UA149762U - METHOD OF STRENGTHENING WORKING SURFACES OF PISTON RINGS OF INTERNAL COMBUSTION ENGINES - Google Patents

METHOD OF STRENGTHENING WORKING SURFACES OF PISTON RINGS OF INTERNAL COMBUSTION ENGINES Download PDF

Info

Publication number
UA149762U
UA149762U UAU202104053U UAU202104053U UA149762U UA 149762 U UA149762 U UA 149762U UA U202104053 U UAU202104053 U UA U202104053U UA U202104053 U UAU202104053 U UA U202104053U UA 149762 U UA149762 U UA 149762U
Authority
UA
Ukraine
Prior art keywords
spraying
plasma
coating
piston rings
nickel
Prior art date
Application number
UAU202104053U
Other languages
Ukrainian (uk)
Inventor
Діана Борисівна Глушкова
Валерій Анатолійович Багров
Original Assignee
Харківський Національний Автомобільно-Дорожній Університет
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Харківський Національний Автомобільно-Дорожній Університет filed Critical Харківський Національний Автомобільно-Дорожній Університет
Priority to UAU202104053U priority Critical patent/UA149762U/en
Publication of UA149762U publication Critical patent/UA149762U/en

Links

Landscapes

  • Coating By Spraying Or Casting (AREA)

Abstract

Спосіб зміцнення робочих поверхонь поршневих кілець двигунів внутрішнього згоряння, що включає попередню абразивно-струменеву обробку поверхонь протягом певного часу карбідом кремнію з розміром частинок 1,3-1,6 мм, з наступним напилюванням порошкової суміші, причому під час нанесення теплозахисного зносостійкого покриття на деталі з чавуну і сталі, що включає повітряно-плазмове напилення шару складу Ni-C-Cr-Si-B-Fe (нікель - основа) при І=280-320 А, U=40-50 В, дистанція напилювання 100-120 мм та постійних параметрах: швидкість обертання зразків - 45 об./хв, лінійна швидкість переміщення зразків щодо плазмового струменя - 18,4 м/хв; діаметр шихтопроводу в соплі анода - 2 мм; відстань від місця введення порошку до зрізу сопла - 4 мм; вісь плазмового струменя перпендикулярна осі обертання зразка, з подальшим газотермічним оплавленням поверхні, перед плазмовим напиленням проводять абразивно-струменеву обробку карбідом кремнію з розміром частинок 1,1-1,3 мм, а напилення здійснюють з самофлюсуючої механічної порошкової суміші, яка додатково містить карбід хрому, при наступному співвідношенні компонентів, ваг. %: вуглецю 0,6-1,4, хрому 12-20, кремнію 2,4-4,8, бору 2,0-4,3, заліза 3-7, нікель - основа, у результаті чого на поверхні деталей утворюють зносостійке покриття товщиною від 180 до 200 мкм залежно від розміру деталі та умов її експлуатації.Method of strengthening working surfaces of reciprocating rings of internal combustion engines of cast iron and steel, including air-plasma deposition of a layer of Ni-C-Cr-Si-B-Fe (nickel - base) at I = 280-320 A, U = 40-50 V, spray distance 100-120 mm and constant parameters: speed of rotation of samples - 45 rpm, linear speed of movement of samples relative to the plasma jet - 18.4 m / min; the diameter of the charge line in the nozzle of the anode - 2 mm; the distance from the point of introduction of the powder to the cut of the nozzle - 4 mm; the axis of the plasma jet is perpendicular to the axis of rotation of the sample, followed by gas-thermal melting of the surface, before plasma spraying is carried out abrasive blasting of silicon carbide with a particle size of 1.1-1.3 mm, and spraying is carried out , in the following ratio of components, weights. %: carbon 0.6-1.4, chromium 12-20, silicon 2.4-4.8, boron 2.0-4.3, iron 3-7, Nickel - the base, resulting in the surface of the parts form wear-resistant coating with a thickness of 180 to 200 microns, depending on the size of the part and the conditions of its operation.

Description

Корисна модель належить до галузі машинобудування, а саме - до способів зміцнення робочих поверхонь поршневих кілець двигунів внутрішнього згоряння шляхом повітряно- плазмового напилювання з використанням послідуючого газотермічного опалювання поверхні і може бути застосована для зміцнення робочих поверхонь деталей автотракторних двигунів.The useful model belongs to the field of mechanical engineering, namely to methods of strengthening the working surfaces of piston rings of internal combustion engines by air-plasma spraying with the use of subsequent gas-thermal heating of the surface and can be applied to strengthen the working surfaces of auto tractor engine parts.

Поршневі кільця є елементами ущільнювачів на поршнях, наприклад двигуна внутрішнього згоряння або поршневого компресора. У двигуні внутрішнього згоряння поршневі кільця ущільнюють зазор між поршневою головкою і стінкою циліндра, відокремлюючи його від порожнини згоряння. У сучасних двигунах на один циліндр використовують в цілому три поршневих кільця, виконання яких залежить від їх розташування. Головне завдання найближчого до порожнини згоряння поршневого кільця, так званого компресійного кільця, полягає в ущільненні та відведення тепла. Саме нижнє кільце, так зване маслоз'ємне кільце, знімає мастило зі стінки циліндра і при цьому дозує масляну плівку, через яку ковзають верхні кільця під час підйому. Середнє кільце грає важливу роль в регулюванні витрати масла і додатково ущільнює від газів згоряння.Piston rings are elements of seals on pistons, for example, an internal combustion engine or a piston compressor. In an internal combustion engine, piston rings seal the gap between the piston head and the cylinder wall, separating it from the combustion cavity. In modern engines, a total of three piston rings are used per cylinder, the performance of which depends on their location. The main task of the piston ring closest to the combustion cavity, the so-called compression ring, is to seal and remove heat. It is the lower ring, the so-called oil-receiving ring, that removes the lubricant from the cylinder wall and at the same time dispenses the oil film through which the upper rings slide during lifting. The middle ring plays an important role in regulating oil consumption and additionally seals against combustion gases.

