Способ нанесения хромового покрытия на детали узлов трения

 

Использование: в автомобилестроении для увеличения долговечности поршневых колец при работе двигателя. Сущность изобретения: способ включает предварительную струйно-абразивную обработку поверхности колец, на которой дополнительно создают дискретные участки с шероховатостью равной 10-15 мкм и углом наклона микронеровностей 3-5о путем обжатия колец по рабочей поверхности в гильзе с продольными прорезями шириной 0,1-10 мм и расстоянием между ними 10-30 мм. 2 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (s1)s С 25 D 3/04

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4735773/26 (22) 08.09.89 (46) 15.10.92. Бюл. ¹ 38 (71) Одесский конструкторско-технологический институт по поршневым кольцам (72) А.Д.Соколов (56) Ямнальский А.M. Гальванические r крытия, Л.: Машиностроение, 1978. с.7.

Авторское свидетельство СССР

¹ 855086, кл. С 25 D 5/02, 1979. (54) СПОСОБ НАНЕСЕНИЯ ХРОМОВОГО

ПОКРЫТИЯ НА ДЕТАЛИ УЭЛОВ ТРЕНИЯ

Изобретение относится к способам нанесения покрытий, в частности хромового покрытия, на детали узлов трения, например, на поршневые кольца ДВС.

Процессы нанесения покрытия на поршневые кольца и их эксплуатация создают в покрытии уровень напряженно-деформированного состояния, превышающий прочностныее характеристики материала покрытия.

При работе кольца в двигателе, особенно в условиях форсированного режима, возникающие в покрытии напряжения реализуются в образовании трещин, направленных к основе, выкрашивании участков покрытия, приводящем к быстрому распространению этого явления по всей поверхности покрытия и разрушению покрытия. Кроме того, имеет место и нарушение адгезион ного контакта между основой и покрытием, возникают параллельные основе трещины, приводящие к отрыву покрытия от основы.

Во многих случаях работоспособность деталей, испытывающих трение скольжения и трение качения, определяется способно(57) Использование: в автомобилестроении для увеличения долговечности поршневых колец при работе двигателя. Сущность изобретения; способ включает предварительную струйно-абразивную обработку поверхности колец, на которой дополнительно создаютдискретные участки с шероховатостью равной

10 — 15 мкм и углом наклона микронеровностей 3 — 5о путем обжатия колец по рабочей поверхности в гильзе с продольными прорезями шириной 0,1 — 10 мм и расстоянием между ними 10 — 30 мм. 2 табл. стью материала сопротивляться контактной усталости.

Таким образом, недостаточно высокая величина контактной усталостной прочности приводит к разрушению покрытия, как адгезионному, так и когезионному, Известные способы нанесения покрытия включают предварительную подготовку поверхности (химическую и механическую) и последующее нанесение покрытия. При этом механическая обработка предусматривает создание на покрываемой поверхности определенной шероховатости с помощью абразивной обработки.

Известный способ нанесения покрытия обеспечивает удовлетворительное сцепление покрытия с основной на всем протяжении рабочей поверхности кольца. Однако при работе в двигателе под воздействием касательных напряжений происходит сдвиг покрытия, образование и развитие трещины, распространение ее и когезионное выкрашивание поКрытия, т.е. его разрушение.

Известны способы разделения покрытия на участки путем выполнения П-образ1768667 ных или треугольных выступов на линии контакта основы с покрытием, играющих роль фиксаторов напряжения способы нанесения дискретных покрытий, состоящих из чередующихся слоев иэносостойкого и твердосмазочного материала.

К недостаткам перечисленных способов относятся трудность изготовления колец в первом случае, образование коррозионного тока на границе раздела разнородных материалов, приводящее к разрушению покрытия, во втором случае.

Наиболее близким к заявляемому является способ нанесения покрытия, включающий механическую обработку покрываемой поверхности, при которой образуется шероховатый упрочненный слой с высотой неровностей 5-80 мкм и шагом 0,2 — 8 мм, с последующим электрохимическим осаждением покрытия во впадины образованного рельефа.

К недостаткам способа следует отнести предварительную механическую обработку, создающую упрочненный слой с однородной шероховатостью определенной величины, что дает возможность получить высокую адгезионную прочность. Однако, сочетание высокой твердости покрытия с высокой его адгезионной прочностью приводит к отрицательному эффекту — охрупчиванию и разрушению основного металла задолго до исчерпания его ресурса. Этим объясняется снижение контактной усталостной прочности покрытия и всей системы кольцо-покрытие. Поэтому адгеэионная прочность должна находиться в оптимальном соотношении с когезионной прочностью на различных участках рабочей поверхности покрытия, которое обеспечит использование в полной мере свойств материала покрытия и адгеэионного контакта.

Кроме того, нанесение твердосмазочного покрытия только во впадины рельефа и отсутствие твердого износостойкого покрытия на рабочей поверхности кольца в прототипе не обеспечивает достаточно высокой величины износостойкости.

Цель предлагаемого изобретения — повышение контактной усталостной прочности покрытия, Цель достигается тем, что в способе нанесения хромового покрытия на детали узлов трения, включающем обработку рабочей поверхности колец, на их поверхности после струйно-абразивной обработки создают дискретные участки с шероховатостью равной 10 — 15 мкм и углом наклона микронеровностей 3 — 5 путем обжатия колец на рабочей поверхности в гильзе с продольными прорезями шириной 0,1 — 10 мм и расстоянием между ними 10 — 30 мм.

