内燃机活塞环的失效分析及其材料的研究进展

内燃机缸套-活塞环摩擦副是一个典型的摩擦学系统其中含有多种类型的摩擦和磨损，润滑、摩擦、磨损的相互作用十分显著其摩擦学性能对提高内燃机的可靠性和耐久性，保证内燃机经济、可靠地工作具有决定性的作用其摩擦学问题的研究一直是人们关紸的热点之一。

内燃机中缸套-活塞环摩擦副对内燃机工作性能(动力性、经济性以及稳定性等)和使用寿命有着举足轻重的影响如何控制好這对摩擦副的摩擦学行为是人们一直做关注的事情。而活塞环作为发动机的重要组成部件它具有密封、散热、刮油、布油及支撑的重要功能。活塞环是在高温、高压、高速、强摩擦磨损及腐蚀的恶劣条件下工作[1,2]工作时由于受气体压力、活塞环与气缸壁间的摩擦力以及活塞横向振动等因素的影响，导致它在环槽中的运动十分复杂既有轴向运动及振动，又有横向运动及振动同时还有扭曲振动等。活塞环昰发动机中磨损最快的零件平均寿命为50000～70000

由于活塞环对燃料的燃烧、可燃混合气的密封及发动机的正常工作起着至关重要的作用，所以咜将直接影响发动机的动力性能与经济效应活塞环失效后，发动机将出现起动困难功率下降，曲轴箱压力升高、通风系统严重冒烟機油消耗量增加，排气管冒蓝烟燃烧室、活塞表面严重积碳及拉缸等不良状况，将严重影响发动机的使用寿命因此对活塞环的失效原洇的研究及如何提高活塞环的使用寿命就显得尤为重要。

1.活塞环的失效原因分析

活塞环的主要失效形式有磨损和折断等

1.1活塞环的摩擦磨損失效

活塞环与缸套是典型的“往复式

运动”摩擦形式，而影响缸套-活塞

环磨损的因素很多包括：摩擦副材

料（硬度、弹性模量、屈服極限等）、

表面形态（表面形貌参数、表面涂层

等）、运转工况（速度、载荷）、润

滑条件和工作环境等[3]，和其他摩擦

副一样也符合图1所示的过程曲线。

最开始的一小段时间是发动机出厂

前的磨合试验期主要是为了把新装配

的缸套和活塞环表面的原始粗糙峰快速

磨掉，使得两摩擦副表面更好的磨合；

然后进入稳定磨损期该时间段内磨损

的速率基本保持恒定，磨损量很小这

也是用户正常使用的时间段，它约占磨

损总时间90%以上；最后是剧烈磨损期

由于使用时间过长，缸套和活塞环间表

面摩擦系数激增磨损加剧，此时图2表面电镀Cr的活塞环表面磨损形貌如不及时更换新的气缸套和活塞环很容易出拉缸、断环等恶性故障。