发动机再制造项目汇报周局长

装甲装备发动机再制造技术研究总装通保部装甲局装甲兵工程学院中国人民解放军第6456厂中国人民解放军第6455厂济南复强动力有限公司装备再制造技术国防科技重点实验室2006年04月内容一、课题来源、背景和目的二、装备再制造工程简介三、开展装甲装备发动机再制造目的与意义四、发动机再制造项目研究内容五、发动机再制造项目研究进展情况汇报一、课题来源、背景和目的

坦克车体的大修期限为1000摩托小时，而发动机的大修期限为500摩托小时（质量保证期为350小时）。这种发动机与车体大修期的不同步，给部队的保障工作带来了巨大困难。

课题《装甲装备发动机再制造技术研究》来源于总装通保部装甲局，项目编号：2005CX07。（1）课题来源（2）背景（3）目的

通过对12150发动机进行再制造，使发动机的使用寿命达到与车体寿命同步，即大修期达到1000小时的目的

项目得到总装通保部首长的大力支持和关怀，在通保部装甲局周局长直接领导和关心下，在装甲兵工程学院科研部和装备再制造国防科技重点实验室的大力支持下，项目进展总体比较顺利，目前已经全部完成发动机再制造关键技术的研究工作。

6456、6455、627工厂、济南复强公司对项目给予了大力支持，大同616工厂在配件购买过程中给予了大力帮助。

二、装备再制造工程简介装备再制造工程的概念

再制造工程是指以装备全寿命周期理论为指导，以废旧装备实现跨越式提升为目标，以优质、高效、节能、节材、环保为准则，以先进技术和产业化生产为手段，进行修复、改造废旧装备的一系列技术措施或工程活动的总称。再制造工程是废旧产品高科技维修的产业化。

2005年6月27日颁发的国务院文件国发[2005]21号《国务院关于做好建设节约型社会近期重点工作的通知》中把“绿色再制造技术”列为“国家科技计划继续加大对节约资源和循环循环经济关键技术的攻关力度，组织开发和示范有重大推广意义”的技术之一。

2005年7月5日颁发的国务院文件国发[2005]22号《国务院关于加快发展循环经济若干意见》中指出国家将大力“支持废旧机电产品再制造”，并把“绿色再制造技术”列为“国务院有关部门和地方各级人民政府有关部门要加大科技投入，支持循环经济共性和关键技术研究开发”的项目之一。装备设计制造使用维修原材料再循环再制造再使用环保处理报废再制造产品

传统的产品全寿命周期是“研制-使用-报废”，其物流是一个开环系统；而再制造产品的全寿命周期是“研制-使用-再生”，其物流是一个闭环系统。这是对全寿命周期理论的深化和发展。装备再制造的方法功能恢复：使装备恢复到以前的功能水平。性能升级：通过新技术应用使装备性能超过原来的性能水平。结构改造：通过改造或增加新模块使装备弥补缺陷或增添新的功能。装备再制造的基础（1）装备各部件使用寿命的不相等是理论基础（2）回收装备零部件的高附加值是经济基础（3）再制造技术的后发优势是技术基础1、发动机再制造发动机再制造是专业化、大批量、高精度的流水线生产，是高科技维修的产业化。再制造后的发动机质量与新品相当或高于新品，而大修后的发动机的性能不能与新品发动机相比。三、开展坦克发动机再制造目的与意义2、国内外发动机再制造现状

