发动机冷激铸铁挺柱底面剥落分析与改进.doc

doi:10.3969/j.issn.1005-2550.2011.02.022发 动 机冷激铸铁挺柱底面剥落 分 析 doi:10.3969/j.issn.1005-2550.2011.02.022 发 动 机 冷激铸铁挺柱底面剥落 分 析 与 改 进 李 芳 ，周明彪 （东风汽车有限公司 东风商用车技术中心， 武汉 430056） 摘 要 ：发动机冷激铸铁挺柱在可靠性试验中出现的高频次底面疲劳剥落问题，从摩擦副磨损机理出发，对负荷和润 滑等进行模拟分析，结合台架试验提出了冷激球铁凸轮与冷激合金铸铁挺柱的许用工作条件，改进后有效地解决了 挺柱底面的疲劳剥落问题。 关 键 词 ：冷激球铁；凸轮；冷激铸铁；挺柱；疲劳剥落 中 图 分 类 号 ：U464.234 文 献 标 志 码 ：A 文 章 编 号 ：1005-2550（2011）02-0085-04 Analysis and the Improvement of the Spalling Problem on Heat Treated Chilled Cast Iron Tappets LI Fang， ZHOU Ming-biao （Dongfeng Commercial Vehicle Technical Center of DFL，Wuhan 430056，China） Abstract：Spalling problem on heat treated chilled cast iron tappets was frequently found in the reliability tests of a new engine. After the study on wear mechanism of friction， load and lubrication simulation， combined with bench tests， we have propounded the allowable working conditions for the match of chilled ductile iron cam and chilled cast iron tappet ， and also solved the problem finally with effective improvement. Key words：chilled ductile iron； cam； heat treated chilled cast iron； tappet；fatigue spalling 生疲劳裂纹，疲劳裂纹扩展引起材料表层的脱落。轻 微时摩擦面有麻点状的小坑—“点蚀”， 小坑发展严 重后形成大面积的剥落坑。 这种疲劳剥落的形成与 很多因素有关，如摩擦副的材料与金相结构，结构与 润滑，硬度与应力状况等。 冷激球铁凸轮与冷激铸铁挺柱配对具有良好的 抗粘着磨损的特性， 因为表面形成的渗碳体具有很 高的硬度和较低的摩擦系数， 它们之间不容易发生 粘着现象。然而，冷激铸铁挺柱底表面附近的珠光体 与渗碳体会在冷激作用下生长成垂直于底面的长柱 状晶体，使之抗疲劳剥落的能力相对较低，这种组织 形态产生轻微剥落的机理有两种。 1 4H 柴油机挺柱底面的疲劳剥落 4H 柴油机挺柱为平底桶形结构，冷激合金铸铁 材料，冷激区基体组织为莱氏体（珠光体与渗碳体）， 表面最低硬度 54HRC； 凸轮表面母线为微鼓形，冷 激球铁材料，冷激区基体组织为细珠光体和马氏体， 表面硬度 40HRC。 挺柱中心与凸轮中线偏心量 4 mm，以保证挺柱自转。 在发动机台架 500 h 转速冲击和 1 000 h 磨损 试验中，部分挺柱出了不同程度的剥落（见表 1），频 次很高（总频次 14/32），问题亟需解决。 在剪应力作用下挺柱底面表层组织发生明 （1） 显的塑性流动， 由此产生的位错运动在晶体界面处 受阻而形成塞积， 当塞积处应力超过渗碳体的断裂 应力时，裂纹便产生，并从次表面开始平行于表面扩 展，最后常沿着珠光体与渗碳体的界面发生断裂（见 剥落的机理分析 2 发动机运转时， 挺柱底面受交变应力作用会产 工 艺 · 材 料汽车科技第 2 期 2011 年 3 月的综合效应使冷激铸铁挺柱本身具有产生剥落的内在动因。4H 柴油机挺柱底面失效形式符合该特定材料 摩擦副抗表面剥落能力相对较弱 （ 抗粘着能力较 强）的一般理论规律。 基本可确定失效原因为零部 件工作状态超出了材料许用工作条件，零件本身特 性导致特定模式的剥落发生。表 1风 神 4H 发动机挺柱底面的剥落情况 零件工作状态校核3根据以上失效机理分析结果， 工 艺 · 材 料 汽车科技第 2 期 2011 年 3 月 的综合效