CC BY
14
УДК 621.785 DOI: 10.30977/АТ.2219-8342.2020.46.0.12
ВПЛИВ ЛАЗЕРНО1 ОБРОБКИ НА СТРУКТУРУ I ВЛАСТИВОСТ1 ДЕТАЛЕЙ ЦИЛ1НДРО-ПОРШНЕВО1 ГРУПИ
Глушкова Д. Б.1, Шконов О. Я.1 хХар^вський нац1ональний автомобiльно-дорожнiй унiверситет
Анотаця. Для тдвищення довгов1чност1 деталей цил1ндро-поршневог групи двигумв внутр1ш-нього згоряння застосовують р1зм матер1али й технолог1чм прийоми, якг е досить дорогими. Працездатмсть двигумв внутр1шнього згоряння значною м1рою залежить в1д термту експлу-атацИ деталей цил^ндро-поршневог групи, що працюють в умовах тертя, цикл1чного зм1нюван-ня силових / температурних навантажень. Тому тдвищення довгов1чност1 цих деталей мае велике значення г е актуальним завданням.
Ключов1 слова: аустент, мартенсит, оплавлення, лазерна обробка, поршень.
Вступ
Працездаттсть двигутв внутршнього згоряння значною мiрою залежить вщ довго-вiчностi деталей цилшдро-поршнево! групи, що працюють в умовах тертя, циктчно! змь ни силових i температурних навантажень. Тому тдвищення довговiчностi цих деталей мае велике значення.
Сучасний рiвень розвитку лазерно! техт-ки дозволяе розглядати лазери як зручний економiчний i надiйний iнструмент, який мае високу продуктивтсть, надзвичайно широкий спектр матерiалiв, якi обробляються i застосовуються для змiцнення приповерхне-вих шарiв широко! номенклатури деталей [1-4]. Матерiали, якi використовуються для деталей цилшдро-поршнево! групи (ЦПГ), повинш мати високi показники: 1) припра-цьовуваностi; 2) зносостiйкостi; 3) задиро-стiйкостi. Цим вимогам значною мiрою задо-вольняе високомiцний чавун.
Аналiз публiкацiй
Змiну властивостей поверхневих шарiв матерiалiв за допомогою лазерного випромь нювання можна здiйснювати як у результат швидкiсного термiчного циклу, так i наси-ченням поверхнi легуючими елементами. Цi елементи, розчинившись в основному металл утворюють новий шар з особливими власти-востями [4-6].
На характер формування змщненого шару великий вплив мае розподш енерги в лазерному промеш. Для збшьшення ефективностi лазерного змiцнення на поверхш, якi обробляються, наносять спещальш покриття, якi добре поглинають енерпю випромiнювання
У роботi [8] наведено результати лазерного змщнення внутршньо! поверхнi напрям-них клапашв iз сiрого чавуну. Для тдвищення опору удару i зношуванню за наявностi гарячих газiв проводять лазерне легування за допомогою металевих порошюв.
Автори робгг [8-10] рекомендують засто-совувати лазерне термiчне змщнення для тдвищення зносостшкосп чавунних порш-нiв, дорiжок пiдшипникiв кочення, галтелей, колшчастих валiв та iнших деталей.
Лазерну обробку застосовують для пар тертя деталей паливних насошв дизелiв, ши-йок i виступiв кулачкових валiв, деталей га-льмiвних цилiндрiв [11, 12]. II використову-ють для змщнення робочих поверхонь валiв, досягаючи при цьому твердосп 60-64 HRC i товщини змiцненого шару 0,2-0,5 мм, а та-кож для нас^зного змiцнення тонких деталей без викривлення.
В робот [13] змiцнювали сфери корпуса диференщала роздавально! коробки легкових автомобшв, якi виготовленi з перлггного ковкого чавуну. Стендовi випробування показали, що довговiчнiсть корпусiв тсля лазерного гартування збiльшуеться в 6-10 разiв.