发动机再制造在国外已经有50多年的历史，从技术标准、生产工艺、加工设备、配件供应至销售和售后服务，已形成一套完整的生产体系。德国大众再制造的发动机超过720万台，近年来销售的再制造发动机及其配件和新机的比例达9：1。我国发动机再制造目前在民用汽车上已经得到了一定应用，包括柴油机、汽油机等各种系列的发动机再制造。（复强公司）3、开展装甲车辆发动机再制造的必要性坦克车体的大修期限为1000摩托小时，而发动机的大修期限为500摩托小时（质量保证期为350小时）,这已经成为制约装甲部队保障维修的瓶颈。建立以1000小时使用寿命的再制造发动机为基础的保障体系，具有重大的军事和经济效益。发动机寿命性能费用战斗力运输管理效益备品再制造1000小时<5万元/1000小时可靠性能好，与坦克大修一致，坦克完好率高。1000小时要一次运输减少发动机大修次数减少备品量(约1000台)大修500小时2X3.15万元/1000小时性能较差，1000小时需要两次更换，完好率低。1000小时要两次运输1000小时要两次管理备品量多(约2000台)再制造与大修发动机效益对比表坦克发动机的制造工艺采用的是二十世纪五十年代前苏联的技术，有以下特点：选用材料较好，设计的强度等性能冗余度也较大。生产工艺落后，摩擦材料的表面没有得到先进的表面处理，使材料的性能潜力没有得到充分的发挥。润滑油技术落后。

4、开展坦克发动机再制造的可行性功率下降比油耗增加机油消耗率增加

故障率上升磨损腐蚀变形断裂坦克发动机失效原因及表现形式表2为发动机典型零部件失效形式根据产品寿命的“木桶理论”，只要提高影响发动机性能的最低几块板的长度，就可以延长发动机的寿命。根据产品寿命的“木桶理论”，只要提高影响发动机性能的最低几块板的长度，就可以延长发动机的寿命。

表面工程技术近二十年来在国际上得到了迅猛发展，为材料表面强化和改性提供了有效的技术手段；济南复强动力有限公司开展了民用发动机再制造，再制造后的发动机寿命超过或于新品相当，而成本仅为新品的一半；装备再制造技术国防科技重点实验室的先进表面工程设备为发动机零部件的表面强化提供了设备基础。五十年后的今天，现代的装备再制造工程理念、先进的表面工程技术以及润滑油纳米自修复添加剂技术，为发动机大修寿命从500小时到1000小时的提升提供了良好的机遇。5、我军领导对开展装备再制造工程高度重视

总装备部2000年投资建设了装备再制造技术国防科技重点实验室。原总装备部部长李继耐2003年题词：“发展装备再制造工程，提高装备现代化水平”。原通保部王洪光部长于2004年在中国人民解放军第六四五六工厂视察时，作出了在军用装备车辆中开展发动机再制造并建立全军发动机维修中心的指示，其中“汽车发动机再制造”已经开始实施。通保部装甲局拔出专项资金用于装甲装备发动机再制造技术及应用研究，拟为下一阶段建立全军的军用车辆发动机再制造体系提供理论基础、技术支撑和再制造规范。四、发动机再制造项目研究内容1、课题研究目的及运行机制

该项目将以59式坦克、63式装甲车、96式坦克三个型号的发动机为对象，采用多种关键表面技术进行综合再制造，实现再制造发动机的使用寿命达到1000小时，使装甲装备再制造发动机使用与车体大修同步，为我军装甲装备发动机再制造提供技术支持和典型工艺方案。课题项目按型号研制的运行机制进行管理，由总师负责协调项目的计划安排、运行结点、进展速度和质量把关，各研究小组作为分系统的具体执行单位，各负其责，开展相应的研究工作。课题经过方案论证、实验室研究筛选、初样机台架试验筛选和正样机台架试验等阶段，最终获得发动机再制造的成熟工艺。2、总体技术路线在对发动机系统考虑的基础上，应用多种复合的表面工程技术对关键零部件进行表面强化，改善发动机内摩擦副的摩擦磨损状态，寻找最佳的材料及表面改性匹配以最大限度地减少摩擦副之间的磨损，采用纳米添加剂技术改善发动机内摩擦副的润滑条件，发挥再制造技术的后发优势，将主战坦克发动机寿命从500小时提高到1000小时。指导思想：抓住影响发动机寿命的主要零件，同时兼顾延长寿命后可能出现的其它情况(如水垢、积碳、老化以及疲劳等现象)。拟采用的技术：激光淬火、离子注入、低温离子渗硫、磁控溅射、超音速等离子喷涂、纳米电刷镀、渗氮、渗硼、纳米添加剂等技术。3、发动机再制造研究方案对拆解后的全部零部件进行检测分类新品件是否>1000小时?再制造件>1000小时再使用件是否>1000小时?发动机台架实验及其性能分析实车试验1000小时后鉴定报废件可再制造件可再使用件再制造技术处理否否是是

