活塞环热处理工艺的优化设计

1.活塞环的热处理工艺分析

（1）活塞环的失效分析 经长时间工作的活塞环失效的主要原因：

1）因高温、高压的燃气介质造成腐蚀磨损。

2）因润滑不良导致与缸套间的严重划伤。

3）因长时间往复运动造成疲劳断裂而失效。

4）因弹力保持性差而失效等。

（2）主要性能要求 活塞环分为气环和油环。气环用于密封气体，油环用于调节和控制气缸壁上的润滑油。因此，活塞环在工作温度下应保持足够的强度和弹性，具有一定的耐磨性和较小的摩擦因数，并有一定的韧性、耐疲劳性和良好的耐燃气腐蚀性，以及良好的可加工性等。

（3）选材要点 活塞环用料在GB／T 1149.4—2008《内燃机 活塞环 第3部分 材料规范》中规定了气缸直径小于或等于200mm的往复活塞式内燃机活塞环的基本材料规格。其中，包括具有最低抗弯强度及典型弹性模量要求的灰铸铁、球墨铸铁、合金铸铁、半可锻铸铁；碳素弹簧钢（80～85钢）、合金弹簧钢（65Mn、50CrVA钢）、铬硅合金钢、铬钼钒合金钢以及粉末冶金材料等。表4-1和表4-2所示分别为几种铸铁活塞环材料的性能比较和粉末冶金活塞环材料成分及力学性能。

值得指出，活塞环的材料种类较多，选择材料时不仅要根据不同内燃机的各道环的工作要求，还要从气缸-活塞-活塞环摩擦副的材料相匹配，以及制造方便和经济合理等各方面综合考虑，以取得最佳组合和较高的工作效率。

表4-1 几种铸铁活塞环材料的性能比较

表4-2 粉末冶金活塞环材料成分及力学性能

2.活塞环的热处理工艺设计(www.xing528.com)

根据所选择的材料，设计与之相应的热处理工艺。

（1）去应力退火 铸铁活塞环在机械加工后进行去应力退火，如图4-1a和图4-1b所示。螺旋撑簧的去应力退火、如图4-1c所示。

图4-1 活塞环去应力退火工艺曲线

a）、b）铸铁活塞环 c）螺旋撑簧

（2）热定形处理 当没有仿形车削设备时，筒体铸造正圆形活塞环还需进行热定形，即在定形前用椭圆形心轴或用T形撑板将开口的环装夹，使开口撑开所要求的间隙，然后按图4-2所示铸铁活塞环热定形工艺曲线执行。

（3）铸铁活塞环的淬火与回火 为了提高铸铁活塞环的硬度和耐磨性，需在保护气氛炉中进行淬火与回火。球墨铸铁活塞环淬火与回火工艺曲线如图4-3所示。操作时，应将活塞环重叠装夹并压紧，以减少变形。

图4-2 铸铁活塞环热定形工艺曲线

图4-3球 墨铸铁活塞环淬火与回火工艺曲线

为了进一步提高活塞环的耐磨性，可表面镀铬；为提高耐热性，可以表面喷涂金属钼等。