ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 12.04.2020
Просмотров: 777
Скачиваний: 5
55
Глубина упрочненного слоя достигает 4...7 мм. Износостойкость гильз возрастает в 2-2,6 раза.
Электроискровое легирование. Электроискровое легирование является наиболее эффективным среди электрофизических способов нанесения покрытий. Оно основано на принципе полярного переноса материала электрода на обрабатываемую поверхность. Технология позволяет наносить любые токопроводящие материалы на обрабатываемую поверхность.
К достоинствам способа следует отнести возможность управления структурой и свойствами покрытия в широких пределах и сравнительно большую толщину покрытия. Установки электроискрового легирования работают по следующему принципу: порошок зернистостью 50... 150 мкм из питателя подается в межэлектродный зазор, образованный анодом и обрабатываемой деталью - катодом. Частицы в зазоре попадают в сильноточный электрический разряд, расплавляются и сплавляются с обрабатываемой поверхностью. В качестве порошков могут использоваться и керамики, что приводит к образованию карбидов, боридов и интерметаллидов. Нанесение легированного слоя может осуществляться и с помощью расходного вибрирующего электрода. Твердость поверхностного слоя может достигать HRC 80.
Электроискровое легирование позволяет получать поверхностный слой, дополнительно насыщенный азотом и углеродом. Твердость и глубина слоя составляют соответственно HV 650 и 5 мм [33]. Износостойкость трущихся поверхностей увеличивается в 2-3 раза.
К недостаткам процесса следует отнести очень малую производительность и высокую шероховатость поверхности.
1.4.3. Нанесение износостойких покрытий и установка вставок. К третьей группе методов повышения износостойкости втулок цилиндров относится создание на рабочей
56
поверхности детали материала или фазы, отличных от материала втулки и имеющих четкую границу раздела [15; 42; 46; 57; 105-107].
С помощью наплавки, напыления, химическим или другим путем на рабочую поверхность втулки наносится слой износостойкого материала Данный способ позволяет получать рабочую поверхность детали из самых износостойких материалов при применения для основной массы детали материала низкого качества и стоимости
Разработан способ центробежной индукционной наплавки под слоем флюса, позволяющий повысить износостойкость тракторных гильз в 2-3 раза.
Газопламенное, плазменное электродуговое и детонационное напыление (металлизация) позволяет наносить на поверхности трения практически любые материалы и их композиции [105-107], что значительно увеличивает износостойкость деталей. Недостатком напыленных покрытий является их низкая прочность связи с деталью, возможны случаи отслаивания покрытия, попадания осколков между поршнем и втулкой и задира цилиндра.
Химическая обработка поверхностей трения. Химическая обработка или химические покрытия основаны на выделении металлов из водных растворов их солей с помощью химических препаратов-восстановителей. В отношении цилиндров и поршневых колец ДВС наибольшее распространение получило химическое никелирование, оксидирование, фосфатирование и сульфидирование, а также высокотемпературная обработка паром р8].
Химическому никелированию подвергают детали из чугуна, стали и других сплавов. Температура раствора при химическом никелировании не превышает 95 °С. В получаемом покрытии содержится 92...95 % никеля. Структура покрытия аморфная, метастабильная, микротвердость Ниюо 450...600 МПа. При нагреве покрытия до 300°С и выше структура его переходит в равновесное состояние с образованием N13P. Химическое никелирование может быть использовано для поршневых колец.
Оксидирование - процесс получения оксидной пленки на поверхности металла. На чугуне, стали образуется оксидная пленка из мельчайших
\£
хг
61
дизелестроении для поршневых колец, особенно для первого компрессионного.
Вместе с этим газотермические покрытия имеют и ряд существенных недостатков, и в первую очередь - это низкая прочность сцепления с основой вследствие разницы в коэффициентах линейного расширения материала основы и покрытия. Для устранения этих недостатков используется ряд технологических мероприятий: проточки под напыление, создание развитой шероховатости на напыляемой поверхности, многослойного покрытия, термообработка, пропитка и т.д.
Износостойкие вставки. Неравномерный износ цилиндра по длине образующей, отрицательно сказывающийся на всех показателях работы двигателя, некоторые исследователи пытались устранить путем постановки в верхнюю зону цилиндра износостойкой вставки или наплавки [42; 57]. Наличие на поверхности трения в верхней зоне материала с повышенной износостойкостью (нирезист, хромированная вставка) снижает пик максимального износа и увеличивает ресурс двигателя. Но данному способу выравнивания износа по длине образующей цилиндра присущи серьезные недостатки.
Рис. 1.11.
Профилограмма поверхности гильзы со
вставкой
Износостойкость
втулки изменяется
ступенчато, наблюдается два максимума
износа, образуется уступ в месте стыка
вставки и основной рабочей поверхности
втулки. Происходят удары кольца по
уступу, и возможна его поломка (рис.
1.11).
62
Наличие сопряжения между гильзой и вставкой увеличивает термическое сопротивление стенки цилиндра и повышает теплонапряженность двигателя.
