直冷式铸造机液压缸柱塞表面腐蚀的原因分析与控制措施.pdf

第 4 1卷第 2期 2 0 1 2年 4月 有 色 金 属 加 工 NONFERROUS METAL S PROCESSI NG VO1 ． 41 NO． 2 Apr i l 201 2 直冷式铸 造机液压缸柱 塞表面腐蚀的 原 因分析与控制措施 孙跃锋 ， 王进 良， 刘金朋 河南 中孚实业股份有限公司 ， 河南 巩义 4 5 1 2 6 1 摘要 直冷式铸造机液压缸柱塞表面发生腐蚀 ， 通过 对其表 面腐 蚀 的特征 、 周 围环境 、 使用状 况进行分 析 ， 结合液压系统的实际运行 参数 ， 不锈钢材料的电化学腐蚀 试验和各 点的相对直流 电压测 量等 ， 最 终得出 电化 学腐蚀原 因的结论并采取正确的控制措施 ， 有效地阻止 了缺陷的扩大 。 关键词 直冷式铸造机 ； 液压缸柱塞 ； 腐蚀 ； 机械磨 损 ； 气蚀 ； 电化学腐蚀 中图分类号 T H 1 3 7 文献标识码 A 文章 编号 1 6 7 1 6 7 9 5 2 0 1 2 0 2 0 0 4 6 0 4 近几 年来 ， 随 着 国 内铝 加 工 行 业 的蓬 勃 发 展 ， 许 多大型铝加工厂纷纷上马先进 的全 自动扁锭生产线。 公 司 2 0 0 9年从 美 国 w a g s t a ff引进 L HC超 低 液 位全 自 动直冷式铸造机 ， 采用液压缸升 降的方式进行控制 ， 经过近半年的运行 ， 发现铸造液压缸柱塞表面出现区 域点状腐蚀现象 。随后 ， 公司组织技术人员和 w a g s t a f f 公 司工程 师进 行 了现 场 观 察 、 测 量 和 相 关试 验 ， 对 液 压缸柱塞表面腐蚀的形成原因进行分析 ， 制定出了相 应的控制措施并成功地应用于生产实践。 1 液压 缸柱塞表面腐蚀特征 由图 1 部 分腐 蚀 区域 的照 片 可 以看 到 液 压 缸 柱塞表面腐蚀的主要形态是孔蚀和片状脱落， 腐蚀面 形状不规则 ， 大小 不一 ， 最大孑 L 直径约 1 m m， 中心发 黑 ， 外围镀铬层损坏、 光泽度降低 、 表面粗糙。从位置 分布上看 ， 在柱塞高度方向上大约有 2 ． 5 m长 ， 腐蚀区 域上线 基 本与停 机 时井底 残 留循环 水 液 面一 致 ， 高 度 与水深基本相 同， 在 区域 内腐蚀点呈 随机分 布， 上部 比下部更为严重 ， 靠近接近开关侧 比邻近两侧和相反 侧 的单位 面 积 内腐 蚀 点 更 多 、 更 严 重 ， 接 近 开 关 的相 反侧腐蚀点最少 ， 腐蚀程度最小。 2 液压缸 的使用状况 收稿 日期 2 0 1 1 0 9 2 6 图 1 柱塞表面腐蚀照片 图 2铸 造 机 停 机 位 置 示 意 图 w a g s t a ff铸造液压缸柱塞材料为不锈钢离心式铸 造中空结构 ， 经过整体 锻造机 械加工而成 ， 外层采用 镀铬防腐 。液压缸整体安装在铸井底部 ， 通过柱塞 的 伸缩来实现铸造机顶板的升降， 铸井一侧墙壁 上安装 有测量铸造平台位置的接近开关 ， 接近开关的护罩为 不锈钢材质 ， 与墙壁之间采用膨胀螺栓连接。 柱塞通常直接工作在铸造用工业循环水 中， 并有 部分柱塞在铸造机停机时一直浸在铸井底部残 留的 铸井墙壁 第 2期 有色 金属 加工 4 7 水 中， 水位 由液位开关和排水泵控制 ， 停机水位 淹没 最 低位 接 近 开 关 的部 分 护 罩 ， 如 图 2所 示 为 停 机 状 态。生产前期铸造机整体运行率不高 ， 在发现表 面腐 蚀情况前较长一段时间内铸造机处于停运状态 ， 并且 铸 井底 部 一直 残 留有一 定深 度 的铸造 循 环水 。 