铁路内燃机车陶瓷活塞环标准探讨

铁路内燃机车陶瓷活塞环探讨 铁路内燃机车陶瓷活塞环标准探讨任诗福金其炳上海铁路局合肥机务段安徽合肥合肥金陶科技有限责任公司安徽合肥摘要介绍活塞环的作用、材料陶瓷处理的工艺、技术特点陶瓷环主要性能技术指标、检测试验、包装、贮存、安装以及应用等。关键词内燃机车陶瓷活塞环标准探讨中图分类号文献标识码文章编号年月总第期第卷第期标准化工作铁道技术监督收稿日期作者简介任诗福师金其炳高级工程师引言作为机车内燃机的关键零部件之一活塞环采用陶瓷表面处理工艺在铁路行业具有创新意义对提高环的耐磨性等有一定的作用陶瓷活塞环已在一些机务段实际使用制定和完善陶瓷活塞环的企业标准探讨理解标准不仅对已使用部门有积极的作用而且根据运用的推广为将来可能制定行业标准也有极大的参考价值。活塞环作用内燃机活塞环按其用途可分为气环、油环大类。活塞环的作用是密封、刮油、传热、支承等气环主要作用是密封因此必须具有一定的初始弹力形成第一次密封在气缸爆发膨胀过程中燃烧室的高压气体使活塞环的径向和轴向产生不平衡力在它们的作用下活塞环被压向环槽下侧同时环背方面的径向不平衡力将环的工作表面压向缸壁形成次密封。油环的作用是刮除气缸壁上多余的机油使气缸壁上形成一层均匀的油膜。陶瓷活塞环技术标准基体性能活塞环是内燃机中在高温、高压条件下唯一做个方向运动轴向、径向和旋转的零件使用条件最为苛刻因此陶瓷活塞环的基体必须具有较高硬度较强的耐磨性、耐热性、耐腐蚀性有较好的弹性、韧性和贮油性能等。其中耐磨性和弹性是活塞环材料最重要的性能。材料机车、动车用内燃机陶瓷活塞环的基体材料通常是合金铸铁或球墨铸铁我国规定合金铸铁是指铬钼合金铸铁和钨合金铸铁其化学成分、金相组织等必须满足标准的规定。合金铸铁活塞环的基体硬度为球墨铸铁活塞环的基体硬度为。直径?的活塞环同一片活塞环上的硬度差?个单位直径的活塞环硬度差?个单位。环坯硬度不合格时允许用回火调整但调整的次数不超过次。弹性模量与抗弯强度比基体材料是合金铸铁的活塞环直径与径向厚度之比?时弹性模量与抗弯强度比?环直径与径向厚度之比时弹性模量与抗弯强度比?。活塞环陶瓷处理简介当前活塞环厂家一般采用镀铬、喷钼、磷化、镀锡等处理工艺提高活塞环耐磨、耐热、耐腐蚀性能陶瓷活塞环是采用低温等离子体化学气相沉积工艺在活塞环表面沉积复合陶瓷薄膜材料陶瓷材料与金属基体之间形成双向扩散在结构上为网络结构与超微粒子并存超微粒子随机分布于网络中。由于网络结构有贮油减磨功能使材料既有硬度又有强度摩擦系数降低并有良好的韧性和表面粗糙度。流程表面处理前的检测———活塞环的表面不允????铁路内燃机车陶瓷活塞环标准探讨标准化工作许有裂纹、夹渣、飞边和毛刺。活塞环外圆面和侧面上允许存在直径?、相距?、距棱边?的孔眼上下侧面上的缺陷至少错开内圆面上允许存在直径?、相距?、距棱边?的孔眼内棱边上允许存在直径?、相距?的孔眼和缺角允许的缺陷数量在同一片环上不应超过个开口端内棱角上允许存在?的缺口油环内圆面上在铣通回油孔处允许有?的缺角或崩边。清洗烘干———清洗是活塞环在强化处理时取得较好效果重要工序清洗后放入专用加热设备中烘干以清除表面上黏附的汽油、丙酮等。装炉抽真空———将活塞环装入沉积炉中抽真空。真空条件下可防止工件氧化同时保证被激活的气相物质的流动和扩散使气相物质附在工件表面。加热衬底———在低温?工艺中化学反应的分子激活能量虽由高频电场进行不断补充但是工作温度对薄膜生成、薄膜性质和化学反应等影响较大。注入气体———按一定比例通入氮气、硅烷、硼烷。加高频电压———在炉内上、下极板间加高频电压 以产生等离子态及不断补充气相分子的激活能量从而保证气相分子较好的扩散并附着在工件表面发生反应生成陶瓷物质且有足够的能量使陶瓷物质向金属基体扩散。陶瓷复合层生长———金属基体表面的分子受陶瓷物质撞击后被激活而与陶瓷物质相互扩散最终形成金属陶瓷复合层。技术参数陶瓷层表面显微硬度基体是合金铸铁陶瓷环硬度范围基体是球墨铸铁陶瓷环硬度范围在镀铬、磷化、喷钼的活塞环表面进行陶瓷处理陶瓷环的硬度是原环的倍。陶瓷处理后各配合表面粗糙度如下侧面和外圆面经加工后的上限值均为μ。