張樂山

（浙江顯峰汽車配件有限公司，浙江平陽325400）

幾年前，在北京、廣州、南昌、哈密等多個(gè)機(jī)務(wù)段的百多臺內(nèi)燃機(jī)上對“RVS技術(shù)產(chǎn)品”的新型減摩材料進(jìn)行試驗(yàn)。在此，將2005年9月在哈密機(jī)務(wù)段兩臺DF8B車16 V280ZJA型柴油機(jī)軸瓦和曲軸的拆檢結(jié)果作一介紹。

1 RVS產(chǎn)品性能特點(diǎn)

RVS技術(shù)產(chǎn)品是一種兼具減摩抗磨和對磨損表面進(jìn)行自動修復(fù)功能的高技術(shù)產(chǎn)品。源于前蘇聯(lián)的軍工高技術(shù)。蘇聯(lián)解體后，該技術(shù)產(chǎn)品分別在俄羅斯和烏克蘭申請專利，被世界各國廣泛用于汽車、火車和艦船等領(lǐng)域的金屬摩擦副表面的磨損自動修復(fù)工程。在我國分別由兩家公司為總代理，以“摩泰”和“摩圣”的名稱進(jìn)行推廣銷售。

該產(chǎn)品為5μm左右固體細(xì)粉末制成的凝膠。通過潤滑油等載體將其帶到摩擦副表面。由于RVS技術(shù)產(chǎn)品存在表面不飽和電荷，與摩擦表面金屬有很強(qiáng)的吸附作用，能使之均衡地吸附在摩擦表面，在摩擦產(chǎn)生的微觀高溫高壓作用下，與摩擦表面金屬發(fā)生化學(xué)置換反應(yīng)，改變了摩擦副表面晶格和物相而形成金屬陶瓷，使摩擦副表面材料改性。金屬陶瓷是由至少一種金屬相和至少一種通常為陶瓷性質(zhì)的非金屬相組成的燒結(jié)材料。RVS技術(shù)產(chǎn)品在摩擦副摩擦表面形成的金屬陶瓷結(jié)構(gòu)層，厚度一般在8～14μm。其摩擦系數(shù)僅為0.003～0.007（比原材料低100倍，比潤滑油低2個(gè)等級）。其硬度為63～70 HRC，能耐高達(dá)1 600℃的高溫，與金屬載體具有相同的線膨脹系數(shù)，有極高的抗腐蝕性。它通過化學(xué)置換反應(yīng)不斷地填補(bǔ)摩擦副表面的微觀缺口裂縫，并使原表面升高，恢復(fù)了摩擦副表面的幾何尺寸。由于金屬陶瓷優(yōu)良的摩擦學(xué)特性，減小摩擦從而降低摩擦溫度，使置換反應(yīng)失去反應(yīng)條件而自動停止，置換反應(yīng)在摩擦副磨損表面的自動修復(fù)功能得以實(shí)現(xiàn)。

2 兩臺DF8B試驗(yàn)車拆檢情況

哈密機(jī)務(wù)段兩臺試驗(yàn)車為資陽機(jī)車廠新造車，投用前分別在潤滑油中加入了俄、烏兩國產(chǎn)品，并有意將中修里程由30萬km提高到60萬km，以對其效果作對比考核。通過檢測，將結(jié)果與每臺機(jī)車履歷薄中記載的原始軸瓦壁厚及曲軸直徑進(jìn)行比較，根據(jù)前后變化分析判斷其減摩效果。

其中，曲軸測量仍由資陽機(jī)車廠派人在解體現(xiàn)場進(jìn)行。每位軸頸于軸向兩端的Ⅰ－Ⅰ及Ⅱ－Ⅱ兩個(gè)測量帶上的A－A和B－B兩個(gè)垂直方向作徑向測量。然后再求4個(gè)讀數(shù)的平均值作為每位平均直徑。軸瓦則發(fā)回生產(chǎn)廠圣三強(qiáng)公司，采用按ISO12306標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定研制的點(diǎn)測量法壁厚測量裝置進(jìn)行測量。由于資陽機(jī)車廠裝機(jī)前系采用經(jīng)計(jì)量部門標(biāo)定的與軸瓦名義壁厚十分接近的校對棒，對千分表校零，然后對軸瓦中間軸向截面兩端作比較測量，取其平均值，前后兩次測量具有很好的可比性。同時(shí)，為了盡可能測準(zhǔn)，測前對全數(shù)共100片軸瓦逐一進(jìn)行了汽油清洗，并用0－0號砂布輕輕砂去瓦背的油垢、積炭等附著物，作到基本露出金屬本體。故測量值是真實(shí)可信的。

