Повышение долговечности поршневых и уплотнительных колец термодиффузионным упрочнением с термоциклированием

• Автор: Прохоров, Николай Анатольевич
• Шифр специальности: 05.20.03, 05.02.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1984
• Место защиты: Харьков
• Количество страниц: 184 c. : ил

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА I. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА.ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1.Условия работы поршневых колец ДВС и уплотнительных колец машин

1.2.Величина и характер износа поршневых и уплотнительных колец.

1.2.1.Абразивный износ

1.2.2.Коррозионномеханический износ

1.2.3.Адгезионный износ схватывание.

1.2.4.Эрозионный износ

1.2.5.Особенности износа торцевых поверхностей колец

и поршневых канавок.

1.3.Анализ способов повышения долговечности поршневых и уплотнительных колец
1.3.1.Совершенствование конструкции колец.
1.3.2.Выбор материала колец.
1.3.3.Совершенствование технологии изготовления колец
1.3.4.Специальные покрытия деталей ЦПГ
1.3.5.Химикотермические методы упрочнения
1.4.Выводы, цель и задачи исследования
ГЛАВА 2. МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ.
2.1. Общие положения
2.2.Детали, образцы и материалы их состав и характеристика.
2.3.Измерение геометрических и физикомеханических параметров колец
2.4.Методика лабораторных исследований
Стр.
2.4.1.Разработка насыщающей смеси
2.4.2.Разработка температурного режима упрочнения
2.4.3.Методика металлофизических исследований.
2.4.4.Методика испытаний на коррозионную стойкость.
2.4.5.Методика испытаний на износостойкость
2.4.6.Методика определения температурной стабильности упругости и микротвердости колец.
2.5.Методика стендовых испытаний.
2.6.Методика полевых испытаний.
2.7.Точность измерений и математическая обработка экспериментальных данных.
ГЛАВА 3. ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ УСЛОВИЙ РАБОТЫ ПОРШНЕВЫХ
И УПЛОТНИТЕЛЬНЫХ КОЛЕЦ.
3.1.Теоретический анализ условий работы и износа поршневых и уплотнительных колец.
3.2.Механизм разрушения материала поршневых
и уплотнительных колец.
3.3.Модель способа упрочнения колец комплексным термодиффузионным легированием.
3.3.1.Особенности термодиффузионного насыщения как способа упрочнения поршневых и уплотнительных колец
3.3.2.Предполагаемое влияние упрочненного слоя на поверхности колец на их эксплуатационные свойства.
3.3.3.Расчет влияния диффузионного упрочнения
на упругие свойства колец
3.4. Выводы.
Стр.
ГЛАВА 4. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРШЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ.
4.1.Влияние параметров диффузионного насыщения
на глубину и качество упрочненного слоя.
4.2.Влияние термодиффузионного упрочнения на геометрические и физикомеханические свойства колец
4.2.1.Влияние ТДУ на геометрию колец.
4.2.2.Влияние ТДУ на механические свойства колец
4.2.3.Температурная стабильность упругости и микротвердости упрочненных поршневых колец.
4.3.Коррозионная стойкость упрочненных слоев и колец
4.3.1.Коррозионная стойкость упрочненных слоев.
4.3.2.Коррозионная стойкость поршневых колец.
4.4.Влияние термодиффузионного упрочнения на износостойкость материалов цилиндропоршневой группы двигателейIII
4.5.Влияние термоциклирования на качество упрочненного слоя, производительность процесса насыщения, механические и геометрические характеристики
4.6.Влияние ТДУ с термоциклированием на износостойкость уплотнительных колец и сопряженных с ними деталей.
4.7.Результаты полевых испытаний.
4.8.Технологичность и надежность процесса упрочнения
4.8.1.Технологичность термодиффузионных процессов упрочнения
4.8.2.Надежность процессов термодиффузионного упрочнения
4.9. Выводы
Стр.
ГЛАВА 5. ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДЙЦИИ И ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ.
5Л.Практические рекомендации производству
5.1.1. Предварительная обработка колец.
5.1.2.0сновнаяупрочнящая обработка.
5.1.3.Дополнительная обработка упрочненных поршневых
и уплотнительных колец.
5.2.Экономическая эффективность термодиффузионного
упрочнения
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ.
ЛИТЕРАТУРА