3 液压缸柱 塞表 面腐蚀原 因分析 从 液压 系统 理论 和 生 产实 践 可 知 ， 液压 缸 柱塞 表 面遭受破坏的原因主要有 液压油内含有腐蚀性物质 或 液 压油 进 水 后 乳 化 ， 机 械 磨 损 ， 气 蚀 和金 属 电 化 学 腐 蚀 。 3 ． 1 液压 油 内含有 腐蚀 性 物质或 液压 油进 水 后乳 化 由于发现的柱塞面腐蚀 区域较 长时间处于油缸 外部 ， 且 通过 油 品检 验 ， 液压 油各 项 指标 正 常 ， 故 可 排 除液压油的杂质腐蚀原因。 3 ． 2 机 械磨 损 大 多是 因为 液 压 油 中掺 杂 硬 度 较 大 的 颗粒 或 活 塞本身磨损产生的铁粉在液压缸运行过程 中对柱 塞 表面造成擦 伤 ， 镀铬层脱 落后 造成损 伤部位腐 蚀 恶 化 。另 外 ， 负载 不 均 匀 造 成 柱 塞 过 度 偏 磨 ， 也 会 损 伤 偏磨 部 位 的镀铬 层 ， 导致 腐蚀 。 因腐 蚀 点为 区域 性不 规则 分布 ， 故排 除 机械擦 伤 原 因 。 3 ． 3 气 蚀 产生气蚀 的主要 原因是液压 系统 中存 在一定量 的空气 ， 流动的压力油液在局部位置压力下降 流速 高 ， 压 力 低 ， 达 到 饱 和 蒸 汽 压 或 空 气分 压 时 ， 产 生 蒸 汽和溶解气体的分离而形成大量气泡 ； 当油液 中的气 泡从 局 部低 压 区 流 向 高 压 区 时 ， 气 泡破 裂 消 失 ， 在 破 裂 消失 过程 中形成 局部 高 压 和 高温 ， 金属 表 面被 氧 化 剥蚀 ， 与流体接触的金属 表面上发生洞穴状腐蚀 破坏 的现 象 为气 蚀 。气 蚀 的特 征 是 先 在金 属 表 面 形 成 许 多细 小 的麻 点 ， 然后逐 渐 扩大 成洞 穴 。 经 过对 铸 造 机液 压 系 统 的仔 细检 查 ， 并 未发 现 管 道 和 油缸 的任 何 接头 和 密封 有 松 动 和漏 油 的现 象 ， 油 泵 未 出现 异常 震动 和 噪音 ， 液压 缸 与 柱塞 之 间 的密 封 并 未有 损 坏 ， 柱 塞 升 降 平 稳 ， 顶 板 没 有 颤 动 现 象 。说 明系统中并未存在过量 的空气。 整个工作过程 中， 液压缸的运行压力不高。在开 始铸造时 ， 正常 的液压缸压力大 约 1 ． 0 3 Mp a ， 在铸造 结 束 时则 为 3 ． 1 Mp a ， 整 个压 力变 化 的过程 历经 2个小 时 左右 ， 并未 存 在压 力 急剧变 化 的情况 。 液压缸设计有专用的排气油路 ， 操作工和维修工 进行定期排气 ； 并且铸 造机的运行率不高 ， 故排除气 蚀 原 因 。 3 ． 4金 属 电化学 腐蚀 当金 属被 放置 在水 溶 液 中 或潮 湿 的 大气 中 ， 金 属 表 面会形 成 一 种 腐 蚀 微 电池 ， 在 阳 极 上 发 生 氧 化 反 应 ， 使 阳极发生溶解 ， 阴极上发生还原反应 ， 通过此 氧 化还原 反应 产生 的腐 蚀称 为 电化 学腐 蚀 。 腐蚀电池的形 成原 因主要是 由于金属表面吸 附 了空气 中 的 水 分 ， 形 成 一 层 水 膜 ， 空 气 中 C O ， S O ， N O 等气体会溶解在这层水膜 中， 形成电解质溶 液， 而浸 泡 在这 层 溶 液 中 的金 属 又 总 是 不 纯 的。如 工业 用 的钢铁 ， 实 际 上 是 合 金 ， 即 除铁 之 外 ， 还 含 有 石 墨 、 渗碳体 F e C 以及其它金属和杂质 ， 它们大多数没有 铁 活泼 。这 样形 成 的腐蚀 电池 的 阳极 为 铁 ， 铁不 断失 去 电子而被氧化腐蚀 ， 而阴极为 杂质， 一般只是传递 电子 ， 又由于铁与杂质紧密接触 ， 使得腐蚀不断进行。 为 了证实液压缸柱塞所使 用的不锈钢材料在一 定 的条 件下是 否会 发生 电化学 腐蚀 ， WA G S T A F F公 司 专 门进行 相关 试验 。 