激光相变硬化提高G427汽车发动机气缸孔的耐磨性研究

摘要

活塞组件(活塞-活塞环-气缸壁)是发动机中最重要的工作部分之一，它直接影响到发动机的寿命、耗油量及排放指标等。利用激光相变硬化技术处理发动机气缸内壁，可以提高发动机的性能，其应用前景非常广阔，经济效益和社会效益非常可观。 本文结合南京南汽发动机有限公司的生产实际情况，分析了G427发动机气缸的生产工艺，以及不同工况下的磨损特点，探索了不同的强化工艺方案和解决问题的措施。经过大量的试验探索，结合理论研究，在前人研究结果的基础上，对激光相变硬化技术作了进一步深入研究。 本文针对气缸的主要失效形式和主要性能指标，从激光相变硬化区的硬度、晶粒大小、位错密度、组织及应力分布状况等方面分析了激光相变硬化提高气缸使用寿命的机理。采用快速轴流CO2激光器输出的连续激光对气缸体材料进行了激光相变硬化处理试验，研究了激光工艺参数与淬火硬度、深度的关系，及其对气缸体材料性能的影响，得到一系列根据不同要求和条件的最佳激光工艺参数，为G427发动机实现取消气缸套的工艺突破奠定了基础。 研究表明，激光相变硬化技术具有变形量小，生产周期短，不需要加工介质等优点，在实际生产中具有良好的应用前景。

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第一章绪论

1.1激光加工技术及其应用

1.1.1激光加工的特点

1.1.2激光加工的应用

1.2 G427发动机气缸的激光强化处理

1.2.1 G427发动机概述

1.2.2 G427发动机工作性能

1.2.3发动机气缸的激光强化技术

1.3国内外研究及应用状况

1.4本课题研究的主要内容

第二章激光相变硬化技术研究

2.1激光强化技术

2.1.1激光表面强化技术

2.1.2激光与金属的作用规律

2.2激光相变硬化处理技术

2.2.1激光相变硬化的原理

2.2.2激光相变硬化的优点

2.3激光相变硬化的工艺研究

2.3.1工件表面預处理

2.3.2工件材料中含碳量的影响

2.3.3激光束功率的选定

2.3.4激光束的扫描速度

2.3.5激光光斑直径的调节

2.3.6激光模式的选择

2.3.7激光相变硬化的残余应力

2.3.8激光工艺参数选择的因素

2.4激光相变硬化应用现状及前景

第三章激光相变硬化提高缸体寿命的机理分析

3.1缸体的主要性能指标

3.2气缸孔的磨损

3.2.1腐蚀磨损

3.2.2磨料磨损

3.2.3粘着磨损

3.2.4影响气缸孔磨损的因素

3.3激光相变处理提高气缸寿命的机理

3.3.1激光相变对气缸硬度的作用

3.3.2激光相变引起的晶粒细化

3.3.3激光相变对位错密度的影响

3.3.4激光相变硬化的材料组织

3.3.5激光相变硬化提高抗热疲劳性

第四章激光相变硬化的实验研究

4.1激光相变硬化的热作用分析

4.2激光相变硬化的实验方法

4.3激光相变硬化的实验结果

4.3.1激光工艺参数优化实验

4.3.2硬化层显微硬度的测量

4.3.3显微组织观察

4.3.4硬化层表面粗糙度的测量

4.3.5耐磨性能测试

4.4激光相变硬化的实验结果分析

4.4.1硬化带深度、宽度及表面显微硬度与工艺参数的关系

4.4.2显微组织及硬度分布

4.4.3磨损实验结果分析

4.4.4表面粗糙度的变化

第五章结论

参考文献

致谢

附录：攻读硕士学位期间参研的项目以及发表的论文