При зворотно-поступальному русі поршня поршневе кільце, з одного боку, ковзає своєю зовнішньою окружною поверхнею щодо стінки циліндра з постійним пружинним притиском до неї, з іншого боку, внаслідок зміни напрямку руху поршня, поршневе кільце поперемінно ковзає у своїй канавці для поршневого кільця, причому його торцеві сторони поперемінно прилягають до верхньої або до нижньої сторони канавки. При відповідному відносному русі деталі труться при ковзанні і залежно від матеріалу, з якого вони виконані, відбувається більший або менший знос, який при сухому терті може призводити до так званого задиру поршня, утворення борозен і кінець кінцем до руйнування двигуна.During the reciprocating movement of the piston, on the one hand, the piston ring slides on its outer circumferential surface relative to the cylinder wall with constant spring pressure against it, on the other hand, due to the change in the direction of the piston movement, the piston ring alternately slides in its groove for the piston ring, and its end sides alternately adjoin the upper or lower side of the groove. With the corresponding relative movement, the parts rub when sliding and, depending on the material from which they are made, more or less wear occurs, which in case of dry friction can lead to the so-called burr of the piston, the formation of grooves and ultimately to the destruction of the engine.

З метою виготовлення інтенсивно навантажених частин двигунів внутрішнього згоряння, таких як поршневі кільця, в основному використовуються чавуни або чавунні сплави.In order to manufacture intensively loaded parts of internal combustion engines, such as piston rings, cast iron or cast iron alloys are mainly used.

Хімічний склад чавунів для виготовлення поршневих кілець наведено у таблиці 1.The chemical composition of cast iron for the manufacture of piston rings is given in Table 1.

У інтенсивно навантажених двигунах внутрішнього згоряння, таких як 4-тактні й 2-тактні двигуни, поршневі кільця, особливо компресійні поршневі кільця, піддаються все більш високому навантаженню. Крім іншого, на поршневі кільця діє високий піковий компресійний тиск, висока температура згоряння і зменшення мастильної плівки, які значно впливають наIn intensively loaded internal combustion engines, such as 4-stroke and 2-stroke engines, piston rings, especially compression piston rings, are subjected to increasingly high loads. Among other things, piston rings are affected by high peak compression pressure, high combustion temperature and reduction of the lubricating film, which significantly affect

Зо функціональні властивості, такі як зносостійкість, стійкість до утворення припалювання, мікрозварювання і корозійну стійкість.From functional properties, such as wear resistance, resistance to the formation of burning, microwelding and corrosion resistance.

Відомі способи нанесення конденсаційних і дифузійних покриттів, кожен з яких має свої різновиди (Коломьіцев П.Т. Вьісокотемпературнье защитнье покрьїтия для никелевьїх сплавов.There are well-known methods of applying condensation and diffusion coatings, each of which has its own varieties (Kolomitsev P.T. High-temperature protective coatings for nickel alloys.

М.: Металлургия, 1991. - 236 с.|.M.: Metallurgy, 1991. - 236 p.|.

Теплозахисні покриття характеризуються більш низькою теплопровідністю, але розтріскуються і відшаровуються при теплозмінах під дією термомеханічних навантажень.Thermal protective coatings are characterized by lower thermal conductivity, but crack and peel off during thermal changes under the influence of thermomechanical loads.

Для забезпечення працездатності деталей циліндропоршневої групи ефективно застосовуються електролітичні хромові покриття і теплозахисні покриття, отримані методом електронно-променевого напилення або плазмового осадження на повітрі або у вакууміElectrolytic chrome coatings and heat-protective coatings obtained by the method of electron beam sputtering or plasma deposition in air or in a vacuum are effectively used to ensure the performance of parts of the cylinder-piston group

ІПовьишшение износостойкости деталей двигателей внутреннего сгорания. М.М. Хрущев. - М.:Increasing the wear resistance of internal combustion engine parts. M.M. Khrushchev - M.:

Машиностроение, 1972.|.Mechanical engineering, 1972.|.

Електролітичні хромові покриття в основному задовольняють зазначеним вимогам діючих виробництв. Твердість зазначених покриттів знаходиться на рівні 900-1000 НУ, адгезійна міцність - до 700 кг/сме, порівняно низький коефіцієнт тертя, задовільна припрацьованість і масловбирання, висока теплопровідність.Electrolytic chrome coatings mainly meet the specified requirements of existing industries. The hardness of the specified coatings is at the level of 900-1000 NU, adhesive strength - up to 700 kg/sme, relatively low coefficient of friction, satisfactory wear and oil absorption, high thermal conductivity.

