153 / 530
Актуальные проблемы в машиностроении. 2016. №3
Инновационные технологии
в машиностроении
____________________________________________________________________
153
Цель
данной работы заключается в определении некоторых триботехнических
характеристик поршня дизельного двигателя с нанесенным газодетонационным методом
покрытием из алюмоматричного композита.
Методика экспериментального исследования
В качестве материала для детонационного напыления были выбраны порошковые
композиционные материалы, состоящие из алюминиевой матрицы и распределенными в ней
наноразмерными частицами по типу углеродных наноструктур [7]. Применение подобных
материалов обусловлено разработкой технологии детонационно-газового напыления
антифрикционных покрытий поршня двигателя внутреннего сгорания. Напыление
проводилось двумя составами:
1) 70% Al + 30% C + B4C;
2)70% Al + 30% УДА + B4C.
Исследование износостойкости и антифрикционных свойств полученных покрытий
проводилось в условиях трения пары диск-колодка на триботехническом комплексе. В
основе комплекса лежит машина для испытания материалов на трение 2168 УМТ,
оснащенная компьютером с программным обеспечением, позволяющим управлять машиной
трения. Она предназначена для испытания фрикционных и смазочных материалов на трение
и износ в широком диапазоне нагрузок, скоростей и схем испытаний.
Испытания производились по схеме «диск-колодка» при вращательном движении в
режиме как сухого трения, так и при выбранном режиме смазки.
Для испытания колодка устанавливается в корпус, а диск на оправку.
Проводилась 2 серии эксперимента: в первом случае, на колодку из сплава
АК21М2,5Н2,5 происходило напыления покрытий, а материал диска – сталь 40. Во второй
серии колодки и диска менялись.
Условия испытания на задир заключались в предварительной приработке покрытия
при скорости 0,9 м/с и нагрузке 1,47 МПа с последующим ступенчатым нагружением вплоть
до резкого увеличения силы и момента трения.Условия испытания были следующими:
скорость составляла 0,9 м/с; нагрузка 6,37…7,35 МПа; время испытания 6 часов; смазка (в
некоторых экспериментах) 20 капель/с.
Результаты и обсуждение
Нагрузить диски с покрытиями до задира при выбранном режиме смазки (20 капель
масла М12В в минуту), обеспечивающем граничное трение, не удалось вплоть до нагрузки
9,8 МПа, в то время как на ролике из поршневого сплаваАК21М2,5Н2,5 начинают
появляться следы задира при 4,41…4,9 МПа, а при 6,86 МПа наступает схватывание со
шлифованной поверхностью колодки.
Зависимость коэффициента установившегося трения покрытий от нагрузки показана
на рисунке. 1. Видно, что при нагрузке свыше 7,85МПа появились локальные очаги
схватывания покрытия состава № 2, однако до 9,81 МПа явления задира не наблюдалось.
Коэффициент трения покрытия состава № 2 при нагрузках 2,94…6,86 МПа не
превышает 0,03, а минимальное значение коэффициента (0,02) достигается при 5,88 МПа.
Для покрытия состава № 1 коэффициент трения до нагрузки 8,83 МПа не превышает 0,025, а
минимальное значение – 0,015 в широком интервале нагрузок от 4,9 до 6,86 МПа.