船舶柴油机缸套穴蚀的原因分析及预防措施.docxVIP

在船舶湿式汽缸套的冷却壁面上，由于受到电化学作用、化学作用、应力作用和机械作用等影响会引起多种腐蚀，其中有一种主要是在连杆摆动平面方向汽缸套冷却壁面上出现蜂窝状小孔群损伤的现象被称为“穴蚀”，这种损伤除以局部形式聚集的凹坑形式出现外，常常表现为损伤表面是清洁的，没有腐蚀生成物的沉集，随着柴油机的继续使用，这些凹坑会逐渐扩大、变深，最终在汽缸套壁上形成穿通的小孔洞。

在柴油机修理时，有些被更换的汽缸套不是由于内壁被磨损到超过极限，而是由于外壁穴蚀孔深度己超过汽缸套壁厚一半以上。

为防止进一步的穴蚀破坏而造成穿孔和由穴蚀引起裂纹，不得不换新，因此，穴蚀直接影响着柴油机的可靠性和使用寿命。

一、船舶柴油机缸套穴蚀的形成

缸套穴蚀的形式主要是局部聚集的蜂窝状的孔穴和麻点。

各种型号柴油机穴蚀的共同特点是：

穴蚀均是最早聚集出现在连杆运动(摆动)的平面内，并且多发生在侧推力较大的一边。

1、缸套穴蚀的一般特征

①穴蚀发生在缸套上、下定位止口，特别是下止口与缸体定位凸台的配合处。

②穴蚀常发生在水套狭窄区，在缸体与缸套穴蚀面对应部位也常发生穴蚀，但缸体的穴蚀较轻。

③缸套材料的质量低劣，加工表面粗糙，穴蚀的发生会提前并更趋严重。

④穴蚀随柴油机的结构形式和强化程度的不同而不同，一般是随柴油机强化程度的提高而趋严重，如经常用于内河拖轮主机的6160型老型号柴油机几乎没有穴蚀现象，而在强化后才出现穴蚀问题；又如6300型柴油机由原来294kW强化至441kW后，穴蚀现象变得很严重。

⑤穴蚀的发生大大缩短了柴油机的使用寿命。

每到一个大修期或不到一个大修期就得另换一组新缸套，而一般缸套正常的寿命为3个大修期。

2、缸套穴蚀的机制原理

缸套穴蚀是不可轻视的，而柴油机缸套穴蚀的主要机制就是“电化学腐蚀”、“空泡腐蚀”以及和其它腐蚀机制的综合作用。

（1）电化学腐蚀

我们知道，金属被电化学腐蚀的条件：

一是处于电解质溶液中；

二是各部分存在着电位差。

柴油机缸套外表面与冷却水直接接触，海水是当然的电解溶液，而淡水中也难免含有一些杂物、氧气、氢气及渗漏入水腔中的燃气等。

因此，缸套正处于电化学腐蚀的条件下，受到电解液强烈的腐蚀作用。

柴油机缸套大多用铸铁制造，铸铁是多相合金，各相的电位不同，例如铁(Fe)与碳化铁(Fe?C)比较，碳化铁比铁更不易失去电子，电位较高，因而，铁成为阳极，碳化铁成为阴极，在冷却水中进行如下两种形式的反应：

A、析氧反应：

在铁(Fe):上2Fe-4e→2Fe2+(进入冷却水中)

在碳化铁(Fe3C)上：O?+4e十2H?O→4OHˉ

B、析氢反应：

在铁(Fe)上：Fe-2e→Fe2+(进入冷却水中)

在碳化铁(Fe?C)上：2H+2e→2H→H?

即在阳极上，铁(Fe)成为离子进入冷却水中，铁被腐蚀。

电化学腐蚀的强烈程度不仅与冷却水中含有氢和氧的浓度有关，而且还与温度有关。

冷却水中的氢、氧含量大时，电化学腐蚀加剧；冷却水的温度越高，电化学腐蚀反应速度越快。

在缸套穴蚀处，由于空泡腐蚀产生的冲击波，即高的压力峰及温度峰的作用，铁原子内部的电子活力增大，使该处铁原子较其他处易失去电子而被腐蚀。

（2）空泡腐蚀

空泡腐蚀是在气缸内压力的循环变化和活塞的侧推力作用下引起缸套的弹性变形和高频振动而产生的。

缸套的高频振动对冷却水不断产生交替的拉伸和压缩。

当冷却水受到拉伸时水的连续性遭到破坏，由于水的内聚力小于附着力，使紧贴缸壁的那部分水层被振离缸壁，仅剩一薄层水膜贴附缸壁，水膜与大部分水层间形成局部瞬时真空，在水中便出现含有蒸气的“空泡”；与此同时，冷却水瞬时受热汽化，也在水中出现“空泡”；再者就是缸壁振动加速度很大时，导致冷却水的运动跟不上，甚至连水膜也难附于缸壁而被弹离缸壁表面，致使冷却水层与缸壁之间出现局部真空而产生含有水蒸汽或由水中产生的其他气体的空泡。

当冷却水受到压缩时，“空泡”也受到压缩，空泡内水蒸气迅速液化而使空泡破灭，空泡周围的水迅速冲向空间，产生极强的冲击波作用在缸壁表面上。

这个冲击力虽然作用时间和作用空间很小，但它是连续反复地产生和作用在缸壁的极小面积上，碾压金属，使金属产生塑性变形及疲劳损坏，使缸壁表面金属逐步爆裂和掉落而形成孔洞和凹穴。

（3）其它腐蚀

导致缸套穴蚀破坏的第三个因素是其它腐蚀，包括化学腐蚀、热化学腐蚀(氧扩散)和冲刷腐蚀。

冷却水中不可避免的含有硫化氢(H?S)、氧气(O?)、二氧化硫(SO?)、二氧化碳(CO?)等气体，这些物质都会和缸套金属发生化学反应，使金属发生化学腐蚀。

有关试验证实，温度升高10℃，化学反应速度提高2～4倍。

穴蚀处因受冲击波作用，局部会有较大的升温，故该处的金属与上述气体的反应比其他处快，该处化学腐蚀也较激烈。

我们知道，铁在高温下的氧