CC BY
136
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
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.
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.
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.
