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活塞环槽加工和强化处理技术 在内燃机中，活塞的工作条件十分恶劣，要承受高温、高压和冲击载荷。因此，活塞环槽磨损主要是在使用的过程中，活塞环在活塞环槽内的轴向冲击、径向冲击以及周向的复杂运动会导致配对的摩擦表面严重磨损。从而造成活塞密封效果和机械效率降低。所以内燃机工作的可靠性和使用的耐久性很大程度上与活塞环槽的磨损情况有关。针对活塞活塞环槽磨损这一问题，国内外都采取了一些改善活塞环槽磨损情况的措施。以下是一些现在国内外正在使用或研究的活塞环槽表面强化处理方法。 激光表面淬火 激光表面淬火是激光表面改性处理的一种方法，激光改性处理始于上世纪六十年代，但是直到七十年代初第一台大功率激光器研制成功后，激光表面改性处理技术才得到了实际应用，并在近十多年取得了巨大的发展。这里仅就激光淬火技术做简要说明。 激光淬火是利用高能激光束使金属材料在超快加热和急冷条件下发生相变。 激光淬火从物理冶金角度来讲与常规淬火并无其他的不同之处，只不过是激光淬火是一个急热急冷的过程。因此激光热处理所得到的材料的硬化层硬度高、强度大。 实践表明：通过激光热处理后的活塞环槽的表面晶粒得到很好地细化并且马氏体高密度位错，从而使活塞环槽表面硬度可达58HRC,使用寿命提高1.5倍以上。目前德国马勒集团、日本洋马公司均采用激光淬火对活塞环槽进行处理。 激光表面改性处理是一种高新的处理技术，它与其他常规处理技术相比较，既有其独特优点，又有一些不足与局限性。 （1）激光表面改性处理的强化效果好，由于激光表面处理冷却速度快，所以材料的耐磨性和硬度可同时获得提高，表面硬度比常规处理硬化方法可提高15%～20%。 （2）被处理的材料变形小，因为激光加热速度快，所以材料的热影响区小，硬化时变形以及应变都非常小。一般硬化后无需再加工。 （3）加工速度快、工艺周期短、生产效率高以及容易实现计算机控制。 （4）适用性灵活广泛，对大型零件表面积复杂零件和槽、孔、洞等特殊部位均能适用，并且还可以对零件有选择的进行局部处理。 （5）对环境无污染，因为激光表面处理时是自冷却，无需常规淬火使用的水或油等介质，所以不会出现大量的烟雾。 虽然激光表面处理有以上的优点，但是激光表面处理的加工所得到硬化层比较薄，一般只有1mm，除此之外，激光加工的设备较为昂贵。 激光淬火技术从开始应用到现在已经有几十年的发展历程，但是这种技术的工艺参数还不完善，激光扫描后的残留在材料内部的残余应力的大小及影响因素的变化规律还未能得到系统的研究。激光淬火的数值模拟还在探索阶段，测温装置还难以精确反映相变硬化过程中温度场的全场分布以及淬火后的深度还有待提高。 氮化处理 氮化处理工件是一种很普通的处理方式，这种处理技术实际上就是在一定温度下一点介质中是氮原子渗入到工件表层的一种化学处理工艺。又由于许多常规的氮化处理技术处理时间长，渗氮效果不好所以为了缩短氮化周期，并使氮化工艺不受钢种的限制，所以近十几年间人们在原来氮化工艺的基础上发展了软氮化以及离子氮化两种新的氮化工艺。 1、软氮化 软氮化处理活塞环槽实质上是以渗氮为主的低温碳氮共渗技术。环槽表面在渗入氮原子的同时还会渗入少量的碳原子。 软氮化的方法分为气体软氮化和液体软氮化。目前国内广泛采用的是气体软氮化，这种方法是在含有活性碳、氮原子气氛中进行低温碳氮共渗。常用的共渗介质有尿素、甲酰胺以及三乙醇胺。这些介质在软氮化温度下发生分解反应，产生活性碳、氮原子。活性碳氮原子被工件所吸收，然后通过扩散渗入工件表层，从而获得以氮为主的碳氮共渗层。 软氮化发展至现在有许多值得肯定的优点，同时也存在一些问题。 （1）零件变形很小，处理前后零件精度没有明显的变化，还赋予零件耐磨、耐疲劳、抗胶合以及抗擦伤等性能。 （2）处理时间短，并且软氮化层硬而且有一定的韧性，不易脱落。 （3）软氮化处理技术应用范围广，不受钢种的限制。 氮化表层的铁氮化合物比较薄，一般只有0.01～0.02mm。并且氮化梯度较陡，除此之外氮化时还会产生有毒气体，因此在生产的过程中一定要注意设备的密封。 2、等离子氮化处理 等离子氮处理技术早在上世纪三十年代就已被发明，但是直到六十年代才得到应用，而我国则是在七十年代开始使用这项技术。 等离子氮化处理工件的原理：在真空容器中，以工件为阴极，真空容器壁为阳极，在两极之间施加100-1000V的直流电压进而产生辉光放电。然后向真空容器内充入氮气与氢气的混合气体，由于辉光放电导致氮化炉内等离子体中部分氮、氢气体变成N+、H+阳离子，通过阴极表面附近产生的电压降，阳离子运动加速，然后高速碰撞工件，利用这种离子的碰撞溅射作用。可除去工件表面的氧化层等杂质。除此之外，利用离子的高速碰撞能量，工件被加热升温到氮化的温度。 等离子氮化的特点及存在的一些问题。 由于在真空中进行氮化，处理