Однак через неможливість нанесення електролітичних хромових осадів більш як 200 мкм ресурс їх часом нижче ресурсу двигунів до 1-го ремонту. А підвищення твердості покриття знижує припрацьованість кільця в гільзі та вимагає високої точності виготовлення кілець. Через недостатню товщину покриття подальша обробка під геометрію гільзи досить важка і трудомістка.However, due to the impossibility of applying electrolytic chromium deposits of more than 200 microns, their service life is sometimes lower than the service life of engines before the 1st repair. And increasing the hardness of the coating reduces the fatigue life of the ring in the sleeve and requires high precision in the manufacture of rings. Due to the insufficient thickness of the coating, further processing for the geometry of the sleeve is quite difficult and time-consuming.

Електролітичний хром незадовільно працює на тертя і зношування при високих температурах через різке зниження твердості (при 300 "С твердість становить 800 кг/мм-, а при 700 706-200 кг/мм7). Через те, що поліморфного перетворення в хромових опадах немає, то термообробкою твердість покриттів не підвищується. Якщо покриття має недостатню пористість, то при температурі понад 300 "С твердий хром в умовах незадовільного змащування непрацездатний - виникають припалювання, задири. Локальне підвищення температури призводить до інтенсивного розм'якшення, схоплюванню, сколювання покриттів. В процесі напрацювання пористий шар значно втрачає міцність через втомне зношування в умовах підвищених температур. Через те, що температурний коефіцієнт лінійного розширення бо хромових покриттів нижче матеріалу кільця (чавун, сталь), то в покритті можуть виникати напруження розтягу, що сприяють термоциклічному і корозійному розтріскуванню покриттів. У дизельних двигунах, в результаті присутності в паливі сірки, можливе утворення сірчаної кислоти, що може привести до утворення гальванічної пари при контакті з циліндром і сульфідної корозії.Electrolytic chromium works unsatisfactorily for friction and wear at high temperatures due to a sharp decrease in hardness (at 300 "С the hardness is 800 kg/mm-, and at 700 706-200 kg/mm7). Due to the fact that there is no polymorphic transformation in chromium precipitates, then heat treatment does not increase the hardness of coatings. If the coating has insufficient porosity, then at a temperature of more than 300 "C, hard chrome is unworkable in conditions of unsatisfactory lubrication - burning and burrs occur. A local increase in temperature leads to intense softening, seizure, and chipping of coatings. In the process of working, the porous layer significantly loses its strength due to fatigue wear in conditions of elevated temperatures. Due to the fact that the temperature coefficient of linear expansion of chrome coatings is lower than that of the ring material (cast iron, steel), tensile stresses may occur in the coating, contributing to thermocyclic and corrosion cracking of the coatings. In diesel engines, as a result of the presence of sulfur in the fuel, the formation of sulfuric acid is possible, which can lead to the formation of galvanic vapor in contact with the cylinder and sulphide corrosion.

Відомий спосіб нанесення хромового покриття на сталеві деталі (Патент на изобретение РФ 2269608, С23С 4/04, опубл. 10.02.2006 г, бюл. Мо 4|Ї. В даному способі не підвищена зносостійкість покриття, а збільшена адгезія покриття і продуктивність.There is a known method of applying a chrome coating to steel parts (Invention Patent of the Russian Federation 2269608, C23C 4/04, published on February 10, 2006, Bull. Mo 4|Y. In this method, the wear resistance of the coating is not increased, but the adhesion of the coating and productivity are increased.

Відомий спосіб нанесення комбінованого жаростійкого покриття на лопатки турбін, що включає хромоалітування в порошковій суміші з подальшою термовакуумною обробкою, після чого проводять електронно-променеве напилення шару кераміки 2г02-8У203 на вхідні окрайки лопаток з подальшим відпалом для остаточного формування покриття (Патент на изобретениеThere is a known method of applying a combined heat-resistant coating on turbine blades, which includes chromoalization in a powder mixture followed by thermal vacuum treatment, after which an electron beam sputtering of a layer of ceramics 2г02-8У203 is carried out on the inlet edges of the blades with subsequent annealing for the final formation of the coating (Patent for the invention

РФ Мо 2272089, кл. С23С 28/00, опубл. 20.03.2006 г., бюл. Мо 8), склад якого відповідає умовам роботи зовнішньої поверхні робочих лопаток ГТД і неприйнятний для деталей циліндропоршневої групи автотракторної техніки.RF Mo 2272089, cl. С23С 28/00, publ. 20.03.2006, Bull. Mo 8), the composition of which corresponds to the operating conditions of the outer surface of the working blades of the gas turbine engine and is unacceptable for parts of the cylinder-piston group of auto-tractor machinery.

Найбільш близьким технічним рішенням, вибраним як найближчий аналог, є спосіб нанесення теплозахисного зносостійкого покриття на деталі з чавуну і сталі, що включає плазмове напилення підшару складу Со-Ст-АІ-Х і подальше напилення керметної композиції з механічної порошкової суміші складу 20-50 ваг. 96 ніхрому, 50-20 ваг. 96 діоксиду цирконію зі стабілізуючою добавкою, 20 мас. 95 карбіду хрому, 10 мас. 95 карбіду вольфраму. При цьому як стабілізуючу добавку в порошку діоксиду цирконію, використовують оксид ітрію, зміст якого становить 4-7 мас. 95 (Патент на изобретение РФ Мо 2425906, кл. С23С 4/04 (2006.01), С23С 24/04 (2006.01) опубл. 10.08.2011 г., бюл. Мо 22). Винахід забезпечує підвищення стійкості покриття до зношування при терті, твердості покриття, термостійкості, адгезії покриття до металу основи.The closest technical solution, chosen as the closest analogue, is the method of applying a heat-resistant wear-resistant coating on cast iron and steel parts, which includes plasma spraying of the sublayer of the composition of Co-St-AI-X and subsequent spraying of a cermet composition from a mechanical powder mixture of 20-50 weight . 96 nichrome, 50-20 wt. 96 of zirconium dioxide with a stabilizing additive, 20 wt. 95 of chromium carbide, 10 wt. 95 tungsten carbide. At the same time, yttrium oxide is used as a stabilizing additive in zirconium dioxide powder, the content of which is 4-7 wt. 95 (Invention patent of the Russian Federation No. 2425906, class C23C 4/04 (2006.01), C23C 24/04 (2006.01) published on August 10, 2011, Bull. Mo 22). The invention provides an increase in the resistance of the coating to abrasion, hardness of the coating, heat resistance, adhesion of the coating to the base metal.