Порiвняльнi дослiдження чавутв, оброб-лених iмпульсним i безперервним лазером, показали [14], що iмпульсна обробка з опла-вленням феритного i перлiтного чавунiв при-зводить до виникнення в поверхневому шарi значних розтягувальних напружень, яю ре-лаксують з утворенням трiщин. Опромшення без оплавлення створюе на поверхш значнi стискальнi напруження.
Безперервне випромшювання лазера пiд час обробки без оплавлення викликае появу на поверхнi бшьш високих розтягувальних напружень. Для запобтання утворенню трi-
щин при гартуваннi перлiтного ковкого ча-вуну рекомендуеться обробка з меншими швидкостями нагрiвання й охолодження, що може бути досягнуто за одночасного змен-шення щiльностi потужностi випромшюван-ня i швидкостi перемiщення променя.
Авторами [15] розроблено режими лазерно! термообробки для змiцнення автомобшь-них деталей: гiльз цилiндрiв, корпушв тд-шипникiв водяного насоса i сiдла клапана, якi забезпечують тдвищення зносостiйкостi, вiдсутнiсть викривлення i вщносно низьку трудомiсткiсть.
Таким чином, при впровадженш лазерно! термiчно! обробки для кожно! групи деталей необхщно розробляти спецiальне оснащення i режими його роботи. Висока вартють цього процесу обумовлюе економiчну ефективнiсть i доцiльнiсть обробки невеликих, але вщпо-вiдальних дiлянок деталей.
Незважаючи на те, що лазерна обробка в наш час е бшьш дорогою, шж стандартна термiчна, в рядi випадкiв И впровадження дозволяе отримувати значний економiчний ефект.
Як видно з розглянутих прикладiв, ефек-тивнють лазерного змiцнення i легування досить висока, проте в цей час приклади промислового використання цього виду об-робки обмежеш. Це пояснюеться як новизною процесу, так i необхщшстю проведення подальших дослiджень з метою створення надшного технологiчного обладнання.
Мета i постановка завдання
Метою ще! роботи е встановлення впливу поверхнево! лазерно! обробки на структуру i
Таблиця 1
Результати дослiдження та ix обговорення
У дослщженому дiапазонi режимiв лазерно! обробки в опромшеному високомщному чавуш утворюються шари з виходом на по-верхню зон, загартованих з розплавленого стану, - шари iз зоною оплавлення i шари з
властивосп високомiцного чавуну, що вико-ристовуеться для виготовлення поршневих кшець.
Матерiали й методика дослщження
Хiмiчний склад чавунiв, що застосову-ються для виготовлення основних деталей цилшдро-поршнево! групи, та !х механiчнi властивостi приведенi в табл. 1.
Обробка проводилась лазером безперерв-но! дi! марки ЛТ-1. Для збiльшення поглина-льно! здатносп оброблюванi поверхнi зразкiв пiддавалися чорншню рiзними способами: оксидуванням i фосфатуванням, були обраш режими, якi дозволили дослщжувати вплив на формування i властивостi змiцненого шару наступних параметрiв випромiнювання:
- потужнiсть випромшювання W за пос-тiйно! швидкосп опромiнювання;
- швидкiсть опромiнювання за постшно! потужностi випромiнювання;
- щшьнють потужностi випромiнювання
Щiльнiсть потужносп:
при Vwn = const може вардаватись або змь ною потужносп випромiнювання, або змь ною та розфокусуванням AF, тобто площi плями опромiнювання.
Було проведено дослiдження мшрострук-тури в початковому станi та тсля лазерно! обробки. Мiкротвердiсть вимiрювалась на приладi ПМТ-3. Фазовий аналiз здшснював-ся рентгенiвським методом.
виходом на поверхню зон, загартованих вщ температур, менших за температуру солщу-су, металево! основи - шари iз зоною гарту-вання.