Все это приводит к тому, что износ верхнего компрессионного кольца в раза превышает износ второго кольца и в раз износ 3го поршневого кольца рис. Таким образом, верхнее поршневое кольцо работает в наиболее жестких динамических и температурных условиях, в присутствии химически агрессивной среды химического поля и абразивных частиц, в условиях полусухого и даже сухого трения. Все это накладывает высокие требования на качество материала и стабильность свойств верхних компрессионных колец. Уплотнительные кольца являются контактными уплотнениями. Применяются они в тех случаях, когда необходима высокая герметичность сопряжения деталей, одна из которых вращается в процессе работы например, вала и втулки. Кольцевые уплотнения должны обеспечивать минимальный износ контактирующих деталей в течение всего срока службы и потреблять минимальную мощность на трение. Уплотнительные кольца широко применяются для уплотнения рабочей полости гидродинамических коробок передач. Устройство кольцевого уплотнения вращающихся деталей аналогично устройству компрессионных колец поршней двигателей и компрессоров. МПа к боковой поверхности канавки вала. Между боковыми плоскостями канавки и кольца имеется зазор, величина которого определяется конструкцией уплотнения и обработкой деталей. Одновременное выполнение всех указанных условий возможно только при строгом выполнении технологии изготовления уплотнительных колец. Из рассмотрения условий работы поршневых колец ДВС следует, что максимальному износу подвержено верхнее поршневое кольцо двигателя. Поэтому в дальнейшем изложении под термином поршневое кольцо без специальной оговорки будет пониматься именно верхнее компрессионное кольцо ДВС. Различают следующие виды износа поршневых колец и сопряженных с ними деталей ЦПГабразивный, коррозионномеханический,адгезионный, т. Этот наиболее часто встречающийся вид износа заключается в микросрезах и царапинах, производимых на рабочих поверхностях сопряженных деталей твердыми частичками двуокиси кремния,корунда, продуктов износа самих деталей и т. Для тракторных двигателей,работающих в условиях значительной запыленности воздуха , , абразивный вид износа играет существенную роль. Особенно опасна для деталей ЦПГ пыль с размерами частичек 0,,0мкм ,,, . Частицы большего размера быстрее оседают в масле на дно картера или задерживаются маслофильтрами. Попадая в камеру сгорания вместе с воздушным потоком, такие частицы в конечном счете выбрасываются в атмосферу с выхлопными газами . Частицы пыли менее 0,2мкм производят слабое абразивное воздействие на детали ЦПГ. В процессе работы двигателя верхнее компрессионное кольцо, скользя по стенке цилиндра, перетирает попавшие в сопряжение частицы пыли и уменьшает их абразивную активность. С этой точки зрения целесообразно повышать твердость как кольца, так и зеркала цилиндра. В процессе горения топлива в камере сгорания двигателя образуются водяные пары, углекислота, угарный газ, сернистый ангидрид, окись азота, некоторые органические кислоты и другие соединения ,,,, . Находясь в газообразном состоянии, эти соединения могут оказывать определенное коррозионное воздействие на детали ЦПГ химическая или газовая коррозия. Но коррозионная активность продуктов сгорания возрастает во много раз после взаимодействия их с водой, образующейся в результате конденсации водяных паров на деталях ЦПГ. Вследствие ряда химических превращений в цилиндрах двигателя образуются угольная, сернистая,серная и азотная кислоты, которые могут интенсивно разрушать металлические поверхности. Наиболее опасной является серная кислота, т. Воздействие агрессивной среды на детали приводит к накоплению на их поверхностях продуктов коррозии преимущественно окислов , 7 . Вследствие отностиельного перемещения сопряженных деталей происходит отслаивание продуктов коррозии, выкрашивание рабочей поверхности, что приводит к прогрессирующему износу деталей. Величина коррозионного износа деталей ЦПГ зависит от качества топлива, главным образом от содержания в нем серы рис. РисЛ. Влияние содержания серы в топливе на износ поршневых колец Сз . РисЛ. Радиальный износ гильзы цилиндра вдоль ее образующей 5.