Со временем посадка ослабляется и возможно "разбалтывание" вставки что очень опасно.
Покрытие дисульфидом молибдена и графитированис. Графит,
дисульфид и десуленид молибдена и вольфрама относятся к твердым смазкам
и вследствие особенностей своей структуры оказывают благоприятное
воздействие на трение твердых тел. Графитный порошок, размолотый до
частиц размером менее 1 мкм, получил название коллоидного графита. Он
ускоряет приработку поверхностей и увеличивает скорость смачивания
смазочным маслом в 3-8 раз даже поверхностей с полированным хромом.
Коллоидный графит наиболее часто используется для приработки пары
трения цилиндр-поршень. Для этого проводят графитирование поверхности
юбки поршня толщиной 30...80 мкм.
Дисульфид молибдена наносят на трущиеся поверхности непосредственно в виде тонкого порошка, втираемого в трущуюся поверхность, или вводят в состав специальной краски, наносимой на поверхность трения с помощью распыливания, и затем сушат. Наиболее часто дисульфид молибдена наносят на поршневые кольца, а также юбки поршней. Дисульфид молибдена также добавляют в моторное масло, так как он не задерживается масляными фильтрами.
Физические покрытии. Физические покрытия основаны на вакуумных методах осаждения ионизированных атомов или молекул материалов или газов, распыляемых на упрочняемые детали. Благодаря высокой энергии осаждения частицы при соударении с высокой скоростью (-10 м/с) образуют покрытия с высокой адгезией и высокими физико-механическими свойствами. Технология получения покрытий позволяет напылять практически все типы материалов на любые поверхности. Возможно получение из простых распыляемых элементов композиционных материалов и многослойных
ф
покрытий с заданной структурой. В качестве напыляемых материалов широкое применение нашли карбиды я нитриды титана, молибдена, никеля вольфрама, окислы AI2O3, FeCb, ТЮ. Напыление осуществляется на установках типа "Булат". К недостаткам метода следует отнести высокую начальную стоимость установки и его высокую энергоемкость.
1.4.4. Макро- и
микропрофилирование
поверхностей
трения. Макропрофилированяе поверхностей трения.
Макропрофилирование поверхностей трения относится к перспективным направлениям повышения нагрузочной способности и долговечности пар трения. При этом достигается снижение концентрации нагрузки, улучшение условий смазки и т.д. Особенно это важно для пары трения в гулка-поршень форсированных дизелей рО; 50; 54; 99; 100].
Уменьшению контактной концентрации напряжений служит метод получения поршней ДВС со сложной бочкообразной формой в вертикальном сечении и эллипеной формой в поперечном сечении. Такая сложная наружная форма поршня позволяет избежать вредного влияния боковой составляющей силы действия газов на поршень и его деформации, а также создать благоприятные условия смазки юбки поршня в клиновом зазоре между втулкой и бочкообразным поршнем.
Микропрофилирование поверхностей трения. Долговечность машин и механизмов во многом зависит от микрогеометрии поверхностей трения. До настоящего момента основным критерием выявления оптимального микрорельефа является эксперимент: стендовые и натурные испытания двигателей.
Разработан большой спектр технологических методов
микропрофилирования поверхностей трения, которые либо дополняют обработку резанием, либо заменяют ее. К основным видам создания регулярного микрорельефа следует отнести:
- вибрационную обкатку деталей (виброгалтовку), представляющую механический или химико-механический процесс выглаживания и
71
получение широкого спектра структур и твердостей материала упрочняемой детали. Эта технология дает четкую и однозначную корреляцию между параметрами процесса и свойствами поверхностных слоев.
При применении любой технологии упрочнения алгоритм расчета параметров процесса остается неизменным и в первой части одинаковым для всех технологий: раочет теоретической эгаоры износа цилиндра, определение требуемых свойств детали в каждой точке рабочей поверхности, определение параметров технологического процесса для каждой точки рабочей поверхности.
Для осуществления этого необходимо знать зависимость износостойкости материала детали от свойств поверхности (структуры, твердости, прочности и т.д.) и зависимость этих свойств от параметров технологического процесса.
1.5. Выводы
-
Существует большое количество методов повышения износостойкости втулок и гильз цилиндров дизелей, дающих повышение ресурса от нескольких процентов до нескольких раз.
-
Все существующие методы упрочнения (за исключением третьего метода, рис. 1.10) требуют наличия дополнительного оборудования и определенных материальных затрат.
-
В отношении втулок судовых дизелей, имеющих большие величины предельных износов, большинство м^топпитшиерхностного упрочнения и нанесения покрытий не приемлемы вследствие значительной разницы между толщиной упрочненной зоны и величиной предельного износа. Все эти
методы могут быть использованы как приработочные.
4. Выравнивание износа по длине образующей цилиндра путем применения износостойких вставок, наплавок носит ступенчатый характер. Такой путь не позволяет получить цилиндр с равномерным износом по