Применение лазерной обработки для повышения долговечности поршневых колец

Abstract

Поршневые кольца в процессе эксплуатации подвергаются износу. Недостаточная износостойкость материалов поршневых колец зачастую лимитирует рост производительности машин и сроков их эксплуатации. Не всегда требуемый комплекс свойств поршневых колец, изготовленных из чугуна, может быть достигнут традиционными методами термической или химико-термической обработки. Так, применение традиционных способов борирования, связанных с диффузией бора в твердую фазу, приводит к формированию рабочего слоя, обладающего высокой хрупкостью. Поэтому актуальной является проблема повышения износостойкости поршневых колец без охрупчивания. Применение лазерного нагрева при борировании обеспечивает образование нового слоя с особыми свойствами. Однако оптимальные свойства могут быть достигнуты только после установления взаимосвязи между параметрами проведения процесса и глубиной борированного слоя. Цель работы – установить влияние параметров лазерного нагрева на со-став и глубину борированного слоя, так как свойства поршневых колец зависят от глу-бины последнего. В результате проведенных исследований установлено, что возрастание скорости перемещения детали в процессе лазерного нагрева уменьшает глубину бориро-ванного слоя. Такая зависимость наблюдается как при толщине обмазки 0,15 мм, так и при толщине 0,30 мм. При всех скоростях перемещения образца для использованной боросодержащей обмазки с указанными толщинами большая толщина борированного слоя и зоны термического влияния отвечает большей толщине обмазки. Увеличение диаметра пятна повышает глубину слоя. Рентгенографически и металлографически расшифрованы фазы и структурные составляющие борированного слоя. Рентгеноструктурным и микроструктурным анализом выявлена связь между скоростью облучения и долей высокобористых структур в слое. Показано, что борированный слой в высокопрочном чугуне со-держит такие фазы, как FeB, Fe2B, α-фазу, бороцементит Fe3(B, C). Результаты исследований могут быть распространены и на другие детали, подвергающиеся интенсивному износу.