Недоліком аналогічних способів і застосовуваних матеріалів, у тому числі і найближчого аналога, є використання дорогих і дефіцитних для України матеріалів, зокрема ніхрому і ітрію, що ускладнює їх використання. Це не дозволяє використовувати згадані способи й матеріали в промислових об'ємах.The disadvantage of similar methods and materials used, including the closest analogue, is the use of expensive and scarce materials for Ukraine, in particular nichrome and yttrium, which complicates their use. This does not allow using the mentioned methods and materials in industrial volumes.

Основними причинами, по яким в аналогах і найближчому аналогу неможливо отримати технічний результат, що досягається, є недостатня твердість, незадовільна припрацьованість, дефіцитність використовуваних матеріалів.The main reasons why it is impossible to obtain the technical result that is achieved in analogs and the closest analog are insufficient hardness, unsatisfactory wearability, scarcity of the materials used.

Для підвищення стійкості покриття до зношування при терті необхідно підвищити твердість, зносостійкість, пластичність покриття, забезпечити рівномірність товщини покриття при одночасному її збільшенні.To increase the resistance of the coating to abrasion during friction, it is necessary to increase the hardness, wear resistance, and plasticity of the coating, to ensure the uniformity of the thickness of the coating while simultaneously increasing it.

Технічною задачею корисної моделі є поліпшення, порівняно з покриттями поршневих кілець, виготовленими за допомогою гальванічного способу або термічного напилення, трибологічних властивостей поршневих кілець внаслідок термічного напилення з наступним оплавленням поверхні до цього часу не використовуваної системи матеріалів покриття.The technical task of the useful model is to improve the tribological properties of piston rings as a result of thermal spraying followed by remelting of the surface of a previously unused system of coating materials, compared to coatings of piston rings made using the galvanic method or thermal spraying.

Суть корисної моделі полягає в тому, що в способі нанесення теплозахисного зносостійкого покриття на деталі з чавуну і сталі, що включає попередню абразивно-струменеву обробку поверхонь протягом певного часу карбідом кремнію з розміром частинок 1,3-1,6 мм, з наступним напилюванням порошкової суміші, причому під час нанесення теплозахисного зносостійкого покриття на деталі з чавуну і сталі, що включає повітряно-плазмове напилення шару складу Мі- б-Ст-5і-В-Ее (нікель - основа) при І - 280-320 А, 0О-40-50 В, дистанція напилювання 100-120 мм та постійних параметрах: швидкість обертання зразків - 45 об/хв, лінійна швидкість переміщення зразків щодо плазмового струменя - 18,4 м/хв; діаметр шихто про вода в соплі анода - 2 мм; відстань від місця введення порошку до зрізу сопла - 4 мм; вісь плазмового струменя перпендикулярна осі обертання зразка, з подальшим газотермічним оплавленням поверхні, перед плазмовим напиленням проводять абразивно-струменеву обробку карбідом кремнію з розміром частинок 1,1-1,3 мм, а напилення здійснюють з самофлюсуючої механічної порошкової суміші, яка додатково містить карбід хрому, при наступному співвідношенні компонентів, ваг. У: вуглецю 0,6-1,4, хрому 12-20, кремнію 2,4-4,8, бору 2,0-4,3, заліза 3-7, нікель - основа, у результаті чого на поверхні деталей утворюють зносостійке покриття товщиною від 180 до 200 мкм в залежності від розміру деталі та умов її експлуатації.The essence of a useful model is that in the method of applying a heat-resistant wear-resistant coating to cast iron and steel parts, which includes preliminary abrasive blasting of surfaces for a certain time with silicon carbide with a particle size of 1.3-1.6 mm, followed by powder spraying mixture, and during the application of a heat-resistant wear-resistant coating on cast iron and steel parts, which includes air-plasma spraying of a layer of the composition Mi-b-St-5i-V-Ee (nickel - base) at I - 280-320 A, 0О- 40-50 V, spraying distance 100-120 mm and constant parameters: speed of rotation of samples - 45 rpm, linear speed of movement of samples relative to the plasma jet - 18.4 m/min; the diameter of the water charge in the anode nozzle is 2 mm; the distance from the place of introduction of the powder to the section of the nozzle - 4 mm; the axis of the plasma jet is perpendicular to the axis of rotation of the sample, with subsequent gas-thermal melting of the surface, before plasma spraying, abrasive jet treatment with silicon carbide with a particle size of 1.1-1.3 mm is carried out, and spraying is carried out from a self-flowing mechanical powder mixture, which additionally contains chromium carbide , with the following ratio of components, weights. In: carbon 0.6-1.4, chromium 12-20, silicon 2.4-4.8, boron 2.0-4.3, iron 3-7, nickel - the base, as a result of which on the surface of the parts they form wear-resistant coating with a thickness of 180 to 200 microns, depending on the size of the part and its operating conditions.

