专利名称：一种船舶柴油机缸套耐穴蚀的处理方法
技术领域：
本发明属于材料腐蚀与防护技术领域，尤其涉及船舶柴油机缸套的处理方法。
背景技术：
目前，90%以上的船舶都使用水冷式柴油机作为推进及发电动力，柴油机的 缸套用铸铁铸造加工而成。当船舶柴油机长时间在低转速大扭矩下工作时，会 产生固定的振动频率。当振幅处于负压时，缸套外壁水冷部位溶解于冷却液中 的气体以气泡的形式分离出来并附着在缸壁上，这些气泡在振动振幅处于正压 时迅速溃灭，气体重新溶入冷却液中使体积和局部压力骤然减小，冷却液向低 压区高速运动，从而对气泡溃灭部位产生极大的冲击力和高温。由于铸铁缸套 是易切削的灰口铸铁，其内部组织是铁素体、珠光体和石墨的混合组织，其中 铁素体硬度低，较易塑性变形，石墨无任何强度，在外力下极易剥落。此外上 述混合组织构成了大量的微腐蚀电池，使得电化学腐蚀和穴蚀协同发生，加剧 了穴蚀破坏。由此周而复始，缸壁部分表面的表层产生疲劳而逐渐脱落，出现 大量的针状小孔，称为"穴蚀"，这些小孔逐渐扩展，最后形成深孔或裂纹。
现有防穴蚀表面处理方法有以下三种
(1) 、涂覆有机复合涂料。其不足之处是影响缸套的散热，高温下抗冲击 性大幅度下降导致涂层脱落。
(2) 、热喷涂锌铝防腐涂层。其不足之处是锌铝层硬度低，抗冲击及抗疲
劳性能差，与铸铁的结合力差，容易呈片状脱落。(3)、氮化。这种方法不存在结合力问题，且硬度高，抗冲击及抗疲劳性
能好，因而目前应用最多。但也有不足之处， 一是由于氮化层较薄，氮化只 能是缸套加工的最后一道工序，氮化后不允许再精加工，但是氮化过程需在
50(TC以上保持数十小时，作为薄壁筒精密件的缸套变形问题十分严重，在这数 十小时内一旦变形，轻者破坏了缸套活塞配合间隙加剧磨损和振动，重者报废，
导致生产成本急剧增加；二是氮化只在铁素体表面进行，而石墨不会发生任何 变化，缸套在使用过程中石墨率先脱落，暴露出底部未氮化的铁素体，形成大 量的腐蚀微电池，加剧了穴蚀速度并发展成为溃疡腐蚀；三是氮化耗能大效
率低成本高。
因此，目前尚未有一种很满意的耐穴蚀处理的方法。
发明内容
本发明的目的在于克服目前三种防穴蚀表面处理方法的不足，提出一种新 的船舶柴油机缸套耐穴蚀的处理方法，这种方法实际是使铸铁缸套外壁产生相 变快速熔凝成白口铸铁的处理方法。
为达到上述目的，本发明步骤如下-
1、 将已加工好的铸铁缸套定位在旋转装置上，铸铁缸套一侧安装一个可与 缸套沿缸套轴线方向匀速相对运动的高能束流发生装置。
2、 启动旋转装置使缸套绕轴线旋转，启动高能束发生装置，产生高能束。
3、 高能束照射到缸套外壁水冷部位表面上使之产生局部的瞬间熔化，随着 缸套旋转及与高能束沿轴线方向的匀速相对运动，缸套外壁水冷部位表面依螺 旋轨迹熔化和快速凝固，最终形成一层坚硬均匀的白口层。
上述高能束流的温度不低于500(TC ，束流直径不低于3mm。 上述高能束可以是激光束、等离子束或其他聚集高能量束。为了消除快速熔凝过程和此前铸造与粗加工所产生的内应力，本发明可按 照以下工序生产
缸套铸造—粗加工—高能束快速熔凝—消除应力退火—精加工。具体为；
1、 缸套铸造后先粗加工，将缸套外壁水冷部位加工到成品图纸尺寸，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步骤进行；
3、 将缸套退火，消除此前产生的所有内应力；
4、 按图纸精加工，消除此前产生的所有变形。 经上述方法处理的铸铁缸套能够耐穴蚀的原理是
因为穴蚀是在空泡溃灭时产生高速微射流引发材料表面剧烈塑性变形而导 致的材料表面裂纹萌生、扩展、局部断裂以至剥落，所以材料表面的硬度越高， 塑性变形越困难，穴蚀就越难发生。当灰口铸铁重新熔化并快速冷却凝固后， 石墨会全部溶解到铁中，形成与灰口铸铁内部组织完全不同的白口铸铁。白口 铸铁的内部组织是单一的渗碳体。渗碳体是一种十分坚硬的铁碳化合物，几乎 不会产生塑性变形，而且渗碳体具有较高的导热性和抗腐蚀性，单一的组织也 不会形成腐蚀电池，因此抗穴蚀能力远远高于灰口铸铁。