调研结果表明，因磨损而影响发动机寿命的零件主要有47项，其中前8位为：高压泵三大偶件7曲轴花键侧壁3865气门杆/气门导管活塞环/气缸套1气门/气门座凸轮轴/气门调整盘4活塞销/轴瓦曲轴主轴颈及连杆轴颈/轴瓦2按国家标准、国家军用标准进行制定验收标准5、验收标准将150系列发动机使用寿命由500小时延长到1000小时。4、技术指标

提供96式、59式和63式坦克再制造发动机各两台；装甲车辆发动机再制造研究总结报告；提供装甲车辆发动机再制造技术工艺方案。提供装甲车辆发动机再制造技术数据库软件一套。6、成果形式2005.02-2005.05调研及总体方案论证2005.06-2006.01台架检测，分解拆检，实验室筛选2006.02-2006.03发动机样机装配2006.04-2006.07发动机样机台架实验2006.08-2006.09技术总结及完善2006.10-2007.10实车实验2007.11-2007.12

总结验收鉴定7、进度安排五、再制造项目进展情况汇报1、完成项目前期调研工作

①4月12至15日，调研了石家庄的华柴集团道依次发动机制造技术（风冷发动机，保证1200小时），了解了该厂从德国进口的部分关键零部件的处理工艺，为12150L型发动机再制造提供了参考；五、再制造项目进展情况汇报②调研了平顶山装甲装备仓库，选定待再制造的发动机型号和台数，并对发动机的使用和维修履历进行了考察；五、再制造项目进展情况汇报③多次去南阳6456厂和济南复强公司，与技术人员座谈了坦克发动机再制造中的若干技术问题。五、再制造项目进展情况汇报④6月23日赴大同616工厂与70发动机研究所进行了调研。在调研中，大同616工厂提出再制造发动机，首先考虑的是可靠性问题，认为制约寿命的主要矛盾是缸盖、箱体和曲轴的可靠性，这些部件的失效原因主要是裂纹和断裂。所有的密封件和活塞销因疲劳和老化，都要进行更换。

70所研究人员提出，目前在高功率密度发动机研究中，主要集中在缸套/活塞环摩擦副、气门/气门座摩擦副和高压油泵摩擦副，认为要提高发动机使用寿命必须提高摩擦副之间的匹配性。此思想与本项目提出的方案相符合。五、再制造项目进展情况汇报⑤项目组通过前期的调研工作，经过多方努力，完成发动机再制造的资料准备，收集了包括59、63和96发动机全套图纸，《59发动机大修技术条件规范》，《59、63和96发动机零件总目录》，《军用发动机台架试验规范》，《59、63发动机拆装规范》等文件。

这些资料的收集为项目的顺利开展打下了技术基础。2、召开“坦克发动机再制造第一次工作会议”

2005年6月15日在济南召开了“坦克发动机再制造第一次工作会议”。参加会议有装工院、6455厂和复强公司领导及工作人员。会议就发动机再制造运作程序进行安排和说明。3、完成59、63、96六台发动机的拆解、清洗和检测

616工厂进行零部件的采购，表1为第一批次零部件部分购买清单4、完成96发动机全部报废零件的采购

（1）缸套/活塞环摩擦副①59坦克发动机缸套/活塞环气缸材料为38CrMoAl钢，活塞环材料65Mn和油环，采用MM200摩擦磨损试验机试验，试验条件：实验时间4小时，油润滑、载荷600N。5、发动机零部件关键再制造技术实验室研究

