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汽车发动机活塞销抗摩擦磨损性能研究

作　者: 邓仪煜
导　师: 赵运才
学　校: 江西理工大学
专　业: 机械工程
关键词: 活塞销 16Mn钢离子渗氮离子氮碳共渗离子硫碳氮共渗摩擦磨损粗糙度尺寸
分类号: U464.13
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

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。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
第一章前言  8-19
  1.1 内燃机活塞销概况  8-10
  1.2 等离子渗氮技术  10-13
    1.2.1 等离子渗氮原理  10
    1.2.2 离子渗氮的设备和工艺  10-11
      1.2.2.1 离子渗氮的设备  10
      1.2.2.2 离子渗氮的工艺  10-11
    1.2.3 等离子渗氮技术的研究概况  11-13
      1.2.3.1 离子渗氮时的加氩研究  11
      1.2.3.2 渗层结构的研究  11
      1.2.3.3 渗层脆性的研究  11-12
      1.2.3.4 渗层厚度的研究  12-13
  1.3 等离子渗硫技术  13-16
    1.3.1 等离子渗硫原理  13-14
    1.3.2 离子渗硫所产生的固体润滑技术的原理  14
    1.3.3 等离子渗硫技术的研究概况  14-16
  1.4 等离子硫、碳、氮共渗技术  16-17
  1.5 本文的研究目的及方案  17-18
  1.6 本课题的创新之处  18-19
第二章实验设备及工艺  19-26
  2.1 实验材料  19-20
  2.2 实验设备及相关主要实验试剂  20-23
    2.2.1 离子渗氮炉  20-22
    2.2.3 摩擦磨损实验机  22-23
  2.3 实验方案  23-26
    2.3.1 离子渗氮和氮碳共渗  23
    2.3.2 离子硫碳氮共渗  23-24
    2.3.3 摩擦磨损实验  24
    2.3.4 活塞销经表面处理后表面粗糙度的测量  24-25
    2.3.5 活塞销经表面处理后尺寸变形的测量  25-26
第三章离子复合渗硫工艺参数的研究  26-33
  3.1 离子渗氮和碳氮共渗的研究  26-31
    3.1.1 温度对16Mn 钢离子渗氮和碳氮共渗后组织的影响  26-27
    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  27-30
    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  30-31
  3.2 16Mn 钢离子硫碳氮共渗研究  31-32
    3.2.1 气压对渗层的影响  31
    3.2.2 温度对渗层的影响  31
    3.2.3 反应物流量对渗层的影响  31-32
  3.3 本章小结  32-33
第四章摩擦磨损实验的对比研究及相关分析  33-66
  4.1 以GCr15 钢为下试样的摩擦磨损试验  33-43
    4.1.1 磨损的试验结果及分析  33-42
    4.1.2 摩擦系数实验结果和分析  42-43
  4.2 以 LY12 铝合金为下试样的摩擦磨损试验  43-60
    4.2.1 磨损的实验结果及分析  43-55
    4.2.2 摩擦系数试验结果与分析  55-58
    4.2.3 渗碳渗硫试样磨痕中间区域的硫含量的变化  58-60
  4.3 结果分析与讨论  60-63
  4.4 摩擦系数模型的建立  63-65
    4.4.1 以 GCr15 钢为对摩下试样的摩擦系数模型  63-64
    4.4.2 以铝合金为对摩下试样的摩擦系数模型的建立  64-65
  4.5 本章小节  65-66
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  66-72
  5.1 表面处理对活塞销表面粗糙度的影响  66-67
  5.2 表面处理对活塞销尺寸变形的影响  67-71
    5.2.1 分析活塞销在同一横截面上 X 轴向和Y 轴方向热处理前后的尺寸变化  68-69
    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  69-71
  5.3 本章小结  71-72
第六章结论  72-73
参考文献  73-76
致谢  76-77
个人简历  77

汽车发动机活塞销抗摩擦磨损性能研究

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