汽车发动机活塞销的表面改性及摩擦学特性研究

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1 6Mn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.

目录

文摘

英文文摘

原创性声明及本论文使用授权说明

第一章前言

1.1内燃机活塞销概况

1.2等离子渗氮技术

1.2.1等离子渗氮原理

1.2.2离子渗氮的设备和工艺

1.2.3等离子渗氮技术的研究概况

1.3等离子渗硫技术

1.3.1等离子渗硫原理

1.3.2离子渗硫所产生的固体润滑技术的原理

1.3.3等离子渗硫技术的研究概况

1.4等离子硫、碳、氮共渗技术

1.5本论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

2.3.1离子渗氮和氮碳共渗

2.3.2离子硫碳氮共渗

2.3.3摩擦磨损实验

2.3.4活塞销经表面处理后表面粗糙度的测量

2.3.5活塞销经表面处理后尺寸变形的测量

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

3.1.1温度对16Mn钢离子渗氮和碳氮共渗后组织的影响

3.1.2温度对16Mn钢离子渗氮和碳氮共渗后硬度梯度变化的影响

3.1.3温度对16Mn钢离子渗氮和碳氮共渗后渗层深度的影响

3.2 16Mn钢离子硫碳氮共渗研究

3.2.1气压对渗层的影响

3.2.2温度对渗层的影响

3.2.3反应物流量对渗层的影响

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

4.1.1磨损的试验结果及分析

4.1.2摩擦系数实验结果和分析

4.2以LY12铝合金为下试样的摩擦磨损试验

4.2.1磨损的实验结果及分析

4.2.2摩擦系数试验结果与分析

4.2.3渗碳渗硫试样磨痕中间区域的硫含量的变化

4.3结果分析与讨论

4.4摩擦系数模型的建立

4.4.1.以GCr15钢为对磨下试样的摩擦系数模型的建立

4.4.2.以铝合金为对磨下试样的摩擦系数模型的建立

4.5本章小结

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

5.2.1活塞销在同一横截面上X轴和Y轴方向热处理前后的尺寸变化

5.2.2分析活塞销YZ面和XZ面分别与活塞销外表面相交线上所取点的直径变化

5.3本章小结

第六章结论

参考文献

作者在攻读硕士学位期间公开发表的论文

致谢

论文说明