Сегодня принято использовать для производства гильз цилиндров заготовки из чугуна. Этот материал для производства гильз блока цилиндров отвечает всем современным требованиям к деталям для автомобильного двигателя. Серый чугун хорошо себя зарекомендовал в показателях прочности, надежности и износостойкости. Существует 4 основные сплавы гильзы цилиндра из чугуна. Детально смотрите таблицу, приведенную в конце статьи.
Материал для изготовления гильз блока цилиндров из нелегированного чугуна плохо подходит для достаточно долгой работы двигателя, особенно если это проходит в трудных условиях эксплуатирования. В такой ситуации происходит сильное трение и воздействие высокой температуры на внешнюю стенку детали гильзы цилиндра и седло клапана. Чтобы повысить износостойкость к гильзе из чугуна присоединяют нирезистовые термовставки. Их производят из чугуна, сильнолегированного большим объемом никеля (Ni). Это приводит к возрастанию показателей износостойкости деталей гильзы цилиндров, но существует ряд обстоятельств, из-за которых ограничивают использование такого способа, а именно: 1) термовставки можно использовать только вверху гильзы цилиндров из чугуна; 2) он нетехнологичный при металлообработке; 3) применение чугуна для детали гильзы цилиндра с большим содержимым Ni во многих случаях неэкономично. Поэтому наша компания отказалась от применения термовставок. Теперь мы изготавливаем гильзы цилиндров из фосфористого высоколегированного чугуна по низким ценам.
Гильзы из фосфористого чугуна различаются большим (0,4–1,5%) содержимым фосфора. Наши лабораторные исследования и большой опыт показывают, что высокая износостойкость характерна для гильз, сделанных из фосфористого чугуна. Наши лабораторные испытания показали как влияет различные добавки к сплаву чугуна на его износостойкость.
Полученные результаты:
— при легировании материала для изготовления гильз блока цилиндров из чугуна его металлическая матрица становится прочнее, а деформация детали гильзы цилиндра в процессе трения становится меньше;
— эластичность и прочность деталей также зависит от свойств его металлического основания;
— поэтому добавление графита как бы служит характерным индикатором легированого чугуна, с его помощью мы делаем выводы о годности к эксплуатации;
— увеличивает надёжность работы детали гильзы цилиндра легирование материала для изготовления гильз блока цилиндров из чугуна такими элементами как: Cr, Cu, Р, Ni, C, Si, Mn, S, Ti, V в приемлемом соответствии с другими элементами.
Все эти действия создают дополнительные защитные слоя на поверхности детали гильзы блока цилиндра в результате трения. Комбинируя все эти методы мы достигли высокого качества нашей продукции, которая соответствует всем современным требованиям и стандартам. Также хотим отметить, что проведенные нами опыты показывают, что прочность, эластичность, и свойства деформации материала для изготовления гильз блока цилиндров из серого чугуна, значительно не различаются, а то и наоборот, превосходят оригинальную продукцию фирм производителей.
| Нелегированные и низколегированный | 3,28 | 2,17 | 0,76 | 0.08 | 0.12 | 0.30 | 0.27 | 0.41 | 0.35 | 0.04 |
| Среднелегированные | 3,30 | 2,24 | 0,72 | 0,16 | 0.12 | 0.38 | 0.33 | 0.59 | 0.19 | 0.15 |
| Низколегированные фосфористые | 3,30 | 2,04 | 0,77 | 0,49 | 0.10 | 0.36 | 0.35 | 0.34 | - | - |
| Среднелегированные фосфористые | 3,55 | 1,94 | 0,59 | 1,39 | 0.05 | 0.40 | 0.46 | 0.51 | 0.08 | - |
gilzy-cilindrov.com.ua
Сплав железа, имеющего в своем составе углерод, называется чугуном. В некоторых случаях в состав добавляются легирующие добавки, влияющие на его потребительские качества. Чугун — это металл, который применяется в первую очередь в черной металлургии. Из него не только получают сталь, он востребован и при изготовлении кованных художественных деталей.
Для машиностроения в основном применяется серый чугун, имеющий в своем составе графит. Детали, изготовленные из такого материала, не реагируют на возникающие напряжения, они поглощают колебания, появляющиеся в случае вибрации механизмов. Из него изготавливают детали ответственного назначения:
В качестве конструкционного материала его стали применять практически на всех предприятиях машиностроительной отрасли. Самыми большими потребителями серого чугуна стали следующие отрасли промышленности:
Детали тракторов, материалом которых стал серый чугун, достигают 20% от всего количества его деталей. Такое использование этого сплава связано с высокой износостойкостью. Он не задирается в случае большого трения и отсутствии смазки, иными словами, обладает демпфирующей способностью. Из него изготавливают:
Для изготовления головки блока различных двигателей, используют низколегированный сплав следующих марок:
Главными требованием, предъявляемыми к СЧ, при производстве гильз, стали:
Для моторов автомобилей любой конструкции используются гильзы цилиндров, изготовленные из специального легированного сплава. В большинстве случаев используется его фосфористая фракция.
Дизельные двигатели при работе создают большую нагрузку на блок цилиндров, поэтому для них используют легированные чугуны. Головки цилиндров изготавливают из высокоуглеродистых легированных марок,
Такие же требования соблюдаются при изготовлении отливок гильз, материалом которых является низколегированный сплав. Химический состав этого материала зависит от нескольких технологических характеристик:
На автомобилях устанавливают чугунные распределительные валы, отличающиеся высокой износостойкостью. Этот параметр достигается благодаря поверхностной закалке, которой подвергают металл.
Когда деталь эксплуатируется на больших скоростях, когда имеет место сухое трение, необходимо чтобы была повышенная износостойкость материала и высокий коэффициент трения. Именно в таких условиях данный сплав просто незаменим.
Тормозные барабаны, работающие в таких условиях, изготавливают из СЧ20. Когда деталь испытывает высокие нагрузки, и возможно появление термических трещин, используют специальный термостойкий сплав с высоким содержанием углерода и высоким уровнем легирования.
Для особо тяжелых условий , устанавливают детали, материалом которых является перлитный чугун. В его составе находится вермикулярный графит.
Вращение маховика при работе достигает 7000 об/мин. Такая скорость вызывает появление растягивающих напряжений. Вращающаяся поверхность маховика постоянно касается рабочей поверхности другой детали. Такое трение вызывает сильное выделение тепла в результате возникают термические трещины, которые отрицательно влияют на прочность детали.
Чтобы повысить прочность, учитывая большой вес маховика и размер его сечения, он изготавливается из различных марок:
Он должен обеспечивать прочность заготовки выше 250 Н/мм2. Иногда СЧ 35 имеет прочность, которой не хватает для обеспечения нормальной работы маховика. В этом случае используют чугун, куда добавляют шаровидный графит.
Легковые автомобили могут похвастаться чугунными крышками, закрывающими коренные подшипники. Эта конструкция встречается в большинстве случае на машинах с карбюраторным двигателем. Чтобы обеспечить перлитную структуру, а также высокую твердость, превышающую 200 НВ, для изготовления крышек подшипников, применяют СЧ25.
В автомобиле на выпускные коллекторы действуют выхлопные газы, температура которых доходит до 90 градусов. Коллекторы под воздействием агрессивной среды окисляются, деформируются и трескаются.
Использование серого чугуна обеспечивает долговечность таким деталям и высокую экономичность. В связи с тем, что толщина стенок коллектора очень мала, менее 7 мм, для их изготовления применяют СЧ15. Чтобы повысить его жаростойкость, проводят легирование чугуна хромом, или никелевыми добавками.
Для изготовления коллекторов, испытывающих большие термические нагрузки, используют:
Все вышеперечисленные материалы обладают высокой термостойкостью и устойчивостью к агрессивным средам, щелочам и окислам.
