Wariantowe wykonanie par tr¹cych pierœcieñ–tuleja cylindrowa Do badañ skierowano cztery warianty pierœcieni przedstawione na rysunku 8.1

Pier-œcienie te wykonano z tzw. „zerow¹ owalizacj¹”. Wariant 1 to pierœcieñ trapezowy pod-ciêty z zamkiem prostym, którego fotografie przedstawiono na rys. 8.22, wariant 2 to pierœcieñ „bary³kowy” symetryczny z zamkiem prostym, wariant 3 to pierœcieñ bary³-kowy niesymetryczny podciêty z zamkiem prostym, wariant 4 to pierœcieñ „bary³ko-wy” niesymetryczny z zamkiem prostym. Opracowano i wykonano „bary³kê” niesyme-tryczn¹ o asymetrii równej 0,15 mm i wysokoœci równej oko³o 6 µm. Wartoœci te okre-œlono na podstawie pomiarów pierœcieni po badaniach na obiekcie rzeczywistym oraz literatury œwiatowej i doœwiadczeñ w³asnych autora. Uszczelniaj¹cy pierœcieñ t³okowy wskutek wspó³pracy z powierzchni¹ tulei cylindrowej osi¹ga pewien kszta³t, w którym cech¹ charakterystyczn¹ jest asymetryczna bary³kowatoœæ powierzchni roboczej.

Dziê-123

CMYK CMYK

8.3. Etap III – zasadnicze badania na obiekcie rzeczywistym

Rys. 8.22. Fotografia pierœcienia t³okowego; wariant 1 Fig. 8.22. Photograph of piston ring; variation 1

ki jej pomiarom opracowano warianty przedstawione na rys. 8.1 o ju¿ prawid³owych kszta³tach przekroju poprzecznego. Umo¿liwi to w praktyce unikniêcie lub wydatne skrócenie okresu docierania. Wyj¹tek stanowi pierœcieñ ostrokrawêdziowy (wariant 1), (rys. 8.22). Tu wewnêtrzne podciêcie powoduje jego obrót wokó³ osi swobodnej i in-tensyfikacjê zgarniania oleju smaruj¹cego do miski olejowej. Tym samym wydatne zmniejszenie iloœci zu¿ywanego oleju smaruj¹cego.

Na pierœcienie t³okowe u¿yto ¿eliwo szare z grafitem p³atkowym o osnowie iglastej (martenzyt + bainit) z wydzieleniami eutektyki fosforowej i pojedynczych wêglików ozna-czone wed³ug PN-EN 1560 jako EN-GJL-350 z pow³ok¹ TiN. Na tuleje cylindrowe u¿yto ¿eliwo szare oznaczone wed³ug PN EN 1560 jako EN-GJL-200 poddane procesowi azo-towania.

Rozwa¿ania w rozdziale 6 umo¿liwi³y podjêcie decyzji o wyborze powierzchni tulei cylindrowej do wspó³pracy w parze tr¹cej z pierœcieniem uszczelniaj¹cym o pow³oce z azotku tytanu. Materia³, z którego wykonywano tuleje i pierœcienie t³okowe jest taki sam, jak w przypadku próbek wykonanych do badañ modelowych na tribotesterze. Za-równo materia³ tulei cylindrowej, jak i pierœcieni t³okowych zosta³ w swojej pierwotnej postaci wielokrotnie przebadany, miêdzy innymi przez autora rozprawy, w ramach wcze-œniejszych badañ trwa³oœciowych, wykazuj¹c przy tym dobr¹ odpornoœæ na zu¿ycie [77, 78, 80, 82, 84]. W celu porównania z rozwi¹zaniem standardowym, tuleje cylindrowe zamontowane w badanym silniku wykonano w dwóch wariantach. Dwie z nich s¹ stan-dardowe chromowane, a cztery azotowane metod¹ „Nitrovac”. Jest to metoda azotowa-nia pró¿niowego, której istotê stanowi mo¿liwoœæ p³ynnej regulacji, w pe³nym zakresie stê¿eñ, iloœci azotu dostarczanego do powierzchni obrabianych elementów [102]. W prze-ciwieñstwie do np. azotowania k¹pielowego jest tu wyeliminowane oddzia³ywanie wo-doru z materia³em obrabianym podczas prowadzenia procesu, czego efektem jest wye-liminowanie tzw. kruchoœci wodorowej. Ze wzglêdu na koszt urz¹dzeñ jest to proces znacznie tañszy od azotowania jonowego, w którego wyniku otrzymuje siê warstwy o podobnych cechach [13]. Istotne jest to, ¿e azotowanie t¹ metod¹ jest procesem koñ-cowym i obrabiane elementy nie wymagaj¹ szlifowania; brak kruchych azotków na

po-124 8. Przyk³ad pary tr¹cej pierœcieñ–tuleja zespo³u t³ok–pierœcienie–cylinder silnika spalinowego...

