柴油机活塞环缸套摩擦学特性研究

利用CETR摩擦磨损试验机测试分析了柴油机常用的4种表面功能层活塞环与4种合金铸铁材料缸套摩擦副的摩擦因数和磨损系数,结合摩擦界面形貌和成分分析,初步确定了不同活塞环-缸套摩擦副的磨损机制.研究结果表明,陶瓷复合镀层活塞环-缸套摩擦副具有稳定和优良的摩擦学特性,耐磨性大幅度提高;镀铬环-缸套摩擦副物理化学性质稳定,但摩擦因数和磨损系数高;喷铜环-缸套摩擦副物理化学性质不稳定,出现钼颗粒剥落和形成表面复合膜等现象,摩擦因数曲线出现拐点,缸套和活塞环都具有最大的磨损系数.     

表面处理对活塞环摩擦磨损性能影响的试验研究

活塞环与缸套的摩擦磨损对内燃机动力性、经济性及可靠性有重要影响.本研究通过圆盘式摩擦磨损试验机对活塞环与缸套的摩擦学性能进行试验,考察了未经处理表面、镀铬表面和PVD表面活塞环的摩擦特性,重点分析了摩擦系数、表面摩擦形貌以及磨损量.结果表明:相比未经处理表面,镀铬和PVD处理均能有效减小活塞环配对副摩擦系数,其中PVD环配对副摩擦系数随时间的变化稳定;未经处理表面呈现磨粒磨损特征,镀铬处理表面呈现抛光磨损特征,PVD处理表面呈现塑性变形特征;镀铬处理在减小活塞环磨损的同时增大了配合缸套的磨损,PVD处理在进一步减小活塞环磨损的同时配合缸套的磨损也较小.总体上,3种表面的活塞环中,PVD处理活塞环表现出了最优的摩擦学性能.     

渗陶缸套摩擦学性能研究

利用试验室模拟方法对3组活塞环-缸套配副(CKS环-缸套、CKS环-渗陶缸套、DLC环-渗陶缸套)的摩擦磨损性能进行了试验研究。研究结果表明,缸套经渗陶处理后,磨损减少21%,摩擦系数下降14%。当采用DLC环与渗陶缸套配副时,配副的磨损进一步减小。陶瓷颗粒的高硬度及阻碍摩擦扩散效应是渗陶处理改善缸套耐磨性的主要原因。     

车辆发动机缸套—活塞环磨损试验研究

为了实现对车辆发动机缸套—活塞环磨损失效分析和仿真计算,以缸套—活塞环摩擦副为研究对象,制作与缸套—活塞环相同材料的磨损试样,采用拉丁超立方法设计了模拟缸套上止点附近磨损的8组不同压力与速度的试样磨损试验。依据磨损试验数据,分析了缸套试样的磨损质量和磨损率的变化过程;通过试样表面电镜扫描,分析了缸套试样不同磨损阶段的表面形貌特征;采用响应面拟合方法,建立了不同工况下Archard黏着磨损模型中磨损系数K的计算公式,为发动机缸套—活塞环磨损仿真计算提供基础。     

同步器齿环用碳纤维增强耐磨复合材料的性能研究

采用DMS-150型定速式摩擦试验机及材料试验机等对汽车同步器齿环摩擦材料的摩擦磨损性能、胶粘剂拉伸剪切强度、洛氏硬度、抗冲击强度等性能进行了测试;同时采用DSC-TG技术考察了其固化和热氧化分解过程.试验结果表明,摩擦材料的摩擦因数稳定在0.28～0.38,磨损率保持在(0.04～0.51)×10-7cm3/N·m,抗冲击强度＞2.94×103J/m2,洛氏硬度＞100,在2.54 kN最大载荷下的胶粘剂拉伸剪切强度＞4.06 MPa;DSC-TG曲线显示,所选用的腰果壳油、三聚氰胺改性酚醛树脂高温下失重率增长缓慢,而且热分解后的残余量较高,适用于170～180℃温度下使用,必须进一步提高其耐热性.该复合摩擦材料适合于100～250℃范围高温下长期工作.     