Из серого чугуна в станкостроении изготавливается большое количество литых деталей, работающих во всевозможных условиях, масса которых может достигать 100 тонн, при максимальной толщине стенки 200 миллиметров.
Классификация таких литых деталей в станкостроении, в зависимости от конструкций, от создавшихся условий эксплуатации соответствует действующему стандарту.
Для каждой детали подбирается специальная марка чугуна. Она зависит от следующих параметров:
Учитывая специфику многих станкостроительных деталей, которые работают в основном на жесткость, для их изготовления предпочитают использовать чугун, имеющий повышенную твердость, достаточно низкую пластичность.
У таких чугунов химический состав отличается высоким содержанием марганца, и низким количеством углерода. Чтобы получить высокую твердость чугуна, используют легирование и другие технологические процессы.
Заготовки из СЧ нашли широкое применение в металлургическом оборудовании:
Очень много чугунных изделий применяется в сантехнике. Из чугуна изготавливают:
И сегодня остаются востребованными чугунные ванны, которых отличает высокая прочность, долговечность и надежность. Такие изделия можно эксплуатировать десятки лет. Они сохраняют свой первоначальный вид и не требуют замены.
Из чугуна мастера изготавливают художественные шедевры. К примеру, набережные Санкт-Петербурга, украшены чугунными литыми деталями. Гуляя по улицам города можно встретить ажурные ворота, оригинальные чугунные ограждения. В скверах можно увидеть чугунные памятники.
Этот материал отличается великолепной демпфирующей способностью, он способен отлично работать при очень низких температурах. Этот вид чугуна применяют при производстве ответственных деталей тракторов, а также автомобилей, которым придется выполнять свою работу в тяжелых климатических условиях.
Нашли свое применение детали из ковкого чугуна и в электрической промышленности. Из него изготавливают:
Такие изделия прекрасно справляются с силовыми нагрузками, они могут изгибаться при механическом воздействии.
В текстильном машиностроении, ковкий чугун используется при изготовлении:
Иначе говоря, для деталей, испытывающих большие статические нагрузки, подвергающиеся трению и быстрому износу. Для таких изделий применяют антифрикционный ковкий чугун, способный создавать минимальное трение, там, где имеется максимальный контакт деталей.
Ковкий чугун используется и в сантехнических изделиях. Из него изготавливают:
Эти изделия могут работать длительное время в водной среде.
Газовые системы используют ковкий чугун для изготовления выпуска фитингов, соединяющих трубы, где имеют место всевозможные разветвления.
Самые разные марки ковкого чугуна нашли широкое применение в ландшафтном дизайне, когда происходит формирование декорирующих деталей:
Применяется такой сплав и в мебельной промышленности, для элементов, на которые могут влиять атмосферные осадки:
Из него изготавливаются детали для бытового оборудования:
Очень много деталей автомобилей сделаны из ковкого чугуна. К ним относятся:
Приводы;Не обходится и судостроение без ковкого чугуна. При изготовлении оборудования для кораблей, КЧ применяется для производства:
Не забыт ковкий чугун и в железнодорожной промышленности. При строительстве вагонов из него изготавливают:
Уже много веков человечество использует чугун, сегодня практически каждый человек имеет дело с таким сплавом. Он отличается высокой прочностью и имеют относительно невысокую стоимость. Единственным недостатком чугунных деталей является их хрупкость. Но, при правильной технологии получения чугуна, этот недостаток минимизируется, поэтому чугунные детали так широко применяются в вышеописанных отраслях промышленности.
Оцените статью: Поделитесь с друзьями!stanok.guru
Изобретение относится к металлургии, а именно к изысканию химического состава серого чугуна для гильз цилиндров, подвергающихся закалке с нагревом ТВЧ, для повышения износостойкости поверхностного слоя, кроме того связана с необходимостью исключения из его состава дефицитных легирующих элементов и экономией материальных ресурсов. Цель изобретения - повышение износостойкости гильз при трении без смазки, прокаливаемости, снижение времени нагрева под закалку. Чугун содержит, мас.%: C 3,0-3,6 SI 1,7-2,0 MN 2,1-2,3 TI 0,03-0,08 CU 0,4-0,6 и FE остальное.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (5!)5 С 22 С 37/00
ГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТО РС КОМУ С В ИДЕТЕЛ ЬСТВУ
1 (21) 4657168/31-02 (22) 13.12.88 (46) 23.10.90. Бюл. М 39(71) Ярославский политехнический институт (72) Г.Д.Чернышев, Б.М.Гринберг, О.М.Епархин, Г.А.Мазнова, Б.Н.Брагин, С.И.Молин, В.А.Соколов и Б.В.Павский (53) 669.15-196 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР
М 981431, кл. С 22 С 37/10, 1982.
Материалы в машиностроении. Выбор и применение. Чугун. / Под ред, А.А.Жукова и
А.Д.Шермана, T. 4, — M. Машиностроение, 1968, с. 99. (54) ЧУГУН ДЛЯ ГИЛЬЗ ЦИЛИНДРОВ
Изобретение относится к металлургии, в частности к разработке состава чугуна для гильз цилиндров двигателей внутреннего сгорания.
Цель изобретения — повышение износостойкости гильз при трении без смазки, прокаливаемости.
Чугуны с содержанием марганца 2,2—
2,3 мас. имеют комплекс свойств, необходимых для закаливаемых гильз цилиндров.
Гильзы, полученные из предлагаемого чугуна, имеют повышенную износостойкость, в условиях масляного голодания в районе мертвой точки — зоне максимального износа (BMT), благодаря наличию структуры, обеспечивающей лучшее сопряжение металлической основы с окисной пленкой; а также прокаливаемость и пониженный уровень деформаций после термообработки. Применение предлагаемого чугуна позволяет снизить время закалки ТВЧ, уменьшить
„„. Ж„„1601178А1 (57) Изобретение относится к металлургии, а именно к изысканию химического состава серого чугуна для гильз цилиндров, подвергающихся закалке с нагревом ТВЧ, для повышения износостойкости поверхностного слоя, и кроме того, связана с необходимостью исключения из его состава дефицитных легирующих элементов и экономией материальных ресурсов. Цель изобретения— повышение износостойкости гильз при трении без смазки, прокаливаемости, снижение времени нагрева под закалку. Чугун содержит, мас. : С 3,0 — 3,6; $1 1,7 — 2,0;
Мп 2,1 — 2,3; Tl 0,03 — 0,08; Си 0,4 — 0,6 и Fe остальное. 3 табл. расходы на изготовление гильз, экономить остродефицитные легирующие элементы. Содержание марганца менее 2,1 приводит к снижению прокаливаемости и износостойкости чугуна по сравнению с предлагаемым.
При содержании марганца в чугуне более
2,3% прокаливаемость и износостойкость существенно не изменяются, в то время как обрабатываемость чугуна резко ухудшается.
Содержание меди повышено по сравнению с известным чугуном до 0,6, так как в отличие от всех других элементов, входящих в чугун, медь ускоряет первую стадию графитизации и тормозит вторую и, следовательно, при относительно низком содержании углерода и кремния и повышенном содержании марганца способствует как уменьшению отбела в литье, так и торможению графитизации при нагреве под закалку. Увеличение со1601178
Таблица1! держания меди (более 0,6 ) нецелесообразно иэ-эа ее дефицитности.
Для исследования свойств предлагаемого чугуна изготовляют опытные партии гильз из чугунов, данные по химическому 5 составу которых приведены s табл.1.
Плавку чугунов осуществляют в индук ционной печи с последующим модифицированием расплава в разливочном ковше, марганец вводят в составе ферромарганца. 10
Отливку гильз проводят центробежным спо- . собом в песчаных корках.
