Page 92 - 理化检验-物理分册2025年第三期

陈 荣，等：活塞发动机连杆衬套内表面剥落原因

衬套内表面剥落

接触应力
润滑不良 衬套质量问题
异常

铜合金衬层 铜合金与钢 镀层结合力
通油孔堵塞 油液污染 基体结合力
组织缺陷 差
差
图 7 故障树
作参数均正常，因此，排除润滑不良或接触应力大造 化学法去除镀层后重新电镀。铅青铜中铅质点游离
成剥落的可能。衬套材料为双金属铸造+镀层，在 分布于铜基体中，铜铅互溶度极低，铸造时容易出现
10号钢内表面浇铸ZQPb30Ag3铅青铜合金，然后在 铅偏析和显微疏松。但是，故障衬套未见铅聚集，只
铅青铜表面电镀铅锡合金。剥落发生在铅青铜衬层 有铅质点消失，且在铜层近表面100 μm的区域内显
近表面，因此首先排除镀层质量问题，以及铜合金与 微孔隙均匀分布，不符合常见的显微疏松和铅偏析
钢基体结合力不足等问题，剥落原因主要集中在铅 等铸造缺陷的特点，基本排除了铸造缺陷的可能。
青铜衬层质量问题上。 故障衬套均经历过大修，分析衬套大修流程，发
由衬套表面形貌检查与剖面金相检验结果可 现衬套需经过化学退除原镀层、弱浸蚀后重新电镀
知，衬套铜层近表面存在大量沿枝晶间分布的孔隙， 的过程，化学退镀和弱浸蚀这两个工序均使用了酸
这些孔隙的出现降低了铜层近表面强度。主连杆工 溶液，而铅可溶于多种酸溶液，因此，不能排除铜合
作过程中，衬套表面与曲轴接触摩擦，在接触应力的 金近表面的异常组织与这两个工序有关。
作用下，近表面孔隙连接成裂纹并继续扩展，直至铜
层剥落。衬套表面出现一定面积的剥落后，接触状 3 模拟试验
态恶化，局部接触应力进一步增大，从而导致更多铜 工厂现行化学退镀工艺为：用冰醋酸+双氧水
层剥落。因此，衬套铜层近表面存在大量沿枝晶分 混合溶液浸泡衬套，每隔5 min取出，检查退镀情况
布的孔隙，承载能力下降，是其使用中发生剥落的主 并刷去表面反应物，直至镀层完全去除。HB/Z 236—
要原因。存在枝晶间孔隙的部位同时存在铅质点消 93《电镀铅锡合金工艺》给出的退镀工艺为用氟硼
失的现象，与内侧铜层枝晶间分布有大量铅质点的 酸+双氧水混合溶液浸泡衬套，直到退净为止。工
组织有明显差异，表明这两个异常现象有很强的相 厂现行弱浸蚀工艺为用体积分数为10%的盐酸溶液
关性，即原本分布在枝晶间的游离铅质点由于某种 擦拭衬套不超过1 min，与HB/Z 236—93一致。
原因消失，使得枝晶间形成孔隙。 为进一步分析铜层近表面铅质点消失和出现显
衬套润滑良好，表面无高温变色或干摩擦特征， 微孔隙的原因，开展模拟验证试验，选取显微组织正
衬套工作区与非工作区的铜层近表面显微组织相 常的铜合金衬套，在不同的退镀条件和弱浸蚀条件
似，均存在铅质点消失的现象，非工作区工作中基本 下处理衬套，之后检查衬套剖面的显微组织，具体试
不受力，可以排除受力异常或润滑不良造成局部高 验条件及检验结果如表2所示。
温的可能，说明铅质点的消失与工作环境无关。 根据试验结果，用酸溶液浸泡来溶解铅锡合金，
分析衬套制造和修理过程，衬套为双金属铸造， 从而实现退镀，但在溶解镀层的同时也会溶解铜合
在钢基体上浇铸ZQPb30Ag3铜合金，加工至规定尺 金层中的铅质点，第3，5，6，7项试验均证明了这一

寸后再在铜层表面镀铅锡镀层，大修时采用刮修+ 点；对比第2，3，5，6项试验，可以看出原有镀层越厚，
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