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[摘 要] 气缸套是构成柴油机燃烧室机件之一，其内壁工作条件十分恶劣，很容易发生磨损，所以它是高损伤部件，其磨损情况将直接影响气缸套与活塞环之间的密封性能，对柴油机的启动、功率损耗、燃油和润滑油的消耗、使用寿命以及排气的颜色等都有重大的影响。
[关键词] 船舶 气缸套 磨损
一、气缸套磨损机理分析及种类
气缸套是船舶柴油机燃烧室部件中的主体，由于其工作条件恶劣，及其磨损，其主要失效模式为磨损，尤其是气缸套表面的异常磨损更应加以重视，如果气缸套磨损超过正常标准时，燃烧室就会失去密封性，使气缸套的工作性能变坏，柴油机的性能急剧下降，出现启动困难，功率下降，燃油和润滑油的消耗量增大，使用寿命缩短以及排气冒黑烟等现象。而船舶在航行期间柴油机气缸套发生异常磨损主要是轮机管理不良的结果，因此船舶轮机人员必须在提高管理水平和加强轮机管理的同时，要充分了解船舶柴油机气缸套异常磨损的类型及其产生机理、磨损规律，并采取积极的预防措施和修复工艺，以提高气缸套的耐磨性，从而使柴油机保持良好的性能。
气缸套的磨损是一个非常复杂的过程，其原因既有物理方面因素，也有化学方面的因素。根据磨损机理的不同，可将气缸套的磨损分为磨粒磨损、腐蚀磨损、熔着磨损等，当柴油机在不同的工况下工作时，其中的某种磨损类型就会起主导作用
1、磨粒磨损
1）磨粒磨损的成因
硬质颗粒进入气缸套的摩擦面和活塞的摩擦面之间就形成了磨粒，磨粒与两摩擦面挤压、滚撞，使气缸套和活塞摩擦面的金属脱落，便造成磨粒磨损。磨粒主要来源于：燃油在催化过程中留下的催化剂粉末；燃油在储存和运输过程中进入的锈、砂和其他硬质颗粒;磨屑；燃烧生成的灰分和炭；随空气进入气缸的粉末以及被污染的润滑油等。在活塞的高速运转下，这些坚硬的凸起或微粒造成气缸套表面材料的移动或脱落。大量的研究表明，引起气缸套磨粒磨损的主要原因是由于气缸内混入微小坚硬的固体颗粒所致
2）磨粒磨损的影响因素
磨粒尺寸大小对磨损量的影响已有了许多研究，如美国的博士给出了定量化关系式：V=σLNd2/H式中V为磨损体积，σ为外加应力，L为磨损行程，N为磨粒数目，d为磨粒直径，H为被磨材料的硬度。由上式可以得出：在理论上，对于铸铁材质材料的磨粒磨损，当磨粒颗粒和材料表面接触时发生两个主要过程：形成塑性粹压性沟槽，不包括材料的直接磨损；以一次显微切屑的形式产生磨损颗粒而导致磨损，磨损时产生微切屑与犁沟，由此可知材料磨粒磨损的两个主要过程直接与σ，N,d（其它条件一定）有关，而σ，N一定时，d就起着决定性作用。当磨粒粒度小于油膜厚度时，磨粒浮游于润滑油膜之中，这时外加载荷由油膜承担，磨粒不直接承载，不能导致磨粒磨损。当磨粒粒度等于或大于油膜厚度时，则破坏油膜，直接承载而参与磨粒磨损。另外，当磨粒粒度在1—10μm范围时，由于其大小与正常磨损颗粒大小相当，因而其磨粒引起异常磨损的作用不太大。
2、腐蚀磨损含硫酸较高的燃油在燃烧时，燃油中所含的硫将产生二氧化硫，燃油中的氢燃烧后生成水蒸气，在高温高压的环境中二氧化硫会被氧化成三氧化硫。二氧化硫、三氧化硫和水蒸气在温度降到一定的露点以下的时候会生成亚硫酸和硫酸。因此在柴油机工作中，由于燃烧中的硫产生的酸性燃烧物的凝结，会使气缸套严重的被腐蚀。
3、熔着磨损
1）熔着磨损的成因