除軸瓦壁厚和曲軸直徑外，還對高出度和彈張量作了測量。高出度變化由打在軸瓦端面的原始值與拆檢測量值相比較。自由彈張量因無原始記錄，只按拆檢值進(jìn)行分析。

添加烏克蘭產(chǎn)品“摩圣”的5317機(jī)車0320號柴油機(jī)軸瓦和曲軸測量結(jié)果，分別見表1，表2及表5。添加俄羅斯“摩泰”產(chǎn)品的5321機(jī)車0324號柴油機(jī)主軸瓦、連桿瓦和曲軸直徑測量結(jié)果，分別見表3、表4和表6。

3 檢測結(jié)果分析

3.1 曲軸及軸瓦磨損情況

為便于分析，根據(jù)表1至表6中軸瓦及曲軸軸頸的變化情況，匯總列于表7。

表1 5317機(jī)車0320號柴油機(jī)（使用烏克蘭“摩圣”）主軸瓦厚度檢測結(jié)果

表2 5317機(jī)車0320柴油機(jī)（使用“摩圣”）連桿瓦厚度檢測結(jié)果

表3 5321機(jī)車0324＃號柴油機(jī)（使用俄羅斯“摩泰”）主軸瓦厚度檢測結(jié)果

表4 5321機(jī)車0324柴油機(jī)（使用俄羅斯”摩泰”）連桿瓦厚度檢測結(jié)果

表5 5317機(jī)車0320柴油機(jī)（使用“摩圣”）曲軸直徑檢測結(jié)果 μm

表6 5321機(jī)車0324柴油機(jī) （摩泰）曲軸頸直徑檢測結(jié)果 μm

從表7中可見，兩臺車的變化趨勢及平均變化值都很相近。其中，主軸上瓦作為非受力瓦，其磨損通常比下瓦小，故其修復(fù)效果比較明顯。下瓦一般磨損較重，特別是處于曲軸兩端的1、9位，1位支承的自由端與泵傳動及凸輪軸傳動系統(tǒng)相連，9位支承的輸出端與重達(dá)數(shù)噸的主發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子相連，這兩位軸瓦向來因受附加力作用而磨損較重。兩臺車各4片減薄的下瓦中，1、9位減薄量分別達(dá)10.13及13.13μm，是造成全部下瓦平均變化值為“負(fù)”約1.6μm的主要因素。

表7 兩臺車軸瓦厚度及曲軸軸頸直徑變化對比

至于連桿瓦，5317車雖比5321車平均增厚量稍大（平均大3.35μm），但變化趨勢卻非常相似：上下瓦平均增厚量之比分別為9.5／8＝1.188和6.4／5.4＝1.185，幾乎相等。

＊每個(gè)軸頸按2個(gè)測量帶計(jì)，主軸頸共18個(gè)測量值，連桿頸共16個(gè)測量值。

3.2 與未使用減摩修復(fù)劑的效果比較

16 V280ZJA型柴油機(jī)為DF11客運(yùn)機(jī)車和DF8B貨運(yùn)機(jī)車的發(fā)動機(jī)，其研發(fā)單位戚墅堰機(jī)車車輛廠過去曾對新造出廠的DF11機(jī)車柴油機(jī)的磨損情況進(jìn)行過跟蹤調(diào)查，測得山海關(guān)和上海機(jī)務(wù)段運(yùn)用的0019、0065、0066、0.067、0068等5臺機(jī)車柴油機(jī)在運(yùn)用一個(gè)中修期內(nèi)（平均運(yùn)行30萬km）的軸瓦平均磨損量和一個(gè)廠修期內(nèi)（平均運(yùn)行88.61萬km）的曲軸平均磨損量?，F(xiàn)將這些數(shù)據(jù)與哈密機(jī)務(wù)段兩臺車的數(shù)據(jù)對比如下。