Гильзы, изготовленные из указанных чугунов, подвергают поверхностной закалке ТВЧ с последующим отпуском для по- 15 лучения закаленного слоя глубиной 1,5—
2,5 мм и твердостью НЯСэ, равной 42 — 45.
Мощность установки ТВЧ 280 кВт, коэффициент спроса генератора установки ТВЧ
0,8; коэффициент использования мощно- 20 сти 0,8.
После термической обработки определяют твердость поверхности гильз, их абразивную износостойкость и износостойкость в условиях сухого трения в паре с хромиро- 25 ванным кольцом, В табл.2 приведены результаты испытаний чугунов, полученные при оптимальном (по иэносостойкости) для каждой плавки режиме закалки. 30
Как видно из табл.2, величины, характеризующие износостойкость, прокаливаемость, превышают аналогичные характеристики у. известных чугунов при одновременном уменьшении затрат на производство чугуна за счет экономии легирующих элементов, на изготовление деталей за счет зкономии электроэнергии, воды, Виды материальных затрат на изготовление 1 гильзы цилиндра даны в табл.3.
Экономическая эффективность применения предлагаемого чугуна по сравнению . с известным достигается эа счет достижения себестоимости литья, уменьшения затрат на термическую обработку и может быть повышена за счет экономии режущего инструмента, снижения металлоемкости отливок, а в сфере эксплуатации экономическая эффективность достигается благодаря повышению износостойкости гильз цилиндров и поршневых колец, Формула изобретения
Чугун для гильз цилиндров, содержащий углерод, кремний, марганец, титан, медь и железо, отличающийся тем, что, с целью повышения износостойкости гильз при трении без смазки, прокаливаемости, он содержит компоненты в следующем соотношении, мас. ф:
Углерод 3.0 — 3,6
Кремний 1,7 — 2,0
Марганец 2,1 — 2,3
Титан 0,03 — 0,08
Медь 0,4 — 0,6
Железо Остальное
1601178
Таблица 2
Термообработка
Основные характеристики искажения макрогеометрии гильз после термообаботки, мкм
Состав чугуна
Интенсивность изнашивания, кгlм
Максимальное коробление
Максимальная оваль ность
При абразивном изнашивании, х10 6
Интенсивность охлаждения, х10 M3/c. При сухом трении, 10
Время нагрева ТВЧ под закал.с
140
36
2,40
1,29
1,00
0.55
1,40
0,72
130
32
32
0.5
0,44
0,4
0,5
0,4
0,70
0,67
0,65
0,73
0.80
1,26
1,26 t,27
1,32
1,26
62
59
58
66
10
-Таблица 3
+ Расход режущего инструмента на операцию развертывания— зенкерования закаленного зеркала гильзы.
** Вес отливки и ее стоимость принималась с учетом уменьше— ния литейного припуска и снижения стоимости металла.
Редактор Н. Гунько
Заказ 3249 Тираж 485 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5
Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101
Известный
2
Предлагаемый
2
4
Составитель Н. Косторной
Техред М,Моргентал Корректор С. Шекмар
www.findpatent.ru
«Такой блок отремонтировать нельзя! - сказал мастер, указывая на задиры в цилиндрах двигателя MercedesV8. - По крайней мере, в России технологией ремонта алюминиевых блоков не владеют. Специальное покрытие на зеркалах восстановлению не подлежит. Только менять!» - И назвал цену - цифру с некоторым количеством нулей. В долларах, разумеется...
Мы ничего не придумали. Этот разговор действительно произошел не так давно в сервисном центре одного из официальных дилеров знаменитой фирмы. Конечно, установка нового агрегата в сборе взамен вышедшего из строя удобнее и выгоднее для техцентра. Огорчало другое: профессионалы (надеемся, что в дилерских центрах работают только они) не знают (или скрывают это?), что такое - алюминиевый блок цилиндров. В смысле технологии его производства и ремонта. А ведь в России ремонт алюминиевых блоков освоен давно.
Алюминиевый блок в «интерьере»
Прежде чем выстраивать технологические цепочки ремонтных операций, надо, разумеется, знать все особенности ремонтируемой детали.
В том числе технологические «хитрости» ее производства и характер работы. У алюминиевых блоков есть много такого, о чем иные профессионалы, похоже, и не слыхали.
Первый вопрос: зачем блок цилиндров делать алюминиевым, если и чугунные блоки прекрасно работают? Ответ прост: удельная масса алюминия (2850 кг/м3) в 2,7 раза меньше удельной массы чугуна. Соответственно алюминиевый блок получается намного легче чугунного. А это важно, особенно для многоцилиндровых моторов с большим рабочим объемом. Кроме того, теплопроводность алюминия в 4 раза выше, чем чугуна. В результате этого двигатель с алюминиевым блоком быстрее прогревается, а объем системы охлаждения может быть уменьшен благодаря более эффективному охлаждению и быстрому выравниванию температуры стенок блока.
Однако реализовать на практике эти преимущества алюминия не так-то просто. Известно, что по чугунным цилиндрам прекрасно «ходят» поршневые кольца как с твердыми покрытиями, так и без таковых, и сами «мягкие» алюминиевые поршни. С алюминиевыми цилиндрами ситуация другая: сочетание «мягкого» металла поршня с таким же «мягким» материалом цилиндра мгновенно приводит к «схватыванию» металлов и заклиниванию двигателя.
Разумеется, конструкторы двигателей, принимая во внимание эти свойства металлов, разработали несколько способов решения проблемы. Один из них - блоки цилиндров с «мокрыми» гильзами.
Еще в 30-е годы прошлого века получила распространение такая схема: в алюминиевый блок цилиндров устанавливаются «мокрые» чугунные или стальные гильзы. Что называется, и «волки сыты (то есть блоки стали легкими), и овцы целы» - поршни и кольца «ходят» по традиционной твердой поверхности. Такая схема благополучно дожила до наших дней: многие моторы как отечественных, так и иностранных автомобилей имеют подобные блоки цилиндров (вспомним хотя бы наши «волги» и «москвичи»).
Однако простота решения проблемы оказалась весьма обманчивой - схема с «мокрыми» гильзами не лишена недостатков. Жесткость блока, где гильзы «живут» своей жизнью, снижается, что приводит к необходимости увеличивать толщину его стенок, а гильзы при обжатии головки блока деформируются, вызывая повышенный угар масла. Кроме того, такая конструкция оказалась чувствительной к перегреву - прокладка головки блока обычно теряет герметичность даже при не слишком большом и длительном превышении допустимой температуры двигателя.
Эти тонкости можно было не принимать во внимание до тех пор, пока двигатели оставались тихоходными и малонагруженными, а нормы токсичности выхлопа - весьма демократичными. Но к 80-м годам пошлого века ситуация изменилась, и конструкция, прожившая без малого полвека, перестала удовлетворять новым требованиям в полной мере.
Следующим шагом стало появление блоков цилиндров из алюминия с «сухими» чугунными гильзами. Такая схема отрабатывалась многими производителями, но компания Honda первой внедрила в массовое производство конструкцию алюминиевого блока с залитыми тонкими «сухими» чугунными гильзами, и с конца 70-х годов все моторы этой фирмы стали оснащаться такими блоками. Постепенно эта схема завоевала своих сторонников - к 2000-му году такие блоки применяли Renault, Volvo, GM, Suzuki, Subaru, Rover и другие производители.
Нередко вместо чугуна гильзы выполняют из композиционных материалов на чугунной основе. Износостойкость таких гильз значительно выше, чем у цельнолитых чугунных блоков (применение дорогостоящих композиционных материалов при изготовлении последних неоправданно, по экономическим соображениям, из-за их большой массы).