За наявними у заявника відомостями, сукупність суттєвих ознак, що характеризують суть корисної моделі, що заявляється, не відома з рівня техніки, що дозволяє зробити висновок про відповідність корисної моделі критерію "новизна".According to the information available to the applicant, the set of essential features characterizing the essence of the applied utility model is not known from the state of the art, which allows us to conclude that the utility model meets the "novelty" criterion.

Корисна модель, що заявляється, може бути неодноразово здійснена в машинобудуванні з використанням відомих засобів, та з одержанням очікуваного технічного результату, що бо дозволяє зробити висновок про її відповідність критерію "промислова придатність". Таким чином, склад покриття та спосіб одержання покриття на поршневі кільця, що заявляється, є технічним рішенням, що відповідає усім умовам патентоспроможності корисної моделі.The claimed useful model can be repeatedly implemented in mechanical engineering using known means, and with obtaining the expected technical result, which allows us to draw a conclusion about its compliance with the "industrial suitability" criterion. Thus, the composition of the coating and the method of obtaining the coating on the piston rings, which is claimed, is a technical solution that meets all the conditions of patentability of the utility model.

Пропонований спосіб нанесення зносостійкого покриття реалізують наступним способом.The proposed method of applying a wear-resistant coating is implemented in the following way.

Покриття наносять на компресійні та маслоз'ємні поршневі кільця автотракторної техніки.The coating is applied to the compression and oil-receiving piston rings of auto-tractor machinery.

Матеріал поршневих кілець - чавун марки СЧ (сірий) або ВЧ (високоміцний) з твердістю 96-112The material of the piston rings is low grade (gray) or high grade (high strength) cast iron with a hardness of 96-112

НВ для сірого або 100-112 НВ для високоміцного чавуну.HB for gray or 100-112 HB for high-strength cast iron.

Для напилення використовують установку повітряно-плазмового напилення типу УМІП-6 в складі джерела живлення ІСН-160/600-Ш, плазмотрона ПП-25, порошковий живильник.For sputtering, an air-plasma sputtering unit of the UMIP-6 type is used as a part of the power source ISN-160/600-Ш, plasmatron PP-25, powder feeder.

Напилення здійснюють на установці, забезпеченій обертачем і пристроєм переміщення плазмотрона. Перед напиленням покриттів проводиться абразивно-струменева обробка карбідом кремнію з розміром частинок 1,3-1,6 мм. Використовують самофлюсівні механічні порошкові суміші, що додатково містять карбід хрому, при наступному співвідношенні компонентів, ваг. У: вуглецю 0,6-1,4, хрому 12-20, кремнію 2,4-4,8, бору 2,0-4,3, заліза 3-7, нікель - основа. Напилення покриттів за пропонованим способом здійснюють повітряним плазмотроном ПІП-25: при 1-280-320 А, 0-40-50 В, дистанція напилювання 100-120 мм з послідуючим газополум'яним оплавленням самофлюсуючих сплавів. Товщина покриттів 180- 200 мкм.Sputtering is carried out on an installation equipped with a rotator and a device for moving the plasmatron. Before spraying the coatings, abrasive jet treatment with silicon carbide with a particle size of 1.3-1.6 mm is carried out. Self-fluxing mechanical powder mixtures are used, which additionally contain chromium carbide, with the following ratio of components, weight. In: carbon 0.6-1.4, chromium 12-20, silicon 2.4-4.8, boron 2.0-4.3, iron 3-7, nickel - base. Sputtering of coatings according to the proposed method is carried out with an air plasmatron PIP-25: at 1-280-320 A, 0-40-50 V, sputtering distance of 100-120 mm with subsequent gas flame melting of self-fluxing alloys. The thickness of the coatings is 180-200 microns.

Плазмове напилювання проводять при наступних постійних параметрах: швидкість обертання зразків 45 об/хв, лінійна швидкість переміщення зразків щодо плазмового струменя - 18,4 м/хв; діаметр шихтопроводу в соплі анода - 2 мм; відстань від місця введення порошку до зрізу сопла - 4 мм; вісь плазмового струменя перпендикулярна осі обертання зразка. Режими газополум'яного оплавлення самофлюсуючих сплавів після плазмового напилювання встановлюють в наступних межах: тиск кисню, МПа - 0,4-0,6; тиск ацетилену, МПа - 0,02-0,04; витрата кисню, л/хв - 15-30; витрата ацетилену, л/хв - 107.Plasma sputtering is carried out with the following constant parameters: rotation speed of samples 45 rpm, linear speed of movement of samples relative to the plasma jet - 18.4 m/min; the diameter of the charge line in the anode nozzle is 2 mm; the distance from the place of introduction of the powder to the section of the nozzle - 4 mm; the axis of the plasma jet is perpendicular to the axis of rotation of the sample. Modes of gas flame melting of self-fluxing alloys after plasma sputtering are set within the following limits: oxygen pressure, MPa - 0.4-0.6; acetylene pressure, MPa - 0.02-0.04; oxygen consumption, l/min - 15-30; acetylene consumption, l/min - 107.