兩組車運(yùn)行里程不同，是否具有可比性呢？

眾所周知，磨損曲軸線是一條“盆式”曲線，Y座標(biāo)為磨損量，X坐標(biāo)為磨損時(shí)間，盆壁的左面為下斜線代表初始磨損階段，底部水平線代表平穩(wěn)磨損階段，盆壁右面為上斜線代表急劇磨損階段。第1階段很短，但磨損量較大，一旦磨合良好轉(zhuǎn)入第2階段，磨損量會穩(wěn)定在一個(gè)較小的水平上，并保持很長時(shí)間。到第3階段實(shí)際上軸瓦壽命就接近尾聲。筆者1982年對第一代國產(chǎn)內(nèi)燃機(jī)車的10L207E柴油機(jī)改用ALSn20Cu合金——鋼背薄壁軸瓦的磨損情況作過一次大范圍跟蹤調(diào)查。先后對7個(gè)機(jī)務(wù)段的29臺機(jī)車在大修后的第1次架修和7臺車第2次架修期內(nèi)的全部軸瓦和軸頸磨損量作了測量和計(jì)算，Ⅰ架平均運(yùn)行里程16.9萬km，Ⅱ架平均運(yùn)行18.7萬km。Ⅰ、Ⅱ架期平均磨損率之比分別為：

主軸瓦：1.71∶1（Ⅰ架比Ⅱ架高71%）；

連桿瓦：1.77∶1（Ⅰ架比Ⅱ架高77%）；

主軸頸：4.06∶1（Ⅰ架比Ⅱ架高306%）；

連桿頸：3.48∶1（Ⅰ架比Ⅱ架高248%）；

事實(shí)上，在Ⅰ架期間包含了初始磨損期和平穩(wěn)磨損期兩個(gè)階段，Ⅱ架期則全部處于平穩(wěn)磨損階段。初始磨損主要是臺架試驗(yàn)的磨合階段發(fā)生的，只有幾十個(gè)小時(shí)。Ⅰ架高出Ⅱ架的磨損主要源于臺架試驗(yàn)和投用初期?？梢钥闯鲞M(jìn)入平穩(wěn)期后磨損率明顯下降，曲軸頸尤其突出。盡管每種機(jī)型因制造精度、潤滑狀況和工作環(huán)境不同，兩個(gè)階段的磨損率之比會不盡相同，但其磨損規(guī)律卻是相同的。從這個(gè)意義上講，16 V280ZJA型機(jī)軸瓦使用30萬km和60萬km，曲軸運(yùn)用88.6萬km和60萬km，均已進(jìn)入平穩(wěn)磨損期很久，在相同工作條件下，應(yīng)當(dāng)說其磨損量的差別不會太大，也就是說具有可比性。

那么，從表8就可清楚看出：

使用減摩修復(fù)劑的2臺機(jī)車軸瓦，除主軸下瓦平均出現(xiàn)只有約1.6μm的磨損外，其余均出現(xiàn)增厚現(xiàn)象，平均增厚5.67μm。而假若不使用減摩修復(fù)劑，其磨損至少不會小于運(yùn)行里程增加一倍的另外5臺車平均15 μm的磨損量。

使用減摩修復(fù)劑的2臺車曲軸，軸頸平均尺寸基本無磨損。而如果不用減摩修復(fù)劑，其平均磨損至少也會有15μm（5臺跟蹤車平均磨損21.85μm，運(yùn)行里程與2臺車之比為88.61／60＝1.476，試驗(yàn)車磨損為：21.85／1.476＝14.8μm）。

還應(yīng)當(dāng)指出的是哈密機(jī)務(wù)段兩臺試驗(yàn)車為貨運(yùn)機(jī)車（DF8B），與另5臺跟蹤車DF11客運(yùn)車相比，負(fù)荷較重；哈密機(jī)務(wù)段的行車區(qū)間地處戈壁灘，風(fēng)沙大，工作環(huán)境比上海、山海關(guān)區(qū)段惡劣，若不是用了減摩修復(fù)劑，曲軸和軸瓦的磨損很可能比5臺跟蹤車還要大一些。