Проведенi дослщження показали, що по-верхня чавуну оплавляеться по всш площi
- Хiмiчний склад чавунiв, що застосовуються для виготовлення основних деталей цилшдро-поршнево! групи та !х механiчнi властивосп
Деталь Вм1ст елеменпв у чавуш, % Мехашчш властивосп
C Si Mn P S Cr Ni Mo Cu Sn Mg стВ, МПа ^Bm^ МПа НВ, МПа
Втулка 2,8 - 3,1 1,8 -2,1 0,8 -1,1 0,1 -0,15 <0,12 0,3 -0,65 0,9 -1,2 0,5 -0,7 0,3 -0,4 4,7 -5,1 - - 700 202 -
Поршень 2,9 - 3,1 1,6 -2,0 0,9 -1,2 < 0,1 < 0,1 0,15 0,35 0,7 -1,0 0,2 -0,4 6,2 -0,45 - - 300 - 207 -
Кшьце 3,4 -3,7 2,1 -2,5 0,85 -1,3 < 0,1 <0,03 <0,1 5 1,2 -1,5 0,6 -0,9 0,3 -0,4 - 0,03 -0,10 - 1000 101 -
контакту з променем за швидкосп опромь нення 6,4 мм/с, частково - за швидкостях опромшення 6,5; 7,6 мм/с. За швидкосп 11 мм/с спостер^аеться гартування тiльки приповерхневого шару. Глибина шару при цьому зменшуеться зi збiльшенням швидкос-п опромiнювання за параболiчним законом. За швидкосп опромiнювання 5,4 мм/с вона становить 1,3 мм, при 11 мм/с - 0,5 мм.
Структура оплавлених зон е неоднородною за обсягом смуги опромшювання i скла-
даеться з трьох складових: загартованого з розплаву бшого чавуну (рис. 1, а), загартова-но! з розплаву високовуглецево! стат (рис. 1, б, в) i графiту. Неоднорiднiсть пояснюеться короткочаснiстю лазерного впливу, що не дозволяе отримувати однорщний за складом рiдкий розчин у розплавленому гетерогенному об'ем^ а також неоднорщним розплав-ленням дшянок гетерогенно! структури, якi знаходяться при кожнш данiй iзотермi.
х100
а б в
Рис. 1. Структурш складовi зони оплавлення: а, б - дшянки бшого чавуну; в - дшянка високовуглецево! стат
Показано (рис. 1, в), що перш за все за до-сягнення температури евтектичного перетво-рення розплавляються навколографпш зони i розчиняють вуглець, тодi як розплавлення основно! металево! матрищ евтекто!дного складу запiзнюеться.
Методом рентгешвського фазового аналь зу встановлено наявнють в оплавлених зонах аустенiту, мартенситу i цементиту в рiзних кшьюсних спiввiдношеннях. Зi збiльшенням швидкостi опромшення зменшуеться кшь-кiсть аустенiту i цементиту.
Дослiдження мiкротвердостi зони оплавлення так само тдтверджують неоднорщ-нiсть !! структури. Найбiльшу твердють ма-ють дiлянки iз квазiевтектичною структурою (=8,5103 ... 9,5 103 МПа), найменшу -
аустенiт (Нц =4,2103 ... 5,7 103 МПа). Досить
високу твердiсть аустенпу можна пояснити наклепом при швидкюнш кристатзацп й фазових перетвореннях. Мшротвердють мар-тенситно-аустенпно! структури становить (Нц =6,3 103...8,5 103 МПа) i спостерк-аеться
тенденцiя до И зменшення зi зниженням швидкостi опромiнювання. Це пов'язано як зi збiльшенням частки аустенпу, так i з вiдпус-ком мартенситу.
У зонах, як загартованi вiд температур, менших за евтектичш, вплив графпу здшс-нюеться тiльки за рахунок дифузи вуглецю в аустенiт. У зв'язку з короткочаснютю лазерного впливу вуглець дифундуе з графггу на дуже малi вiдстанi й основний об'ем матрищ не насичуеться вуглецем. Тому графи не чинить помпного впливу на Г! структуру i влас-тивостi тд час гартування. У зонах гартування залежно вiд температури на^ву можуть утворюватися при охолодженнi структури голчастого мартенситу або без-структурного мартенситу. Обидвi складовi мають високу твердють Нц=7,3х103_8,5х103 МПа.
