Підвищення експлуатаційних параметрів деталей двигунів внутрішнього згоряння

Abstract

Робота присвячена підвищенню надійності та довговічності деталей циліндро-поршневої групи двигунів внутрішнього згоряння. Зміцнення деталей машин можливе за рахунок застосування спеціальних технологічних процесів. Сучасні матеріали та покриття повинні задовольняти високим робочим температурам і навантаженням. Хромування, борування та іонно-плазмове напилення не задовольняють встановленим вимогам якості. Алюмінієвий поршень зазнає руйнувань в районі головки. Це проявляється у накопиченні шпарин, каналів, слідів вимивання сплаву. Окрім цього, внаслідок нагрівання, втрачається міцність алюмінієвого сплаву більше, ніж у 2 рази. Запропоновано створення та застосування покриття, яке б витримувало робочі температури понад 2000ºС, а також ударно-пульсуючі навантаження. Пропонується детонаційно-газовий метод напилення. Він характеризується універсальністю матеріалів: від полімерів до тугоплавкої кераміки, любі метали і сплави. Напилені частинки володіють високою кінетичною енергією. Покриття характеризується високою міцністю, яка сягає 180…200 МПа, твердістю HRCe 60, мінімальною шпаринністю. Температурний вплив при напиленні на заготовку незначний. Запропоновано послідовність підготовчих операцій. Зміцненню підлягали поршень та жарове кільце на детонаційно-газовій установці «УН-102». Застосовувався маніпулятор, що використовує енергію пострілу установки. Отримані поверхні характеризуються регулярною макроструктурою (хвилястістю). Нанесенню підлягав нікель-алюмінієвий сплав. Товщиною покриття – 150…270 мкм, твердість – HV 550, адгезія до основи – 94…100 МПа. Результати досліджень на деталях циліндро-поршневої групи засвідчили зниження робочих температур, внаслідок припрацьовування покриття та якісного ущільнення камери згоряння. Довговічність кілець становить 1,6·106…2,3·106, що свідчить про значне підвищення опору втомі та ресурсу роботи. Запропонована технологія є придатною та рекомендується до впровадження у серійне виробництво.

Работа посвящена повышению надежности и долговечности деталей цилиндропоршневой группы двигателей внутреннего сгорания. Упрочнения деталей машин возможно за счет применения специальных технологических процессов. Современные материалы и покрытия должны удовлетворять высоким рабочим температурам и нагрузкам. Хромирование, борирование и ионно-плазменное напыление не удовлетворяют установленным требованиям качества. Алюминиевый поршень испытывает разрушений в районе головки. Это проявляется в накоплении щелей, каналов, следов вымывания сплава. Кроме этого, вследствие нагревания, теряется прочность алюминиевого сплава больше, чем в 2 раза. Предложено создание и применение покрытия, которое бы выдерживало рабочие температуры более 2000ºС, а также ударно-пульсирующие нагрузки. Предлагается детонационно-газовый метод напыления. Он характеризуется универсальностью материалов: от полимеров до тугоплавкой керамики, любые металлы и сплавы. Напылённые частицы обладают высокой кинетической энергией. Покрытие характеризуется высокой прочностью, которая достигает 180...200 МПа, твердостью HRCe 60, минимальной пористостью. Температурное воздействие при напылении на заготовку незначительно. Предложена последовательность подготовительных операций. Упрочнению подлежали поршень и жаровое кольцо на детонационно-газовой установке «УН-102». Применялся манипулятор, использующий энергию выстрела установки. Полученные поверхности характеризуются регулярной макроструктурой (волнистостью). Нанесению подлежал никель-алюминиевый сплав. Толщиной покрытия – 150...270 мкм, твердость – HV 550, адгезия к основанию – 94...100 МПа. Результаты исследований на деталях цилиндропоршневой группы показали снижение рабочих температур, вследствие приработки покрытия и качественного уплотнения камеры сгорания. Долговечность колец составляет 1,6·106…2,3·106 , что свидетельствует о значительном повышении сопротивления усталости и ресурса работы. Предложенная технология пригодна и рекомендуется к внедрению в серийное производство.

The work is dedicated to improving the reliability and durability of parts of a piston cylinder group of internal combustion engines. Strengthening of machine parts is possible due to the application of special technological processes. Modern materials and coatings must meet high operating temperatures and loads. Chromium plating, boring and ion-plasma spraying do not meet the established quality requirements. The aluminium piston is destroyed in the area of the head. This is manifested in the accumulation of holes, channels, traces of alloy leaching. In addition, as a result of heating, the strength of the aluminium alloy is more than doubled. It is proposed to create and apply a coating that can withstand operating temperatures above 2000 ° C, as well as pulsating loads. A detonation and gas spraying method is proposed. It is characterized by the versatility of materials: from polymers to refractory ceramics, precious metals and alloys. The sawn particles have high kinetic energy. The coating is characterized by high strength, reaching up to 180… 200 MPa, HRCe 60 hardness, minimum width. The temperature influence during spraying on the work piece is negligible. A sequence of preparatory operations is proposed. The piston and the heat ring on the UN-102 detonation gas plant were subject to hardening. A manipulator using the shot energy of the installation was used. The obtained surfaces are characterized by regular macrostructure (waviness). The application was subject to a nickelaluminium alloy. The coating thickness is 150… 270 microns, the hardness is HV 550, the adhesion to the base is 94…100 MPa. The results of the studies on the details of the cylindrical piston group showed a decrease in operating temperatures due to the finalization of the coating and the high-quality seal of the combustion chamber. The durability of the rings is 1.6·106…2.3·106, which indicates a significant increase in fatigue resistance and work life. The proposed technology is suitable and recommended for implementation in batch production.