表8 使用和未用“RVS”的兩組車平均磨損值對比

4 綜合評價(jià)

4.1 減摩和磨損表面自動修復(fù)效果

從5317和5321兩臺車拆檢數(shù)據(jù)可見，主軸瓦、連桿瓦及曲軸主軸頸、連桿頸，在歷經(jīng)60萬km運(yùn)行后，不僅沒有通常的磨損現(xiàn)象，反而出現(xiàn)了軸瓦壁厚平均值略有增大、軸頸平均直徑與原始尺寸基本持平現(xiàn)象。說明“RVS”在這兩臺車上確已產(chǎn)生良好減摩抗磨效果和對摩擦副磨損表面的自動修復(fù)功能。

另外，經(jīng)進(jìn)口粗糙度儀現(xiàn)場測試和打印圖形及數(shù)據(jù)表明，非試驗(yàn)車解體軸瓦上的未拉傷表面粗糙度多在Ra0.5左右，而試驗(yàn)車軸瓦合金表面未拉傷部位只有Ra0.125，未拉傷表面比新瓦的Ra0.5～0.8大為降低。說明RVS產(chǎn)品對降低摩擦副表面粗糙度效果顯著。

4.2 軸瓦存在的其他問題

（1）拉傷問題。基本上所有軸瓦合金表面都存在拉傷，且有的十分嚴(yán)重，說明新造車發(fā)動機(jī)清潔度不良。也說明RVS產(chǎn)品不具備抗拉傷功能。

（2）高出度減小問題。經(jīng)幾種車型多次拆檢對比，大功率中速柴油機(jī)的高出度，在裝機(jī)運(yùn)行后，一般都會減小0.03～0.05 mm。進(jìn)口瓦與國產(chǎn)瓦無明顯差別。此兩臺車的高出度平均減少值，上主軸瓦分別為41.3和45μm，下主軸瓦分別為43.7和42.4μm，上連桿瓦分別為45和45μm ，下瓦分別32和30μm。說明“RVS”產(chǎn)品對此現(xiàn)象不產(chǎn)生影響。

（3）彈張量的收縮問題。主軸瓦新瓦彈開量標(biāo)準(zhǔn)為246.5～248 mm，實(shí)測為兩臺車除一片略小于下限但仍有1.08 mm彈張量之外，其余均大于247 mm。

連桿瓦新瓦標(biāo)準(zhǔn)為222～223 mm，實(shí)測兩臺車除5片略小于下限（2 mm）但仍有1.14～1.98 mm彈開量外，其余均高于下限222 mm。

（4）疲勞損壞問題。5317車下9、下13、上9位及5321車下9位連桿瓦，均出現(xiàn)局部合金疲勞剝落現(xiàn)象，上9位剝落部位處于連桿體中心線部位，恰為承載區(qū)中心，可能由過載引起。下瓦雖稱非受力瓦，但連桿瓦由于存在往復(fù)運(yùn)動慣性力，載荷仍然較大，特別是斜切口連桿大端孔在縱向拉長、橫向收縮變形比較嚴(yán)重，3片上瓦疲勞部位均處于弧頂處，系扁縮較嚴(yán)重之處，可能因收縮使間隙消失而接觸磨損導(dǎo)致疲勞破壞，這種現(xiàn)象在16 V280ZJA連桿瓦上多見。

（5）穴蝕問題：下主軸瓦幾乎都存在圓形沖擊穴蝕現(xiàn)象；連桿上瓦1～8位全部存在近似感嘆號狀沖擊穴蝕。9～16位下瓦則在油穴兩端有不同程度的流動氣蝕。這主要與原設(shè)計(jì)特別是潤滑結(jié)構(gòu)形狀布局及壁厚形式有關(guān)。

（6）連桿瓦背微動磨損主要同設(shè)計(jì)周長過盈不足有關(guān)。

最后3條，系16 V280ZJA型軸瓦的慣性問題，在兩臺車上都同樣存在，與RVS產(chǎn)品的使用無關(guān)。