淺談發動機氣缸套材料的現狀，瞭解汽車知識

由於社會發展的迅速，現代汽車發動機都在不斷的進行強化，現在都開始要求發動機氣缸套必須具有很高的耐熱性、耐磨性、強度大、剛度硬等等一些特點。到目前至今為止，鑄鐵裡面尤其是其中的一種叫做合金鑄鐵，合金鑄鐵的特點以其耐磨性好、製造方便、成本低等等，一直居於氣缸套材料的首要地位。

實踐結果證明，合金鑄鐵的金相組織對共其強度、剛度、耐磨性、耐熱度等都有很大的影響，而向鑄鐵中新增多種合金元素就能使金相組織均勻，珠光體緻密，或促進高硬度碳化物的形成，最終從而達到相應強化的要求。

由於高溫燃氣的壓力和溫度、存在的磨料、腐蝕性介質，以及氣缸壁所特有的潤滑方式和活塞環、活塞與氣缸壁相對運動速度等作用因素的影響，東風EQ140型載貨汽車所裝用的Q6100發動機中磷鑄鐵氣缸套內壁沿母線方向的正常磨損規律，根據筆者近年來積累的實測資料繪成曲線，與國內外一般磨損規律基本相似。缸徑100mm左右的發動機，當其最大磨損數值達到0。35~0。40mm時，就須進行鏜缸修理，一般情況下，如再有車架或其他兩個總成（變速器、車橋等）需大修、則整輛汽車就要送廠大修。因此可以說，氣缸的磨損程度決定了整輛汽車的大修間隔里程。

硼（B）鑄鐵多年來一直不失為良好的氣缸套材料。在鑄鐵中加入0。04~0。08%的硼，就會在珠光體的基體中析出含硼碳化物的斯氏體，其硬度值高達HV1000左右，比普通的斯氏體還要高，因此耐磨性很高，其強度、鑄造及切削效能良好，缺點是當含硼較多時脆性增加。

硼鑄鐵氣缸套的滑動摩擦面，由於表層各部份的耐磨性相差懸殊，所以較軟的珠光體基體在發動機工作中磨損較快，而堅硬耐磨的含硼碳化物特殊斯氏體就象一個個小島突出於珠光體基體之上構成為第一滑動面，使其不致於被迅速磨損。較第一滑動面為低的珠光體基體與第一滑動面之間則構成了儲油效能良油池，油池中所儲藏的潤滑油可以保證向第一滑動面提供充足的潤滑介質以防摩擦副發生粘著磨損，這樣可以提高氣缸壁的磨損抗力，從而使硼鑄鐵缸套在國內外都獲得了廣泛應用。

我國東風EQ140載貨車發動機缸套採用中磷鑄鐵材料新增合金元素（P），可在鑄鐵的金相組織中形成三元磷共晶，即所謂斯氏體，硬度為HV600~800，使耐磨性大為提高，除其耐磨機理與硼鑄鐵缸套類似外還因磷的加入而改善其耐腐蝕性，使由於腐蝕性介質而產生的氣缸壁腐蝕性磨損緩解，例如所用燃料中含硫分較高、長期在低溫狀態下使用或行駛工況極不穩定以及熱狀況不良等。目前，國內外汽車用發動機氣缸套鑄鐵材料含磷多在0。15~0。80%之間，不應過高。因為過高後可在基體中析出的磷共晶並聯成網狀，使鑄鐵發脆，耐磨性變差，在加工、裝配過程中易於發生斷裂。

鋸（Nb）鑄鐵是國內外新發展起來並引起廣泛重視的一種氣缸套材料（化學成分見表1）我國第一汽車造制廠1987年開始生產的解放CA141型載貨汽車用CA6102汽油發動機上裝用的就是這種銀鑄鐵乾式氣缸套。在鑄鐵中新增一定量的合金元素鋸，可以在鑄鐵基體中形成彌散分佈的錠的碳氮化物—一鋸（C、N）化物，其硬度高達HV2300~2500。氮在普通鑄鐵中以夾雜物的形式存在於鑄鐵的共晶團品界處，使晶胞間的結合力減小，而鋸在鑄鐵基體中形成的鋸（C、N）化物卻可減少晶界處的夾雜物，從而提高材料的抗拉、抗彎強度、衝擊韌性和硬度。同時，鋸的新增還使鑄鐵材料的常溫效能和高溫效能都得到了顯著地改善。

鋸鑄鐵氣缸套的耐磨機理銳鑄鐵基體中析出的粒度為3~7微米的鋁（C、N）化物，顆粒數量如果達到100粒/mm2，即可構成第一滑動面，而硬度較低的珠光體基體及石墨經磨損後凹陷而構成第二滑動面，其間儲存的潤滑油可為第一滑動面提供充分的潤滑。妮鑄鐵所表現出的摩擦係數和磨損量都相當低，尤其是抗粘著磨損的效能優越。在鋁鑄鐵氣缸套中，如果再新增一量的磷，對於增強鋁鑄鐵的耐磨效能將會起到極大的作用，這是因為加磷後析出的斯氏體將會增加第一滑動面的工作面積，減輕承載比壓，保護缸套的工作表面。

作為比較，前面所提到的翻鑄鐵氣缸套雖然也存在第一和第二滑動面，但由於其第一滑動面系含硼碳化物的特殊斯氏體沿品界分佈且其塊度又較大，使其在第一滑動面上的分佈不夠廣泛，而且，特殊斯氏體的摩擦係數值較高而顯微硬度值又僅為鋁（C、N）化物的40%左右，同時，又鑑於硼鑄鐵氣缸套的第二滑動面儲油能力也低於倪鑄鐵，眾多的不利因素導致了硼鑄鐵氣缸套的磨損抗力不及鋸鑄鐵。

此外，由於添加了鋁使基體組織中的石墨趨於細化且分佈更為均勻，還使鑄鐵的共晶組織也得到明顯細化，這對於氣缸套材料來說都是極為有利的。還需提到的一點是，在銳鑄鐵氣缸套中，由於粒度極小的球狀鋁（C、N）化物硬質相對摩擦副表面之間的油膜劃切破壞很小，而且劃切痕跡僅為線形，而硼鑄鐵中粗大的特殊斯氏體對油漏的劃切破壞則顯條狀，所以還對摩擦副的配偶件構成不利的磨損因素。