编号活塞环（65Mn）缸套（38CrMoAl）磨痕宽度(mm)摩擦系数1松孔镀Cr渗氮1.450.740.0819渗氮+渗硫2.280.0548氰化1.000.0889氰化+渗硫1.401.170.1139激光淬火2.570.101905激光淬火＋渗硫1.290.10917渗氮＋激光淬火1.670.100285渗氮＋激光淬火＋渗硫1.910.0985362镀Cr渗氮1.390.680.0950渗氮+渗硫1.030.0850编号活塞环（65Mn）缸套（38CrMoAl）磨痕宽度(mm)系数3镀MOST渗氮2.000.0773渗氮+渗硫1.591.280.0681渗氮＋激光淬火1.060.10314镀CrTiAlN渗氮0.550.0966渗氮+渗硫0.450.1121激光淬火＋渗硫1.090.09312激光淬火＋渗氮＋渗硫1.740.104395渗硫激光淬火2.090.04147激光淬火＋渗氮1.390.0797渗氮＋激光淬火＋渗硫1.890.114536油环渗氮2.291.120.0431活塞环镀Cr/缸套渗氮气环CrTiAlN/激光＋渗硫

气环渗硫/渗氮＋激光②96坦克发动机缸套/活塞环气环镀Cr/中频淬火+激光淬火＋渗硫

气环镀Cr/中频淬火+氰化＋渗硫

原始

（2）96坦克发动机缸套/活塞环（3）开展了超音速等离子喷涂缸套内壁研究优势：（1）恢复零件尺寸，实现对多次修复；（2）强化气缸套内壁；（3）在涂层中添加自润滑相，减小摩擦系数；实验方案

焦点问题——基体过热与粉尘污染严重影响涂层结合解决方案M200摩擦磨损实验结果活塞环（65Mn）缸套（42MnCr52）磨痕宽度(mm)摩擦系数镀CrNi45A+70%Mo1.520.0788Ni45A+30%Mo1.330.0861

表面热处理备注（原处理方法）活塞销渗碳进行渗碳处理，深度0.8-1.3mm，

HRC58，

里层非渗碳面

HRC26-40。渗碳+渗硫渗碳+激光淬火渗碳+激光淬火+渗硫铜轴瓦———————————

渗硫（2）活塞销/铜轴瓦摩擦副图16各摩擦副的总失重分析图

原始

摩擦副磨损与表面形貌的关系下图为与铜轴瓦配对的活塞销磨损后表面形貌，按各摩擦副抗磨损能力顺序排列依次为（1）（4）顺序。从图可以看出表面划痕最少，最平整为（4）渗C+激光/铜轴瓦。表面划痕最严重，还出现氧化物的为（1）渗C/铜轴瓦。这表明摩擦副的抗磨损能力强的表面划痕少，抗划伤能力强，平整。（1）渗C/铜轴瓦（2）渗C+渗S/铜轴瓦（3）渗C+激光+渗S/铜轴瓦，（4）渗C+激光/铜轴瓦（3）高压泵三大偶件柱塞偶件、出油阀偶件等都是GCr15钢,淬火与回火后进行人工时效硬度为HRC61-63。柱塞和柱塞套筒摩擦副的不同处理工艺试验结果图7柱塞偶件、出油阀偶件摩擦副抗磨损性能对比（4）曲轴头花键再制造研究

曲轴头的花键侧表面在每一次的启动、变速过程中，都要承受强烈的冲击载荷，造成曲轴头花键受力侧表面的冲击变形，严重时其变形量可达1mm以上。花键配合处一旦出现间隙，就会造成发动机工作状态不稳定，传递功率大大下降，从而影响整车的机动性能。