CMYK

wierzchni elementów. Technologia ta jest ekologiczna i nie powoduje zanieczyszczenia œrodowiska naturalnego. Jednoczeœnie jest zachowana wysoka plastycznoœæ warstwy wierzchniej oraz wytrzyma³oœæ zmêczeniowa.

Badania warstwy wierzchniej azotowanej metod¹ „Nitrovac” tulei cylindrowych, wybranych do dalszych prac badawczych, wykaza³y jej mikrotwardoœæ w granicach od 700 do 900 µHV 0,05. Badano metod¹ Vickersa zgodnie z norm¹ PN-ISO 6507-3, przy obci¹¿eniu 50 g. Na powierzchni tulei nie stwierdzono wystêpowania tzw. „bia³ej” war-stwy azotków; charakterystycznej przy azotowaniu elementów ¿eliwnych. Dziêki temu nie ma koniecznoœci stosowania dodatkowej obróbki g³adzi tulei cylindrowych.

Wykonano pomiary chropowatoœci powierzchni tulei, wyznaczono równie¿ przebie-gi krzywych noœnoœci. Pomiary wykonano profilometrem firmy Perthen typu Pertho-meter S8P 6.22 w firmie MAHLE Krotoszyn S.A., producenta przedmiotowych tulei.

Okreœla on ¿¹dan¹ chropowatoœæ w postaci parametru R_a = 1,6 µm. W zwi¹zku z tym

po procesie obróbki cieplno-chemicznej skupiono siê na wartoœci R_a. Uzyskane œrednie

wartoœci chropowatoœci dla czterech wybranych tulei zamontowanych w gniazdach od

1 do 4 (tabela 10.1) by³y równe: gniazdo 1; R_a = 1,85 µm, gniazdo 2; R_a = 1,73 µm,

gniazdo 3; R_a = 1,75 µm, gniazdo 4; R_a = 1,68 µm. Ka¿da z tych wartoœci jest œredni¹

z dziewiêciu wykonanych pomiarów w ró¿nych miejscach powierzchni tulei. Wartoœci te s¹ nieznacznie wiêksze od ¿¹danych przez producenta; jest to efekt obróbki cieplno-chemicznej w procesie azotowania pró¿niowego „Nitrovac”. Stwierdzono, ¿e ze wzglê-du na niewielkie ró¿nice w wartoœciach nie bêd¹ one mia³y negatywnego wp³ywu na wspó³pracê z pierœcieniami t³okowymi.

Na podstawie otrzymanych wyników zarówno badañ w³asnych autora, jak te¿ i innych wynika, ¿e dla silnika typu SW400 nie wystêpuje uprzywilejowanie umiejscowienia tulei w poszczególnych gniazdach bloku cylindrowego pod k¹tem ich odpornoœci na zu¿ycie [23, 80]. Nie ma wiêc koniecznoœci uwzglêdniania tego czynnika w uzyskanych warto-œciach zu¿ycia, co znacznie upraszcza póŸniejsze analizy wyników prac badawczych. W tabeli 8.4 zamieszczono zestawienie monta¿owe elementów silnika badawczego.

W celach porównawczych zaproponowano równie¿ zestawienie pierœcienia z pow³ok¹ z azotku tytanu z tulej¹ cylindrow¹ chromowan¹ (gniazdo nr 5). Dla porównania wyni-ków w gnieŸdzie nr 6 zosta³ zamontowany zestaw standardowy z tulej¹ chromowan¹.

Tabela 8.4. Zestawienie tulei cylindrowych i pierœcieni t³okowych

Nr gniazda 1 2 3 4 5 6 Tuleja ¿eliwo: GJL-200 Warstwa wierzchnia azotowana Warstwa wierzchnia azotowana Warstwa wierzchnia azotowana Warstwa wierzchnia azotowana Pow³oka chromowa Pow³oka chromowa Rodzaje pierœcienia pierwszego: ¿eliwo: GJL-350 Wariant 2

pow³oka TiN pow^{Wariant 4}³oka TiN pow^{Wariant 3}³oka TiN pow^{Wariant 1}³oka TiN pow^{Wariant 4}³oka TiN bez pow^¯eliwny³oki

Drugi

125

CMYK CMYK