Схема с «сухими» гильзами реализует все преимущества легких алюминиевых блоков, прекрасно сочетая их с технологичностью чугунных, а именно: с возможностью растачивания и хонингования цилиндров в увеличенный (ремонтный) размер поршней. Вместе с тем и эта схема не свободна от недостатков. Чугун, из которого изготовлена гильза, имеет меньшие, нежели алюминий, коэффициенты теплового расширения и теплопроводности. Необходимы специальные меры для исключения «отрыва» гильзы от алюминиевой стенки (с этой целью нередко гильзу снаружи делают ребристой). При этом рабочий зазор поршня в цилиндре, как и в простом чугунном блоке, при нагреве уменьшается, а при охлаждении увеличивается, даже если материалы поршней и блока одинаковые. В результате при больших пробегах возможно появление «холодного» стука поршней и, как следствие, повышенного угара масла.
Цельноалюминиевые блоки цилиндров появились приблизительно в те же годы. Технологию их производства отработала немецкая фирма Mahle. Суть идеи заключается в том, что сохраняется пара «железо-алюминий» для поршня и цилиндра, но при условии, что цилиндр выполнен алюминиевым, в то время как алюминиевый поршень гальванически покрыт тонким (0,02- 0,03мм) слоем железа.
Теперь все встало на свои места: поршень в цилиндре не заклинит, зато тепловое расширение цилиндра и поршня практически одинаково. Тогда рабочий зазор не будет «гулять», и его можно сделать очень малым (0,01-0,02 мм), не боясь возникновения задиров и «прихватов». Значит, ресурс деталей повысится, по крайней мере, в 1,5 раза.
Однако то, что в теории просто, на деле оборачивается новыми проблемами. На практике, когда поршневые кольца работают по алюминию, ресурс поршневой группы оказывается невелик вследствие слишком «мягкой» рабочей поверхности цилиндра.
Проблему решили, применив специальную технологию литья блока из алюминиевого сплава с содержанием кремния более 18%. Быстрое охлаждение участков заготовки блока в зоне цилиндров приводит к направленной кристаллизации кремния y зеркала цилиндров. Далее, после механической обработки поверхность цилиндров дополнительно обрабатывают химическим травлением. В результате этой операции кислота, взаимодействуя преимущественно с алюминием, «вымывает» его слой толщиной несколько микрон, оставляя на поверхности лишь кристаллы кремния.
Теперь и поршень, и поршневые кольца будут «работать» не по алюминию, а по твердому кремнию - износостойкость и долговечность этих пар трения гарантирована, причем она заметно выше, чем у обычных чугунных цилиндров. Правда, при этом поршневые кольца, все без исключения, должны иметь твердое хромовое покрытие, поскольку именно этот металл обеспечивает наивысшую износостойкость в паре с кремнием.
Блоки цилиндров, изготовленные с помощью описанной технологии, получили достаточно широкое распространение у немецких производителей автомобилей: это двигатели Mercedes V8 и V12, Audi V8, Porsche L4 и V8, BMW V8 и V12. Та структура материала, которая получена на поверхности цилиндров этих цельноалюминиевых блоков, по терминологии фирмы Mahle называется Silumal. Поршни для таких блоков имеют особое покрытие Ferrostan (фирма Kolbenschmidt, также использующая эту технологию, дает ей другое название - Alusil).
Описанные цельноалюминиевые блоки прекрасно ремонтируются, их можно растачивать и хонинговать в ремонтный размер без всяких ограничений. Правда, при ремонте необходима специальная операция - финишная доводка поверхности цилиндров.
К сожалению, при всех преимуществах пара «Silumal-Ferrostan» (цилиндр-поршень) все-таки не идеальна. В отличие от традиционных чугунных блоков цельноалюминиевые очень «не любят» перегрева и плохой смазки. В таких нештатных условиях на поверхности цилиндров нередко возникают глубокие задиры, практически выводящие двигатель из строя. Это естественная плата за меньшую прочность и твердость алюминиевого сплава по сравнению с чугуном.
Очевидно, чем больше кремния окажется на поверхности цилиндров в цельноалюминиевом блоке, тем выше будут их износостойкость и долговечность. Однако применять на практике технологию направленной кристаллизации довольно трудно и дорого. Фирма Kolbenschmidt предложила другое решение: на стадии изготовления блока в него устанавливаются уже готовые алюминиевые гильзы (технология Locasil). Это позволяет использовать для блока более дешевый алюминиевый сплав и на поверхности цилиндров получить очень высокую концентрацию кремния - до 27%. Хотя отмеченные недостатки цельноалюминиевых блоков сохраняются и здесь.
Поскольку «мягкая» поверхность цилиндров алюминиевого блока уступает чугуну, то почему бы не сделать ее более твердой? То есть нанести настоящее твердое покрытие? Такие блоки цилиндров с твердым покрытием начали применять уже давно. Это покрытие представляет собой слой никеля толщиной 0,1-0,2 мм со сверхтвердыми частицами карбида кремния SiC размером 3 мкм. Разработчик этой технологии фирма Mahle называет это покрытие Nicasil (фирма Kolbenschmidt использует другое название - Galnical).
Первоначально технология Nicasil применялась в 60-70-х годах для блоков цилиндров дорогих эксклюзивных или спортивных автомобилей. Кстати, моторы автомобилей «Формулы-1» имеют аналогичное покрытие на гильзах цилиндров. Но в массовом производстве эта технология начала применяться лишь в начале 90-х (в качестве примера можно привести двигатели М60 и М52 фирмы BMW).
В отличие от цельноалюминиевых блоков покрытие Nicasil не требует каких-либо изменений материала поршней, т.к. по этому покрытию прекрасно работают и обычные алюминиевые поршни. А вот с поршневыми кольцами для этих блоков ситуация сложнее. Традиционные хромированные кольца не подходят: два сверхтвердых материала (хром и Nicasil) плохо сочетаются друг с другом. Поэтому для цилиндров с твердым покрытием рекомендуются другие кольца - например, чугунные фосфатированные без твердого покрытия.
Мотористы, впервые встретившие алюминиевые блоки цилиндров в своей практике, нередко путают их и не могут точно определить, с каким именно блоком - с покрытием или без него - они имеют дело. На самом деле установить тип блока просто: достаточно «царапнуть» острым металлическим предметом по верхнему краю цилиндра. Цельноалюминиевый блок царапается очень легко, причем царапина получается глубокой, поскольку поверхность цилиндра из мягкого алюминиевого сплава. На чугунном цилиндре царапины будут незначительными. И лишь на покрытии Nicasil не останется никакого следа - настолько высока его твердость.
Несмотря на то, что износостойкость покрытия Nicasil существенно превышает аналогичный показатель обычных чугунных блоков цилиндров, некоторые недостатки этой технологии все же надо отметить. Основа блока - алюминиевый сплав - остается относительно «мягким», поэтому при серьезных поломках (обрыв шатуна, прогар и разрушение поршня) тонкое покрытие легко пробивается и уже не может быть восстановлено. Да и в случае естественного износа ремонт, как правило, не предусматривается, т.к. покрытие имеет малую толщину, из-за чего при обработке цилиндра можно легко обнажить алюминий. По этой причине ремонтных поршней для большинства таких блоков «в природе» не существует (лишь для некоторых моторов выпускаются ремонтные комплекты поршневой группы с увеличенным на 0,08-0,10 мм размером).
