活塞失效分析.doc

船用柴油机排气阀内、外活塞表面损伤失效分析摘要:通过大连船用柴油机失效活塞材料内部质量的理化检验分析,阐述了船用柴油机失效活塞材料的组织特点,结合失效活塞特定的外观破坏形貌以及热处理工艺特点,指出了造成这次活塞失效的主要原因是内、外活塞原始表面存有数量较多且处于亚稳态的残余奥氏体,摩擦力作用下向稳态马氏体转变的同时出现体积膨胀,使得内、外活塞匹配间隙减少,增加了内、外活塞表面间的摩擦力,导致局部温度超过其奥氏体化温度,匹配表面硬度降低,引起了粘着磨损。关键词:失效活塞;马氏体转变;粘着磨损FailureAnalysisofExhaustValvePistonofMarineDieselEngineAbstract:,,.,,:FailurePiston;MartensiteTransformation;AdhesiveWear1情况说明内、外活塞材质均为18CrNiMo7-6钢或20CrNi4钢,表面经渗碳淬火、回火处理。要求内活塞表面硬度HRC58-62,-。外活塞表面洛氏硬度66-70,HR45N(相当于HRC60-),-。据介绍,该件排气阀内、外活塞的服役环境为室温,活塞往复运动频率约为100r/min,内、外活塞间有油膜润滑。从装机到损伤失效仅48小时。2检测方法采用日本KeyenceVHX-600型超景深体视显微镜观察内、外活塞表面宏观损伤形貌。利用荷兰PhilipsXL-30型扫描电镜观察其表面损伤微观形貌。沿活塞纵向和横向切割试片,经镶嵌、抛光制成金相试样。采用扫描电镜和德国Leica-DMI5000M型金相显微镜观察金相组织。利用德国OBLF-750QSN型发射光谱仪测定材料化学成分。根据钢中残余奥氏体定量测定-X射线衍射仪法(GB8362-87)测定试块表层残余奥氏体量。实验采用日本Rigaku公司D/Max-Ultima+型X射线衍射仪。测试条件:CuK辐射,功率40mA40KV,后石墨单色器,2扫描范围4001000,扫描速度20/min。利用洛氏硬度计、显微硬度计测定表面硬度、表层硬度梯度和基体硬度。。其下部内圆表面损伤形貌如图3。可见该件外活塞外圆表面仍保留原机加工痕迹,上部内圆表面也主要为环向磨加工痕迹如图3,而下部内圆表面原环向磨加工痕迹完全消失且出现了较严重的轴向磨损条痕,个别位置还出现了宽度约为3mm的轴向磨损条带。注意到,外活塞下部内圆表面仍呈金属光泽。图4内活塞外圆表面损伤宏观形貌图5内活塞上部外圆表面宏观形貌图6内活塞下部外圆表面宏观形貌内活塞失效内活塞外观宏观形貌如图4。可见内活塞上部外圆表面未磨损或磨损较轻,而其下部外圆表面磨损较严重如图6。在下部油槽棱边还出现了磨屑堆积现象。内活塞下部外圆表面也呈金属光泽。、外活塞表面损伤微观形貌。图7外活塞上部内圆表面形貌(未磨损区)图8外活塞下部内圆表面形貌(严重损伤区)如图8,图9,外活塞观察显示,外活塞上部内圆表面仍存有原始的环向磨加工痕迹,几乎看不到与其摩擦副-内活塞的轴向摩擦痕迹。而在下部内圆表面这种环向磨加工痕迹已完全消失,出现了较严重