精加工的表面用肉眼看起来是很光滑的，但是用显微镜检查，就可以观察到他的表面是由锯齿形的峰和谷所组成。在边界润滑的条件下，摩擦面间只有一层及薄的油膜，摩擦表面的部分尖峰会刺破油膜发生接触，如由于润滑条件差，局部高温等，滑动表面缺乏充足的润滑油膜，就会使摩擦表面间发生金属的直接接触加剧。当两滑动表面在压力下有极微小部分的金属直接接触时，便形成局部高温，使两者熔粘着、脱落、逐步扩大形成熔着磨损
另外在大修柴油机时，由于所选配的气缸套和活塞的膨胀系数不同，也易造成熔着磨损，一般来说，熔着磨损的速度很快，严重时还会发生咬缸、拉缸等事故，所以，熔着磨损是缸套内壁最危险的破坏形式。
2）熔着磨损的特征
熔着磨损一般在气缸套上部靠近第一道活塞环上止点位置处较为严重，有局部金属熔着现象，可以观察到带有不规则边缘的沟痕、皱折以及擦痕和锥形凹坑等，当发生拉缸或抱缸时，在缸壁上可看到活塞咬死的痕迹和沿长度方向较深的擦伤，严重时整个表面布满咬死的熔着痕迹。
3）熔着磨损的影响因素
（1）气缸套材质不良或壁厚不均匀以及气缸盖螺栓预紧力不均匀。
（2）燃料品质太差，使燃烧室积炭严重
（3）磨合期内大负荷、高速运转以及温度过高
（4）润滑油选用不当或油量不足
（5）柴油机经常超负荷运转
4、疲劳磨损气缸套疲劳磨损是由于气缸套表面的交变接触应力，使活塞环和气缸套内部产生剪切应力，并在它们的表面有缺陷的地方产生应力集中，从而引发裂纹，最终导致裂纹以上的材料断裂和剥落。
二、气缸套磨损对柴油机的危害
气缸套异常磨损后，缸套与活塞之间的配合间隙增大，活塞环开口的间隙已相应增大，工作时会产生窜气、窜油、压缩不良等现象，导致柴油机发动机启动困难、机油变质、燃油及机油耗量增大而功率下降;摩擦件更换频率增大使维修费用大大增加；各缸磨损不均匀，还会导致发动机工作稳定性变差，容易产生振动危害等。
三、预防气缸套磨损的措施
（1）保持发动机的正常温度
合理冷却以保持发动机的正常温度，对提高发动机的耐磨性有很大的帮助，发动机处于低温工作时，润滑油粘度大，气缸套不易形成油膜不能从分润滑，从而增大气缸套的磨损，另外发动机处于低温工作时，气缸内的水蒸气易凝结成水珠，溶解废气中的酸性气体分子，生成酸性物质，使气缸套受到腐蚀。相反若发动机温度过高，会使气缸表面材料软化，强度降低而加剧磨损，
（2）定期清洗滤清器在对柴油机的日常维护中，应加强对空气滤清器、机油滤清器、柴油滤清器的清洗工作，加强对滤清器的保养，是防止杂质进入气缸，减轻气缸套磨损，延长发动机使用寿命的一项重要措施。特别对于空气滤清器，要根据工作环境的不同，及时更换空气滤清器的滤芯，以保证在不同的环境条件下起到良好过滤的效果。预防杂质进入柴油机燃烧室从而磨损缸套，特别是船舶长时间停航期间这项维护工作就更显得尤为重要。
（3）保持气缸套内的润滑工况良好保证柴油机在运行过程中的机油压力在规定的范围；保证机油的品质和供给量在规定的范围；按柴油机工作的区域和季节的不同选用合适的润滑油。
（4）活塞环的维修管理在吊装缸套检修的过程中应彻底清除活塞槽中的沉积物；测量活塞环的搭口间隙以及侧隙值，保持在规定的技术状态。通过扫气口观察判断活塞环的工作状态，发现断环、活塞环卡死在活塞环槽中的时候应及时处理，严防事故发生。
（5）采用合理的制造工艺由于气缸套的内表面形状和粗糙度对气缸套磨损的影响比较大，因此在气缸套生产过程中，选用合理的加工方法，控制气缸套和活塞环的表面形状，降低其表面粗糙度，可以达到减小气缸套的磨损的目的。在气缸套的选材过程中，选择耐磨性较好的材料也可以提高气缸套的耐磨性，延长气缸套的使用寿命。可以在制造活塞环和气缸套的材料中加入耐磨物质。以增强活塞环和气缸套的耐磨性，