Но если фирма-производитель не предусматривает технологии ремонта, это вовсе не значит, что изношенный блок нельзя отремонтировать. Скажем больше - алюминиевый блок цилиндров, изготовленный по любой из описанных выше технологий, как правило, подлежит ремонту не только в случае износа цилиндров, но даже при более серьезных повреждениях. Как это можно сделать, мы расскажем в наших следующих статьях.
www.motornn.ru
Изобретение относится к металлургии и может быть использовано при производстве гильз цилиндров двигателей. Цель изобретения - улучшение жидкотекучести, снижение себестоимости при сохранении уровня износостойкости и механических свойств. Новый чугун содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%: С 3,1- 3,6: Si 2-2.8; Mr 0,6-1; Cr 0,1-0.38; N1 0,1- 0,6; V 0,05-0,2; Си 0,3-1; Ti 0,03-0,1; Ва 0,003-0,01; Nb 0.02-0,1; Р 0,61-0,9; РЗМ 0,005-0,02; Fe остальное. Изменение соотношения хрома и фосфора в чугуне предлагаемого состава позволяет повысить жидкотекучесть в 1,03-1,12 раза, а также снизить себестоимость, 2 табл.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (51)э С 22 С 37/06
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4732574/02 (22) 10.07.89 (46) 30,06.91. Бюл. N. 24 (71) Белорусский политехнический институт (72) Л.Л.Счисленок, С.Н.Леках, А,Г.Слуцкий, Н.В.Кротов, В.А.Риффель, М.А.Исмаилов, В.Л,Кригер, В.Д.Кригер, В,А.Мильхерт, А.М, Цейтлин, Е.И.Шитов, В.Л.Трибушевский, В.А. Сериков и В,И. Сен ькин (53) 669.15-196 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР
N. 707987, кл. С 22 С 37/08, 1977.
Авторское свидетельство СССР
М 1560606, кл. С 22 С 37/06, 1987. (54) ЧУГУН ДЛЯ ГИЛЬЗ ЦИЛИНДРОВ ДВИГАТЕЛЕЙ
Изобретение относится к металлургии, в частности к разработке составов чугуна для гильз цилиндров двигателей.
Цель изобретения — улучшение жидкотекучести, снижение себестоимости при сохранении уровня износостойкости и механических свойств.
Выбор граничных пределов содержания компонентов в чугуне предлагаемого состава обусловлен следующим.
Наличие в составе предлагаемого чугуна фосфора и хрома в указанных пределах позволяет повысить жидкотекучесть чугуна. сохранив эксплуатационные (суммарный износ пары гильза-поршневое кольцо} и механические характеристики при одновременном снижении себестоимости.
Комплексное легирование ниобием, хромом, фосфором при наличии в указанных концентрациях меди и никеля способствует снижению износа контртела (кольца) из вы... Ж, 1659516 А1 (57) Изобретение относится к металлургии и может быть использовано при производстве гильз цилиндров двигателей, Цель изобретения — улучшение жидкотекучести, снижение себестоимости при сохранении уровня иэносостойкости и механических свойств. Новый чугун содержит компоненты в следующем соотношении, мас.7;: С 3,13,6; Si 2 — 2,8; Мп 0,6-1; Cr 0,1-0,38; Ni 0,1—
0,6; V 0,05 — 0,2; Си 0,3 — 1, Ti 0,03 — 0,1; Ва
0,003 — 0,01; Nb 0,02 — 0,1; Р 0,61 — 0,9; Р3М
0,005-0,02; Fe остальное. Изменение соотношения хрома и фосфора.в чугуне предлагаемого состава позволяет повысить жидкотекучесть в 1,03-1,12 раза, а также снизить себестоимость, 2 табл. сокопрочного чугуна, особенно в присутствии абразивных частиц.
Совместное графитизирующее модифицирование предлагаемого чугуна барием и
РЗМ цериевой группы исключает отбел в тонких сечениях отливок, измельчает эвтектическое зерно и приводит к более равномерному распределению включений фосфидной эвтектики в металлической матрице.
Выбранные пределы содержания углерода(3,1 — 3,ба), кремния (2,0-2,8,Ц в предлагаемом сплаве обеспечивают хорошие литейные и технологические свойства.
Нижние пределы по углероду и кремнию обусловлены необходимостью исключения образования структурно-свободного цементита. Превышение верхних пределов концентрации данных элементов приводит к ухудшению формы, размеров и распределения графита. Наличия в чугуне
1659516
15
30
40
Углерод
Кремний
Марганец
Хром
Никель
Ванадий
3,1 — 3,6
2,0-2,8
0,6-1,0
0,1 — 0,38
0,1-0,6
0.05 — 0,2 марганца ниже 0,6% не обеспечиваеттребуемого упрочнения матрицы, а при добавках его свыше 1,0% увеличивается склонность сплава к усадочным явлением. При концентрации ванадия, ниобия, хрома и титана ниже указанных пределов (0,05. 0,02, 0,1, 0,03% соответственно) в структуре чугуна появляется феррит, существенно снижающий твердость сплава. Добавки в сплав этих же элементов выше верхних пределов (0,2, 0,1, 0,38 и 0,1% соответственно) резко ухудшают его обрабатываемость и, кроме того, приводят к удорожанию отливок.
Введение хрома более 0,38% может привести к выделению звтектических карбидов, что вызывает уменьшение жидкотекучести и износостойкости чугуна, Нижние пределы по никелю (0,1%) и меди (0,3%) выбраны исходя из получения равномерной твердости в сечениях отливки. При концентрациях этих элементов выше верхнего предела (0,6 и 1,0% соответственно) степень их влияния на перлитизацию сплава незначительна, кроме того, это экономически нецелесообразно. При содержании фосфора 0,61 — 0,9% в структуре образуется равномерно распределенная эвтектика, существенно влияющая на жидко.текучесть и на характер и величину суммарного износа пары трения. При концентрации фосфора ниже 0,61% в структуре не образуется разорванная фосфидная сетка. Добавки данного элемента выше 0,9% увеличивают пористость чугуна и ухудшают прочностные характеристики. Выбранные пределы содержания бария (0,005-0,07%) и
РЗМ (0,005 — 0,02%) обеспечивают за счет эффективного графитизирующего модифицирования исключение в тонких чугунах отливок из предлагаемого сплава структурно-свободного цементита, резко ухудшающего его обрабатываемость. Указанные элементы благоприятно влияют на форму и морфологию сложнолегированной фосфидной эвтектики. Оптимальный состав предлагаемого чугуна содержит, %: углерод 3,4; кремний 2,4; марганец 0,8; хром 0,25; никель 0,35; ванадий 0,12: медь 0,7; титан 0,06; барий 0,007; ниобий 0,06; фосфор 0,75; Р3М
0,01. Механические свойства в стандартных образцах (предел прочности на разрыв) более 230 МПа, НВ 240-290, жидкотекучесть
560-610 мм.
Пример. Выплавлены три состава предлагаемого чугуна, Для сравнительных испытаний использован известный чугун, содержащий ингредиенты на среднем уровне.
Выплавку чугуна проводят в индукционной печи с кислой футеровкой. В качестве шихтовых материалов используют: литейный чугун ЛЗ, стальной лом, ферросплавы марганца, кремния, ванадия, титана, хрома, ниобия, фосфора, гранулированный никель, катодную медь, Р3М и барийсодержащие лигатуры типа ФС65Ба10 (10% бария) и
ФСЗОРЗМЗО (30% P3M) соответственно, Шихту загружают в печь после расплавления и перегрева до 1460 С, вводят ферросплавы в требуемых количествах с учетом степени их усвоения (марганец, никель, ванадий, медь, хром — 85 — 95%, фосфор, титан, ниобий — 70-80%) Перед разливкой жидкий металл обрабатывают РЗМ и барийсодержащей лигатурой (усвоение 7080%). Чугун заливают в разовые песчаные формы. Из полученных заготовок вырезают образцы наружным диаметром 26 мм и высотой 10 мм для испытаний на износ, которые проводят на машине трения типа МТ-2 в условиях граничной смазки и с подачей абразивных частиц (кварцевой пыли) при удельной нагрузке на образец 20 МПа и скорости скольжения 5 м/с. В качестве контртела применяют высокопрочный чугун
ВЧ50, Суммарный износ оценивают в граммах. Время испытаний составляет до 25 ч.