气缸套表面微坑填充固体润滑剂的磨损性能研究

采用机械加工技术在硼磷合金铸铁缸套表面制备了12种微坑型织构,并采用机械球磨的方式填充3种固体润滑剂,研究了其在200 r/min、150℃、60 M Pa、油润滑的工况条件下的减摩与抗黏着磨损性能。结果表明：微坑直径为0．4mm、微坑间距离为3倍直径、微坑深度为0．5mm的缸套试样的摩擦性能和抗黏着磨损性能最优,相比原始缸套试样,摩擦系数下降了33．3％,抗黏着磨损时间延长了73％,填充二硫化钼的缸套试样减摩及抗黏着磨损效果最好。     

柴油机修理知识讲座(续2)

<正> 3.缸套的损坏及修复 ①缸套内表面磨损及原因 缸套内表面磨损是常见的缺陷,其一般规律为: a.磨损部位主要在活塞环移动的区域内,在缸套轴向上呈上大下小,且在活塞位于上止点时第一环所在的位置磨损量最大,如图14所示。     

摩擦反应膜对AlSiCuPb合金抗咬合性能的影响

在滑动、无润滑的条件下，研究了AlSiCuPb合金的摩擦磨损特性，特别是抗咬合性。结果表明，磨损表面形成一层含有Al,Si,Pb,O化合物组成的反应膜，可显著地改善热挤压铸造合金的抗咬合性能；含Pb量为20％与25％的合成，其表面形成的反应膜几乎覆盖整个磨损表面时，磨损率稳定，摩擦因数出现低谷平台，因此，反应膜对提高抗咬合性具有重要作用。     

汽油机铝合金缸孔等离子喷涂摩擦学性能研究

在汽油机铝合金缸体内孔表面,采用大气等离子喷涂(APS)方法制备了1层厚度为150μm左右的铁基涂层来替代传统的铸铁缸套.对缸孔的涂层进行表征,并对缸孔-活塞环摩擦副进行了摩擦试验.试验表明,在铝合金缸孔喷涂等离子铁基涂层,可提高缸孔的硬度,并提高发动机的耐久性和抗拉缸性,使发动机实现轻量化目标.涂层表面精度接近镜面级别,且涂层内含有孔隙,可降低缸孔-活塞组的摩擦系数及摩擦损失,提高发动机燃油经济性.     

基于动态摩擦因数磨损系数的先进高强钢模具寿命研究

为更精确地计算先进高强钢冲压模具的磨损,预测模具的寿命,和揭示冲压过程中不断变化的节点压力及相对滑动速度对摩擦因数和磨损系数的影响,以不同的压力和速度为条件进行正交摩擦磨损实验,得到对应的摩擦因数和磨损系数。再以压力和速度为自变量,摩擦因数和磨损系数为因变量分别进行曲线拟合,提出基于动态的摩擦因数和磨损系数的计算模型。由于模具表面镀层硬度随镀层厚度变化而变化,通过实验和理论推导,建立变化的模具表面硬度与磨损系数的耦合模具表面磨损方程,并以动态变化的摩擦因数模型代替库伦摩擦模型进行冲压过程的数值模拟,以耦合的模具表面磨损方程进行磨损计算,将计算结果与模具磨损型面的扫描数据进行对比。结果表明,与传统恒定摩擦因数、磨损系数计算结果相比,运用该方法计算得到磨损结果的精确度提高了15.05%,采用该方法对某先进高强钢零件拉延模具进行了寿命预测,显示该模具在冲压大约5.9万件时,模具表面局部区域镀层磨损严重,需要修模。     

进气不洁净--气缸套早期磨损的主要原因

柴油机运行中气缸套过早发生磨损,其磨损量超过允许标准,造成窜气、窜油,使柴油机的动力性、经济性明显下降,称之为早期磨损.据有关资料,柴油机气缸套的正常磨损率为0.01～0.015mm/万km;若磨损率为0.015～0.03mm/万km,属于偏大;磨损率大于0.03mm/万k,燃油消耗增加到原消耗的1.3倍以上,烧机油达1L/100km以上,则视为早期磨损.进气不洁净是造成气缸套早期磨损的主要原因.     

