Obrabotka Metallov 2012 No. 4

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ № 4 (57) 2012 51 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ «полностьюприработанным» только тогда, ког- да металлическая зеркальная рабочая поверх- ность образовалась на всей рабочей поверхно- сти кольца. Однако окончательное состояние рабочей поверхности кольца не является необ- ходимой предпосылкой для безопасного выхо- да на полную нагрузку, так как это возможно и в том случае, когда, например, на кольцо нане- сено вспомогательное покрытие для приработ- ки, выдерживающее достаточную нагрузку, и это покрытие обеспечивает уплотнение. Таким образом, следует различать состояние полно- го уплотнения кольца и состояние его полной приработки; состояния эти могут достигаться в моменты весьма далеко отстоящие друг от друга по времени. Для сокращения времени приработки и ис- ключения повреждений или затруднений в про- цессе приработки можно использовать различ- ные пути: а) позаботиться о том, чтобы на рабочих по- верхностях постоянно имелось столько смазоч- ного масла, что исключается чрезмерное нагре- вание в отдельных точках рабочей поверхности вследствие очень высоких удельных давлений и прорыва горячих газов; б) нанести на рабочую поверхность кольца поверхностный слой, который, равно как и воз- никающие из него продукты изнашивания, не приводил бы к заеданию с материалом цилин- дров или колец; в) искусственно улучшить процесс изнашива- ния наружных слоев поверхностей колец таким образом, чтобы поверхностное соприкосновение между кольцом и стенкой цилиндра, обеспечи- вающее нормальное уплотнение, образовалось быстрее, чем этого можно достичь, когда рабо- чие поверхности получили просто чистовую об- точку. Для улучшения прирабатываемости и по- вышения износостойкости нами разработана технология трехслойного упрочнения поверх- ности ПК, которая включает карбонитрацию, ионную имплантацию нитрида титана с после- дующим сульфидированием в электролитной плазме. Нами выполнены исследования износо- стойкости ПК после хромирования, карбо- нитрации и ионного азотирования. Карбони- трацию стальных маслосъемных поршневых колец из стали 20Х13 ведут при разложении карбамида в расплаве солей или в газовой среде в интервале температур 540...580 ° С в течение одного часа. Глубина карбонитрид- ного слоя составляет 12...15 мкм при твердо- сти HV 1158...1513. Применение карбонитрации для обработки деталей обеспечивает повышение усталостной прочности на 50...80 %, резкое повышение со- противления износу по сравнению с цементаци- ей, нитроцементацией, азотированием. Получен- ные на поверхности нитридные фазы даже при отсутствии смазки не проявляют склонности к схватыванию. Для устранения коробления маслосъемного поршневого кольца вследствие температурного воздействия при карбонитрации, а также диф- фузионного насыщения поверхности углеро- дом и азотом осуществляют алмазную притир- ку в гильзе со снятием карбонитридного слоя 3...4 мкм. Последующее нанесение покрытия осу- ществляют путем ионной имплантацией ни- тридов титана T i N 4 толщиной 5...7 мкм на по- верхность карбонитридного слоя. Ионы титана высокой энергии разогревают поверхность до 600 о С и внедряются на глубину 1...2 мкм. До- стоинство ионной имплантации обусловле- но весьма низкими температурами процесса (500...600 о С), высокой твердостью нитрида титана (до HV 2400), отсутствием коробления изделий, что весьма важно для ажурных мас- лосъемных поршневых колец и необходимо- стью в доводочных операциях механической обработкой. После этого для улучшения прирабатываемо- сти поршневых колец и повышения адгезии по- крытия к основе выполняют сульфидирование в электролитной плазме. Время обработки состав- ляет 20...40 с. В результате образуется пористый слой Fe 2 S толщиной 8...10 мкм и твердостью 915...1158 HV. Сравнительные испытания износостойкости стальных маслосъемных ПК из стали 20Х13 проводились после упрочнения различными способами и приведены в таблице.