Швидше за все, що високе легування аустенпу в лшвацшнш зош й насиченють вуглецем знижуе його Мн до вiд'емних температур. У високотемпературнш зонi гартування вщбуваеться розплавлення матрицi поблизу цементиту.
Проведений анатз структури i властивос-тей опромшених шарiв чавуну показав, що i при оплавленнi, i при гартуванш вiдбуваегься значне змiцнення поверхневого шару. Вказаш вище значення мiкротвердостi можна порiв-няти зi значеннями мшротвердосп неопромь неного чавуну: Нц=2,2х 103... 3,6х 103 МПа.
Лазерна обробка сприяе утворенню на по-верхнi тертя гетерогенно! структури, що вщ-
повщае вимогам, якi висуваються до антиф-рикцiйних матерiалiв. При цьому лазерна обробка практично не змшюе чистоту та конф^уращю деталей цилшдро-поршнево! групи.
Дослiдження впливу нагрiву на стан стру-ктури та властивосп показало, що за темпе-ратури вiдпуску 400-500 °С не змшюеться структурний стан (рис. 2). Це тдтверджено рентгеноструктурним аналiзом, а також замь рами мiкротвердостi.
х1000
а б в г
Рис. 2. Структура опромшеного шару пiсля вщпуску: а - зона оплавлення за температури вiдпуску 400 °С; б - зона гартування за температури вщпуску 400 °С; в, г - зона гартування за температури вщпуску 500 °С
Змши мають мюце пiсля вiдпуска за температури 500 °С. При рентгенографiчному аналiзi фiксуеться помiтне зменшення кшь-костi аустенiту з 37 % тсля лазерно! обробки до 12 % тсля вщпуску. Мшротвердють аустенiту зон лшваци зростае до Нц=8,5х103...9,5х103 МПа. Металографiчно в дiлянках зон лшвацп виявляеться голчаста структурна складова, яку можна трактувати як карбщну фазу бейнiтного походження (рис. 2, в). Збщнений вуглецем аустенiт пщ час охолодження зазнае вторинного загарту-вання. Обидва процеси викликають зростан-ня твердостi зон лiквацi!.
Твердють мартенситно! складово! практично не змшюеться при на^ванш до темпе-
ратури 350 °С. Деяке зменшення твердостi пояснюеться вiдпуском мартенситу.
Зi збiльшенням температури вiдпуску до 500 °С твердiсть знижуеться до значення Н„=5х103...6,3х103 МПа.
Таким чином, структура чавуну, яка утво-рюеться тсля лазерного опромшення, зберь гае високу твердють i гетерогеннiсть у дiапа-зонi температур до 350 °С.
Випробування на знос опромiнених з оплавленням i загартованих поверхонь пор-шневих кiлець демонструють iстотне зни-ження зносу в порiвняннi iз серiйним хрому-ванням поверхнi, а також свщчать, що !х змши не виходять за межi впливу температури, менше шж 350 °С (табл. 2).
