Способ восстановления и упрочнения канавок алюминиевых поршней Советский патент 1990 года по МПК B23K9/04 B23P6/00 

технологии наплавки и величины перемычек между канавками поршней. После наплавки канавки еще раз протачиваются таким образом, что толщины матрич- ного слоя находятся в пределах 1,5- 3,0 мм. После расточки с припуском наплавленных поршней проводится их магнитно-электрическое упрочнение (МЭУ) ферропорошками (ферробором, ферротитаном и др.) с активацией процесса путем введения дисперсных порошков оксидов алюминия и др. Упрочнение обеих сторон и дна канавки производится путем нанесения упроч- няющего покрытия в виде островков, что позволяет резко снизить охрупчи- вание и появление микротрещин в упрочняющем слое. Процесв упрочнения ведется в псевдокипящем слое, создавае- мом осциллирующим электродом и магнитным полем индуктора (намагничивающей катушки) с использованием активирующих немагнитных добавок, подаваемых в слое порошка. При упрочнении в псевдокипящем слое нанесение покрытия в виде островков происходит всего за несколько оборотов поршня, процесс электрических разрядовидет избирательно (слой на слой при МЭУ не ложится) и покрытие при ограничении по времени и соответствующем подборе режимов получается в виде несвязанных островков. При увеличении времени процесса слой получается традиционным, что приводит-к сильному охрупчиванию и возможности появления микротрещин при последующем калибровании. Процесс при котором происходит оплавление микроэлектродов (гранул О,А-1,2 мм) ферропорошка, выражен в виде кратковременных разрядов (10 - ). Оплавление порошка происходит при температуре более 6000°С, при этом происходит качественное сплавление с подложкой с образованием износостойкой, мелкодисперсной структуры высокой твердости. Последующая калибровка поверхности покрытия в номинальный размер производится с чередова- нием направления вращения, что способствует повышению износостойкости поршней в условиях ударно-абразивного износа. При такой способе калибровки с чередованием вращения поршня вектор восприятия нагрузки твердофазной составляющей наплавленного островка направлен по нормали к центру в процессе эксплуатации, что приводит к повы-

Q 5 0 5 0 о Д5 сп ,$

5

шению износостойкости алюминиевых поршней в условиях ударно-абразивного износа.

На фиг. 1 изображена поверхность канавки поршня, полученная с использованием предлагаемого способа; на фиг. 2 - влияние калибровки на образование износостойкого покрытия.

На фиг. 1 и 2 обозначены основной материал 1 поршня, матричный слой 2, участок 3 зоны диффузионного упрочнения и участок 4 оплавленной упрочняющей гранулы поршня.

Схематично процесс калибровки при упрочнении в виде островков можно представить как вдавливание гвоздей, где роль шляпок выполняет оплавленная гранула порбшка (особотвердые включения до НВ 18000 МПа), стержнень гвоздя - зоны термического влияния (деформируемый материал матричного слоя с твердостью НВ до 860 МПа). При этом гвозди частично выступают, и только поочередное вдавливание с обих сторон, что обеспечивается чередованием направления вращения поршня, может их привести в правильное устойчивяе положение .

Пример. По способу проведено . восстановление и упрочнение партии алюминиевых поршней в количестве 17 шт. Диаметр поршней 180 мм, ширина канавки равнялась 6,0 мм. Материал поршней, сплав термоупрочняемый,. ке- деформируемый АЛ-25 с твердостью после термообработки в пределах 1000 МПа. Наплавка аргонно-дуговым способом- производилась проволокой диаметром 1,2 мм (по химическому составу приравненной к алюминиевому сплаву АМг-5) на установке Ютроник- ГАП. После наплавки поршни протачивались с припуском 0,1-0,12 мм на последующее упрочнение методом магнитно-электрического упрочнения и калибровку. Упрочнение проводилось на специальном экспериментальном устройстве с поперечной осцилляцией электрода порошком ферробора, размером гранул порошка 100-300 мкм, технологический ток составлял до 50 А, средний ток 30 А-, ток индуктора (катушки намагничивания) 3,0-4,0 А Упрочнение производилось от генератора импульсов с частотой импульсов 150 Гц при обратной полярности. После получения покрытия в виде островков процесс упрочнения прекращали и прово515

дили калибровку канавок поршней в номинальный размер.

