Analysis of changes in the microstructure of compression rings of an auxiliary marine engine

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Introduction. The cylinder-piston group (CPG) of a marine-type internal combustion engine is subjected to high operational loads. The reliability, durability and efficiency of the engine depend on the proper operation of the CPG. The change in the direction of piston movement and the lack of lubrication caused by the spraying of lubricant during operation, lead to increased wear of the moving package of piston rings. Having determined the factors influencing the changes in the structure of the metal during operation, it can be taken into account in the manufacturing technology and hardening of these parts. The subject of the study: the object of research is the used-out upper and lower compression rings of the cylinder-piston group of the HIMSEN 4H21/32 auxiliary marine engine. Purpose of the work is to consider the change in the structure and microstructure of the material of the compression piston rings of the HIMSEN 4H21/32 auxiliary marine engine arising as a result of operation; to compare the results of evaluating microstresses and deformations of the surface layer of parts by metallographic methods and X-ray diffraction analysis for various operating conditions of the upper and lower compression rings. Methods. Metallographic and X-ray methods were used in the study. The conditions of X-ray photography are described; X-ray diffraction analysis was carried out on a Dron-3M diffractometer. Residual microdeformations were determined, as well as the sizes of coherent scattering regions (D) and the density of dislocations on the surfaces of the samples. Results of the work. The results of metallographic and X-ray diffraction analysis (XRD) are presented. The residual macro- and microstresses and the sizes of the coherent scattering regions (D) of the surface layer of compression rings are determined. The results of X-ray diffraction analysis are comparable with the results of metallographic studies, and the convergence of the results is observed. Scope of the results application: the results of the study can be used in the selection of manufacturing technology for compression rings of marine internal combustion engines (MICE). Conclusions. It is advisable to evaluate changes in the manifestations of the stress state of cast iron under the influence of various factors. This will allow selecting the optimal technology for manufacturing compression rings to ensure the reliability of its operation. Ring quality control by various methods of structure assessment also makes it possible to predict the conditions of destruction of compression rings during operation. An increase in the degree of defectiveness of the upper ring occurs due to various kinds of deformations of the crystallites. As a result of inelastic deformations during ring operation, the resulting dislocations cause strong mechanical stresses.

About the authors

E. N. Syusyuka

Email: sollain66@rambler.ru
ORCID iD: 0000-0002-4237-0697
Ph.D. (Engineering), Associate Professor, Admiral Ushakov State Maritime University, 93, Lenin Ave., Novorossiysk, 353924, Russian Federation, sollain66@rambler.ru

E. Kh. Amineva

Email: elika-11@mai.ru
ORCID iD: 0000-0001-8965-9730
Ph.D. (Physics and Mathematics), Admiral Ushakov State Maritime University, 93, Lenin Ave., Novorossiysk, 353924, Russian Federation, elika-11@mai.ru

Y. V. Kabirov

Email: salv62@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-9975-3410
D.Sc. (Physics and Mathematics), South Federal University, 105/42, Bolshaya Sadovaya str., Rostov-on-Don, 344006, Russian Federation, salv62@mail.ru

N. V. Prutsakova

Email: shpilevay@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-2761-286X
Ph.D. (Physics and Mathematics), Associate Professor, Don State Technical University, 1, Gagarin Square, Rostov-on-Don, 344003, Russian Federation, shpilevay@mail.ru