Проведене дослідження структури й твердості покриттів в оплавленому стані, а також після відпалу й після загартування показало, що оплавлені покриття характеризуються, в основному, гарною щільністю, хоча й трохи, меншою, ніж покриття ПГСР без карбідів хрому.The conducted study of the structure and hardness of the coatings in the molten state, as well as after annealing and after hardening showed that the fused coatings are mainly characterized by a good density, although slightly less than the PGSR coating without chromium carbides.

Збільшення пористості пов'язане з тим, що на деяких ділянках на границі шару й основного металу спостерігаються одиничні великі пори або навіть їх скупчення. Очевидно, що це ділянки,The increase in porosity is due to the fact that single large pores or even their accumulation are observed in some areas at the boundary of the layer and the base metal. It is obvious that these areas

Зо які мають поганий зв'язок з матрицею в напиленому стані. Більші скупчення газів у таких місцях не встигають продифундувати до поверхні й коагулюють на місці.Of which have a poor connection with the matrix in the sprayed state. Larger accumulations of gases in such places do not have time to diffuse to the surface and coagulate in place.

На кресленні приведена структура оплавленого шару. У всіх покриттях структура шару неоднорідна по глибині й спостерігається дві зони: в одній, пов'язаній з підкладкою, чітко виражена орієнтована стовпчаста дендритна структура литого металу; в іншій - структура більш однорідна, без помітної орієнтованості. Після травлення в шарі визначають три зони з різними по металографічному прояву структурами:The drawing shows the structure of the fused layer. In all coatings, the structure of the layer is heterogeneous in depth and two zones are observed: in one, connected to the substrate, the oriented columnar dendritic structure of the cast metal is clearly defined; in the other, the structure is more uniform, without noticeable orientation. After etching, three zones with different metallographic structures are defined in the layer:

І - зона шару, що виходить на поверхню, відрізняється рівномірним розподілом однорідних виділень;And - the zone of the layer reaching the surface is characterized by a uniform distribution of homogeneous secretions;

ІІ - середня зона, яка характеризується неоднорідними по розміру виділеннями;II - the middle zone, which is characterized by non-homogeneous allocations in size;

І - зона шару, що примикає до підложки, має дендритну будову.And - the zone of the layer adjacent to the substrate has a dendritic structure.

Відзначена будова шарів обумовлена особливостями їх оплавлення поверхневим газополум'яним нагріванням.The noted structure of the layers is due to the features of their melting by surface gas-flame heating.

Використання оплавлення дозволяє істотно підвищити щільність покриття, відмінний зв'язок з підкладкою. Пористість оплавленого покриття складає приблизно 1,3 95.The use of remelting allows you to significantly increase the density of the coating, excellent connection with the substrate. The porosity of the fused coating is approximately 1.3 95.

Проведені випробування на зносостійкість показали значне підвищення зносостійкості поршневих кілець, що працюють в умовах тертя з високими ударними навантаженнями й абразивним зношуванням, результати яких наведені в табл. 2.The wear resistance tests conducted showed a significant increase in the wear resistance of piston rings operating under friction conditions with high shock loads and abrasive wear, the results of which are shown in table. 2.

З отриманих експериментальних даних випливає, що покриття сплавами Мі-С-51і-В помітно підвищує зносостійкість виробів, зменшуючи при цьому зношування сполучення деталі.It follows from the obtained experimental data that the coating with Mi-S-51i-B alloys significantly increases the wear resistance of the products, while reducing the wear of the joint of the part.

Додавання карбідів хрому більш, ніж у три рази підвищує зносостійкість покриття в порівнянні зі сталлю З38ХО. Загартування покриттів з утворенням карбідів хрому трохи знижує зносостійкість покриття, але все ж таки залишає її на досить високому рівні.The addition of chromium carbides increases the wear resistance of the coating more than three times compared to Z38ХО steel. Hardening of coatings with the formation of chromium carbides slightly reduces the wear resistance of the coating, but still leaves it at a fairly high level.

Використання запропонованого складу покриття та способу одержання покриття на поршневі кільця дозволяють забезпечити підвищення, продуктивності і спрощення технологічного процесу, підвищення його екологічності, а також підвищення зносостійкості одержаного покриття внаслідок підвищення його адгезії та збільшення товщини покриття при забезпеченості високої якості. За рахунок цього досягається зниження собівартості, екологічність процесу, підвищення довговічності та строку експлуатації поршневих кілець при високих значеннях експлуатаційних параметрів. По даній корисній моделі були проведені бо випробування щодо здійснення розробленого способу одержання покриття на поршневі кільця,The use of the proposed composition of the coating and the method of obtaining the coating on the piston rings allow to increase the productivity and simplification of the technological process, increase its environmental friendliness, as well as increase the wear resistance of the obtained coating as a result of increasing its adhesion and increasing the thickness of the coating while ensuring high quality. Due to this, cost reduction, environmental friendliness of the process, increase in durability and service life of piston rings at high values of operational parameters are achieved. According to this useful model, tests were carried out regarding the implementation of the developed method of obtaining a coating on piston rings,

які підтвердили його працездатність, високу ефективність заявленого способу і одержання очікуваного технічного результату та позитивного ефекту. Розроблений спосіб одержання покриття на поршневі кільця двигунів внутрішнього згорання був впроваджений на ДП "Завод імені Малишева". Запропонований спосіб одержання покриття на поршневі кільця може знайти ефективне застосування у машинобудуванні для одержання зносостійкого покриття на різних деталях.which confirmed its efficiency, high efficiency of the claimed method and obtaining the expected technical result and positive effect. The developed method of coating piston rings of internal combustion engines was implemented at the Malyshev Factory. The proposed method of obtaining a coating on piston rings can find effective application in mechanical engineering for obtaining a wear-resistant coating on various parts.