Жидкотекучесть определяют по спиральной пробе с площадью сечения 40 мм .
Химический состав и результаты испытаний чугунов приведены в табл. 1 и 2. Как видно из табл, 1 и 2, изменение пределов содержания хрома, фосфора позволяет повысить жидкотекучесть расплава, снизить себестоимость при сохранении эксплуатационных и механических характеристик, Структура предлагаемого чугуна .перлитная с равномерно распределенной разорванной сеткой фосфидной эвтектики сложного состава и равномерно распределенными включениями графита, Формула изобретения
Чугун для гильз цилиндров двигателей, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, никель, ванадий, медь, титан, барий, ниобий, фосфор, редкоземельные элементы цериевой группы и железо, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью улучшения жидкотекучести, снижения себестоимости при сохранении уровня износостойкости и механических свойств, он содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%:
1659516
0,61 — 0,9
0,005 — 0,02
Остальное
Таблица 1
Таблица 2
Составитель Н. Косторной
Редактор М. Петрова Техред М,Моргентал Корректор М. Кучерявая
Заказ 1822 Тираж 395 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5
Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина. 101
Медь
Титан
Барий
Ниобий
0,3 — 1,0
0,03 — 0,1
0,003 — 0,01
0,02 — 0,10
Фосфор
Редкоземельные элементы
Железо
www.findpatent.ru
Изобретение относится к литейному производству, а именно к составам чугунов, и может быть использовано для получения литых заготовок - гильз цилиндров двигателей . Сущность изобретения: в состав чугуна, содержащего углерод, кремний, марганец, хром, никель, ванадий, медь, титан и железо , дополнительно введен фосфор, кобальт, молибден и РЗМ цериевой групп при следующем соотношении ингредиентов: углерод 3,2-3,6, кремний 1,8-2,4, марганец 0,5-0,9, хром 0,2-0,65, ванадий 0,05-0,12, никель 0,15-0,4, медь 0,46-0,8, титан 0,03-0,08, кобальт 0,03-0,08, молибден 0,03-0,08, фосфор 0,1-0,2, РЗМ цериевой группы 0,01-0,05, железо - ост. Механические свойства в стандартных образцах: предел прочности на разрыв более 240 МПа, твердость 255-290 НВ. Снижается брак по недоливам и неспаям при литье в быстроохлаждаемые литейные формы.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (19) (11) (s1)s С 22 С 37/08
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
3,2-3,6
1,8 — 2,4
0,5-0,9
0,2-0,65
0,05 — 0,12
0,15-0,4 (21) 4897617/02 (22) 29.12.90 (46) 23.09.92; Бюл. М.35 (71) Белорусский политехнический институт (72) А,Е.Шишкин, В.И.Волк, А.Г.Слуцкий, Н.И.Бестужев, С.Н.Леках, В.Л.Трибушевский и Л.Л.Счисленок (56) Авторское свидетельство СССР
М 1084331, кл. С 22 С 37/08, 1984. (54) ЧУГУН ДЛЯ ГИЛЬЗ ЦИЛИНДРОВ ДВИГАТЕЛ ЕЙ (57) Изобретение относится к литейному производству, а именно к составам чугунов, и может быть использовано для получения литых заготовок — гильз цилиндров двигателей. Сущность изобретения: в состав чугуна, Изобретение относится к литейному производству, а именно к составам чугунов, и может быть использовано для получения литых заготовок — гильз цилиндров двигателей.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является чугун (1) следующего состава
Углерод 2,9-3,5
Кремний 1,8-2,6
Марганец 0,6 — 1,0
Хром 0,5-1,2
Никель 0,1-0,4
Ванадий 0,07-0,3
Медь 0,1-0,45
Титан 0,03-0,08
Барий 0,005-0,02
Железо Остальное
Указанный чугун обеспечивает высокую износостойкость в интервале температур
200 — 700 С, достаточной высокий уровень содержащего углерод, кремний, марганец, хром, никель, ванадий, медь, титан и железо, дополнительно введен фосфор, кобальт, молибден и Р3М цериевой групп при следующем соотношении ингредиентов: углерод
3,2-3,6, кремний 1,8 — 2,4, марганец 0,5 — 0,9, хром 0,2 — 0,65, ванадий 0,05-0,12, никель
0,15-0,4, медь 0,46 — 0,8, титан 0,03-0,08, кобальт 0,03-0,08, молибден 0,03 — 0,08, фосфор 0,1-0,2, Р3М цериевой группы
0,01-0,05, железо — ост. Механические свойства в стандартных образцах: предел прочности на разрыв более 240 МПа, твердость
255 — 290 НВ. Снижается брак по недоливам и неспаям при литье в быстроохлаждаемые литейные формы. механических свойств. Вместе с тем, он не обладает достаточной жидкотекучестью, чтобы обеспечить хорошую заполняемость быстроохлаждаемых литейных форм.
Цель изобретения — повышение заполняемости быстроохлаждаемых литейных форм и увеличение механических характеристик.
Указанная цель достигается тем, что в состав чугуна, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, никель, ванадий, медь, титан и железо; дополнительно введен фосфор, кобальт, молибден и РЗМ цериевой группы при следующем соотношении ингредиентов .
Углерод
Кремний
Марганец
Хром
Ванадий
Никель
1763504
Медь 0,46 — 0,8
Титан 0,03 — 0,08
Кобальт 0,03 — 0,08
Молибден 0,03 — 0,08 фосфор . 01 02 5
Р3М цериевой группы 0,01-0,05
Железо Остальное
Обоснование пределов содержания ингредиентов (определены экспериментально). 10
Нижние пределы по углероду и кремнию обусловлены необходимостью исключения структурно-свободного цементита.
Превышение верхних пределов (соответст.венно 3,6 и 2,4 ) концентрации данных эле- 15 ментов приводит к ухудшению формы, размеров и распределения графита.
Наличие в чугуне марганца ниже 0,5 не обеспечивает перлитизацию матрицы и получение высоких механических свойств. 20
Превышение верхнего предела содержания — 0,9 приводит к появлению в сплаве структурно-свободного цементита и увеличению усадочных дефектов в отливках.
Нижние пределы содержания хрома, 25 ванадия, никеля, меди, титана соответственно 0,2 ; 0,05; 0,15; 0,46; 40,03 являются пороговыми, при которых в структуре отливки "гильза" с толщиной стенки до 20 мм отсутствует структурно-свободный фер- 30 рит (его содержание до 2 ). Добавки в сплав этих же элементов выше верхних пределов (0,65 ; 0,12; 0,4; 0,8; 0,08 ), вопервых, значительно удорожает сплав, без существенного приращения его служеб- 35 ных и механических свойств может привести также к выделению эвтектических карбидов (Cr, V), что вызывает уменьшение жидкотекучести и износостойкости чугуна (выкрашивание карбидов, повышенный из- 40 нос пары).
Нижние пределы по никелю и меди (0,15 и 0,45 ) выбраны, исходя из требования обеспечения равномерной твердости в сечениях отливки. При концентрации этих 45 элементов выше верхнего предела 0,4 и
0,8 соответственно степень их влияния на перлитизацию сплава незначительна, кроме того это экономически нецелесообразно, Несколько более высокий уровень 50 содержания меди в заявляемом составе по сравнению с прототипом объясняется благоприятным влиянием меди на жидкотекучесть чугуна, причем в конкретном случае высокие скорости охлаждения в интервале 55 температур кристаллизации (литье в облицованн н ы и кокил ь) пода вляют возможную ликвацию меди, что могло бы ухудшить механические свойства сплава и повысить износ литой детали.