Таблиця 2 - Зносостшшсть пари к1льце-г1льза (випробування проведет на машиш тертя СМЦ-2 за навантаження 100 Н 1 час випробування 2 години)
Обробка Знос, мг Коефщент
шльце ролик (гшьза) тертя f
Сершне хромування з покриттям тсля припрацювання 202 27,4 0,09
Лазерне гартування 0,2 10,7 0,09
Лазерне гартування з покриттям тсля припрацювання 0,4 10,7 0,07-0,09
Лазерне оплавлення 0,3 10,7 0,09-0,10
Лазерне оплавлення з покриттям тсля припрацювання 1,0 13,3 0,08-0,09
Лазерне гартування 1 вщпуск при: 200° С 0,25 12,7
350° С 0,60 7,8
400° С 0,80 7,1
500° С 1,00 11,8
Це тдтверджуеться станом поверхонь зносу кшець. При цьому зменшуеться знос контртша - гiльзи. Бiльший знос кшець з поверхнею пiсля оплавлення в порiвняннi з гартуванням можна пояснити бшьшою част-кою аустештних дiлянок, що виходять на поверхню тертя. Пiдвищений знос гiльзи можна пояснити наявнютю дiлянок бiлого загартованого чавуну. При цьому значну роль вдаграе зменшення частки графiту, який виходить на поверхню та мае змащува-льну дда. На пiдставi отриманих результата можна сказати, що при лазернш обробщ по-ршневих кiлець кращим е опромiнення з гартуванням поверхш. При цьому порушення режиму, який викликае часткове оплавлення поверхш, не е шдставою для вщбраковуван-ня деталей.
Висновки
1. Методами оптично! мшроскопи, вимь рюванням мшротвердосп, лабораторними та експлуатацiйними випробуваннями на зно-шування вивчено структуру i властивостi високомiцних чавунiв пiсля лазерно! термоо-бробки з метою визначення можливосп ви-користання цього методу обробки для шд-вищення довговiчностi деталей цилшдро-поршнево! групи.
2. Структура, отримана при лазернш обробщ високомщного чавуну е неоднородною, що пояснюеться короткочасним лазерним впливом i неоднорiдним розплавленням дь лянок гетерогенно! структури. Дослiдження мшротвердосп зони оплавлення шдтвер-джують неоднорщшсть li структури.
3. Встановлено, що змщнений лазерною обробкою чавун характеризуеться високою стiйкiстю до вщпуску при нагрiваннi до 350 °С, що можна пояснити впливом кремнiю та iнших легувальних елементiв.
4. Лазерна обробка приводить до суттево-го шдвищення зносостiйкостi високомiцного чавуну.
5. Вивчено вплив режимiв лазерно! обро-бки на глибину, структуру, фазовий склад i властивосп опромiненого шару в поршневих кiльцях. Встановлено дiапазони швидкостей опромшення, що створюють шари з повним, частковим оплавленням i загартуванням по-верхш. Визначено режими опромiнення, що виводять на поверхню шари з рiзним ств-вiдношенням аустенiтно!, мартенситно! й карбiдно! складово! i властивостями, як за-безпечують добру зносостшюсть.
6. Показано, що найкращою зносостш-кiстю, яка перевищуе зносостiйкiсть серш-них хромованих кiлець, характеризуються кшьця, опромiненi за режимом: W = 0,6 кВт, Копр. = 10-11 мм/с.
Лггература
1. Любченко А.П. Неразрушающий контроль
глубины лазерной закалки деталей тепловозных двигателей. Неруйтвний контроль та dia-гностика. Зб1рник ФМШ 1м. Карпенюка. Льв1в, 2003. С. 73-75.
2. Любченко А.П. Лазерно-технологический комплекс для термической обработки гильз цилиндра дизельных автомобилей. Технология организации производства. Ки!в, 2000. Вип. 3. С. 44 - 45.
3. Любченко А.П., Тарабанова В.П. Влияние температуры отпуска после лазерной закалки на износостойкость поршневых колец. Науко-вий вiсник будiвництвa. Харшв, 2011. Вип. 64. С. 50-56.
4. Тарабанова В.П., Нестеренко Е.А. Влияние различных видов поверхностной обработки на состояние поверхности трения. Дни науки -2012: материалы 8-й межд. научно-практич. конф, (Прага, 2012). Т.89, С. 63-68.
5. Котляров В.П., Бобылев А.Г., Анякин Н.И.,
Иващенко А.Н. О возможности лазерной обработки. Сбiрник Лазерная технология, (Вильнюс: Институт физики АН Лат.ССР. 1988). Т5. С. 65-70.
6. Котляров В.П. Технолопя лазерно!' обробки.
Шжин, 2010. НДУ iM. М. Гоголя. С. 53-60.