Таблиця 1Table 1

Хімічний склад чавунів для виготовлення поршневих кілець чавун! С | 5 | Мп | Ст | М | Мо | Си | Мо | Р | 5/ сч25 |32-34|141,710609| - | - | - 1 - | - | «03 | «олБі вч42 | 3,4-3,7 | 2,1-2,5 |0,85-1,3 1,2-1,5 | 0,6-0,9 | 0,3-0,4 | 0,03-0,1The chemical composition of cast iron for the production of cast iron piston rings! C | 5 | Mp | St | M | Mo | Si | Mo | R | 5/ ch25 |32-34|141.710609| - | - | - 1 - | - | "03 | «olBi vch42 | 3.4-3.7 | 2.1-2.5 |0.85-1.3 1.2-1.5 | 0.6-0.9 | 0.3-0.4 | 0.03-0.1

Таблиця 2Table 2

Результати випробувань на зносостійкістьResults of wear resistance tests

Сталь З8ХСZ8KHS steel

ПГОРА 0,247 0,136PGORA 0.247 0.136

ПГСРАчАО 95 СтзС2 0,102 0,089PGSRAchAO 95 StzS2 0.102 0.089

ПГОРАчнаО 96PGORAchnaO 96

Claims (1)

- ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ Спосіб зміцнення робочих поверхонь поршневих кілець двигунів внутрішнього згоряння, що включає попередню абразивно-струменеву обробку поверхонь протягом певного часу карбідом кремнію з розміром частинок 1,3-1,6 мм, з наступним напилюванням порошкової суміші, який відрізняється тим, що під час нанесення теплозахисного зносостійкого покриття на деталі з чавуну і сталі, що включає повітряно-плазмове напилення шару складу Мі-С-Ст-5і-В-Ее (нікель - основа) при І-280-320 А, 0-40-50 В, дистанція напилювання 100-120 мм та постійних параметрах: швидкість обертання зразків - 45 об.хв, лінійна швидкість переміщення зразків щодо плазмового струменя - 18,4 м/хв; діаметр шихтопроводу в соплі анода - 2 мм; відстань від місця введення порошку до зрізу сопла - 4 мм; вісь плазмового струменя перпендикулярна осі обертання зразка, з подальшим газотермічним оплавленням поверхні, перед плазмовим напиленням проводять абразивно-струменеву обробку карбідом кремнію з розміром частинок 1,1-1,3 мм, а напилення здійснюють з самофлюсуючої механічної порошкової суміші, яка додатково містить карбід хрому, при наступному співвідношенні компонентів, ваг. 9: вуглецю 0,6-1,4, хрому 12-20, кремнію 2,4-4,8, бору 2,0-4,3, заліза 3-7, нікель - основа, у результаті чого на поверхні деталей утворюють зносостійке покриття товщиною від 180 до 200 мкм залежно від розміру деталі та умов її експлуатації.- USEFUL MODEL FORMULA A method of strengthening the working surfaces of piston rings of internal combustion engines, which includes preliminary abrasive blasting of the surfaces for a certain time with silicon carbide with a particle size of 1.3-1.6 mm, followed by spraying a powder mixture, which is characterized by the fact that during the application of a heat-resistant wear-resistant coating on cast iron and steel parts, which includes air-plasma spraying of a layer of the Mi-S-St-5i-V-Ee composition (nickel - base) at I-280-320 A, 0-40-50 B, the spraying distance is 100-120 mm and constant parameters: sample rotation speed - 45 rpm, linear speed of sample movement relative to the plasma jet - 18.4 m/min; the diameter of the charge line in the anode nozzle is 2 mm; the distance from the place of introduction of the powder to the section of the nozzle - 4 mm; the axis of the plasma jet is perpendicular to the axis of rotation of the sample, with subsequent gas-thermal melting of the surface, before plasma spraying, abrasive jet treatment with silicon carbide with a particle size of 1.1-1.3 mm is carried out, and spraying is carried out from a self-flowing mechanical powder mixture, which additionally contains chromium carbide , with the following ratio of components, weights. 9: carbon 0.6-1.4, chromium 12-20, silicon 2.4-4.8, boron 2.0-4.3, iron 3-7, nickel - the base, as a result of which on the surface of the parts they form wear-resistant coating with a thickness of 180 to 200 microns, depending on the size of the part and its operating conditions. ОН он нин нон нн В ВК В ОХ ОК нн ЗК В мно КВ НИ а пк о оо я а ч А пе жо КК М Ся що ОВ КО ду Ж ве и щОХ ДК дя МК ЖЖ З НН я ех Кв а ше . саше нн МО ОКО в о не шо кас Б сх ок . п. Й Ол КК ш ВООЗ ОО о НН и я п т ек в Ов и НИ Б а ОО о М НН НН НЯ КУ ОККО и В в и и В ШЕ НЯ по. я. он коку, ЕОМ ОН МО є М . ЖК гц о С ХО ВН а Ву КК М КО т КК Я шо 5 ША ко ен шо м в о о І Ше ше о не ее в с НЕ Я Еш іх шаф Б кон вх, ТАМ г в М Кк я В Б г ще КЕ я Ех Сх Ки ОЕ З СЯ ї ЗОНИ З еВ х жа не» а НЕ З ен з а м НИ шо ше; че КО ож а о о и з а в ех ний пока и не а ОО а а КК се ово ДОВ ях. поко Жолюю пов ем «Ж Й ООН Же км хну ОКО ва лев в и о ИН в ШОК ин и не Й г Мо Ка ОК а В КК оди Ах посох йо ЕН В са ОКО и нн о и ОН щи о о о и и НИ а МНН нг ше ром наш в ОН З ж ее аа в А Й Ж я о і ик о ВКА жюя ву о НИ НН Ко ИН Я ОО ет не В о ан и и НН п я. ОО а ІЙ дженON he nin non nn V VK V OH OK nn ZK V mno KV NI a pk o o o i a h A pe zho KK M Sya that OV KO du Ж ve i shCHOH DK dya MK ЖЖ Z NN i eh Kva she . sashe nn MO OKO v o ne sho kas B sh ok . p. Y Ol KK sh WHOOZ OO o NN i i p t ek v Ov i NY B a OO o M NN NN NYA KU OKKO i Vv i i V SHE NYA po. I. on koku, EOM ON MO is M . ЖК gts o S HO VN a Vu KK M KO t KK I sho 5 SHA ko en sho m v o o I She she o ne ee v s NE I Ash ih shaf B kon vh, TAM g v M Kk i V B g more KE I Eh Shh Ky OE Z SYA i ZONI Z eV x zha ne" a NE Z zen z a m NI sho she; che KO oz a o o i z a v ech ny poka i ne a OO a a KK se ovo DOV yah. until I tell the story "Zh Y UN Zhe km hnu OKO vale v i o IN v SHOK in i ne Y g Mo Ka OK a V KK odi Ah staff yo EN V sa OKO i nn o i ON shchi o o o i y NI a MNN ng she rom our v ON Z j ee aa v A Y J J i o i ik o VKA zhyuya vu o NI NN Ko YN I OO et ne V o an i i NN p i. ОО and ИЙ gen З о. ОО. сок о в о НН в п, о в п М КК ЛВ ОВ ВО -With Fr. OO. sok o o o NN v p, o v p M KK LV OV VO -
UAU202104053U 2021-07-12 2021-07-12 METHOD OF STRENGTHENING WORKING SURFACES OF PISTON RINGS OF INTERNAL COMBUSTION ENGINES UA149762U (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
UAU202104053U UA149762U (en) 2021-07-12 2021-07-12 METHOD OF STRENGTHENING WORKING SURFACES OF PISTON RINGS OF INTERNAL COMBUSTION ENGINES

