及其他精密配合面。