7. Тарабанова В.П., Белый В.А. Влияние пара-
метров лазерного нагрева на глубину бориро-ванного слоя высокопрочного чугуна. Науко-вий вiснuк будiвництвa. Харшв, 2014. Вип. 2(76). С. 81-84.
8. Роик Т.А., Белый В.А., Костина Л.Л. Прогрес-
сивные методы упрочнения и восстановление деталей цилиндро-поршневой группы. НТУ Кивський полiтехнiчнuй унiверсuтет НТМТ. Моногр. Ки!в, 2014. 216с.
9. Hlushkova D., Voronova Y., Belyi V.
Improvement of machine parts wears resistace. Europen Applied Sciences. 2015. vol.3, p. 24-27.
10. Чернета О. Г., Коробочка А.Н., Коржавин Ю.А. Формирование поверхностной структуры поршневых колец лазерным упрочнением. Машиностроение и техносфера на рубеже ХХ1 века. Междунар. сб. науч. тр. ДонГТУ. Донецк, 1999. Т. 3. С. 153-156.
11. Петров М.П. Лазерная обработка материалов. Компоненты и технологии. Киев, 2000. №10. С. 35-42.
12. Чернета О.Г., Коробочка А.Н., Козина Н.Н., Пустовойт А.М. Исследование физико-механических свойств поверхности поршневых колец, обработанных лазером. Прогрессивные технологии и системы машинострое-
ния. Междунар. сб. науч. тр. ДонГТУ. Донецк, 2001. Вып. 18. С. 71-75.
13. Чернета О. Г. Влияние азотирования и лазерной обработки на формирование износостойкой структуры рабочей поверхности поршневых колец ДВС. Системнi технологи. Репон. мiжвуз. зб.наук. пр. Дшпропетровськ, 2001. Вип. 4 (15). С.73-78.
14. Глушкова Д.Б., Костина Л.Л., Рыжков Ю.В., Демченко С.В. Особенности формирования упрочненного слоя при лазерном борировании поршневых колец. Науковий BicHUK 6ydie-ництва. Харюв, 2017. Вип. 87. С. 77-81.
15. Hlushkova D., Grinchenko E., Demchenko S. Featuresof Laser Borating of Piston Rings. American Jornal of Engeneering research. 2018. vol. 6, no. 11, p. 20-24.
Reference
1. Lyubchenko A.P. (2003) Nerazrushayusch'iy kontrol' glubiny' lazernoy zakalki detaley teplovozny'h dvigateley. [Non-destructive testing of laser hardening depth for diesel engine parts]. Neruyni'vniy kontrol' ta di'agnostika. Sbi'rnik FMSH i'm. Karpenyuka. L'vi'v, 73-75. [in Russian].
2. Lyubchenko A.P. (2000) Lazerno-tehnologicheskiy kompleks dlya termicheskoy obrabotki gil'z cilindra dizel'ny'h avtomobiley. [Laser-technological complex for heat treatment of cylinder liners of diesel cars]. Tehnologiya organizacii proizvodstva. Kii'v, 3. 44 - 45. [in Russian].
3. Lyubchenko A.P., Tarabanova V.P. (2011) Vliyanie temperatury' otpuska posle lazernoy zakalki na iznosostoykost' porshnevy'h kolec. [Effect of tempering temperature after laser hardening on the wear resistance of piston rings]. Naukoviy vi'snik budi'vnictva. Harki'v, 64. 50-56. [in Russian].
4. Tarabanova V.P., Nesterenko E.A. (2012) Vliyanie
razlichny'h vidov poverhnostnoy obrabotki na sostoyanie poverhnosti treniya. [The effect of various types of surface treatment on the state of the friction surface]. Dni nauki - 2012: materialy' 8-y mejd. nauchno-praktich. konf, (Praga, 2012). T.89, S. 63-68. [in Russian].