提高灰铸铁缸套耐磨性的方法

发动机的耐用性在很大程度上取决于气缸-活塞组各零件;首先是缸套的耐磨性.用非合金铸铁制造的缸套在使用条件恶劣的情况下,磨料磨损过程加剧,摩擦表面的热效应增强,不能保证发动机的耐用性.有些厂在缸套壁上镶嵌耐热镍合金垫片,虽然气缸-活塞组的强度有所提高,但也存在对摩擦副的某些不良影响.实验室和实车试验已     

Mo元素对热喷涂铁基涂层组织和摩擦性能的影响

为解决铝合金发动机缸体耐磨性差的问题,采用等离子喷涂技术在铝合金表面制备了不同Mo含量的铁基涂层(XPT-512-Mo),研究了Mo元素对涂层组织结构及摩擦磨损性能的影响.结果表明:XPT-512-Mo铁基涂层主要由铁素体(F)和M o相组成,其截面形貌呈现典型的热喷涂层状结构.摩擦磨损性能表明:在干摩擦/油润滑工况下,随着金属Mo的加入,XPT-512-Mo系涂层的磨损率均有所降低,尤其以低Mo含量的XPT-512-30Mo涂层的摩擦磨损性能最为优异,其原因在于涂层磨损表面形成了MoO3和Fe3 O4的复合氧化物膜层,促进了氧化物的协同润滑作用,发挥了显著的润滑及减摩作用.     

活塞—环—气缸系统实现摩擦、磨损和润滑油控制的优化方法

在活塞式发动机上,缸套温度对于摩擦和润滑油油膜厚度的影响最为强烈。随着缸套温度的升高,流体动力的摩擦力和因此而引起的摩擦损失减少。同时,活塞环上的润滑油油膜厚度减薄,上止点和下止点换向部位的混合摩擦力增大,磨损增大。 缸套温度不变的情况下,随着转速提高,流体动力的摩擦力和摩擦损失增加。油膜增厚,混合摩擦力减小,磨损也减较。 缸套温度相同的情况下,压力负荷增大,油膜厚度变薄,尤其是在膨胀冲程时,混合摩擦力增强,同时磨损也增加。 在几种试验用的第一道压缩环的轮廓线之中,对于摩擦、磨损和润滑油控制来说,有一种最佳的断面轮廓线。在目前工作情况下,这是与经过了大量研究且在长期运用实践中成熟了的环截面的试验结果相符的。 摩擦和油膜厚度、混合摩擦力和环与缸套磨损比率、以及油膜厚度和油耗之间的相互关系表明,利用此种类型的试验装置,能够准确地测得有关的物理关系并且可以应用在批量生产的发动机上。     

基于GT-Suite的活塞环-缸套摩擦特性研究

以活塞环-缸套为研究对象,利用GT-Suite软件建立了活塞环-缸套摩擦模型,将摩擦、润滑和动力学三者耦合起来,同时考虑了活塞环和缸套的扭曲变形、接触表面粗糙度等因素,计算分析标定工况下活塞环-缸套的油膜厚度、油压分布、摩擦力和摩擦功耗。着重分析了不同润滑油温和不同转速条件下第一环油膜厚度和摩擦功耗,结果表明:第一道活塞环处润滑效果差、摩擦功耗高;随着油温升高,油膜厚度显著减少,同时摩擦功耗显著减少,综合考虑润滑和摩擦功耗,发现油温在80~90℃时摩擦特性较为理想;随着转速提高,油膜厚度增加,同时摩擦功耗增加,转速对油膜厚度影响较小,对摩擦功耗有显著影响。     

