发动机曲轴生锈影响因素浅析

彭峰

摘 要：发动机曲轴轴颈生锈会导致曲轴装配后无法正常旋转，轴颈和轴瓦异常磨损等质量问题。生产现场铸铁件曲轴生锈情况比较常见也难于控制，生锈后曲轴报废和返修成本较高。本文就曲轴生锈问题影响因素进行各方面分析，使得在实际生产中曲轴生锈问题可得到快速抑制解决。

关键词：曲轴生锈;清洗液;温湿度

1 研究曲轴生锈影响因素的背景

曲轴在发动机中的工作环境非常恶劣，转速非常高，载荷非常大。如果曲轴轴颈表面生锈会直接影响运动副的运动效果。如果生锈严重会影响到曲轴的疲劳寿命，严重时会导致曲轴断裂，因此曲轴表面不允许有任何生锈情况。铸铁生锈是一个化学反应过程，铁生锈需同时接触到水和氧气，氧气溶解在水里，铁与氧气、水发生化学反应，产生生锈现象。生产现场较难控制曲轴不与水和氧气接触。基于此背景，针对曲轴生锈问题进行原因分析。

2 曲轴生锈问题分析

本文以我司N系列曲轴为列来分析生锈因素和预防控制。曲轴生产最后一道工序为最终清洗机，经清洗、吹干后，在曲轴表面形成一层清洗液防护膜，用于隔绝金属与氧气接触，起到较好的防锈效果。针对曲轴生锈问题，目前我司主要从以下几个方面进行分析控制。

2.1 清洗设备影响因素分析

2.1.1 工件干燥时间不足

铁与氧气、水发生化学反应，产生生锈现象。当经过最终清洗机后的曲轴表面干燥度不足，表面残留水珠就会加速曲轴生锈。现场通过延长曲轴经过清洗机真空干燥工位的时间来提升表面干燥度。吹干时间越长，吹干效果越好，但也得综合考虑生产效率，干燥工位节拍应满足生产线整体节拍要求。

2.1.2 工件吹干喷嘴偏移

曲轴清洗干燥工位是靠吹气喷嘴对准曲轴表面进行干燥作业。如果喷嘴位置偏移未对准工件表面或喷嘴堵塞均会导致工件表面存在水珠情况。为避免出现以上两种情况，需定期检查喷嘴位置和喷嘴是否堵塞。

2.2 曲轴物料影响因素分析

2.2.1 曲轴成分不符合要求

铸铁金属成分及其占比不同，抗氧化能力不同，表现出的生锈程度也不同。为避免因为曲轴毛坯成分异常波动导致生锈，工厂内部需对每批次曲轴毛坯来料进行成分分析（如图1），将每次分析数据录入分析控制图中，当发现某种元素比例异常时及时反馈毛坯铸造供应商进行调查并加严控制。同时毛坯铸造商在生产配料时也需严格按照過程控制计划进行配比生产，从源头控制曲轴毛坯各成分比例合理。

2.2.2 曲轴毛坯空隙较大

曲轴为铸铁件，如果毛坯形成内部孔隙不均匀，出现较大较多的情况，则水分会残留在孔隙内不易挥发进而导致容易氧化生锈。为避免出现孔隙较大情况，来料抽检时需对毛坯金相组织进行监控，如对组织球数、球化率、铁素体大小和牛眼率等监控测量。

2.3 最终清洗机清洗液影响因素分析

清洗剂具有一定的防锈能力，不同清洗液浓度防锈效果差异较大，我司将清洗液浓度控制在2%～4%，在这个范围内浓度越高防锈能力越好。日常需每天对清洗液浓度进行检测，如发现偏低情况需及时补充清洗剂。清洗液采用清洗剂和自来水配液。自来水经过氯或氯化物消毒，引入了氯离子。清洗液经过一段时间的使用，水分蒸发浓缩导致清洗液氯离子含量会越来越高。氯离子会与铁元素发生反应，腐蚀工件表面。日常化学品实验室需每周对清洗液氯离子含量进行检测分析，要求<200PPM。清洗液温度越高，水分蒸发越快，干燥效果越好。温度越高可避免水分残留导致生锈但温度过高会破坏清洗液的有效成分影响清洗效果，因此需控制在合理范围内，目前控制在40～45度。日常需每班次点检清洗液温度并录入温度SPC控制图，当有异常趋势时及时调整处理。清洗液的产品品质具有很强的时效性，当清洗液长时间使用会导致防锈能力下降，需定期更换，目前需每月更换一次清洗液。

2.4 曲轴存储环境影响因素分析

空气中相对湿度越高，金属表面水膜越厚，空气中的氧透过水膜到金属表面作用进而导致金属生锈。当相对湿度达到一定数值时，腐蚀速度大幅上升，这个数值称为临界相对湿度。铁元素的临界相对湿度为65%，因此需将曲轴存储的环境湿度控制到65%以下。环境温度对曲轴生锈同样影响较大，特别是当相对湿度达到临界值时，温度的影响明显加剧，温度每增加10℃，锈蚀速度提高两倍。目前需将存储环境温度控制在20～28度。

3 总结

曲轴生锈是一个影响因素较多的问题，需对每个影响因素均加强过程控制，当多个影响因素均控制不佳时会加重生锈情况。比较常见的工件表面未吹干导致水分残留是直接原因，清洗液防锈能力低、存储环境相对湿度差是次要原因。当出现生锈问题时可同时从以上几方面进行分析，快速锁定问题原因，进行相应的调整，保证产品质量。

参考文献：

[1]郭泽熙.浅议生铁变成铁锈的化学过程[J].化工管理，2017（20）.