References

  1. Путинцев С.В. Механические потери в поршневых двигателях: специальные главы конструирования, расчета, испытаний. – М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2011. – 288 с.
  2. Исследование эффективности использования слоистого модификатора трения в цилиндропоршневой группе судового дизельного двигателя / И.Н. Гужвенко, В.А. Чанчиков, Н.В. Прямухина, Е.А. Стринжа // Морские интеллектуальные технологии. – 2018. – № 3-1 (41). – С. 135–142.
  3. Тейлор Д.А. Основы судовой техники. – М.: Транспорт, 1987. – 320 с.
  4. Возницкий И.В., Пунда А.С. Судовые двигатели внутреннего сгорания. Т. 1. – М.: Моркнига, 2010. – 260 с.
  5. Оценка локальной структурной неоднородности в отливках из серого чугуна / Т.С. Скобло, А.И. Сидашенко, О.Ю. Клочко, А.В. Сайчук, И.Н. Рыбалко // Агротехника и энергообеспечение. – 2017. – № 4 (17). – С. 141–150. – EDN YPQCXS.
  6. Martyushev N.V., Pashkov E.N. Bronze sealing rings defects and ways of its elimination // Applied Mechanics and Materials. – 2013. – Vol. 379. – P. 82–86. – doi: 10.4028/ href='www.scientific.net/AMM.379.82' target='_blank'>www.scientific.net/AMM.379.82.
  7. Анисович А.Г., Андрушевич А.А. Микроструктуры черных и цветных металлов. – Минск: Беларуская навука, 2015. – 131 с. – ISBN 978-985-08-1883-6.
  8. Структурообразование высокохромистых чугунов в интервале температур магнитного превращения карбидных фаз / Т.С. Скобло, О.Ю. Клочко, Е.Л. Белкин, А.И. Сидашенко, В.К. Аветисян // Письма о материалах. – 2020. – Т. 10, № 2. – С. 129–134. – doi: 10.22226/2410-3535-2020-2-129-134. – EDN JXWBPD.
  9. A methodological approach to the simulation of a ship’;s electric power system / I.P. Boychuk, A.V. Grinek, N.V. Martyushev, R.V. Klyuev, B.V. Malozyomov, V.S. Tynchenko, V.A. Kukartsev, Y.A. Tynchenko, S.I. Kondratiev // Energies. – 2023. – Vol. 16. – P. 8101. – doi: 10.3390/en16248101.
  10. Клевцов Г.В., Перлович Ю.А., Фесенко В.А. К развитию рентгеновского метода идентификации изломов с испорченной поверхностью // Заводская лаборатория. – 1993. – Т. 59, № 8. – С. 34–37.
  11. Брандон Д., Каплан У. Микроструктура материалов. Методы исследования и контроля. – М.: Техносфера, 2004. – 384 с. – ISBN 5-94836-018-0.
  12. The resource efficiency assessment technique for the foundry production / I.G. Vidayev, N. Martyushev, A.S. Ivashutenko, A.M. Bogdan // Advanced Materials Research. – 2014. – Vol. 880. – P. 141–145. – doi: 10.4028/ href='www.scientific.net/AMR.880.141' target='_blank'>www.scientific.net/AMR.880.141.
  13. Сюсюка Е.Н., Савченко М.М. Дифрактометрические методы анализа судовых технических средств // Эксплуатация морского транспорта. – 2021. – № 4 (101). – С. 148–151. – doi: 10.34046/aumsuomt101/22. – EDN PTUQBC.
  14. Syusyuka E.N. Possibility of applying X-ray methods to control the surface quality of a shaft line after finishing // Journal of Physics: Conference Series. – 2021. – Vol. 2061. – P. 012022. – doi: 10.1088/1742-6596/2061/1/012022. – EDN HXFODE.
  15. Новый метод изготовления рабочих органов погружных центробежных насосов из аустенитного чугуна с шаровидным графитом / Н.С. Гущин, Е.В. Ковалевич, Л.А. Петров, Е.С. Пестов // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. – 2008. – № 4 (24). – С. 44–48. – EDN JVCWUF.
  16. Microstructure and crystallographic structure of ferrate steel subject to stress corrosion cracking / V.D. Sitdikov†, A.A. Nikolaev, G.V. Ivanov, A.K. Makatrov, A.V. Malinin // Письма о материалах. – 2022. – Т. 12, № 1. – С. 65–70. – doi: 10.22226/2410-3535-2022-1-65-70. – EDN EGVNMD.
  17. Kniaziuk T.V., Zisman A.A. Abnormal effect of strain rate on dynamic recrystallization of austenite in medium carbon steel alloyed by boron // Письма о материалах. – 2022. – Т. 12, № 1. – С. 71–75. – doi: 10.22226/2410-3535-2022-1-71-75. – EDN SCNCMW.
  18. Влияние напряженно-деформированного состояния на путь распространения трещин квазискола в низкоуглеродистой стали, охрупченной водородом / Е.Д. Мерсон, В.А. Полуянов, П.Н. Мягких, Д.Л. Мерсон, А.Ю. Виноградов // Письма о материалах. – 2021. – Т. 11, № 3. – С. 298–303. – doi: 10.22226/2410–3535-2021-3-298-303. – EDN DUKKFP.
  19. Охапкин К.А., Кудрявцев А.С. Исследование влияния длительной высокотемпературной эксплуатации на структуру и свойства аустенитной хромоникельмолибденовой стали // Письма о материалах. – 2022. – Т. 12, № 1. – С. 21–26. – doi: 10.22226/2410–3535-2022-1-21-26. – EDN LNFVNV.
  20. Околович Г.А., Карпов С.В., Ларещева О.С. Новые технологии в производстве стальных поршневых колец // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2004. – № 2 (23). – С. 27–28. – EDN NKADLT.
  21. Технология нанесения износостойкого покрытия стальных поршневых колец / Г.А. Околович, А.М. Гурьев, В.Н. Шабалин, А.Е. Сизова // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2012. – № 4 (57). – С. 50–52. – EDN PUJQFJ.
  22. Nekrasova T.V., Melnikov A.G. Creation of ceramic nanocomposite material on the basis of ZrO2-Y2O3-Al2O3 with improved operational properties of the working surface // Applied Mechanics and Materials. – 2013. – Vol. 379. – P. 77–81. – doi: 10.4028/ href='www.scientific.net/AMM.379.77' target='_blank'>www.scientific.net/AMM.379.77.
  23. Morphological features of polycrystalline CdS1−xSex films obtained by screen-printing method / D.M. Strateichuk, N.V. Martyushev, R.V. Klyuev, V.A. Gladkikh, V.V. Kukartsev, Y.A. Tynchenko, A.I. Karlina // Crystals. – 2023. – Vol. 13. – P. 825. – doi: 10.3390/cryst13050825.
  24. Васильев Д.М., Смирнов Б.И. Некоторые рентгенографические методы изучения пластически деформированных металлов // Успехи физических наук. – 1961. – Т. 73, вып. 3. – С. 503–558.
  25. Bosikov I.I., Eremeeva S.V., Karlina A.I. Complex assessment of X-ray diffraction in crystals with face-centered silicon carbide lattice // Crystals. – 2023. – Vol. 13. – P. 528. – doi: 10.3390/cryst13030528.
  26. Ardashkin I.B., Yakovlev A.N. Evaluation of the resource efficiency of foundry technologies: methodological aspect // Advanced Materials Research. – 2014. – Vol. 1040. – P. 912–916. – doi: 10.4028/ href='www.scientific.net/AMR.1040.912' target='_blank'>www.scientific.net/AMR.1040.912.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download


Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».