随着船舶柴油机升功率、强化系数等指标的不断提升,作为柴油机中重要摩擦副的缸套-活塞环,其摩擦磨损性能直接影响着整机的燃油经济性、热效率、耐用性甚至使用寿命。在高强化工况下,缸套-活塞环摩擦界面承受着更高的重载负荷,尤其是上止点附近区域,摩擦界面会受到燃烧室内高温高压燃气的持续作用,这就造成缸套-活塞环出现了摩擦功升高、磨损加剧、拉缸倾向严重等摩擦磨损问题。一般情况下,缸套—活塞环摩擦副产生的磨损、拉缸等损伤问题可以通过表面改形和改性方法来进行适当的抑止。表面微织构(或表面微造型)是在摩擦副表面加工出的具有几十到几百微米级尺寸和特定排列方式的凹坑或沟槽形貌,是改善柴油机缸套-活塞环摩擦磨损性能的有效途径。这种微织构形貌的特点是无交叉、不连通,各沟槽相互之间没有任何联系,能有效存储润滑油、磨粒而不易流失,便于在摩擦表面形成额外的流体动压润滑油膜。本文先是采用往复式电射流加工方法,在铸铁缸套表面加工出圆形、椭圆形和方形三种形状的微织构形貌。然后通过往复式摩擦磨损试验机,研究不同形状微织构缸套在不同温度、不同载荷以及贫油工况下的摩擦磨损性能和抗拉缸性能。最后提取不同形状微织构缸套的减摩特征和应力分布规律,分析不同形状微织构缸套的摩擦磨损形貌,探讨不同形状微织构的减摩耐磨机理,为铸铁缸套表面微织构形貌设计提供指导。主要取得的结论如下:(1)随着温度升高,不同形状微织构的摩擦系数和磨损深度均呈现出逐渐减小的变化趋势,圆形、椭圆形、方形微织构缸套摩擦系数和磨损深度均低于无织构缸套,其中圆形微织构形貌摩擦系数和磨损深度最小:而随着载荷增大圆形、椭圆形、方形微织构缸套摩擦系数均呈现出先降低后升高的变化趋势(50MPa时摩擦系数最小)。(2)基于经验模态分解方法(Empir ical mode decomposition,EMD),分析了不同形状微织构的摩擦力变化趋势,获得了不同形状微织构的减摩特征。研究发现,在行程前1/3段和行程中部,圆形微织构减小的摩擦力更多,而在行程后1/3段,方形微织构减小的摩擦力更多。(3)不同形状微织构摩擦磨损表面形貌分析表明,微织构缸套表面的碳元素聚集区主要在微凹坑和磨损痕迹处,铸铁缸套微织构凹坑中石墨的释放改变了摩擦表面碳元素分布形式,这可能是微织构缸套比无织构缸套摩擦系数和磨损深度降低的重要原因。(4)抗拉缸试验表明,无织构、圆形、椭圆形、方形微织构缸套的抗拉缸时间分别为9.2min、27.2min、43.4 min、19.4 min左右,其中椭圆形微织构的抗拉缸时间最长,说明微织构存在能显著改善缸套—活塞环配对副的抗拉缸性能。微织构表面有限元分析表明,微织构凹坑边缘存在最大应力,方形微织构>圆形微织构>椭圆形微织构,这可能是椭圆形微织构抗拉缸性能较好的原因。