激光熔敷处理设备实际花键激光熔敷加工图。（4）曲轴头花键再制造研究曲轴花鍵模拟件激光熔覆后的照片花鍵模拟件激光熔履磨削加工后的表面情况图6激光熔覆层的硬度

从图中可以看出合金熔敷层的硬度与基体材料相当。基体的表面由于热影响硬度较高。热影响区后硬度大大减低并且较为连续，无明显变化。

激光熔敷后的花健截面照片

图3合金2熔敷层局部放大照片

可以看出，花健激光熔敷修复后，基体和补材结合良好；从表至里呈现三个不同结构区，表面为熔敷层，熔敷层下面为热影响区，最下面为基体；其中，在熔敷面附近，出现了基体与熔覆层的熔融坑。热影响区十分明显，且热影响区的深度随熔敷位置的变化而连续变化。（5）气门座堆焊试验研究96发动机工作500小时后的排气门座表面状态SEM分析发现磨损带中出现层状的高温变形，表明气门座抗高温磨损性能差激光堆焊设备

采用Stellite6粉末堆焊排气门，恢复尺寸，抗高温性能良好，使用寿命大大提高。

进、排气门堆焊前后平均硬度测量（测量5点）类型原平均硬度

激光处理后硬度进气门HRC33.5

HRC38-42排气门HRC43.5

HRC45-48（6）活塞顶部喷涂热障涂层试验研究96发动机工作500小时后的活塞顶部的积碳状况采用超音速等离子喷涂技术沉积ZrO2热障涂层ZrO2涂层厚度：1.0~1.2mm，热震试验：氧-乙炔焰加热（600℃）

水中冷淬（15℃）200次没有出现裂纹。×45倍×25倍

热震试验40次，在铝基体处出现裂纹，涂层结合良好在40倍显微镜下没有看到裂纹

底层与铝基体出现了冶金结合，热冲击后，涂层与铝基体的界面消失，出现扩散过度层，热冲击反而促进了铝基体和合金元素的相互扩散

原始涂层结合情况热冲击后涂层结合情况

合金颗粒与陶瓷颗粒在涂层中沉积的非常均匀，两种粉末都达到了较好的熔融状态。从合金成分到陶瓷的连续过度，实现了涂层热膨胀系数和导热系数的连续变化，大大缓解了涂层在热循环中热应力导致的破坏涂层平均值(MPa)拉断情况断口情况两层0.15+0.35mm43.8面层与过渡层间粗糙粗糙粗糙多层0.5mm65.9面层与过渡层间粗糙粗糙粗糙连续梯度1mm60.3面层与过渡层间粗糙粗糙粗糙涂层拉伸结合强度

（7）曲轴主轴颈/轴瓦尺寸修复试验研究96发动机工作500小时后的曲轴/轴瓦的拆卸零件状况设计了喷枪摆动装置设计了曲轴固定装置

等离子喷涂曲轴的现场工作情况喷涂后曲轴/轴瓦摩擦副的摩擦系数明显降低曲轴喷涂前后耐磨性和摩擦系数比较

磨损量

摩擦系数油润滑喷涂前31.1mg0.0093喷涂后2.1mg0.0043无润滑喷涂前53.8mg0.164喷涂后31.2mg0.151NiCrBSi+30%Mo涂层断面形貌