Создание на рабочей поверхности кольца дискретных участков с шероховатостью

5 10-15 мкм обеспечивает после нанесения покрытия на них различную величину адгезионной прочности. Введение участков с пониженной адгезионной прочностью препятствует распространению крупных

10 магистральных трещин, образующихся на жесткозакрепленных участках покрытия при работе кольца в двигателе. Достижение оптимального соотношения адгезионной прочности между отдельными участками по15 крытия по его поверхности способствует увеличению контактной усталостной прочности покрытия и системы кольцо-покрытие в целом.

Верхний и нижний пределы длин участ20 ка с более высокой величиной адгезионной прочности а (большая шероховатость) опре- . делялись исходя из шага трещин s покрытии (нижний предел) и расстояния, на котором уже отсутствует влияние покрытия на осно25 ву (=30 толщин покрытия). Расчет велся исходя из следующего соотношения:

in1О

< а <30hn, 30

2 (— + — );

Н h 1 1

Оо+ап Е.Ь Ко Н

Н h

2Н и h — толщины основы и покрытия;

Go u Gn — модули сдвига основы и покрытия.

Верхний и нижний пределы длин участка с меньшей величиной адгезионной прочности!(меньшая шероховатость) — определялись, исходя из следующего соотношения зоь„< <

45 hn opn где Еп — модуль упругосги покрытия;

1n — момент инерции; оpn — предел по прочности покрытия на разрыв.

50 Длина участка 1 выбрана меньше длины, при которой покрытие не разрушится при достижении предела прочности и большей, чем расстояние, на котором уже не ощущается влияние основы, 55 Экспериментально установлено, что контактная усталостная прочность покрытия увеличивается тогда, когда при обжатии пакета колец в гильзе ширина прорези составляет а = 0,1-10 мм, а ширина и ромежут1768667

Таблица 1 ков между прорезями I = 10 — 30 мм (т.е. ширина обжатого участка).

Известны способы повышения прочностных свойств покрытия путем создания равномерной шероховатости подложки перед 5 покрытием, нанесения его во впадины рельефа, созданного на подложке (прототип), нанесения дискретного покрытия из различных материалов.

Повышение контактной усталостной прочности покрытия путем создания дискретных участков подложки с различной шероховатостью перед нанесением покрытия — не выявлено. 15

Предложенный способ включает следующие операции: сборка колец в пакет на оправке; струйно-абразивная обработка поверхности; обжим пакета колец в гильзе с продольными прорезями; нане- 20 сение покрытия на рабочую поверхность кольца, Пример !. Брали кольца диаметром

110 мм из серого чугуна. Кольца собирались на оправку (количество колец на оправке — 65 25 шт). Пакет колец обрабатывался струйно-абразивным способом (CAO) на установке типа

ЭЗ вЂ” 163 НПО "Армстанок". Режимы: давление струи — 3 атм.; время. обработки — 5 мин„ состав смеси; вода, тринатрийфосфат и аб- 30 разивный порошок А!гОз. После этого пакет колец на оправке помещали в гильзу, имеющую продольные прорези. Ширина прорези составляла 4 мм, а перемычки — 20 мм. После обжима колец в гильзе наноси- 35 лось гальваническое хромовое покрытие иэ фторсодержащего электролита. Режимы: Ið = 320 350 А, т = 58 — 60 С, т = 5 ч, Толщина покрытия 250 мкм.

А примерах 2, 3, 4, 5. То же, Обжим 40 производился в гильзе с шириной прорези и перемычками, указанными в нижеследующей табл. 1.

После струйно-абразивной обработки высота микронеровностей составляла 50 — 45

60 мкм, угол наклона микронеровностей

10-15 .

В результате обжима колец в гильзе высота микронеровностей уменьшается до 10—

15 мкм, а угол наклона 3 — 5, Такая шероховатость поверхности кольца после струйно-абразивной обработки обуславливала адгезионную прочность 70—

90 МПа, а после обжатия сцепление покрытия с основой составляло 10- 20 МПа.

Величина контактной усталостной прочности измерялась на образцах, имеющих вид роликов, по кривым усталости.

Данные для образцов с покрытием, нанесенным предлагаемым способом, при различных длинах участков с различной шероховатостью и по способу-прототипу, приведены в табл. 2.

При проведении стендовых испытаний в течение 100 часов на партии опытных колец (3 партии по 100 шт.) разрушилось 3 — 4 кольца из каждой сотни, в то время как на

100 шт. колец, изготовленных по способупрототипу, приходилось 7 — 8 отказов, т.е, разрушилось 7 — 8 колец.

Износ колец с покрытием, нанесенным предлагаемым способом, на 24 меньше, чем по и рототи пу.

Таким образом, предлагаемое изобретение дает возможность изготавливать кольца, обладающие большей величиной контактной усталостной прочности, что приводит к увеличению их срока службы.

Формула изобретения

Способ нанесения хромового покрытия на детали узлов трения преимущественно на поршневые кольца, включающий струйно-абразивную обработку рабочей поверхности колец, отличающийся тем, что, с целью повышения контактной усталостной прочности покрытий, на поверхности колец после струйно-абразивной обработки создают дискретные участки с шероховатостью, равной 10- 15 мкм, и углом наклона микронеровностей

3 — 5 путем обжатия колец по рабочей поверхности в гильзе с продольными прорезями шириной 0,1 — 10,0 мм и расстоянием между ними 10 — 30 мм, 1768667

Таблица 2

10. 20

35

Составитель С.Маевская

Техред М,Моргентал КоРРектоР М.Керецман

Редактор А.Бер

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 3623 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5