表面工程课程设计

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1、表面技术课程设计内燃机活塞环耐磨工艺设计学号3090702040，班级金属0902，材料科学与工程学院第一章服役条件分析1.1活塞环运动状况活塞环在气缸内工作，有上下往复运动，而且速度也不断变化，同时活塞环与环槽有一定间隙，因而还有沿环槽的旋转运动和震动等。图1活塞环图2活塞环工作环境1.2活塞环工作环境活塞环处在高温、高压燃气下工作，其润滑条件极差，甚至产生干摩擦情况。所以活塞环材料，必须有良好的抗磨性能，这就要求材料的金相组织有适当数量和大小且均匀分布的石墨，起贮油作用，润滑摩擦面。1.3活塞环受力情况活塞环工作时，气缸壁强迫活塞环闭合，受着压应力，

2、而活塞环本身外圆受拉应力，内圆受压应力。活塞环在高温、高压下运动，又承受着极苛刻的摩擦力，且这摩擦力还在反复变化着。第二章活塞环镀层所需性能2.1耐磨性（包括贮油性）一般认为活塞环最好不磨损，或者磨损量愈小愈好。但是实际上，活塞环的磨损却是实现活塞环性能所必不可少的一种现象。与之相反，如果绝无磨损，8/8表面技术课程设计活塞环就不能与气缸完全贴合，则气密作用、导热作用就难以确保。所以在新组装活塞时，为了加速初期磨合，就要求要求容易初期磨损的活塞环。总之，从活塞环的磨损性来看，这是相互矛盾的两个方面，既要满足初期磨合时的易磨性，又耍满足长期运转时的耐磨性，

3、这是活塞环材料要求上的一个特点。2.2耐蚀性燃油中含有硫成分，燃烧后生成SO2和SO3，它们与H2O作用形成酸，对活塞环有腐蚀作用，特别是金属显微结构呈多元相的交界面，更易受到磨蚀。因此要求活塞环材料有一定的抗磨蚀能力。在金属材料中，铸铁类比钢类的抗腐蚀能力要强一些，在非金属材料中，如塑料类，耐蚀性能力更强。2.3热稳定性热稳定性指将环装入环规内，在规定温度下，保持一定时间后，其弹力消失率。活塞环是处于高温气体下工作，如材料热稳定性差，那么很快就会衰退，密封作用降低，产生漏油窜气。高温对环的影响首先表现弹力的衰退，即活塞环的热稳定性变差。我国规定，活塞环

4、放在相当于气缸最大直径的环规内，在350±10℃温度下保温1小时，弹力的消失不大于25％。我国铁路部门规定：活塞环放在规定的量规内，在350士10℃温度下保温1小时，其弹力消失不大于15%。第三章活塞环镀层工艺选择与制定3.1镀铬处理铬是略带蓝色的银白色金属，易在空气中钝化，与碱液、硝酸、硫酸、硫化物以及许多有机酸都不发生反应。镀铬层有很高的硬度和很强的耐磨性，同时还具有很强的耐热性能，在空气中加热到500℃，其外观和硬度无明显变化。铬的标准电极电位比铁负，但由于钝化作用它的电极电位比铁正，因此对钢铁镀件来说铬镀层属于阴极性镀层。3.2镀锡处理活塞环用电

5、解法所获得的锡层，有很高的化学稳定性，在潮湿空气的作用下不会被氧化，但与各种稀酸类有轻微反应。镀锡层柔软而耐磨性不好，因其具有优良的减磨作用，故经镀锡处理的活塞环在走合运转期间不会拉缸。又因镀锡层易于磨损，有利于初期磨合，所以如欲缩短走合期，可采用镀锡。无论在什么情况下，镀锡层的厚度均在0.005～0.01mm之间，不可太厚。3.3磷化处理8/8表面技术课程设计磷化处理是一种在钢铁表面上形成多孔性磷酸锰或磷酸锌以及磷酸铁薄膜的工艺。磷化膜是由一系列大小不同的晶体所组成,在晶体的连结点上形成细小裂纹的多孔结构,这种多孔的晶体结构使活塞环表面具有吸附保油性、

6、耐蚀性及减磨性,它本身易于磨损,对活塞环起到防锈及易于初期磨合的作用。磷化处理所需设备简单，操作方便，成本低，生产效率高。3.4工艺选择本次设计采用松孔镀铬处理。铬在常用金属中硬度最高，不断改进镀铬工艺的添加剂，HV值已提高到900以上，耐磨性较好；摩擦系数低，活塞环磨损小；熔点高（1890℃），耐熔着磨损性好；镀铬件售价比镀锡减低10%左右，表面附着力强（适镀锡件的3～4倍），还具有良好的耐热性能、高抗硫性能和高抗碱性能。镀铬层表面的润油性很差，尤其是承受高压、高速和高温等恶劣条件下工作的活塞环，容易造成干摩擦的状态，因而活塞环的使用寿命显著下降。为了

7、提高镀层表面的润湿性能，采用松孔镀铬的方法。松孔铬亦称网纹铬。为了改善在摩擦状态下铬镀层的工作条件对已有的铬镀层进行松孔处理，使铬层原有的网状裂纹加深和加宽，这样的铬层具有吸油性，从而增加铬镀层的耐磨性。镀硬铬与松孔镀铬的磨损情况，一般在低负荷下二者大致是相同的。但负荷超过200MPa时，松孔铬层的磨损量要比硬格层的磨损量小得多。镀松孔铬处理有三种方法：（1）机械法在经过喷砂和磨光的基体表面上，用滚压工具使基体表面压成圆锥或角锥的小坑，镀铬后表面保留这些小坑。这种方法较简单，易于控制，但与润滑油的附着性能不够理想。（2）化学法在镀铬的表面上，用盐酸处理，

8、使镀铬层原有的裂纹和空隙加以扩大和加深。这种方法铬层损耗多，且溶解难于均匀。（3