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
UAU202104053U UA149762U (en) 2021-07-12 2021-07-12 METHOD OF STRENGTHENING WORKING SURFACES OF PISTON RINGS OF INTERNAL COMBUSTION ENGINES

Publications (1)

Publication Number Publication Date
UA149762U true UA149762U (en) 2021-12-01

Family

ID=79187183

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
UAU202104053U UA149762U (en) 2021-07-12 2021-07-12 METHOD OF STRENGTHENING WORKING SURFACES OF PISTON RINGS OF INTERNAL COMBUSTION ENGINES

Country Status (1)

Country Link
UA (1) UA149762U (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8685155B2 (en) Coating of a functional component that is subject to thermal loads and erosion, mold-release agent and method for producing said coating
KR20070093815A (en) Wear-resistant coating
JP4790135B2 (en) Wear-resistant sliding member
US20140220380A1 (en) Slide component and method for production of cladding on a substrate
RU2425906C1 (en) Procedure for application of heat protecting wear resistant coating on items of iron and steel
US4323257A (en) Piston ring with a Cr-C-Fe inlaid ring in its outer surface, and a method of making it
CN111279008A (en) Internal combustion engine component with dynamic thermal barrier coating and methods of making and using such coating
KR101852960B1 (en) Method for producing a piston ring having embedded particles
KR20120055575A (en) Sliding member having a thermally sprayed coating and method for producing same
RU2521780C1 (en) Application method of heat-protective wear-resistant coating onto parts from cast iron and steel
KR102109329B1 (en) Wear-protection layer for piston rings
Barbezat Material for the plasma spraying of lightweight engine block cylinder bores
KR20180110009A (en) Tribological engineering system of internal combustion engine including coating layer
UA149762U (en) METHOD OF STRENGTHENING WORKING SURFACES OF PISTON RINGS OF INTERNAL COMBUSTION ENGINES
US11384436B2 (en) Piston ring with shot-peened running-in layer and method for the production thereof
US20100187766A1 (en) Hard chrome layer, coated substrate, and tribological system
Srinivas et al. The investigations on aluminium substrates coated with micro-sized WC-CO/Cr3C2-nicr multi-layered hard coating
RU2309194C2 (en) Heat-resistant cermet coat
Hwang et al. Tribological behavior of plasma spray coatings for marine diesel engine piston ring and cylinder liner
RU2766627C1 (en) Method for applying heat-protective wear-resistant coating on cast iron and steel parts
RU2780616C1 (en) Method for application of heat-proof wear-resistant coating on cast iron and steel parts
Boopathi et al. Tribological Properties of Coated and Uncoated Materials for Piston Ring Applications
Pandey et al. Effect of NiCr on dry sliding wear of high carbon iron-molybdenum composite plasma spray coating
Barbezat Importance of surface preparation technology prior to coating deposition on cylinder bores for high performance engines
RU2751499C1 (en) Method for applying heatproof wear-resistant coating to cast iron and steel parts