Теплостійкість іонноазотованих алюмінієвих сплавів при ізотермічному та термоциклічному впливі
Loading...
Files
Date
2020
Authors
Рутковський, А. В.
Маркович, С. І.
Михайлюта, С. С.
Rutkovskіy, A.
Markovych, S.
Myhajlyta, S.
Рутковский, А. В.
Маркович, С. И.
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
ЦНТУ
Abstract
В роботі проведено дослідження основного параметру, що обмежує застосування поршнів з
алюмінієвих сплавів при форсуванні двигунів - теплостійкості та її залежності від дифузійних
іонноазотованих шарів. При аналізі останніх досліджень і публікацій визначено найбільш поширені
методи нагрівання зразків при випробуваннях, їх переваги та недоліки. Завдання дослідження - виявити
взаємозв'язок факторів, що визначають теплостійкість іонноазотованих алюмінієвих сплавів при
ізотермічному та термоциклічному впливі для ефективного аналізу механізму явищ та управління
технологічним процесом зміцнення поршнів. Для дослідження використовувався комплекс
лабораторного устаткування на основі установки “Щелкунчик”, що забезпечує циклічну зміну
температури й навантаження зразка, контроль та запис значень температури, навантаження й деформації та функціонування в автоматичному режимі. При цьому використовувалися плоскі зразки з
алюмінієвого сплаву АЛ2І з теплозахисними дифузійними іонноазотованими шарами, що нанесені в
установці ВІПА-1 та зразки без обробки. Характеристики термічного циклу: 500 °С ↔ 720 °С. час
нагрівання - 10 сек., охолодження 15 сек., що відповідає реальним умовам експлуатації поршнів.
Визначені криві ізотермічної та термоциклічної повзучості що мають чітко виражені три ділянки
повзучості, в залежності від температури тривалість їх різна. Це зумовлено наявністю в поверхневому
шарі зміцнюючої фази АlNi; рівномірністю розподілу компонентів покриття по поверхні й ступінню їх
тугоплавкості. З цим пов’язано ускладнення руху дислокацій, які на своєму шляху зіштовхуються з
необхідністю долати при своєму русі великі перепони, що викликані наявністю зміцненого шару. Вид
кривих повзучості залежить від температури та умов її впливу на композицію “основа-покриття”. Час до
руйнування при термоциклічному режимі випробувань менший, ніж при ізотермічному. В процесі
повзучості алюмінієвого сплаву АЛ21 із теплозахисними дифузійними іонноазотованими шарами
спостерігається два конкуруючих процеси: зміцнення в наслідок пластичної деформації та зняття
зміцнення під впливом підвищеної температури. Опір ізотермічній та термоциклічній повзучості
зміцненого алюмінієвого сплаву АЛ21 підвищився в 1,8...2,2 рази. Тhe study of the main parameter that limits the use of pistons made of aluminum alloys in boosting engines - heat resistance and its dependence on diffusion ion-nitrided layers. In the analysis of recent studies and publications, the most common methods of heating samples during tests, their advantages and disadvantages are identified. The task of the study is to identify the relationship of factors that determine the heat resistance of ionnitrided aluminum alloys under isothermal and thermocyclic effects for effective analysis of the mechanism of phenomena and control of the technological process of strengthening the pistons. The availability of this information will increase the strength and reliability of both the coatings themselves and the parts with coatings at the stage of their design.
A set of laboratory equipment based on the Nutcracker installation was used for the study, which provides cyclic change of temperature and load of the sample, control and recording of temperature values,
loading and deformation and operation in automatic mode. Flat samples of aluminum alloy AL2I with heatprotective diffusion ion-nitrided layers applied in the VIPA-1 installation and samples without treatment were used. Characteristics of the thermal cycle: 500 ° C ↔ 720 °C. heating time - 10 sec., cooling 15 sec., which corresponds to the real operating conditions of the pistons. The fixed value of the load was 0.8σВ according to DSTU 2637-94 and the criteria for determining the allowable stress in the Standards of ASME (80% of the average value of stresses that lead to a total deformation of 1%). The curves of isothermal and thermocyclic creep having three clearly expressed sites of creep are defined, depending on temperature their duration is different. Isothermal and thermocyclic creep curves of aluminum alloy AL21 with heat-protective diffusion ionnitrided layers have three distinct creep areas, depending on the temperature their duration is different. This is due to the presence in the surface layer of the reinforcing phase AlNi; uniformity of distribution of components of a covering on a surface and degree of their refractoryness. This is due to the complexity of the movement of dislocations, which on their way face the need to overcome large obstacles in their movement, caused by the presence of a reinforced layer.