试验装 置 如 图 3所示 。 试验容 器 为 非 导 电材 料 ， 容 器 中盛半 箱 自来 水 ， 加 入少 量 的盐 增 加 水 的 导 电性 。两 个 不 锈 钢 钢 管 作 为试 样放在 水 箱的两 侧 ， 直径 为 3 ／ 8英寸 和 3 ． 5英 寸 ， 分 别用 外层 绝 缘 的导 线 连 接 到 一 个 直 流 可 调 电源 的 负 极 和正极 。 经试验 ， 两件试样在 0 ． 2 5 V直流电压作用下产生 约 0 ． 2 m A电流 ， 电流只能通过水传导。试验 3天后 ， 3 ． 5英 寸 的不 锈钢 钢管 表面 开始 出现 点蚀 ， 见 图 4 。 随后将 直 流 电压 增 加 到 2 4 V， 保 持 4个 小 时后 减 少 到 6 V保 持 2 4小 时 。在 此 过程 中发 现 点 蚀 速度 很 快 。在不锈 钢 管试 样 的正 面 反 相 电极 的 表 面 点 蚀 坑 密 度 明显 高 于 其 他 区 域 很 多 如 图 5 。在 试 样 的 左 侧 与右侧 点蚀 变得 稀 少 如 图 6 ， 在 反 面 侧几 乎 没 有 如 图 7 。 图 3实 验 装 置 示 意 图 第 2期 有 色金属加工 4 9 在选择质量可靠的液压缸和液压油的前提下 ， 平时要 做好如下几个方 面 做好液压系统 的维 护 ， 防止漏油 进水和进气并定期排气 ； 经常检查主缸 的密封， 并及 时 清理 和更 换 ； 定 期 检 查 分 析 液 压 油 油 质 ， 循 环 水 水 质 ， 并 做 到及 时更 换 ； 安 装 和 生 产 阶段 注 意 检 查 液 压 缸与 周 围 各 部 分 的连 接 ， 保 证 良好 的 接 地 和 相 同 电 势 ， 减少电化学腐蚀 ； 在长时间停运期 间要排 除铸井 中残 留 的循环 水 。 6 结语 1 液压缸柱塞表面腐蚀的主要原因是接近开关 防护罩与液压缸柱塞之间存在电位差 ， 实施有效控制 措施 后 ， 经 过 几 个 月 的 运 行 ， 再 次 对 柱 塞 表 面 进 行 检 查 ， 发现腐蚀点数并无 明显增多 ， 原腐蚀点未出现 明 显 恶化 扩大 ； 2 通过 液压 系统 的合 理 维 护 ， 加 强 直 冷 式 铸 造 机生产运行管 理， 能有效 防止铸造 机柱塞 表面产 生 腐蚀 。 参考 文献 [ 1 ]刘延 俊．液压 系统 使 用 与 维 修 [ M] ， 北 京 化 学 工 业 出 版 社 ， 2 0 0 6 ． 5 [ 2 ] 张应 龙．液 压 维修 与 技 术 问答 [ M] ，北 京 化 学 工 业 出 版社 ， 2 0 0 8 ． 5 [ 3 ] Wa g s t a ff公 司关于液压缸柱塞表面腐蚀情况 的报告 An a l y s i s a n d Con t r o l Me a s u r e r s F or Cor r o s i on on Th e Cy l l n d e r Ra m Su r f a c e o f Di r e c tc h i l l Ca s t i n g Ma c hi n e S UN Yu e f e n g，W ANG J i n l i a n g，LI U J i n p e n g H e n a n Z h o n gu I n d u s t r i a l C o ． ，L t d ， G o n g y i ， 4 5 1 2 6 1 ，C h i n a Ab s t r a c t T h e c or r o s io n a p p e a r s o n t h e c y l i n d e r r a m s u rfa c e o f d i r e c t c h i l l c a s t i n g ma c h i n e ．