5. Kotlyarov V.P., Boby'lev A.G., Anyakin N.I., Ivasch'enko A.N. (1988) O vozmojnosti lazernoy obrabotki. [About the possibility of laser processing] Sbi'rnik Lazernaya tehnologiya, (Vil'nyus: Institut fiziki AN Lat.SSR.). 5. 65-70. [in Russian].
6. Kotlyarov V.P. (2010) Tehnologi'ya lazernoi' obrobki. [Laser Processing Technology]. Ni'jin, NDU i'm. M. Gogolya. 53-60. [in Ukrainian].
7. Tarabanova V.P., Bely'y V.A. (2014) Vliyanie parametrov lazernogo nagreva na glubinu borirovannogo sloya vy'sokoprochnogo chuguna. [Influence of laser heating parameters on the depth of the borated layer of high-strength cast
iron]. Naukoviy vi'snik budi'vnictva. Harki'v, 2(76). 81-84. [in Russian].
8. Roik T.A., Bely'y V.A., Kostina L.L. (2014) Progressivny'e metody' uprochneniya i vosstanovlenie detaley cilindro-porshnevoy gruppy'. [Progressive methods of strengthening and restoration of details of the cylinder-piston group]. NTU Kii'vs'kiy poli'tehni'chniy uni'versitet NTMT. Monogr. Kii'v, 216. [in Russian].
9. Hlushkova D., Voronova Y., Belyi V. (2015) Improvement of machine parts wears resistace. Europen Applied Sciences. 3. 24-27.
10. CHerneta O. G., Korobochka A.N., Korjavin YU.A. (1999) Formirovanie poverhnostnoy struktury' porshnevy'h kolec lazerny'm uprochneniem. [The formation of the surface structure of piston rings by laser hardening]. Mashinostroenie i tehnosfera na rubeje HHI veka. Mejdunar. sb. nauch. tr. DonGTU. Doneck, 3. 153-156. [in Russian].
11. Petrov M.P. (2000) Lazernaya obrabotka materialov. [Laser processing of materials]. Komponenty' i tehnologii. Kiev, 10. 35-42. [in Russian].
12. CHerneta O.G., Korobochka A.N., Kozina N.N., Pustovoyt A.M. (2001) Issledovanie fiziko-mehanicheskih svoystv poverhnosti porshnevy'h kolec, obrabotanny'h lazerom. [A study of the physicomechanical properties of the surface of piston rings treated with a laser]. Progressivny'e tehnologii i sistemy' mashinostroeniya. Mejdunar. sb. nauch. tr. DonGTU. Doneck, 18. 71-75. [in Russian].
13. CHerneta O. G. (2001) Vliyanie azotirovaniya i lazernoy obrabotki na formirovanie iznosostoykoy struktury' rabochey poverhnosti porshnevy'h kolec DVS. [The effect of nitriding and laser processing on the formation of a wear-resistant structure of the working surface of the internal combustion engine piston rings]. Sistemni' tehnologi'i'. Regi'on. mi'jvuz. zb.nauk. pr. Dni'propetrovs'k, 4 (15). 73-78. [in Russian].
14. Glushkova D.B., Kostina L.L., Ry'jkov YU.V., Demchenko S.V. (2017) Osobennosti formirovaniya uprochnennogo sloya pri lazernom borirovanii porshnevy'h kolec. [Features of the formation of a hardened layer during laser boration of piston rings]. Naukoviy Vi'snik budi'vnictva. Harki'v, 87. 77-81. [in Russian].
15. Hlushkova D., Grinchenko E., Demchenko S. (2018) Featuresof Laser Borating of Piston Rings. American Jornal of Engeneering research. 6, 11, 20-24.
Глушкова Дiана Борийвна1, д.т.н., проф., зав.
кафедри технологи металiв та матерiалознавства,
057-707 37-29, [email protected],
Шконов Олег Якович1, д.т.н., завщувач кафедри
комп'ютерних технологiй i мехатронiки, тел.
+38-057-707-37-58, e-mail: nikonov. oj @gmail. com.
