Научная статья на тему 'Неразрушающий метод контроля после обкатки и эксплуатации поршневых колец'

Неразрушающий метод контроля после обкатки и эксплуатации поршневых колец Текст научной статьи по специальности «Химико-термическая обработка»

CC BY
479
57
Поделиться
Ключевые слова
поршневое кольцо / газотермическое покрытие / твердость

Похожие темы научных работ по машиностроению , автор научной работы — Пятак Александр Иванович, Любченко Анатолий Петрович, Глушкова Диана Борисовна, Тарабанова Валентина Павловна,

The evolution of diesel engines construction is related to further diesels forcing: by the increase of high-speed, effective pressure, efficiency and so on. Thus high reliability of a diesel and its service life are criterions of its work.

Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте наш сервис подбора литературы.

Текст научной работы на тему «Неразрушающий метод контроля после обкатки и эксплуатации поршневых колец»

УДК 621.785

НЕРАЗРУШАЮЩИЙ МЕТОД КОНТРОЛЯ ПОСЛЕ ОБКАТКИ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПОРШНЕВЫХ КОЛЕЦ

А.И. Пятак, профессор, д.ф-м.н., А.П. Любченко, профессор, д.т.н., Д.Б. Глушкова, доцент, к.т.н., В.П. Тарабанова, доцент, к.т.н.,

ХНАДУ

Аннотация. Развитие дизелестроения связано с дальнейшей форсировкой дизелей: повышением быстроходности, эффективного давления, коэффициента полезного действия и т.д. При этом высокая надёжность и ресурс дизеля являются критерием его работы.

Ключевые слова: поршневое кольцо, газотермическое покрытие, твердость.

Введение

Проблема улучшения свойств материалов, используемых для изготовления ответственных деталей машин, является очень акту-аль-ной.

К прогрессивным способам упрочнения и восстановления деталей машин, в частности, цилиндропоршневой группы, можно отнести высокотемпературные методы нанесения покрытий.

В настоящее время одной из проблем дизеле-строения является повышение износостойкости и соответственно твёрдости поршневых колец, изготовленных из высокопрочного чугуна.

Твёрдость покрытия, нанесённого на высокопрочный чугун, является одним из критериев работоспособности поршневых колец и одновременно может служить неразрушающим методом контроля состояния поверхности.

Состояние вопроса

Широко используемые в практике отечественного и зарубежного дизелестроения покрытия из электролитического хрома в ряде случаев достаточно хорошо удовлетворяют требованиям, предъявляемым к поршневым кольцам. Однако пористый слой хрома толщиной 40 - 50 мкм на протяжении нескольких часов срабатывается.

В последнее время получило широкое распространение в дизелестроении напыление поршневых колец молибденом.

Особенно привлекают комбинированные покрытия, обеспечивающие повышенную износостойкость. Напыление проводится из двух или более разнородных материалов, дающих гетерогенную структуру, состоящую из механической смеси компонентов и продуктов их взаимодействия в высокотемпературной струе. И в первую очередь заслуживают внимания газотермические покрытия, обеспечивающие надежность дизелей, при которых гальваническое хромирование уже не дает достаточного повышения износостойкости.

Цель и задачи исследования

Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте наш сервис подбора литературы.

Целью исследования было определение характера изменения твёрдости и структуры поверхностного слоя после обкатки и пробега дизеля на 100000 км.

Материал и методика исследования

При этом важно не только получение надёжного износостойкого покрытия в исходном состоянии, но и обеспечение твёрдости покрытия после обкатки и достаточно большого пробега дизеля.

В настоящей работе объектом исследования были газотермические покрытия из молибде-

на и стали, нанесенные на высокопрочный чугун.

Покрытие на кольцо из чугуна наносили методом двухпроволочной металлизации с независимой подачей проволок молибдена и стали. Напыление из двух проволок разных материалов приводит к формированию в слое псевдосплава.

Результаты исследований

Данные о структуре и микротвёрдости структурных составляющих покрытия после 100-часовой обкатки приведены на рис. 1, 2.

