Поршневое кольцо из алюминиевого сплава для двигателей внутреннего сгорания

• Автор: Дударева, Наталья Юрьевна
• Шифр специальности: 05.04.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1999
• Место защиты: Уфа
• Количество страниц: 122 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. ПОРШНЕВЫЕ КОЛЬЦА ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ
1.1. Цилиндропоршневая группа двигателей внутреннего сгорания
1.2. Функции компрессионных поршневых колец
1.3. Условия РАБОТЫ КОМПРЕССИОННЫХ ПОРШНЕВЫХ КОЛЕЦ
1.4. Требования, предъявляемые к компрессионным поршневым кольцам
1.5. Материалы поршневых компрессионных колец
ГЛАВА 2. УПРОЧНЕНИЕ ТРУЩИХСЯ ПОВЕРХНОСТЕЙ КОМПРЕССИОННЫХ ПОРШНЕВЫХ КОЛЕЦ ИЗ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ
2.1. Введение
2.2. Способы упрочнения трущихся поверхностей чугунных и
2.3. Способы упрочнения деталей из алюминиевых сплавов
2.4. Требования к покрытию компрессионных поршневых колец
ГЛАВА 3. ФОРМИРОВАНИЕ УПРОЧНЕННОГО СЛОЯ НА ПОВЕРХНОСТИ КОМПРЕССИОННОГО ПОРШНЕВОГО КОЛЬЦА
3.1. Введение
3.2. Существующие гипотезы формирования упрочненного оксидного слоя
3.3. Новая гипотеза механизма формирования упрочненного оксидного слоя на поверхности деталей из алюминиевых сплавов
3.4. Физическая модель формирования упрочненного поверхностного слоя методом искрового оксидирования

3.5 Влияние предварительной пластической деформации материала на ГЛУБИНУ УПРОЧНЕННОГО оксидного слоя
ГЛАВА 4. МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ И РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТОВ
4.1. Введение. Цель и задачи экспериментов
4.2. Проверка гипотезы формирования упрочненного оксидного слоя
4.2.1. Установление возможности формирования упрочненного оксидного слоя на деталях из алюминиевых сплавов искровым способом
4.2.2. Определение влияния степени предварительной пластической деформации материала заготовки на глубину и микротвердость упрочненного слоя
4.3. Формирование упрочненного оксидного слоя искровым способом на
компрессионном поршневом кольце
4.4 Упругость и модуль упругости алюминиевого компрессионного
ПОРШНЕВОГО КОЛЬЦА, УПРОЧНЕННОГО ИСКРОВЫМ ОКСИДИРОВАНИЕМ
4.5. Испытания компрессионного поршневого кольца из алюминиевого
СПЛАВА В УСЛОВИЯХ ДВС
ВЫВОДЫ
ЛИТЕРАТУРА
ПРИЛОЖЕНИЯ

Введение
Компрессионные поршневые кольца являются одними из самых ответственных деталей двигателя внутреннего сгорания, которые в большой мере определяют его работоспособность и характеристики. Поршневые компрессионные кольца должны обеспечивать надежное уплотнение камеры сгорания, через них отводится значительная часть тепла поршня и осуществляется формирование смазочного слоя в паре поршневое кольцо -гильза цилиндра. Потери на трение при работе поршневых колец составляют существенную часть всех механических потерь в ДВС. Кроме того, в процессе работы компрессионные поршневые кольца испытывают воздействие газовых сил, инерционных сил, сил трения и работают в условиях вибраций и высоких температур. Поэтому, естественно, что поршневые кольца подвержены интенсивному износу и нередко выходят из строя. Конструкция и качество поршневых колец во многом предопределяют моторесурс и надежность работы двигателя, его экономичность по расходу моторного масла и топлива.
В связи с указанными обстоятельствами особенно высокие требования предъявляются к материалам поршневых колец, которые должны быть износостойки, теплостойки, коррозионностойки, а также обладать достаточной прочностью, стойкостью к вибрациям, высокой теплопроводностью и обеспечивать малый коэффициент трения.
В данной работе на основе анализа требований к материалам поршневых колец и их конструкций сделаны следующие выводы: во-первых, что не существует такого материала, который бы полностью отвечал всем требованиям, предъявляемым к поршневым кольцам, во-вторых, что алюминиевые сплавы по многим позициям не уступают серому чугуну, а по некоторым и превосходят его характеристики. Поэтому в данной работе предложено для изготовления компрессионных поршневых колец использовать алюминиевые сплавы, поршневые кольца из которых

характеризующееся высокими механическими, теплостойкими и износостойкими свойствами.
Метод состоит в электрохимическом окислении анода в электролите, то есть в анодировании. Но микродуговое оксидирование, в отличие от обычного анодирования, ведется при больших напряжениях 200-700 В и больших значениях тока 1-100 А/дм2, при которых на поверхности анода быстро перемещаются микродуговые разряды. В результате образуется равномерное покрытие, состоящее из оксида металла (А1203), толщиной до 500 мкм. [26, 27, 28].
Исследования, которые были проведены В. А. Федоровым с сотрудниками, показали, что покрытие состоит в основном из а- и у-А1203 [29, 30, 31, 32] и обладает уникальным сочетанием свойств: высокой
микротвердостью, адгезией к подложке и износостойкостью [33]. В связи с тем, что по своей структуре покрытие является неоднородным, микротвердость модифицированного слоя изменяется по глубине: наибольшая микротвердость наблюдается на расстоянии 30-60 мкм от подложки и составляет 20-25 ГПа, ближе к поверхности величина микротвердости несколько уменьшается, но остается достаточно большой (13-15 ГПа). На поверхности же микротвердость составляет 4-8 ГПа [29, 32, 34]. Прочность сцепления с основой определяется индексом сцепления и составляет независимо от толщины покрытия Н=100% [32, 35, 36]. Это свидетельствует об очень высокой адгезии к основе. Кроме того, прочность сцепления при увеличении толщины МДО-слоя возрастает [37, 38].
По износостойкости покрытия, наносимые методом МДО, не уступают композиционным материалам на основе карбида вольфрама и в 6-14 раз превосходят сталь 45 (ГП1С42). Кроме всех выше перечисленных достоинств МДО-слои обладают высокими антифрикционными свойствами. В частности, коэффициент трения при трении по композиционному материалу на основе карбида вольфрама и смазке водой после приработки (100 ч. работы)