1Харк1вський нацюнальний автомобшьно-дорожнш ушверситет, 61002, Украша, м. Харк1в, вул. Ярослава Мудрого, 25.
Влияние лазерной обработки на структуру и свойства деталей цилиндро-поршневой группы
Аннотация. Исследовано влияние лазерной обработки на структуру и свойства высокопрочного чугуна. Структура, полученная при лазерной обработке высокопрочного чугуна, не однородна, что объясняется кратковременностью лазерного воздействия и неоднородным расплавлением находящихся при каждой данной изотерме участков гетерогенной структуры. Установлено существенное повышение износостойкости и стойкости к отпуску при нагреве до 350 °С при облучении с закалкой поверхности. Ключевые слова: аустенит, мартенсит, оплавление, лазерная обработка, поршень.
Глушкова Диана Борисовна1, д.т.н., заведующая кафедрой технологии металлов и материаловедения, тел. 097-481-15-93, [email protected]
Никонов Олег Яковлевич1, д.т.н., заведующий кафедрой компьютерных технологий и мехатро-ники, тел. + 38-057-707-37-58, e-mail: [email protected] 1Харьковский национальный автомобильно-дорожный университет, 61002, Украина, г. Харьков, ул. Ярослава Мудрого, 25.
The influence of laser treatment on the properties of the surface of cylinder-piston group parts Abstract. Various valuable materials and technological methods are used to increase the durability of the parts of the cylinder-piston group of internal combustion engines. The performance of internal combustion engines largely depends on the service life of the parts of the cylinder-piston group operating in conditions of friction, cyclic changes of power and temperature loads. Improving the durability of these parts is of great importance and is an urgent task. Goal. To calculate the influence of surface laser treatment on the structure and properties of high-strength cast iron used for the manufacture of piston rings is the goal of the work. Method. The treatment was performed with an ЛТ-1 laser continuous treatment. To increase the absorption capacity, the treat-
ed surfaces of the samples were subject to blackening in various ways: oxidation and phosphating. The microstructure was studied in the initial state and after laser treatment. Microhardness was measured on a nMT-3 instrument. Phase analysis was performed by an X-ray. Results. The study has shown that the surface of cast iron melts over the entire area of contact with the beam at an irradiation rate of 6.4 mm / s, partially - at irradiation rates of 6.5; 7.6 mm /s. At a speed of 11 mm /s there is hardening of only the surface layer. The depth of the layer decreases with increasing irradiation rate according to the parabolic law. At an irradiation rate of 5.4 mm / s, it is 1.3 mm, at 11 mm / s - 0.5 mm. The heterogeneity is due to the short duration of the laser exposure. Studies of the microhardness of the melting zone also confirm the heterogeneity of its structure. The analysis of the structure and properties of the melted layers of cast iron showed that both during melting (reflowing) and hardening there is a significant strengthening of the surface layer. The above values of micro-hardness can be compared with the values of micro-hardness of not irradiated cast iron: H/ = 2,2 2103... 3,6x103 MPa. Novelty. Laser treatment promotes the formation on the friction surface of a heterogeneous structure that meets the requirements for antifriction materials. In this case, the laser treatment does not practically change the purity and configuration of the parts of the cylinder-piston group. Practical implementation. Industrial research shows that with laser treatment of piston rings the best is irradiation with surface hardening. In this case, violation of the mode, which causes partial melting of the surface, is not a reason to reject the parts. The work was implemented at the Malyshev Plant.
Keywords: austenite, martensite, reflowing, laser treatment, piston.
Hlushkova Diana1, Doct. Sc., Chef of Department of Technology of Metals and Materials Science, tel: 057-707-37-29, [email protected] Nikonov Oleg1, Doct. of Science, Head of Computer Technology and Mechatronics Department, tel. +38-057-707-37-58, e-mail: [email protected]. 1Kharkiv National Automobile and Highway University, 25, Yaroslava Mudrogo str., Kharkiv, 61002, Ukraine.