Кобальт и молибден при их содержании
0,03 — 0,08o способствуют повышению механических свойств чугуна за счет перлитизации матрицы, а также выравнивают структуру по сечению отливки. Превышение верхнего предела (0,08 ) экономически нецелесообразно и не дает существенного приращения положительного эффекта.
Фосфор — элемент, существенно повышающий жидкотекучесть чугунов, а следовательно и заполняемость литейной формы, Верхний предел ограничен вследствие недопустимости выделения фосфидной сетки по границам зерна, что приводит при закладке гильзы к появлению микротрещин и снижению эксплуатационной стойкости гильзы, увеличению пористости чугуна.
Нижний предел содержания этого элемента обеспечивает достижение определенного эффекта в увеличении жидкотекучести.
РЗМ цериевой группы при их остаточном содержании 0,01 — 0,05 обеспечивают достаточно высокую раскисленность расплава чугуна и степень десульфурации, т.е. рафинирование чугуна от поверхностно-активных примесей — серы и кислорода, при этом наблюдается увеличение заполняемости быстроохлаждаемых литейных форм.
Нижний предел содержания дает определенный положительный эффект. Превышение верхнего предела содержания (0,05 ) может привести к обратному результату— снижению жидкотекучести расплава за счет образования большого количества неметаллических включений с высокой удельной плотностью, кроме того может выделиться из расплава эвтектические карбиды, которые снижают износостойкость чугуна и его обрабатываемость, при снижении уровня механических свойств.
Пример. Для сравнительных испытаний были выплавлены три состава предлагаемого чугуна на нижнем, среднем и верхнем пределах, два состава с пределами содержания игредиентов ниже нижнего и выше верхнего пределов, а также известный чугун среднего состава.
Плавки проводились в индукционной печи с кислой футеровкой емкостью 1 т. В качестве шихтовых материалов использовались; литейный чугун ЛЗ, ферроникель ФН5 (ТУ48-3-59 — 84) следующего состава:
Х Ni+Co 6,0, кобальт не более 0,45, кремний 0,2 ; углерод 01, хром 0,3, медь
0,09, примеси: сера, фосфор, алюминий, титано-медистый чугун, содержащий 1 титана и 3 меди, а также ферросплавы ванадия, титана, хрома, фосфора, гранулированный никель, катодная медь, РЗМ содержащие лигатуры ФСЗОРЗМ 30. Шихту
1763504
Углерод
Кремний
Марганец
Хром
Ванадий
Никель
Медь
Титан
Кобальт
Молибден
Фосфор
Р3М цериевой группы
Железо
3,2-3,6
1,8 — 2,4
0,5-0,9
0,2 — 0,65
0,05 — 0,12
0,15 — 0,4
0,46 — 0,8
0,03 — 0,08
0.03 — 0,08
0,03 — 0,08
0,1 — 0,2
0,01 — 0,05
Остальное
25
Таблица!
Содержание элементов, а
Пределы содержания ингредиентов
Сплав (я; в. (а. )÷ )èi )с. )т"; .(в. Iñ. )в ) (ю
2,11 0,83 0,75 0,17 0,25 0,29 0,05 0,01
Средний
Иэвестный ост.
0,5 0,2 0,05 0 ° 15 0,46 0,03 - 0,03 0,03 0,1
0,01 ост.
3 ° 2 1,8
Нижний
Эаявляеиый
То we
0,41 0,82 0,26
0,65 0,12 0,4
0,81 0,15 0,6
0,05 0,05 0,15 0,03
0,08 0,08 0,2 0,05
0,11 0,09 0,35 0,1
0,68
0,8
1,1
2,11
3,6 2,4
3,9 2,8
0 ° 05
0,08
0,7
0,9
1,11
Средний
Верхний ост. . ост. ост, и
0,1
Вьаие верхнего
0,43 0,1 0,01 0,12 0,31 0,02 - 0,01 0 01 0,08
Ниве нижнего 2,91 1,75 след. ост.
Таблица 2 загружали в печь после расплавления и перегрева до 1460 С, вводили ферросплавы с целью доводки жидкого чугуна по хим. составу. Перед разливкой жидкий металл обрабатывали РЗМ с учетом коэффициента усвоения (70 — 80о ). Чугун заливали в технологическую пробу, выполненную в виде сухих песчаных форм — для определения предела прочности на разрыв и твердости испытываемых чугунов и их твердости. Для определения заполняемости быстроохлаждаемых литейных форм проводили заливку металла в облицованные кокили (существующая технология на заводе). Оценочным критерием является количество гильз дизельных двигателей, забракованных по видам брака, связанным с жидкотекучестью и заполняемостью литейной формы.
Химические составы испытываемых чугунов приведены в табл, 1; механические свойства чугунов и технологические свойства испытываемых чугунов — в табл. 2.
Анализ сравнительных испытаний заявляемых и известного чугуна показывает некоторое увеличение механических свойств при дополнительном вводе в состав кобальта, молибдена и Р3М, при этом значительно снижается брак литья, связанный с технологическими свойствами чугуна его жидкотекучестью и заполняемостью литейной формы, Предлагаемый сплав целесообразно использовать для изготовления гильз цилиндров с последующей закалкой ТВЧ для дизельных автотракторных двигателей.
5 Внедрение чугуна намечено в 1 кв, 1991 г, на Лидском литейно-механическом заводе.
Формула изобретения
Чугун для гильз цилиндров двигателей, 10 содержащий углерод, кремний, марганец, хром, ванадий, никель, медь, титан и железо, отличающийся тем, что, с целью повышения литейных и механических свойств, он дополнительно содержит ка15 балы, молибден, фосфор и РЗМ цериевой группы при следующем содержании ингредиентов, мас. :
www.findpatent.ru
При эксплуатации автомобиля в различных условиях возникаетнеобходимость повышения износостойкости и антифрикционных качеств рабочей поверхности гильзза счёт специальной обработки или методов упрочнения.
Провести сравнительный анализ методов упрочнения можно лишь условно, поскольку результаты исследований не всегда подтверждаются однотипными данными результатов (часов работы, километров пробега, износа и т.д.). Кроме того, исследование новых методов упрочнения проводят, как правило, в сравнении с различными одним-двумя уже известными методами, а показания сравниваемых характеристик приводится на уровне "во столько-то раз… (на…% и т.п.)", что также искажает представление об общей оценке их эффективности.
Легирование чугуна гильз цилиндров, рассмотренное в предыдущем разделе, является одним из методов упрочнения. К сказанному выше необходимо добавить, что упрочнение происходит в результате торможения дислокаций на внедрённых атомах, что существенно изменяет сопротивление их движению и обеспечивает упрочнение металлической матрицы, повышение её сопротивления пластическим деформациям и меньшее снижение твёрдости при нагреве.
Наиболее распространённые виды химико-термической обработки (ХТО)– азотирование, сульфидирование и фосфатирование. Они позволяют сократить расход Ni, Cr, Cu за счёт использования для изготовления гильз менее легированных материалов.
Азотированиемдостигается значительное повышение (»40НRС) твёрдости, износо- и коррозионостойкости рабочей поверхности гильз за счёт образования в ней карбонитридной фазы, которая имеет достаточную пластичность и становится рабочим элементом упрочнённого слоя. В работе указывается, что монолитные гильзы цилиндров двигателя ЗИЛ-130 из СЧ 24-44 после азотирования имели износостойкость в 1,5 – 1,9 раза выше, чем серийные с нерезистовой вставкой, при пробеге автомобиля 120…160 тыс.км. При этом во столько же раз уменьшалось изнашивание поршневых колец.