比处理前提高个数量级。陶瓷层具有超微粒子网络状结构沉积深度μ增加膜厚μ陶瓷层与基体的结合强度大于。陶瓷处理的活塞环摩擦系数比处理前降低范围在。陶瓷活塞环有关尺寸径向厚度公差环直径?时径向厚度公差?环直径时径向厚度公差?同一片环上的径向厚度差应?。环高公差环直径?时环高公差?环直径时环高公差?。油环的刮油边径向偏移度整体油环刮油边径向偏移度?组合油环刮油边径向偏移度?。挠曲度环直径?时挠曲度?环直径时挠曲度?。自由开口尺寸不同型号活塞环自由开口尺寸不同但应符合产品设计图样规定其公差值均?设计值的?。陶瓷活塞环光密封度外圆面珩磨的陶瓷活塞环光密封度应为外圆面周长的外圆面经磨削而无珩磨带的锥面环光密封度不应小于外圆面周长的其余无珩磨带陶瓷活塞环的光密封度不应小于外圆面周长的。陶瓷活塞环在开口处左右各?范围内不允许漏光。陶瓷活塞环的弹力陶瓷活塞环的弹力应符合产品设计图样的规定其公差值??。弹力消失率在试验条件为?环闭合至基本尺寸后陶瓷合金铸铁整体环弹力最大消失率?陶瓷球铁铸铁整体环弹力最大消失率?。在试验条件为?环闭合至基本尺寸后陶瓷合金铸铁和球铁铸铁组合油环弹力最大消失率均?。陶瓷活塞环残磁陶瓷活塞环残磁的磁感应强度?。陶瓷活塞环检测试验弹力陶瓷活塞环在径向上需要一定的弹力才能保证活塞环与气缸壁严密接合使其具有良好的密封性能。整体环的弹力大小可用钢带或铁箍包箍环在开口端切线方向拉紧使环保持闭口间隙时所需施加的力用弹力测量仪测定如图组合环是在使????第卷第期铁道技术监督开口端振动条件下测定如图。现场工作如没有条件测量可用新旧环对比来判断活塞环弹力情况。闭口间隙将陶瓷活塞环平放入直径等于汽缸基本直径的环规中然后用厚薄规测量其开口间隙间隙应符合设计要求。现场工作中将环推至气缸工作位置后间隙不可过大也不能过小过大会使密封性能变差过小会使活塞环工作中受热膨胀被卡在气缸内引起活塞环被折断甚至造成“拉缸”。环开口间隙小可用细平锉锉削开口。应边锉边放入气缸内检查直到开口间隙合适为止。光密封度将陶瓷活塞环平放入直径等于气缸基本直径的环规内并在环规下面用适当光源照射观察环与环规间光线不能通过的百分率。硬度在环境条件为温度?相对湿度在环开口附近、离口?和?处各点用维氏硬度小负荷试验方法测得的平均值。陶瓷层厚度与金相陶瓷薄膜增长厚度渗透金属内部金相观察如图、图所示。摩擦系数测试条件为陶瓷环上试样为××下试样为φ×圆环在接触载荷为运行×周次摩擦附加滴机油润滑以的速度转动测定摩擦系数。陶瓷活塞环包装、贮存包装陶瓷活塞环包装时应涂机油或防锈油并用防水材料包好包装盒上注明厂家、产品名称、图号或型号、数量等。贮存陶瓷活塞环是精密加工而制成的保存时应平放包装好的活塞环放在通风干燥的仓库中确保至少个月内不出现锈蚀现象。陶瓷活塞环的安装要求安装前应检查陶瓷活塞环和环槽是否清洁测量气缸内径掌握气缸磨损、变形程度和加工精度等。活塞环安装必须保持平正应使用专用的拆装工具将活塞环撑开装到环槽中时容易产生扭曲也易使活塞环折断因 此开口处应尽可能使用正确的切向作用力。陶瓷活塞环开口扩张不能超过厚度的倍否则就超过环的设计应力使活塞环有折断或变形的危险也不要随便地用手闭合开口以免产生变形。安装锥面环时要特别注意标志的安装方向。陶瓷活塞环装入环槽后应与槽有一定的侧隙使环能在环槽内运动。侧隙的大小可用厚薄规测量。侧隙过小时可在细砂布上研磨侧隙过大则不能使用。应用效果陶瓷活塞环目前已在上海、南昌、济南、哈尔滨、武汉、乌鲁木齐等铁路局机务段装车使用使用寿命较其他方法处理的活塞环明显延长从各使用单位统计数据看有一定的节约燃油机油的效果陶瓷环的贮油性和非金属性使活塞、缸套等磨损同时降低实现较好匹配效果。参考文献钱大川等活塞、活塞环设计、加工新技术与产品缺陷控制及相关标准汇编实用手册北京中国电子科技出版社大连机车车辆工厂东风型内燃机车大连大连理工大学出版社李九林金属硬度试验方法国家标准实施指南北京中国标准出版社内燃机活塞环技术要求内燃机活塞环检验方法机车、动车用柴油机零部件活塞环图整体环弹力测试图组合环弹力测试图陶瓷薄膜×图陶瓷薄膜×闭口间隙????