Page 89 - 理化检验-物理分册2025年第三期

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质量控制与失效分析 DOI:10.11973/lhjy-wl230364

活塞发动机连杆衬套内表面剥落原因

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陈 荣 ，田 浩 ，傅国如 ，陈 凡 2
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（1.北京航空工程技术研究中心，北京 100076；2.成都国营锦江机械厂，成都 610043）
摘 要：某活塞发动机连杆衬套多次出现内表面剥落现象，采用宏观观察、扫描电镜和能谱分
析、金相检验、模拟试验等方法分析衬套内表面剥落的原因。结果表明：铜合金衬层近表面存在枝
晶间孔隙和铅质点消失等异常显微组织，造成局部承载能力不足；铜合金衬层近表面异常显微组织
的产生原因是大修时采用酸溶液去除铅锡合金镀层的时间过长，铜合金层的枝晶间铅质点被酸溶液
溶解。
关键词： 连杆；衬套；铅青铜；电镀；铅锡合金；表面剥落
中图分类号：TB303；TG115.2 文献标志码：B 文章编号：1001-4012(2025)03-0077-06
Causes of inner surface spalling of connecting rod bushing of piston engine

CHEN Rong , TIAN Hao , FU Guoru , CHEN Fan 2
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(1.Beijing Aeronautical Technology Research Center, Beijing 100076, China;
2.Chengdu Jinjiang Machinery Factory, Chengdu 610043, China)
Abstract: The inner surface spalling phenomenon of connecting rod bushing of a piston engine occurred many
times. The causes of inner surface spalling of bushing were analyzed by means of macroscopic observation, scanning
electron microscope and energy spectrum analysis, metallographic examination and simulation test. The results
show that there were abnormal microstructures such as interdendritic pores and disappearance of lead particles on the
near surface of the copper alloy lining, resulting in insufficient local bearing capacity. The reason for the abnormal
microstructure near the surface of the copper alloy lining was that the acid solution was used to remove the lead-tin alloy
coating for too long during the overhaul, and the interdendritic lead particles of the copper alloy layer were seriously
dissolved by the acid solution.
Keywords: connecting rod; bushing; lead bronze; electroplating; lead-tin alloy; surface spalling

连杆是活塞发动机将内能转化为动能的重要传 力异常、润滑不良或材料退化等都可能造成连杆衬
动零件，在气缸内燃烧压力形成的交变载荷作用下 套的异常磨损 [1-5] 。此外，安装不当、冶金质量等因
连杆做周期性往复运动。连杆衬套镶嵌在连杆与发 素导致的连杆衬套疲劳开裂也常有报道 [6-7] 。
动机曲柄销配合的孔中，起到支撑曲柄销的作用，同 某型活塞发动机在使用中多次发生连杆衬套剥
时相对于曲柄销做往复摩擦运动，此时衬套相当于 落故障。衬套表面大面积剥落虽然没有直接影响曲
滑动轴承轴瓦，曲柄销与衬套之间属于间隙配合，润 轴的传动，但剥落金属屑进入润滑油系统会造成其
滑油通过油孔进入衬套内表面。连杆-连杆衬套-曲 他部件失效，最终威胁发动机的安全。然而，故障衬
轴销组成的摩擦副是发动机曲轴连杆结构中受力较 套内表面没有明显的磨粒磨损、黏着磨损、微动疲劳
复杂的部件，其工作环境和受力特点决定了衬套内 或高温等特征，损伤形貌与以往的摩擦磨损形貌有
表面材料容易发生摩擦磨损，由此引起的烧蚀、抱 明显差异。
死、变形松脱等往往会严重影响设备的安全运行，受 故障衬套包括双金属铸造衬套+镀层，也称

为三金属卷制衬套，其衬背材料为10号钢，衬层为
收稿日期：2023-12-17
ZQPb30Ag3 铅青铜，其结构如图 1 所示。衬层中
作者简介：陈 荣（1974—），女，博士，副研究员，主要从事航空
装备失效分析工作，crong00@aliyun.com Pb元素质量分数为 27%~33%，其厚度为 0.635~
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