Калибровку производили калибровочным роликом, выполненным в виде вра- вдающегося ролика на игольчатом подшипнике. Для предохранения от осевого смещения на его оси устанавливались также два упорных подшипника.

Корпус калибровочного устройства выполнен повышенной жесткости и закрепляется в резцедержателе токарного станка. Калибровку вели с чередованием вращения после каждого 1 мм продольного ввода упрочняющего ролика вглубь канавки. Упрочнение производилось роликом черновым и чистовым (финишным). Механические испытания проводились на одном поршне выполняющем роль образца. Испытания велись на машине трения и специальной установке, имитирующей работу поршня с нагревом упрочненного образца до

рабочей температуры поршня (250-300 С) в условиях ударно-абразивного износа. 25

Проведенные испытания показали ысокие результаты предлагаемого способа. В микроструктуре слоя при увеичении в 300 раз микротрещины не обнаружены. Износостойкость по отноению к новому поршню увеличились более, чем в 3,0 раза, причем при упрочнении способом сплошного покрытия износостойкость поршней снизилась более, чем на 30%, что объясняется охрупчиванием покрытий при калибровке и образованием микротрещин. Износостойкость покрытия при калибровке с чередованием вращения поршня в 1,3-1,5 раз больше, чем без чередования, при этом износ также зависит от направления проведения испытаний. Так при испытаниях по направлению калибровки износ на 10-20% меньше, чем при встречном вращении порпшд. В качестве контртела при испытаниях на трение и ударно-абразивный износ при повышенной температуре использовался образец из чугуна (материал поршневого кольца). Износ чугунных образцов,

6

работающих в паре с упрочненными алюминиевыми образцами, значительно выше (более, чем в три раза), т..е. поверхности алюминиевых сппавов, упрочненных предлагаемым способом, более износостойкие, чем чугунные, что позволяет заменить детали типа валы, оси, выполненные из стали, на алюминиевые сплавы, упрочненные предлагаемым способом.

В результате перехода на алюминий снизится вег машин, расход топлива, повысятся технологические возможности применения способа. Способ может найти также широкое внедрение в автомобилестроении, авиационной и военной промышленности, на деталях из алюминиевых сплавов. Предлагаемый способ с нанесением покрытий, обладающих высокими физико-механическими свойствами, можно успешно использовать также для других деталей (изготавливать облегченные валы и оси).

Таким образом, использование изобретения позволяет повысить износостойкость поршней в условиях ударно- абразивного износа и расширить технологические возможности способа.

30

Формула изобретения

Способ восстановления и упрочнения канавок алюминиевых поршней, при котором произ-водят расточку изношенных канавок поршней под наплавку с последующим их заплавлением и расточкой, . отличающийся тем, что, с целью повышения износостойкости поршней в условиях ударно-абразивного износа и расширения технологических возможностей способа, канавки поршней наплавляют деформируемым термо- неупрочняемым алюминиевым сплавом, расточку осуществляют с припуском под упрочнение, наносят упрочняющее покрытие в виде несвязанных островков, после чего осуществляют калибровку в номинальный размер, периодически меняя направления вращения поршня на противоположное.

з г

Изобретение относится к машиностроению, в частности к способу восстановления и упрочнения канавок алюминиевых поршней двигателей внутреннего сгорания, а также других деталей из термоупрочняемых алюминиевых сплавов. Цель изобретения - повышение износостойкости канавок алюминиевых поршней в условиях ударно-абразивного износа и расширение технологических возможностей восстановления и упрочнения алюминиевых сплавов. Изношенные канавки протачиваются под наплавку, после чего наплавляется матричный слой деформируемого термонеупрочняемого алюминиевого сплава аргоно-дуговым способом. Далее наплавленный слой растачивается под упрочнение и упрочняется, преимущественно магнитно-электрическим способом, ферропорошками в виде несвязанных островков повышенной твердости, которые затем вдавливаются в матричный слой при периодическом чередовании направления действия усилия, ориентируя твердофазные включения в устойчивое положение. Вдавливание твердофазных включений применительно к канавкам поршней производится калиброванием в номинальный размер, периодически меняя направление поршня на противоположное. 2 ил.

Фие.1

Фиг. 2