柴油机气缸套磨损与操作、保养有着极大的关系，只有正确的操作和保养，才能有效地避免柴油机气缸套的磨损，把损失降到最小程度，从而延长柴油机的使用寿命。
[关键词] 船舶 气缸套 磨损
一、气缸套磨损机理分析及种类
气缸套是船舶柴油机燃烧室部件中的主体，由于其工作条件恶劣，及其磨损，其主要失效模式为磨损，尤其是气缸套表面的异常磨损更应加以重视，如果气缸套磨损超过正常标准时，燃烧室就会失去密封性，使气缸套的工作性能变坏，柴油机的性能急剧下降，出现启动困难，功率下降，燃油和润滑油的消耗量增大，使用寿命缩短以及排气冒黑烟等现象。而船舶在航行期间柴油机气缸套发生异常磨损主要是轮机管理不良的结果，因此船舶轮机人员必须在提高管理水平和加强轮机管理的同时，要充分了解船舶柴油机气缸套异常磨损的类型及其产生机理、磨损规律，并采取积极的预防措施和修复工艺，以提高气缸套的耐磨性，从而使柴油机保持良好的性能。
气缸套的磨损是一个非常复杂的过程，其原因既有物理方面因素，也有化学方面的因素。根据磨损机理的不同，可将气缸套的磨损分为磨粒磨损、腐蚀磨损、熔着磨损等，当柴油机在不同的工况下工作时，其中的某种磨损类型就会起主导作用
1、磨粒磨损
1）磨粒磨损的成因
硬质颗粒进入气缸套的摩擦面和活塞的摩擦面之间就形成了磨粒，磨粒与两摩擦面挤压、滚撞，使气缸套和活塞摩擦面的金属脱落，便造成磨粒磨损。磨粒主要来源于：燃油在催化过程中留下的催化剂粉末；燃油在储存和运输过程中进入的锈、砂和其他硬质颗粒;磨屑；燃烧生成的灰分和炭；随空气进入气缸的粉末以及被污染的润滑油等。在活塞的高速运转下，这些坚硬的凸起或微粒造成气缸套表面材料的移动或脱落。大量的研究表明，引起气缸套磨粒磨损的主要原因是由于气缸内混入微小坚硬的固体颗粒所致
2）磨粒磨损的影响因素
磨粒尺寸大小对磨损量的影响已有了许多研究，如美国的博士给出了定量化关系式：V=σLNd2/H式中V为磨损体积，σ为外加应力，L为磨损行程，N为磨粒数目，d为磨粒直径，H为被磨材料的硬度。由上式可以得出：在理论上，对于铸铁材质材料的磨粒磨损，当磨粒颗粒和材料表面接触时发生两个主要过程：形成塑性粹压性沟槽，不包括材料的直接磨损；以一次显微切屑的形式产生磨损颗粒而导致磨损，磨损时产生微切屑与犁沟，由此可知材料磨粒磨损的两个主要过程直接与σ，N,d（其它条件一定）有关，而σ，N一定时，d就起着决定性作用。当磨粒粒度小于油膜厚度时，磨粒浮游于润滑油膜之中，这时外加载荷由油膜承担，磨粒不直接承载，不能导致磨粒磨损。当磨粒粒度等于或大于油膜厚度时，则破坏油膜，直接承载而参与磨粒磨损。另外，当磨粒粒度在1—10μm范围时，由于其大小与正常磨损颗粒大小相当，因而其磨粒引起异常磨损的作用不太大。
2、腐蚀磨损含硫酸较高的燃油在燃烧时，燃油中所含的硫将产生二氧化硫，燃油中的氢燃烧后生成水蒸气，在高温高压的环境中二氧化硫会被氧化成三氧化硫。二氧化硫、三氧化硫和水蒸气在温度降到一定的露点以下的时候会生成亚硫酸和硫酸。因此在柴油机工作中，由于燃烧中的硫产生的酸性燃烧物的凝结，会使气缸套严重的被腐蚀。
3、熔着磨损
1）熔着磨损的成因
精加工的表面用肉眼看起来是很光滑的，但是用显微镜检查，就可以观察到他的表面是由锯齿形的峰和谷所组成。在边界润滑的条件下，摩擦面间只有一层及薄的油膜，摩擦表面的部分尖峰会刺破油膜发生接触，如由于润滑条件差，局部高温等，滑动表面缺乏充足的润滑油膜，就会使摩擦表面间发生金属的直接接触加剧。当两滑动表面在压力下有极微小部分的金属直接接触时，便形成局部高温，使两者熔粘着、脱落、逐步扩大形成熔着磨损
