Одним из наиболее уязвимых элементов конструкции поршня являются стенки канавки верхнего компрессионного кольца, которые разрушаются в результате механического, эрозионного и коррози­онного их износа. Срок службы элемента поршня в некоторых случаях определяет моторесурс всего двигателя. Для устранения данного дефекта практика двигателестроения использует ряд конст­руктивных мероприятий, основными из которых являются следу­ющие.

■ Размещение в головке поршня из алюминиевого сплава встав­ки из износостойкого материала (рис. 5.9, а). В качестве материала вставок используются аустенитный чугун (нирезист) (15... 17% Ni, 5% Сг, до 3% Си) и слаболегированные стали. Монтаж вставки произ­водится с использованием альфин-процесса, суть которого заключа­ется в алитировании ее наружных поверхностей, установке в кокиль и заливке основным металлом. В результате образуется диффузион­ная металлургическая связь между вставкой и телом поршня в виде алюмида железа толщиной 0,02...0,03 мм. Данный метод позволяет увеличить износостойкость канавки в 3...4 раза. Однако при этом резко возрастают трудозатраты на производство, связанные с необ­ходимостью контроля качества ее установки с помощью ультразву­кового дефектоскопа (неспай не должен превышать 7% ее перимет­ра). В целом трудоемкость изготовления поршня повышается на 50...60% при возрастании его массы на 7...10%.

В поршнях, заготовки которых изготовляются методом горяче­го прессования, вставку делают в виде бандажа и приваривают к головке поршня электронно-лучевой сваркой (рис. 5.9, б). При этом одновременно технологически рационально решается пробле­ма формирования в поршне охлаждающих каналов для циркуляции масла.

• Повышение твердости и жаропрочности элементов верхней канавки переплавом их поверхностного слоя с введением легиру­ющих элементов. Переплавка ведется электродом из железоникельхромовой проволоки.
• Упрочнение верхней канавки (и кромок камеры сгорания) поршня введением в структуру его головки ориентированных в про­странстве керамических волокон из оксида алюминия, нитрида и карбида кремния. Такие поршни изготовляют методом жидкой штамповки. Достоинством метода является то, что высокая меха­ническая прочность, стойкость к воздействию высоких температур, большая износостойкость элементов поршня обеспечиваются без увеличения материалоемкости его конструкции.
• Покрытие головки поршня, включая первую кольцевую ка­навку, эмалью, что помимо защиты от эрозии и коррозии позволяет уменьшить тепловосприимчивость днища. Это существенно облег­чает условия работы поршня и компрессионных колец.

Одной из важных проблем конструирования поршней является необходимость ограничения температуры в зоне верхнего компрес­сионного кольца. При температуре выше 200 °С для ряда масел с низкой температурой коксования возможно закоксовывание пер­вой кольцевой канавки с потерей подвижности кольца. Данная проблема решается либо увеличением высоты огневого пояса, что ухудшает массогабаритные характеристики поршня, либо организа­цией каналов для охлаждения этой зоны маслом. Однако это связа­но с усложнением конструкции поршня и приводит к сокращению срока службы моторного масла. Для этих же целей используются специальные самоочищающиеся компрессионные кольца.