活塞环和气缸套表面形貌对润滑性能的影响

综合考虑缸套热变形、缸套温度场、弹性变形以及润滑油变黏度等因素影响，建立活塞环-缸套摩擦副的瞬态流体动压润滑计算模型，分析发动机工况、活塞环-缸套接触面粗糙度方向和粗糙度大小对摩擦功耗和窜气量的影响。研究发现，当转速升高时，摩擦功耗升高，影响发动机效率；活塞环采用横向粗糙度方向和缸套采用纵向粗糙度方向的组合，能够同时使窜气量和摩擦功耗处于较低的水平；综合粗糙度一致时，采用活塞环表面粗糙度低于缸套表面粗糙度的组合，能有效降低摩擦功耗。     

基于分形理论的气缸套磨损表面特征形貌表征

基于分形维数和多重分形谱理论,以不同工况下镀铬气缸套—PVD活塞环摩擦磨损试验试样为对象,通过三维共聚焦激光扫描显微镜获取磨损表面的二维灰度图像,并将其转化成黑白二值图像,采用盒维数法测算缸套磨损表面的分形维数,运用多重分形谱测算谱宽度,定量表征气缸套磨损表面的形貌特征和表面的高度均一性。结果表明,气缸套磨损表面具有明显的分形特征,且为一重分形。表面越粗糙,分形维数越小,分形谱宽度值越大。     

渗碳处理20CrMnTiH和20CrNiMoH*齿轮材料滑动摩擦学特性研究

采用环块运动方式对经渗碳处理的20CrNiMoH*,20CrMnTi齿轮材料在润滑条件下的滑动摩擦磨损性能和磨损机理进行了试验研究.试验结果表明,不同材料20CrMnTiH和20CrNiMoH*配副的摩擦因数最低为0.111,20CrNiMoH*同材料配副的摩擦因数为0.117,而20CrMnTiH同材料匹配的摩擦因数最高为0.120.不同材料匹配耐磨性能由高到低的顺序为:20CrNiMoH*与20CrNiMoH*>20CrNiMoH*与20CrMnTiH>20CrMnTiH与22CrMnTiH;润滑滑动摩擦条件下的渗碳齿轮材料滑动磨损机理主要为点蚀磨损和磨粒磨损.     

表面织构活塞环与CuO纳米润滑油协同润滑特性数值研究

建立了活塞环-缸套流体动压润滑数值模型,研究表面织构和CuO纳米润滑油对活塞环协同润滑机理。研究结果表明:CuO纳米润滑油能有效减小粗糙接触力,降低磨损,但会引起流体黏性剪切力增加;活塞环织构表面与缸套之间形成的微动压效应对动压润滑有促进作用,能有效减小流体摩擦力,减少摩擦损失,但在上下止点附近会导致粗糙接触力增加,磨损加剧;活塞环表面织构的位置会影响其摩擦性能,对比发现中间织构效果最好,与无织构活塞环相比能减小摩擦损失5.17%;表面织构和CuO纳米润滑油之间存在协同润滑作用,合适浓度的纳米润滑油和一定尺度的表面织构能在减少活塞环摩擦损失的同时降低磨损。本研究中中间织构活塞环和体积分数0.5%CuO纳米润滑油组成的协同润滑能达到最佳润滑性能。     

提高车用发动机活塞环摩擦学性能的试验研究

制备了直接离子渗氮环与超声滚压加工-离子渗氮环两类摩擦学试样。利用电子显微镜、硬度计、X射线衍射仪和能谱仪,对表面改性层进行了表征,分析了超声滚压预处理对316L不锈钢活塞环离子渗氮行为的影响;在润滑油条件下,使用往复式摩擦磨损试验机,对比考察了直接渗氮环和超声滚压-渗氮环的摩擦学性能。结果表明,超声滚压-渗氮环相对于直接渗氮环渗氮层的氮含量增加了2.9倍,显微硬度提高了1.1倍,摩擦因数降低了0.04,耐磨性提高了2.8倍。发动机台架试验表明,超声滚压-渗氮环与硼铸铁氮化气缸套的匹配性最好。