Разработка технологических основ электронно-лучевого упрочнения поршневых алюминиево-кремниевых сплавов

• Автор: Кровяков, Константин Сергеевич
• Шифр специальности: 05.03.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2000
• Место защиты: Барнаул
• Количество страниц: 203 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
Глава 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР И ПОСТАНОВКА
ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЙ
1.1. Современные алюминиевые поршневые сплавы
1.1.1. Характеристика сплавов для поршней, используемых
в отечественном и зарубежном двигателестроении
1.1.2. Основные направления совершенствования
поршневых сплавов
1.2. Анализ существующих технологий создания упрочненных слоев
на поверхности алюминиевых поршневых сплавов
1.2.1. Локальное упрочнение и его особенности
1.2.2. Упрочнение методом заливки кольцедержателей
1.2.3. Использование композиционных материалов
1.2.4. Создание на поверхности силуминов защитных
покрытий небольшой толщины
1.2.5. Аргоно-дуговая наплавка и ее разновидности
1.2.6. Плазменно-дуговой переплав с легированием
1.2.7. Лазерное поверхностное упрочнение
1.2.8. Электронно-лучевая обработка
1.3. Постановка задач исследований
Глава 2. МАТЕРИАЛЫ, ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ АППАРАТУРА И МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВАНИЙ
2.1. Выбор поршневого сплава для создания упрочненных слоев
2.2. Методика электронно-лучевого упрочнения в вакууме и технологическая аппаратура для ее реализации

2.3. Обоснование выбора системы легирования для получения наплавленного металла с высоким комплексом
механических свойств
2.4. Металлографический анализ и измерение микротвердости
2.5. Фазовый анализ
2.6. Определение плотности
2.7. Разработка методики измерения твердости при высоких температурах и описание конструкции прибора для ее осуществления
2.8. Испытания на теплостойкость (термоциклирование) исходного поршневого сплава и упрочненных слоев
2.9. Испытания на износостойкость
Глава 3. ИЗУЧЕНИЕ СТРУКТУРНО-ФАЗОВОГО СОСТОЯНИЯ ОСНОВНОГО И УПРОЧНЕННОГО МЕТАЛЛА
3.1. Микроструктура и фазовый состав поршневого сплава заэвтектического состава в исходном состоянии
3.2. Структурные особенности упрочненных слоев, полученных
методом электронно-лучевой технологии
3.3. Влияние структурно-фазового состояния на характер распределения микротвердости
3.4. Исследование кинетики старения поршневого сплава
до и после электронно-лучевого упрочнения
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ

Глава 4. ИССЛЕДОВАНИЕ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК
И ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ УПРОЧНЕННЫХ
СЛОЕВ
4.1. Исследование влияния технологических параметров процесса электронно-лучевой обработки на геометрические характеристики упрочненных слоев
4.2. Определение плотности поршневого сплава в исходном
состоянии и после обработки электронным лучом
4.3. Изучение твердости основного и упрочненного электронным
лучом металла при высоких температурах
4.4. Испытание сплавов на сопротивление механическому изнашиванию
4.5. Взаимосвязь структурно-фазового состояния и
физико-механических свойств упрочненного металла
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ
Глава 5. ПРАКТИЧЕСКОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ
РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
ПРИЛОЖЕНИЯ

Как видно из приведенного химического состава, повышение механических свойств наплавленного металла обеспечивается повышенным содержанием (по сравнению с АЛ25) железа (до 3,2%) и никеля (до 5,2%), т.е. соответственно (в среднем) в 7,5 и 5 раз больше. Модифицирование металла осуществляется добавкой в микродозах титана, циркония и стронция.
Наплавка по технологии, оптимизированной авторами (1св=200...250 А, Ун=6 (ручная) - 20 (автоматическая наплавка)), обеспечивает повышение твердости металла на 47% (с 74 до 109 НВ) при комнатной температуре. Этот результат обеспечивается при использовании водяного охлаждения поршня. При использовании естественного охлаждения результат несколько ниже -35% (с 74 до 100 НВ), и 45% (с 74 до 107 НВ) при охлаждении воздухом. Значения твердости в ЗТВ несколько ниже, на 3...8% от твердости основного металла.
К недостаткам технологии следует отнести:
- невысокая производительность процесса. Максимальная скорость наплавки не должна превышать 20 м/ч;
- проблематично использование ручной наплавки, поскольку при скорости наплавки 6 м/ч поршень будет значительно деформирован;
- значительные внутренние напряжения и деформации в наплавленном поршне;
- как следствие предыдущего недостатка - необходимость использования энергоемкой нестандартной посленаплавочной термической обработки. Отличие заключается в необходимости медленного нагрева (вместе с печью) до температуры закалки, что обязательно для предотвращения образования трещин от возникших в результате наплавки внутренних нгапряжений.
В ИЭС им. Е.О.Патона НАН Украины разработан способ двухдуговой наплавки в аргоне комбинированным - неплавящимся и плавящимся электродом [108]. Авторы технологии (Н.М.Воропай, В.В.Лесных, В.А.Мишенков) пошли по пути дальнейшего усложнения процесса наплавки поршней. Спо-