專利名稱：一種船舶柴油機缸套耐穴蝕的處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于材料腐蝕與防護(hù)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及船舶柴油機缸套的處理方法。
背景技術(shù)：
目前，90%以上的船舶都使用水冷式柴油機作為推進(jìn)及發(fā)電動力，柴油機的 缸套用鑄鐵鑄造加工而成。當(dāng)船舶柴油機長時間在低轉(zhuǎn)速大扭矩下工作時，會 產(chǎn)生固定的振動頻率。當(dāng)振幅處于負(fù)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(qū)高速運動，從而對氣泡潰滅部位產(chǎn)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(nèi)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(gòu)成了大量的微腐蝕電池，使得電化學(xué)腐蝕和穴蝕協(xié)同發(fā)生，加劇 了穴蝕破壞。由此周而復(fù)始，缸壁部分表面的表層產(chǎn)生疲勞而逐漸脫落，出現(xiàn) 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(xiàn)有防穴蝕表面處理方法有以下三種
(1) 、涂覆有機復(fù)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(dǎo)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(jié)合力差，容易呈片狀脫落。(3)、氮化。這種方法不存在結(jié)合力問題，且硬度高，抗沖擊及抗疲勞性
能好，因而目前應(yīng)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
50(TC以上保持?jǐn)?shù)十小時，作為薄壁筒精密件的缸套變形問題十分嚴(yán)重，在這數(shù) 十小時內(nèi)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(dǎo)致生產(chǎn)成本急劇增加；二是氮化只在鐵素體表面進(jìn)行，而石墨不會發(fā)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(fā)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(fā)明內(nèi)容
本發(fā)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(chǎn)生相 變快速熔凝成白口鑄鐵的處理方法。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明步驟如下-
1、 將已加工好的鑄鐵缸套定位在旋轉(zhuǎn)裝置上，鑄鐵缸套一側(cè)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(fā)生裝置。
2、 啟動旋轉(zhuǎn)裝置使缸套繞軸線旋轉(zhuǎn)，啟動高能束發(fā)生裝置，產(chǎn)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(chǎn)生局部的瞬間熔化，隨著 缸套旋轉(zhuǎn)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500(TC ，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(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，本發(fā)明可按 照以下工序生產(chǎn)
缸套鑄造—粗加工—高能束快速熔凝—消除應(yīng)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l、 2、 3步驟進(jìn)行；
3、 將缸套退火，消除此前產(chǎn)生的所有內(nèi)應(yīng)力；
4、 按圖紙精加工，消除此前產(chǎn)生的所有變形。 經(jīng)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(chǎn)生高速微射流引發(fā)材料表面劇烈塑性變形而導(dǎo) 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(fā)生。當(dāng)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(nèi)部組織完全不同的白口鑄鐵。