另外在大修柴油机时，由于所选配的气缸套和活塞的膨胀系数不同，也易造成熔着磨损，一般来说，熔着磨损的速度很快，严重时还会发生咬缸、拉缸等事故，所以，熔着磨损是缸套内壁最危险的破坏形式。
2）熔着磨损的特征
熔着磨损一般在气缸套上部靠近第一道活塞环上止点位置处较为严重，有局部金属熔着现象，可以观察到带有不规则边缘的沟痕、皱折以及擦痕和锥形凹坑等，当发生拉缸或抱缸时，在缸壁上可看到活塞咬死的痕迹和沿长度方向较深的擦伤，严重时整个表面布满咬死的熔着痕迹。
3）熔着磨损的影响因素
（1）气缸套材质不良或壁厚不均匀以及气缸盖螺栓预紧力不均匀。
（2）燃料品质太差，使燃烧室积炭严重
（3）磨合期内大负荷、高速运转以及温度过高
（4）润滑油选用不当或油量不足
（5）柴油机经常超负荷运转
4、疲劳磨损气缸套疲劳磨损是由于气缸套表面的交变接触应力，使活塞环和气缸套内部产生剪切应力，并在它们的表面有缺陷的地方产生应力集中，从而引发裂纹，最终导致裂纹以上的材料断裂和剥落。
二、气缸套磨损对柴油机的危害
气缸套异常磨损后，缸套与活塞之间的配合间隙增大，活塞环开口的间隙已相应增大，工作时会产生窜气、窜油、压缩不良等现象，导致柴油机发动机启动困难、机油变质、燃油及机油耗量增大而功率下降;摩擦件更换频率增大使维修费用大大增加；各缸磨损不均匀，还会导致发动机工作稳定性变差，容易产生振动危害等。
三、预防气缸套磨损的措施
（1）保持发动机的正常温度
合理冷却以保持发动机的正常温度，对提高发动机的耐磨性有很大的帮助，发动机处于低温工作时，润滑油粘度大，气缸套不易形成油膜不能从分润滑，从而增大气缸套的磨损，另外发动机处于低温工作时，气缸内的水蒸气易凝结成水珠，溶解废气中的酸性气体分子，生成酸性物质，使气缸套受到腐蚀。相反若发动机温度过高，会使气缸表面材料软化，强度降低而加剧磨损，
（2）定期清洗滤清器在对柴油机的日常维护中，应加强对空气滤清器、机油滤清器、柴油滤清器的清洗工作，加强对滤清器的保养，是防止杂质进入气缸，减轻气缸套磨损，延长发动机使用寿命的一项重要措施。特别对于空气滤清器，要根据工作环境的不同，及时更换空气滤清器的滤芯，以保证在不同的环境条件下起到良好过滤的效果。预防杂质进入柴油机燃烧室从而磨损缸套，特别是船舶长时间停航期间这项维护工作就更显得尤为重要。
（3）保持气缸套内的润滑工况良好保证柴油机在运行过程中的机油压力在规定的范围；保证机油的品质和供给量在规定的范围；按柴油机工作的区域和季节的不同选用合适的润滑油。
（4）活塞环的维修管理在吊装缸套检修的过程中应彻底清除活塞槽中的沉积物；测量活塞环的搭口间隙以及侧隙值，保持在规定的技术状态。通过扫气口观察判断活塞环的工作状态，发现断环、活塞环卡死在活塞环槽中的时候应及时处理，严防事故发生。
（5）采用合理的制造工艺由于气缸套的内表面形状和粗糙度对气缸套磨损的影响比较大，因此在气缸套生产过程中，选用合理的加工方法，控制气缸套和活塞环的表面形状，降低其表面粗糙度，可以达到减小气缸套的磨损的目的。在气缸套的选材过程中，选择耐磨性较好的材料也可以提高气缸套的耐磨性，延长气缸套的使用寿命。可以在制造活塞环和气缸套的材料中加入耐磨物质。以增强活塞环和气缸套的耐磨性，
柴油机气缸套磨损与操作、保养有着极大的关系，只有正确的操作和保养，才能有效地避免柴油机气缸套的磨损，把损失降到最小程度，从而延长柴油机的使用寿命。