Metoda azotowania ZeroFlow jako sposób redukcji zużycia pierścieni tłokowych

W artykule omówiona została nowoczesna metoda regulowanego azotowania gazowego, nazywana ZeroFlow, która wykorzystywana jest do azotowania części silników spalinowych. Wzrastająca wydajność silników spalinowych powoduje, że silniki te pracują w warunkach dużych obciążeń cieplnych i mechanicznych, co jest zdecydowanie niekorzystnym zjawiskiem – zwłaszcza dla elementów układu tłokowo-korbowego, takich jak wały korbowe czy pierścienie tłokowe. Wysokie temperatury i ciśnienia panujące w cylindrze podczas procesu spalania powodują, iż pierścienie pracują w warunkach obciążeń dopuszczalnych; dlatego też głównym założeniem w ich konstrukcji jest wysoka wytrzymałość oraz odporność na zużycie ścierne. Jedną z metod podwyższenia odporności na zużycie czy korozję oraz podniesienia wytrzymałości zmęczeniowej powierzchni pierścieni, cieszącą się rosnącym zainteresowaniem przemysłu motoryzacyjnego, jest azotowanie, a dokładniej – regulowane azotowanie gazowe. Azotowanie stali z wykorzystaniem metody ZeroFlow umożliwia precyzyjne kształtowanie warstw azotowanych o określonej budowie fazowej, wymaganych grubościach występujących w niej stref oraz wymaganych rozkładach twardości. Oznacza to, że warstwa taka spełnia wszystkie stawiane jej wymagania, dzięki czemu zwiększa trwałość azotowanych detali, a co za tym następuje – trwałość eksploatacyjną maszyn i pojazdów. W artykule przedstawiono nie tylko wymagania stawiane pierścieniom tłokowym, wynikające z ich warunków pracy, ale również zaprezentowano przykład azotowania pierścieni tłokowych przy użyciu metody ZeroFlow oraz omówiono wyniki badań metalograficznych.

Paper presents new method of controlled gas nitriding called ZeroFlow, which is used for nitriding of internal combustion engine parts. Increasing efficiency of internal combustion engines means that engines are working under high thermal and mechanical loads, which is the unfavorable phenomenon – especially for elements of engine power train such as crankshaft or piston rings. On account of high temperatures and pressures in the cylinder during combustion, piston rings work under the conditions of limit load; therefore, the main assumption in their construction is to ensure high strength and abrasive wear resistance. Heat treatment is the most common way used for improving tribological properties of piston rings; one of the methods of heat treatment using in automotive industry which meets with growing interest is nitriding, or more precisely – controlled gas nitriding. Steel nitriding using the ZeroFlow method allows precise forming of nitrided layers with respect to the phase structure, zone thicknesses and hardness distribution, which means that nitrided layer obtained on piston rings fulfil the requirements imposed on them, and as a consequence – it allows to achieve the appropriate durability of each part. This article discuss not only the requirements connected with nitrided layer on piston rings, but also shows the industrial example of nitriding piston rings using ZeroFlow method and presents results of metallographic tests.