By an a l y z i n g t h e f e a t u r e o f t h e c o r r os i o n，s u r r o u n d in g s，wo r k i n g c o n d i t io n o f t h e c y l i n d e r ，t h e a c t u al r u n n i n g p a r a me t e r s i n h y dr a u l i c s y s t e m o f c a s t i n g m a c h i n e．t h e e le c t r o c h e m ic a l c o r r os i o n e x p e r i me n t o f s t a in l e s s s t e e l ma t e r ia l ，t h e me a s u r e me n t f o r DC v o lt a g e b e t we e n e v e r y p o i n t s，a n d t h e n a t h e c o n c l u s io n i s d r a wn o n t h e c a u s e o f c o r r o s i o n o n c a s t in g ma c h i n e c y l in d e r i s e l e c t r o c h e m ic a l c o r r o s io n ． Fi n a l l y．i t i s t h a t t h e c o r r e c t me a s u r e s i s t a k e n t o p r e v e n t t h e e x p a n s ion o f t h e c o r r o s io n e ff e c t iv e ly ． Ke y wor dsd i r e c t c h i l l c a s t i n g ma c h i n e； c y l i n d e r r am ； c o r r o s i o n； me c h a n i c a l we a r ； g a s e r o s i o n； e l e c t r o c h e mi c al c o r r o s io n 上 接 第 5 1页 F 剪切 力 ，F 2 3 0 0 0 0 0 N； G 下刀架、 横梁等 的重量 ， G4 5 5 0 0； p 液压 系统 压力 ， P1 9 MP a ； 卵 考虑液压传动损失系数 ， 取 Jr 7 0 ． 8 5 。 计 算所 得 d 3 0 4 ． 0 6 8 m m， 取 d 3 2 0 m m。 3 结束语 该浮动液压剪结构合理、 开 I 1 度大 、 剪切能力 大 ， 制 造成 本低 ， 自投 产 以来 运行 平 稳 性好 ， 维护 方 便 ， 经 济效益显著。 参 考文献 [ 1 ] 邹 家祥 ． 轧钢机械 [ M] ． 北京 冶金 工业 出版社 ， 2 0 0 0 [ 2]成大 先． 机 械 设计 手册． 第 四 版． 第 三 卷． 北 京 化 学 工业 出版 社 ， 2 0 0 2 [ 3] 肖亚庆 ． 铝加工技术 使用 手册． 第一 版． 上册 ． 北京 冶金工业 出版 社 ， 2 0 0 5 S t r u c t u r a l F e a t ur e a n d Pa r a me t e r Ca l c u l a t i on o f F l o a t i n g Ty p e Hy dr a u l i c Sh e a r 下转第 4 1页