Conclusions. Based on the obtained curves of isothermal and thermo cyclic creep, it is established that
the type of creep curves depends on the temperature and conditions of its influence on the composition "basecoating"; the time to failure in the thermo cyclic test mode is less than in the isothermal; in the process of creep of aluminum alloy AL21 with heat-protective diffusion ion-nitrided layers, two competing processes are
observed: hardening due to plastic deformation and removal of hardening under the influence of elevated
temperature; despite the different composition of heat-protective diffusion ion-nitrided layers, the resistance to
isothermal and thermo cyclic creep of the reinforced aluminum alloy AL21 increased by 1.8 ... 2.2 times. В работе проведено исследование основного параметра, что ограничивает применение поршней
из алюминиевых сплавов при форсировании двигателей - теплостойкости и ее зависимости от
диффузионных ионноазотированых слоев. При анализе последних исследований и публикаций
определены наиболее распространенные методы нагревания образцов при испытаниях, их преимущества и недостатки. Задание исследования - обнаружить взаимосвязь факторов, которые определяют теплостойкость ионноазотированых алюминиевых сплавов при изотермическом и термоциклическом влиянии для эффективного анализа механизма явлений и управления технологическим процессом укрепления поршней. Для исследования использовался комплекс лабораторного оборудования на основе установки “Щелкунчик”, которая обеспечивает циклическое изменение температуры и нагрузку образца, контроль и запись значений температуры, нагрузки и деформации и функционирования в автоматическом режиме. При этом использовались плоские образцы из алюминиевого сплава АЛ21 с теплозащитными диффузионными ионноазотоваными слоями, которые нанесены в установке ВИПА-1 и образцы без обработки. Характеристики термического цикла: 500 °С - 720°С. время нагревания - 10 сек., охлаждение 15 сек., которое отвечает реальным условиям эксплуатации поршней. Определены кривые изотермической и термоциклической ползучести что имеют четко выраженные три участка ползучести, в зависимости от температуры длительность их разная. Это предопределено наличием в поверхностном слое укрепляющей фазы АlNi; равномерностью распределения компонентов покрытия по поверхности и степенью их тугоплавкости. С этим связано осложнение движения дислокаций, которые на своем пути сталкиваются с необходимостью преодолевать при своем движении большие преграды, которые вызваны наличием укрепленного слоя. Вид кривых ползучести зависит от температуры и условий ее влияния на композицию “основа-покрытие”. Время до разрушения при термоциклическом режиме испытаний меньше, чем при изотермическом. В процессе ползучести алюминиевого сплава АЛ21 с теплозащитными
диффузионными ионноазотированными слоями наблюдается два конкурирующих процесса: укрепление
вследствии пластической деформации и снятие укрепления под воздействием повышенной температуры. Сопротивление изотермической и термоциклической ползучести укрепленного алюминиевого сплава АЛ21 повысился в 1,8...2,2 раза.
Description
Keywords
вакуумне азотування, алюмінієві сплави, теплостійкість, ізотермічні та термоциклічні випробування, криві повзучості, vacuum nitriding, aluminum alloys, heat resistance, isothermal and thermo cyclic tests, creep curves, вакуумное азотирование, алюминиевые сплавы, теплостойкость, изотермические и термоциклические испытания, кривые ползучести
Citation
Рутковський, А. В. Теплостійкість іонноазотованих алюмінієвих сплавів при ізотермічному та термоциклічному впливі / А. В. Рутковський, С. І. Маркович, С. С. Михайлюта // Центральноукраїнський науковий вісник. Технічні науки : зб. наук. пр. - Кропивницький : ЦНТУ, 2020. - Вип. 3 (34). - С. 72-81.