高能束快速熔凝仅处理缸套外壁水冷部位，不涉及其他精密配合面。 本发明的积极效果是1、在灰口铸铁缸套表面生成的白口铸铁层是由单一 的渗碳体组成，硬度高，导辟性好，抗穴蚀能力远远高于灰口铸铁。白口层是 在缸套自身熔化的基础上生成，因此不存在结合力差易剥落的问题；2、白口层 厚度容易控制，厚度远大于氮化层厚度，且无石墨夹杂，整体抗穴蚀寿命高于 氮化层；3、熔凝白口化工序可在消除应力退火和精加工之前进行，消除了缸套 此前产生的所有内应力和变形；4、生产工艺简单，效率高，能耗少，无废品，生产过程不产生环境污染。
图1是经12小时穴蚀后的相对穴蚀性能比较图，图中曲线是三种情况的缸 套外壁试样穴蚀失重曲线，纵座标表示累计失重，单位是毫克，横座标是穴蚀 时间，单位是小时。
图2是铸铁缸套经8小时超声波加速穴蚀处理后的表面形貌对比照片，其 中图(a)是未经任何处理缸套试样的腐蚀形貌，图(b)是经渗氮处理后缸套试样的 腐蚀形貌，图(c)经快速熔凝处理后缸套试样的腐蚀形貌。
具体实施例方式
本发明的实施如发明内容所述，在此不再重述。
正面结合图1图2再对本发明的效果进一步说明。
由图1看出，经12小时穴蚀后的相对耐穴蚀性能比较图，快速熔凝处理缸 套的耐穴恂性能是渗氮处理的1.36倍，是未经任何处理的4.48倍。从失重曲线 的发展趋势来看，随着时间的延长，上述差距还会继续扩大。
由图2可以看出，未经处理表面(图2a)穴蚀和电化学腐蚀十分严重，表 层部分已经完全脱落，底部仍有大量较深的穴蚀坑，呈蜂窝状分布。渗氮处理 表面(图2b)穴蚀坑呈网络状分布，穴蚀坑较深，产生了严重的溃疡腐蚀，表 层组织部分脱落。表面熔凝处理表面(图2c)只有部分区域出现较浅的穴蚀坑， 呈断续点状分布。
权利要求
1. 一种船舶柴油机缸套耐穴蚀的处理方法，其特征在于，步骤如下第一步将已加工好的铸铁缸套定位在旋转装置上，铸铁缸套一侧安装一个可与缸套沿缸套轴线方向匀速相对运动的高能束流发生装置；第二步启动旋转装置使缸套绕轴线旋转，启动高能束发生装置，产生高能束；第三步高能束照射到缸套外壁水冷部位表面上使之产生局部的瞬间熔化，随着缸套旋转及与高能束沿轴线方向的匀速相对运动，缸套外壁水冷部位表面依螺旋轨迹熔化和快速凝固，最终形成一层坚硬均匀的白口层。
2、 如权利要求1所述的船舶柴油机缸套耐穴蚀的处理方法，其特征在于， 步骤如下第一步缸套铸造后先粗加工，将缸套外壁水冷部位加工到成品图纸尺寸， 其他精密配合面留有一定精加工余量；第二步按照权利要求1所述的步骤依次进行； 第三步将缸套退火，消除此前产生的所有内应力； 第四步按图纸精加工，消除此前产生的所有变形。
3、如权利要求1或2所述的船舶柴油机缸套耐穴蚀的处理方法，其特征在于，所述的高能束流的温度不低于500(TC，束流直径不低于3mm。
4、如权利要求1或,2所述的船舶柴油机缸套耐穴蚀的处理方法，其特征在 于，所述的高能束是激光束、等离子束或聚集高能量束。
全文摘要
本发明公开了一种船舶柴油机缸套耐穴蚀处理的方法，实施步骤是将已加工好的铸铁缸套定位在旋转装置上，缸套一侧安装一个可与缸套沿缸套轴线方向匀速相对运动的高能束流发生装置。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层。白口层抗穴蚀寿命高于氮化层。本发明在灰口铸铁缸套表面生成的白口铸铁层抗穴蚀能力远远高于灰口铸铁，不存在结合力差易剥落的问题，整个生产过程不产生环境污染。
文档编号C21D1/09GK101457282SQ200810249649
公开日2009年6月17日 申请日期2008年12月25日 优先权日2008年12月25日
发明者敏 李, 李惠琪 申请人:山东科技大学