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 «Технологии материалов»

CC BY
1462
112
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
поршневое кольцо / газотермическое покрытие / твердость
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

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

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

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.

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

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.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.