На рис. 1, б представлена микротвёрдость стали после обкатки, а на рис. 2, б - микротвёрдость молибдена. Для сравнения на рис. 1, а представлена микротвёрдость стали до обкатки после отпуска 200 °С, а на рис. 2, а микротвердость молибдена до обкатки после отпуска 200 °С.

Как следует из графиков, микротвёрдость материала после обкатки сопоставима с микротвёрдостью до обкатки. Структура составляющих после обкатки сопоставима с исходным состоянием.

Для установления влияния условий эксплуатации на структуру и твёрдость сталь - молибденовых покрытий поршневые кольца со сталь - молибденовыми покрытиями были

установлены на четных блоках 10- цилиндрового двигателя тепловоза. На нечетных блоках установлены серийные кольца с хромовым покрытием. После 100000 км пробега (что тождественно 4000 часов работы) были сняты и исследованы комплекты из четырёх колец.

На рис. 1, в представлена микротвердость стали, а на рис. 2, в - микротвердость молибдена после эксплуатации 100000 км пробега.

Таким образом, экспериментальные данные свидетельствуют о высокой стабильности структуры и твёрдости сталь - молибденового покрытия, что немаловажно для работы покрытия в условиях эксплуатации.

Изучение степени износа после эксплуатации показало, что в случае покрытия поверхности колец электролитическим хромом наблюдается больший износ, чем в случае газотермического покрытия. Исследование поверхности износа показывает, что, в основном, реализуется абразивный износ. Для молибденовой составляющей слоя во всех кольцах после эксплуатации наблюдается повышение твёрдости по сравнению с исходным состоянием. Для стальных частиц также наблюдается повышение твёрдости в процессе эксплуатации по сравнению с исходным состоянием. Имеет место большой сдвиг в диапазоне Н5000-6000 и исчезновение частиц с твёрдостью Н3000 - 4000 МПа.

Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте наш сервис подбора литературы.

4000 №00 8000 Но, 4000 6000 8000 Но, 4000 6000 8000 Нц

МПа МЛд МЛД

а б в

Рис. 1. Микротвердость частиц стали: а - до обкатки; б - после обкатки; в - после пробега 100000 км

р,

4000 6000 3000 Но, 4000 6000 3000 Но, 40 0 0 6000 8000 Нь

МПа МОД МШ

а б в

Рис. 2. Микротвердость частиц молибдена: а - до обкатки; б - после обкатки; в - после пробега 100000 км

Предложенная технология нанесения газотермического напыления существенно повышает срок службы поршневых колец и других деталей, работающих в условиях износа, и может широко использоваться для повышения надежности и долговечности изделий, существенно изнашивающихся в процессе эксплуатации.

Выводы

Сталь - молибденовое покрытие, наносимое на поршневые кольца, проявляет стойкость в процессе обкатки и в условиях эксплуатации дизеля.

Твёрдость сталь - молибденового покрытия в процессе эксплуатации не уменьшается, а увеличивается за счёт старения молибденовой составляющей и уменьшения количества остаточного аустенита в стали.

Сталь - молибденовое покрытие в процессе эксплуатации подвергается меньшему износу, чем хромовое покрытие.

Сталь - молибденовые покрытия являются действенным способом повышения работоспособности изделий в условиях абразивного износа и могут быть рекомендованы для практического использования как в условиях первичного упрочнения, так и восстановления деталей.

Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте наш сервис подбора литературы.

Литература

1. Аношин Е.В. Нанесение металлических и

неметаллических покрытий посредством газотермического напыления. - М.: Машиностроение, 2002.

2. Катц Н.В. и др. Металлизация распылени-

ем. - М.: Машиностроение, 2006.

3. Кудинов В.В. Теория и практика газотер-

мического нанесения покрытий. - М.: Металлургия, 2000.

Рецензент: В.И. Клименко, к.т.н., ХНАДУ.

Статья поступила в редакцию 29 ноября 2008 г.