白口 鑄鐵的內(nèi)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(chǎn)生塑性變形，而且滲碳體具有較高的導(dǎo)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(yuǎn)遠(yuǎn)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。 本發(fā)明的積極效果是1、在灰口鑄鐵缸套表面生成的白口鑄鐵層是由單一 的滲碳體組成，硬度高，導(dǎo)辟性好，抗穴蝕能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于灰口鑄鐵。白口層是 在缸套自身熔化的基礎(chǔ)上生成，因此不存在結(jié)合力差易剝落的問題；2、白口層 厚度容易控制，厚度遠(yuǎn)大于氮化層厚度，且無石墨夾雜，整體抗穴蝕壽命高于 氮化層；3、熔凝白口化工序可在消除應(yīng)力退火和精加工之前進(jìn)行，消除了缸套 此前產(chǎn)生的所有內(nèi)應(yīng)力和變形；4、生產(chǎn)工藝簡單，效率高，能耗少，無廢品，生產(chǎn)過程不產(chǎn)生環(huán)境污染。


圖1是經(jīng)12小時穴蝕后的相對穴蝕性能比較圖，圖中曲線是三種情況的缸 套外壁試樣穴蝕失重曲線，縱座標(biāo)表示累計失重，單位是毫克，橫座標(biāo)是穴蝕 時間，單位是小時。
圖2是鑄鐵缸套經(jīng)8小時超聲波加速穴蝕處理后的表面形貌對比照片，其 中圖(a)是未經(jīng)任何處理缸套試樣的腐蝕形貌，圖(b)是經(jīng)滲氮處理后缸套試樣的 腐蝕形貌，圖(c)經(jīng)快速熔凝處理后缸套試樣的腐蝕形貌。
具體實施例方式
本發(fā)明的實施如發(fā)明內(nèi)容所述，在此不再重述。
正面結(jié)合圖1圖2再對本發(fā)明的效果進(jìn)一步說明。
由圖1看出，經(jīng)12小時穴蝕后的相對耐穴蝕性能比較圖，快速熔凝處理缸 套的耐穴恂性能是滲氮處理的1.36倍，是未經(jīng)任何處理的4.48倍。從失重曲線 的發(fā)展趨勢來看，隨著時間的延長，上述差距還會繼續(xù)擴大。
由圖2可以看出，未經(jīng)處理表面(圖2a)穴蝕和電化學(xué)腐蝕十分嚴(yán)重，表 層部分已經(jīng)完全脫落，底部仍有大量較深的穴蝕坑，呈蜂窩狀分布。滲氮處理 表面(圖2b)穴蝕坑呈網(wǎng)絡(luò)狀分布，穴蝕坑較深，產(chǎn)生了嚴(yán)重的潰瘍腐蝕，表 層組織部分脫落。表面熔凝處理表面(圖2c)只有部分區(qū)域出現(xiàn)較淺的穴蝕坑， 呈斷續(xù)點狀分布。
權(quán)利要求
1. 一種船舶柴油機缸套耐穴蝕的處理方法，其特征在于，步驟如下第一步將已加工好的鑄鐵缸套定位在旋轉(zhuǎn)裝置上，鑄鐵缸套一側(cè)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(fā)生裝置；第二步啟動旋轉(zhuǎn)裝置使缸套繞軸線旋轉(zhuǎn)，啟動高能束發(fā)生裝置，產(chǎn)生高能束；第三步高能束照射到缸套外壁水冷部位表面上使之產(chǎn)生局部的瞬間熔化，隨著缸套旋轉(zhuǎn)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。
2、 如權(quán)利要求1所述的船舶柴油機缸套耐穴蝕的處理方法，其特征在于， 步驟如下第一步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；第二步按照權(quán)利要求1所述的步驟依次進(jìn)行； 第三步將缸套退火，消除此前產(chǎn)生的所有內(nèi)應(yīng)力； 第四步按圖紙精加工，消除此前產(chǎn)生的所有變形。
3、如權(quán)利要求1或2所述的船舶柴油機缸套耐穴蝕的處理方法，其特征在于，所述的高能束流的溫度不低于500(TC，束流直徑不低于3mm。
4、如權(quán)利要求1或,2所述的船舶柴油機缸套耐穴蝕的處理方法，其特征在 于，所述的高能束是激光束、等離子束或聚集高能量束。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種船舶柴油機缸套耐穴蝕處理的方法，實施步驟是將已加工好的鑄鐵缸套定位在旋轉(zhuǎn)裝置上，缸套一側(cè)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(fā)生裝置。高能束流照射到缸套外壁水冷部位表面上依次熔化和快速凝固形成白口層。白口層抗穴蝕壽命高于氮化層。本發(fā)明在灰口鑄鐵缸套表面生成的白口鑄鐵層抗穴蝕能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于灰口鑄鐵，不存在結(jié)合力差易剝落的問題，整個生產(chǎn)過程不產(chǎn)生環(huán)境污染。
文檔編號C21D1/09GK101457282SQ200810249649
公開日2009年6月17日 申請日期2008年12月25日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月25日
發(fā)明者敏 李, 李惠琪 申請人:山東科技大學(xué)