汽车发动机活塞销抗摩擦磨损性能研究

摘要

为了提高汽车发动机活塞销的抗摩擦磨损性能,本文以活塞销材料16Mn钢为对象,采用在离子渗氮的基础之上进行复合渗硫技术,在活塞销表面制备一层硫化物层以降低摩擦系数、提高其抗摩擦磨损性能。运用了金相显微技术、显微硬度技术、扫描电子显微技术(SEM)、能谱分析技术(EDAX),粗糙度测试技术以及万用功能显微镜测尺寸技术,研究在不同温度下离子渗氮、离子氮碳共渗的渗层组织形貌及表面硬度梯度;分析了温度、气氛等参数对离子硫碳氮共渗的影响;并分别采用GCr15钢、LY12铝合金为对磨下试样,对渗碳、复合渗硫、渗碳渗硫这三种工艺的摩擦系数,磨损后的磨痕形貌及成分做了分析对比研究;测试并探讨了表面热处理前后活塞销的粗糙度变化及尺寸变化。结果表明:经520℃离子渗氮,其表面硬度、硬度梯度和渗层深度具有较好的综合性能;当离子硫碳氮共渗温度为520℃,二硫化碳与氨气的流量比为1:60时能够获得较好的硫化物层;复合渗硫及渗碳渗硫工艺能够有效地降低摩擦系数,提高工件的抗磨损及黏着磨损的能力,且复合渗硫工艺略优于渗碳渗硫工艺。研究还发现:离子渗氮和渗硫能使活塞销表面粗糙度升高,其中离子渗氮是造成其粗糙度升高的主要原因,但是粗糙度的下降并不影响渗硫层的抗摩擦磨损性能的发挥;复合渗硫处理工艺对活塞销的扭曲变形影响不大,但是外圆直径平均增加0.02418mm,可以将活塞销原先的标准外圆直径尺寸缩小0.02418mm来控制热处理的尺寸变化。所以复合渗硫处理工艺应用到活塞销实际生产上是切实可行的。

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第一章 前言

1.1 内燃机活塞销概况

1.2 等离子渗氮技术

1.3 等离子渗硫技术

1.4 等离子硫、碳、氮共渗技术

1.5 本文的研究目的及方案

1.6 本课题的创新之处

第二章 实验设备及工艺

2.1 实验材料

2.2 实验设备及相关主要实验试剂

2.3 实验方案

第三章 离子复合渗硫工艺参数的研究

3.1 离子渗氮和碳氮共渗的研究

3.2 16Mn钢离子硫碳氮共渗研究

3.3 本章小结

第四章 摩擦磨损实验的对比研究及相关分析

4.1 以GCr15 钢为下试样的摩擦磨损试验

4.2 以 LY12 铝合金为下试样的摩擦磨损试验

4.3 结果分析与讨论

4.4 摩擦系数模型的建立

4.5 本章小节

第五章 表面处理对活塞销表面粗糙度以及尺寸变形度的影响

5.1 表面处理对活塞销表面粗糙度的影响

5.2 表面处理对活塞销尺寸变形的影响

5.3 本章小结

第六章 结论

参考文献

致谢

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