Методи підвищення зносостійкості для циліндрових втулок.

Термозагартовування.Об'ємне гартування, нормалізацію і ізотермічну обробку застосовують для сталевих і чавунних циліндрів як попередні перед поверхневим зміцненням і як основні для отримання остаточних властивостей циліндрових втулок.

Ізотермічне гартування чавунних і сталевих втулок є ефективним способом зміцнення проти зносу. Оптимальним для чавунних втулок є гартування з нагріву 850…870°С в ізотермічному середовищі при 350°С. Воно дозволяє набути найвищі механічні властивості, достатню зносостійкість, невеликі величини короблення і кращу оброблюваність. Мікроструктура такого чавуну представляє тростит із значною кількістю аустеніту. Вона утворює при терті квазірівноважні, зносостійкі активні шари.

Недоліком всіх методів об'ємного гартування є жолоблення, що вимагає призначення великих припусків, і погана оброблюваність ріжучим інструментом.

Азотування. Азотування звичайно дає більший ефект в збільшенні зносостійкості, ніж термозміцнення, застосовують його для сталевих і чавунних циліндрових втулок. Кращі результати одержують на легованих сталях 38ХМЮА, 38ХВФЮ, 38Х3ВА і чавунах з глобулярною формою графіту. Присадки в чавун і сталь Аl, Сr, Ni, Мо, Мn, Сu, V підвищують якість азотованого шару. Мікроструктура після азотування сталі представляє біля самої поверхні білий шар суцільних нітридів, що не травиться і складається в основному з ε -фази; під ним знаходиться зона трифазного стану ε + γ' + α.. У міру віддалення від поверхні кількість високоазотних фаз зменшується. Найсприятливішим є однорідна будова трифазного нітридного шару.

Азотована поверхня володіє достатньо високим опором пластичній деформації, схоплюванню, контактною витривалістю і корозійною стійкістю. Азотизація підвищує втомну міцність і опірність кавітаційним руйнуванням.

Основними недоліками азотування є тривалість процесу, короблення деталей і неоднорідні властивості по товщині нітридного шару, особливо на чавуні.

Рекомендується фосфатування азотованого чавуну. Витравлення при фосфатуванні графітних включень збільшує його маслоємність, покращує припрацювання і стійкість до задиру. Азотування втулок з високоміцного чавуну дає більший ефект, ніж ізотермічна обробка (850 → 350⁰С), гартування, і наближається у ряді випадків по зносостійкості до хромування.

Хромування. Ефективним засобом зниження зносу пари тертя «втулка–кільце» є хромування дзеркала циліндра. Хромуванню можуть бути піддані циліндрові втулки і блоки з різних матеріалів (сталі, чавуну, алюмінієвих і інших кольорових сплавів). Хромове електролітичне покриття має високу мікротвердість (Н₅₀ 800…1200 кгс/мм²), температуру плавлення (1845°С), хорошу теплопровідність [λ =0,165 кал/(см·с·°С)], володіє корозійною стійкістю і термостійкістю, малим коефіцієнтом тертя з багатьма матеріалами.

Недоліком електролітичного хрому є погана масловтримуюча здатність і припрацьовуваність. Успішне застосування хрому для циліндрових втулок залежить від правильного вибору режимів процесу, параметрів покриття (твердість, товщина і пористість), масловтримуючого рельєфу і припрацьовувальних засобів. При цьому знижується знос не тільки хромованої втулки, але і зв'язаних з нею поршневих кілець.

На зносостійкість і антифрикційні властивості хромових покриттів найбільше впливає твердість. З підвищенням твердості хромового покриття до деякої величини знос хрому і зв'язаного з ним чавунного контртіла зменшується до мінімуму, а потім підвищується. Мінімальннй знос біля пари тертя з хромованою циліндровою втулкою спостерігається при мікротвердості Н₅₀1000…1050 кгс/мм², а для пари з хромованим кільцем при мікротвердості Н₅₀ 900…950 кгс/мм². Така залежність між твердістю і зносостійкістю пояснюється тим, що з підвищенням твердості хромового покриття зменшується об'єм і інтенсивність пошкоджень за рахунок мікроконтактного схоплювання і виколювання. Із збільшенням твердості вище оптимальної, збільшується крихкість і напруженість покриття.

У міру стирання пористої частини хромового покриття з канальчатою пористістю його властивості наближаються до властивостей гладкого хрому. Покриття втрачає здатність утримувати мастильний матеріал і швидко припрацьовується. Така зміна властивостей хромового покриття не робить негативного впливу на роботу хромованих поршневих кілець. Навпаки, це зменшує знос пари тертя після припрацювання. Проте для циліндрової втулки, яка повинна служити більш тривалий час, збереження масловтримуючої здатності дзеркала є необхідною умовою нормальної її роботи.

Фосфатування– утворення на поверхні деталей з чорних та кольорових металів плівок товщиною до 50 мкм з нерозчинних фосфорнокислих солей. Плівка характеризується високою стійкістю до хімічно активних речовин та зносу, має високу пористість та твердість. Цей метод застосовується для попередження заїдання та зменшення інтенсивності зношування при фретинг-корозії. Існує позитивний досвід фосфатування поршневих кілець, циліндрових гільз, втулок великих двигунів, пальців верхніх головок шатунів та ін.. Слід зазначити, що при фосфатуванні може підвищуватися ламкість сталі внаслідок насичення металу воднем.