OBRABOTKAMETALLOV Vol. 26 No. 4 2024 181 MATERIAL SCIENCE ность смазки, обусловленная разбрызгиванием смазочного материала в процессе работы, приводят к повышенному износу движущегося пакета поршневых колец, находящихся в верхней части цилиндра [1]. В состав ЦПГ входят компрессионные и маслосъемные кольца. Маслосъемные кольца используются в четырехтактных двигателях с системой разбрызгивания смазывающего материала для снятия излишков масла в нижней части цилиндра и регулирования его поступления на верхнюю часть цилиндра. Компрессионные кольца выполняют две функции: уплотнительную и теплоотводящую, а также способствуют распределению масла по стенкам цилиндра во время работы. В процессе работы компрессионные кольца совершают несколько видов движения. Прямое-обратное (радиальное) движение колец внутри кепа (канавки под кольцо на цилиндрической поверхности поршня) создает деформации, перпендикулярные образующей, и способствуют износу и колец, и нижней поверхности кепа. Это приводит к ухудшению уплотняющего действия компрессионных колец, а после – к радиальной вибрации и поломке кольца, чаще всего в средней части, напротив замка. Осевое перемещение происходит из-за разницы давлений газов над кольцом и под ним, силы тяжести самого кольца и силы трения между кольцом и поверхностью кепа. Вращательное движение колец обусловлено оборотами вала двигателя. Условия работы верхнего и нижнего компрессионного кольца отличаются. Давление за верхним компрессионным кольцом составляет 0,75Pr, за нижним компрессионным кольцом – 0,20Pr (Pr – рабочее давление). Это давление является одной из составляющих силы прижатия колец к цилиндру, а также создает радиальные деформации материала колец, что обусловливает повышенный износ верхнего компрессионного кольца и нижней поверхности кепа, на который осуществляется его посадка. Срок работы ЦПГ сильно зависит от скорости изнашивания компрессионных колец. С целью повышения срока службы поршневых колец разработаны различные методики упрочнения сопрягаемых поверхностей: пластическое деформирование, закалка токами высокой частоты, создание адгезионных поверхностей, постановка в зоне трения кольца в верхней мертвой точке износостойких вставок, пористое хромирование, протачивание канавок для заливки оловом, а также нанесение упрочняющих покрытий из молибдена и других материалов, повышающих триботехнические свойства [2, 3]. Из основных конструкционных требований к кольцам выделяются высокие прочность, упругость, износостойкость и малый коэффициент трения. Большое значение имеет равномерное распределение радиального давления по окружности кольца [4]. Поршневые кольца изготавливаются из серого легированного чугуна с пластинчатым графитом или высокопрочного чугуна с шаровидным графитом. Серый чугун наряду с высокими литейными свойствами имеет хорошую демпфирующую способность, высокие антифрикционные свойства и меньшую склонность к термическим деформациям по сравнению со сталью. Различия фазовых состояний серых чугунов, диффузия элементов, неоднородность коэффициентов линейного и объемного расширения феррита, цементита и графита приводят к анизотропии напряженного состояния. Это является источником зарождения и развития дефектов – дислокаций. Представляется целесообразным оценивать изменение проявлений напряженного состояния чугуна при воздействии различных факторов с целью прогнозирования условий разрушения компрессионных колец в процессе эксплуатации. Технология изготовления компрессионных колец определяется требованиями надежности и описана в соответствующих стандартах для каждого вида колец. Контроль качества колец осуществляется различными методами оценки структуры отливок с учетом технологии закалки, нормализации, термической и механической обработки [1–5]. Использование серого чугуна для изготовления компрессионных колец обусловлено его хорошей жидкотекучестью и малой усадкой. Механические свойства чугуна определяются количественным соотношением структурных составляющих, в основном феррита, перлита и графита. Чугун с перлитной основой наиболее прочен и износоустойчив. Феррит снижает механические свойства чугуна. Крупные включения графита снижают прочность, но обеспечивают высокую циклическую вязкость и низкую чувствительность к внешним надрезам. В процес-
RkJQdWJsaXNoZXIy MTk0ODM1