发动机曲轴后止推片磨损原因分析

吴章勤

                        上汽依维柯红岩商用车有限公司

摘要：采用金相检验、化学成分分析及硬度测试等试验方法对发动机后止推片的磨损原因进行了分析。结果表明：发动机后止推片异常磨损的原因为轴瓦内表面脱落的减磨合金层与后止推片相互摩察磨损产生的。

关键词：发动机   止推片   磨损   轴瓦   减磨合金层

   10月初，某服务站发现一重型载荷车发动机出现故障，该发动机为国内一厂家生产，使用时间约为3个月，打开发动机，发现后端止推片严重磨损，前端止推片脱落，磨损的后止推片表面呈黑蓝色并有沿止推片圆周方向分布的沟槽（见照片1），装止推片的缸体面（第二道主轴瓦座后侧面）亦被严重磨损（见照片2）。

照片1  止推片形貌

   照片2  缸体磨损面形貌

1、试验与结果

1.1、相关部件检查

   发动机除后端止推片磨损，缸体靠磨损止推片一面被磨损外，缸体其余各面均无磨损现象（见照片3），曲轴与轴瓦配合表面光滑，无磨损痕迹，轴瓦除靠近磨损止推片端上曲轴瓦内表面减磨合金层脱落了两块外，其余轴瓦均无损伤现象，活塞缸无拉伤现象，曲轴油封无损伤，导向轴承完好（见照片4）。

  照片3 轴瓦脱落和缸体磨损情况

     照片4  导向轴承形貌

1.2、止推片尺寸检查

   止推片未磨损情况下其厚度约为2.04mm，磨损后最薄区厚度为1.50mm，最大磨损量达到0.54mm（见照片5）。

   照片5  磨损止推片比较形貌

1.3、损伤轴瓦尺寸检查

   靠近磨损止推片端轴瓦内表面减磨合金层脱落形貌见照片6，脱落两块的厚度分别为0.40mm和0.45mm。

     照片6  脱落形貌

1.4、理化分析

   ①、化学成分（%）

           C     S     P     Si     Mn   Cr    Ni     Cu    Al

     止推片0.038 0.003  0.010  0.015  0.26  0.026  0.014  0.005  0.038

     轴  瓦0.043 0.005  0.014  0.021  0.30  0.024  0.021  0.009  0.041

      参照GB/T13237—91标准，止推片和轴瓦材质基本接近08Al钢，其中仅碳元素含量较08Al钢低，08Al钢标准含碳量为0.05~0.11。

   ②、合金层硬度（HV10）

       41、41、41

   ③、金相分析

       在轴瓦和磨损的止推片（最薄区）上制取横向金相试样检查，组织显示均用4%的硝酸酒精溶液侵蚀。

       止推片的组织为铁素体+珠光体（少量），晶粒为等轴晶粒，基本无变形（见照片7），轴瓦的组织为铁素体+珠光体（少量），其晶粒为变形晶粒（见照片8），后止推片磨损的沟槽及表面上有局部分布的合金层（见照片10、11、12、13、14），轴瓦内表面未损伤部位减磨合金层厚度约为0.45mm。

  照片7  后止推片组织（500X）                 照片8  轴瓦组织（500X）

照片9  轴瓦合金层形貌（100X）

照片10 后止推片表面磨损形貌(200X)

 照片11 后止推片表面磨损形貌(100X)

  照片11 后止推片表面磨损形貌(500X)

照片12 后止推片表面磨损形貌(500X)

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 照片13 后止推片表面磨损形貌(100X)

   照片14后止推片表面磨损形貌(100X)

   照片15 后止推片表层组织（100X）

  照片16后止推片表层组织（500X）

2、分析与讨论

   发动机工作时，曲轴经常受到离合器施加于飞轮的轴向力作用而有轴向窜动的趋势，曲轴窜动将破坏曲柄连杆机构各零件正确的相对位置，而导致相应零件的损伤。故为了防止曲轴轴向窜动，在曲轴上安装了轴向定位的止推片，止推片安装在曲轴第二轴瓦座前后两侧的凹坑内，依靠主轴瓦座，防止脱落，止推片带有减磨合金层和油槽的一面安装时朝向曲轴的止推面，并保持曲轴一定的轴向间隙，轴向间隙为0.052mm~0.255mm，磨损极限为 0.35mm。

   发动机相关部件检查发现，除后止推片磨损、靠近磨损止推片端的缸体端面磨损、后止推片与曲轴接触的止推面磨损和磨损止推片端上曲轴瓦内表面减磨合金层脱落了两块外，其余各部件均未受损，且后止推片的最大磨损厚度为0.54mm，远大于曲轴的正常轴向间隙理论值0.052~0.255mm，说明曲轴并无过大的轴向窜动。

   止推片和轴瓦的材质检测结果参照GB/T13237—91标准判定，与08Al钢相近，但其碳含量又较标准的08Al钢低。

   后止推片磨损后基体的金相组织为等轴的铁素体+珠光体组织，晶粒基本无变形，说明发动机工作时，止推片并未受到过大的挤压作用力。

   合金层的硬度在技术要求范围内。

   磨损后止推片的表面上可以见到粗稀的磨痕，其表面颜色一面为黑色，一面为蓝色，在显微镜下观察，其表面和沟槽内有不规则的合金层小块（见照片10、11、12、13、14），磨损后止推片发黑的一面表层组织已发生明显的变化（见照片15、16）

3、结论

   通过对磨损止推片及轴瓦的理化分析和综合分析讨论可见，该发动机后止推片异常磨损的原因为轴瓦内表面脱落的减磨合金层与后止推片相互摩察磨损产生的。

参考文献：

【1】    吴植民，汽车构造，人民交通出版社

【2】    张  栋，失效分析【M】.北京：国防工业出版社，2004