活塞環(huán)是發(fā)動(dòng)機(jī)的關(guān)鍵件之一，其工作的好壞直接影響發(fā)動(dòng)機(jī)的性能。同時(shí)，活塞環(huán)又是易損件，檢修活塞環(huán)時(shí)，通常要吊出活塞，因此，常常把檢修或更換活塞環(huán)的時(shí)間作為發(fā)動(dòng)機(jī)的第一次檢修期限。
近年來，由于發(fā)動(dòng)機(jī)向高速和強(qiáng)化方向發(fā)展，活塞環(huán)的工作條件越來越苛刻，對(duì)其耐磨性也提出了更高的要求。
活塞環(huán)的磨損及影響因素
汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的活塞環(huán)和缸套之間的磨損具有如下幾個(gè)特點(diǎn)：
1．活塞環(huán)在上下止點(diǎn)之間作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，速度從靜止?fàn)顟B(tài)變化到最高達(dá)30m/s左右，如此反復(fù)的做大幅度變化。
2．做往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，在工作循環(huán)的進(jìn)氣、壓縮、做功和排氣行程中，汽缸壓力變化很大。
3．因?yàn)槭苋紵谐痰挠绊懀钊h(huán)的運(yùn)動(dòng)經(jīng)常是在高溫下進(jìn)行的，特別是第一道氣環(huán)，在高溫高壓及燃燒生成物所產(chǎn)生的化學(xué)作用下，油膜很難建立，使其實(shí)現(xiàn)完全潤滑比較困難，而常常處于臨界潤滑狀態(tài)。
根據(jù)磨損機(jī)理，活塞環(huán)磨損可分為正常磨損、熔著磨損（劃傷，擦傷）、磨料磨損及腐蝕磨損。但這些磨損現(xiàn)象不會(huì)單獨(dú)出現(xiàn)，而是同時(shí)存在并且相互影響。按照磨損部位，活塞環(huán)磨損又可分為滑動(dòng)面磨損和上下端面磨損。一般來說，滑動(dòng)面磨損比上下端面磨損大，滑動(dòng)面主要是熔著磨損和磨料磨損；上下端面則以因活塞做往復(fù)運(yùn)動(dòng)而引起的撞擊磨損為主。
活塞環(huán)滑動(dòng)面最大磨損常出現(xiàn)在汽缸上止點(diǎn)位置，因?yàn)樵撎幨芨邷貧怏w作用，破壞了油膜，造成易于熔著的條件，從而加速了活塞環(huán)的磨損。通常所謂的正常磨損實(shí)際上包含了輕微的熔著磨損和磨料磨損。各道環(huán)滑動(dòng)面磨損量不一樣，第一道氣環(huán)磨損量最大，第二道環(huán)約為第一道的一半左右，油環(huán)的磨損量最小。例如，裝在斯太爾WD615發(fā)動(dòng)機(jī)上的活塞環(huán)經(jīng)過500h可靠性試驗(yàn)后，第一道氣環(huán)開口間隙磨損為0.4～0.6mm，第二道開口間隙磨損為0.25～0.4mm，油環(huán)開口間隙磨損為0.3～0.55mm。但有時(shí)油環(huán)磨損比中間幾道環(huán)還大，這是由于受到汽缸表面潤滑油分布和吸附雜質(zhì)的影響。
活塞環(huán)上下端面的磨損主要是因?yàn)闄C(jī)油燃油中的硬性殘?jiān)约皬拇髿庵谢爝M(jìn)的塵埃顆粒在上下端面上形成的機(jī)械研磨，本質(zhì)上是磨料磨損。可是，當(dāng)出現(xiàn)活塞的異常熱變形、環(huán)槽側(cè)隙變小時(shí)，也可能發(fā)生熔著磨損。
影響活塞環(huán)磨損的因素很多，其中活塞環(huán)的材料和形狀、汽缸套活塞的材料和結(jié)構(gòu)、潤滑狀態(tài)、發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)形式、運(yùn)轉(zhuǎn)條件、燃油和潤滑油的品質(zhì)等是主要因素。當(dāng)然，在同一汽缸中，潤滑狀態(tài)對(duì)活塞環(huán)磨損的影響則是最大的，可以說，活塞環(huán)的磨損在很大程度上取決于潤滑狀態(tài)。理想的環(huán)面間潤滑為兩滑動(dòng)面間有一層均勻的油膜，然而這種情況事實(shí)上并不存在，特別是第一道氣環(huán)，由于受高溫的影響，很難建立起較理想的潤滑狀態(tài)。
活塞環(huán)的減磨措施
由于影響活塞環(huán)磨損的因素很多，而且這些因素往往是交織在一起的。另外，發(fā)動(dòng)機(jī)的類型及使用條件不同，活塞環(huán)的磨損也有很大差別，因而不能只靠改善活塞環(huán)本身的結(jié)構(gòu)和材料來解決問題，主要可以從以下幾個(gè)方面來著手：活塞環(huán)和汽缸套的材料及良好的匹配；表面處理；結(jié)構(gòu)狀態(tài)；潤滑油及添加劑選擇；由于裝配及運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)受熱而導(dǎo)致的汽缸套及活塞的變形等。
下面主要探討材料、結(jié)構(gòu)及表面處理等方面的措施。
1．選擇匹配性能良好的材料
就減少磨損而言，作為活塞環(huán)的材料，首先必須具備良好的耐磨性和貯油性。一般來說，必然是第一道氣環(huán)比其它環(huán)磨損較多，因此，特別有必要使用善于保持油膜而不被破壞的材料。具有石墨組織的鑄鐵之所以受到重視，其原因之一就是它具有良好的貯油性和耐磨性。
為進(jìn)一步提高活塞環(huán)的耐磨性，可在鑄鐵中加入不同種類和含量的合金元素，例如現(xiàn)在發(fā)動(dòng)機(jī)普遍采用的鉻鉬銅合金鑄鐵環(huán)，在耐磨性和貯油性方面都表現(xiàn)出明顯的優(yōu)點(diǎn)。
總之，活塞環(huán)所用材料最好是能形成合理的軟基體加硬質(zhì)相的耐磨結(jié)構(gòu)，使活塞環(huán)在初期磨合時(shí)易于磨損，磨合后又難于磨損。
另外，與活塞環(huán)相配合汽缸的材質(zhì)對(duì)活塞環(huán)的磨損也有很大影響。一般來說，配磨材料的硬度差為零時(shí)磨損最小，隨著硬度差增大，磨損也隨之增大。但是，在選材的同時(shí)，最好是在兩個(gè)零件都有最長壽命的前提下，使活塞環(huán)比汽缸更早達(dá)到磨損極限，這是因?yàn)楦鼡Q活塞環(huán)比更換汽缸套較經(jīng)濟(jì)和容易。
對(duì)于磨料磨損，除考慮硬度外，還必須考慮活塞環(huán)材料的彈性影響，韌性強(qiáng)的材料難磨損，抗磨性也高。
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