孔隙率显微硬度HV0.1拉伸结合强度动态结合强度0.63%75862.8MPa5×106周次一、完成缸套处理6、完成发动机关键零部件再制造①

旧缸套外壁再制造技术处理6、完成发动机关键零部件再制造①喷涂修复尺寸达到标准缸套外径的尺寸要求②外围涂层具有良好防腐效果6、完成发动机关键零部件再制造②旧缸套内壁再制造技术处理激光淬火机真空渗硫设备内径加大20道，配加大20道活塞6、完成发动机关键零部件再制造二、活塞再制造处理①喷涂后的活塞尺寸加大20道，与加大20道缸套配套②活塞外涂层结合性能好，涂层质量高。（活塞外表面双曲线-江滨机械厂）6、完成发动机关键零部件再制造部分活塞顶部做防积碳处理再制造后的活塞样品6、完成发动机关键零部件再制造三、完成气门组再制造①排气门座圈激光堆焊-（进气门座圈激光淬火强化处理）6、完成发动机关键零部件再制造激光堆焊完成气门组再制造图片6、完成发动机关键零部件再制造三、完成气门组再制造②气门杆采用低温离子渗硫处理③对应的气门导管采用智能化渗油润滑处理6、完成发动机关键零部件再制造四、完成曲轴再制造采用纳米电刷镀技术进行曲轴再制造6、完成发动机关键零部件再制造五、高压喷油泵再制造处理对三大精密偶件（柱塞、出油阀、针阀）进行等离子体注入氮强化其余部件进行检测、清洗、修复，完成喷油泵整体再制造6、完成发动机关键零部件再制造六、气门调整盘再制造强化处理气门调整盘磨痕较深—影响气门开闭时间6、完成发动机关键零部件再制造六、气门调整盘再制造强化处理①采用等离子注入多种元素②表面智能润滑减摩处理6、完成发动机关键零部件再制造七、完成活塞销-副连杆销等处理完成活塞销-副连杆销等表面强化减摩处理6、完成发动机关键零部件再制造八、完成活塞环强化处理①完成气环强化处理气环表面镀非晶碳膜气环表面镀CrTiAlN多层复合膜6、完成发动机关键零部件再制造八、完成活塞环强化处理②完成组合油环强化减摩处理6、完成发动机关键零部件再制造

包括：涡轮增压器、缸盖、发动机箱体、连杆、副连杆、缸体、机油滤清器、燃油滤清器等主要部件的再制造，并对需要强化的再制造件进行了强化处理。这里不一一进行详细汇报。

目前已经全部完成了发动机零部件的再制造，近日准备开始装配。九、完成下列关键部件的再制造处理7、召开发动机台架改造方案谈论会6455工厂发动机台架试验方案讨论会

专家现场探讨与论证台架试验方案7、召开发动机台架改造方案谈论会请首长和专家批评指正!

由于缸套与活塞环的高温腐蚀，造成缸套内侧磨成上大下小的漏斗状，导致气缸漏气、缸压下降、烧机油、功率下降、比油耗升高。

缸套/活塞环摩擦副

强化目的：提高内壁的高温耐磨性，降低摩擦系数。①采用激光网格化处理缸套表面。②缸套表面激光网格化处理+渗硫复合处理③清除缸套表面层后，用超音速等离子喷涂制备加钼的镍铬/碳化铬涂层或氧化铬涂层。（恢复尺寸）④渗氮+低温离子渗硫复合处理，在内壁上获得自润滑膜层。

（1）缸套再制造技术方案（2）活塞环再制造技术方案(1)气环（钢）：

①采用射频磁控溅射法在气环表面制备TiN-MoS2/Ti固体自润滑耐磨涂层，兼顾减摩和耐磨。②磁控溅射法镀CrTiAlN硬膜

③松孔镀Cr

(2)油环（铸铁）：①低温离子渗硫②制备TiN-MoS2/Ti固体自润滑自润滑膜层

③离子镀沉积TiN/TiC多层复合膜返回曲轴主轴颈及连杆轴颈/轴瓦

①纳米电刷镀制备减摩膜层。

a、采用快镍镀层恢复曲轴尺寸

b、采用铟减摩镀层增加润滑效果②超音速等离子喷涂制备12%Co/WC涂层。

可供选择材料为：a、Mo/70NiCrBSi复合粉；

b、镍包碳化钨复合粉末；c、钴包碳化钨复合粉末。

曲轴主轴颈及连杆轴颈再制造技术方案返回曲轴花键侧壁

曲轴头的花键侧表面