Однако, упрочнённый азотированием слой плохо прирабатывается и может выкрашиваться в процессе эксплуатации, при этом шероховатость поверхности ухудшается до Rа=0,63…2,5 мкм. Поэтому упрочнение азотированием не рекомендуется для двигателей автомобилей, работающих в запылённых карьерах.
При сульфидированиина рабочей поверхности гильзы образуется слой сернистого железа, который хорошо прирабатывается, повышает маслоёмкость рабочей поверхности, предотвращает схватывание с поршневыми кольцами, обеспечивает стабильно низкий коэффициент трения, увеличивает сопротивление изнашиванию, имеет надёжное сцепление с основным материалом. Однако увеличена склонность к образованию сернистых соединений и коррозии.
"Аналогичные свойства имеет и фосфатированный слой. Кроме того, он коррозионностойкий".
Главными недостатками всех видов ХТОявляются малая глубина внедрения в основной материал (0,3-0,35 мм), при этом окончательное периодическое хонингование гильз под ремонтный размер затруднено и ещё несколько её уменьшает. Поверхностный слой не может длительное время противостоять высоким нагрузкам, при которых работает пара гильза - поршневое кольцо; этот метод упрочнения довольно энергоёмок и дорог.
Поверхностное пластическое деформирование (ППД)– эффективный способ повышения износостойкости трущихся поверхностей детали в условиях граничного трения, основанный на использовании пластических свойств материала. В результате такой обработки удаляются риски и микротрещины от предыдущей обработки, увеличиваются твёрдость, износо- и коррозионостойкость поверхности и её усталостная прочность. В настоящее время существует значительное количество способов ППД. Об эффективности способов ППД по сравнению с наиболее распространёнными видами чистовой обработки гильз цилиндров можно судить по данным табл..
Результаты экспериментов показали, что износ поверхностей у образцов после упрочняющей обработки в период приработки меньше в 1,1-1,8 раза, а темп изнашивания в период естественного изнашивания меньше в 2 раза.
Таблица.
| Вид и способ обработки | Класс точности | Шероховатость Ra, мкм | |
| резание |
растачивание хонингование шлифование |
3-2 | 2,5-1,25 |
| 2-1 | 0,62-0,08 | ||
| 2-1 | 0,16-0,125 | ||
| ППД |
раскатывание: -роликами -шариками |
2-1 | 0,32-0,08 |
| 2 | 0,32-0,08 | ||
Поверхностный слой, раскатанный при оптимальных режимах, имеет повышенную (на 18-27%) микротвёрдость. Наибольшее её повышение наблюдается у перлитных чугунов, графитовые включения которых имеют меньшую длину, более обособлены и завихрены. Толщина слоя с повышенной микротвёрдостью колеблется в пределах 0,05-0,5 мм: чем больше диаметр деформирующего элемента, тем толще слой с повышенной микротвёрдостью. Кроме того, при раскатывании происходит некоторое измельчение графитовых включений, зёрна перлита после деформации имеют другую ориентировку по сравнению с исходной. Форма зёрен становится сплюснутой в направлении радиальных сил деформации. Вместе с тем, в подавляющем большинстве случаев, как утверждают авторы работ можно подобрать оптимальные параметры деформирующего элемента, обеспечивающие сохранение или даже улучшение исходной макрогеометрии Несомненным положительным моментом следует считать то, что ППД является окончательной операцией и возможно как в промышленном, так и в ремонтном производстве.
Однако, оно лишь в незначительной степени исправляет погрешности предшествующей обработки. Поэтому предшествующая обработка заготовок должна быть достаточно точной. Существенную роль в достижении необходимого качества поверхности играет величина силы воздействия на обрабатываемую поверхность, число ходов инструмента, подбор деформирующего элемента.
В работах приводятся примеры исследований упрочнения гильз цилиндров ППД с одновременным нанесением антифрикционного покрытия. По утверждению авторов работ этот метод превосходит по эффективности фосфатирование, направленное хонингование и алмазное вибровыглаживание, а полученные результаты после пробега укомплектованных двигателей 5-25 тыс.км показали, что обработка гильз этим методом в сравнении с алмазным хонингованием позволяет: повысить ресурс работы деталей ЦПГ в 1,9-2,6 раза; ускорить приработку в паре гильза – кольцо до 2 раз; сократить расход топлива двигателей ЗМЗ-53, ЗМЗ-24 на 0,4-0,5л/100 км; уменьшить коэффициент трения до 30%; повысить в 1,8-5,0 раз износостойкость рабочей поверхности гильзы; подвергать обработке только её верхнюю наиболее изнашиваемую часть.
Существенным недостатком этого метода является малая толщина антифрикционного слоя (до 5 мкм), что в условиях ведущего абразивного изнашивания будет недостаточно и, как следствие, может вызвать другие виды износа, уменьшая ресурс гильзы.
С цельюповышения износостойкости рабочей поверхности гильзв современном автомобильном двигателестроении для большинства гильз цилиндров двигателей, в том числе и зарубежных применяется её закалка. Термообработка закалкой серого чугуна с перлитной структурой позволяет преобразовать его в чугун с мартенситной структурой.
Закалка гильз, проводимая токами высокой частоты (ТВЧ), позволяет получить рабочую поверхность, упрочнённую на глубину до 2,5 мм (ЯМЗ – 1,0-2,5), (КамАЗ–1,0 мм). Её твёрдость после закалки ТВЧ достигает 38-48 НRС в зависимости от различных факторов. Удельный износ таких гильз составляет в зависимости от условий эксплуатации автомобиля 0,5-2,0 мкм/1000 км. Достаточная глубина закалённого слоя позволяет производить перешлифовку гильз под ремонтные размеры, что увеличивает ресурс её работы.
Однакопри закалке рабочей поверхности гильз ТВЧсуществует большая вероятность геометрической деформации, образования трещин на закаливаемой поверхности, получения неоднородной твёрдости как по окружности, так и по высоте, неоднородности структуры (наличие обособленных микроучастков структурно-свободного феррита в структуре закалённого слоя и т.п.), что является причиной повышенного износа гильз цилиндров. Для предотвращения этих нежелательных дефектов исследователи подбирают оптимальные режимы закалки (время нагрева под закалку, наличие подогрева перед закалкой, интенсивность наружного и (или) внутреннего охлаждения и т.д.) для каждого определённого химического состава чугуна.
Применение в качестве теплового источника лазерабольшой мощности позволяет устранить названные для закалки ТВЧ недостатки за счёт управляемого подвода теплоты, при котором не требуется подача охлаждающей среды для закалки нагретой зоны, так как мартенситное затвердевание происходит вследствие самозакалки. Максимальная глубина мартенситной структуры при лазерной закалке может достигать 1,5 мм практически для всех применяемых марок чугуна. Испытания показали, что гильзы, упрочнённые лазерным лучом, имеют износостойкость и твёрдость рабочей поверхности большую или равную азотированным, гильзам с нирезистовой вставкой и упрочнённым ТВЧ.
Следует отметить, при обработке лазерным излучением графит, находящийся на рабочей поверхности гильзы цилиндра, выгорает под действием высоких температур, что приводит к увеличению шероховатости поверхности и ряду других отрицательных при работе детали последствий. Также необходимо дорогое оборудование для проведения лазерной закалки.
Из выше изложенного следует, что методы упрочнения рабочей поверхности гильз цилиндров как широко распространённые, так и альтернативные, должны в результате воздействия на неё устранять недостатки, вызванные литейным процессом и, в зависимости от назначения и химического состава, придавать детали качества, необходимые для обеспечения ресурса работы двигателя. Однако, как видно из обзора источников наработки двигателей до отправки в капитальный ремонт, в том числе с указанными методами упрочнения, в реальных условиях эксплуатации существенно ниже нормативных. Таким образом, поиск новых способов и методов упрочнения рабочей поверхности гильзы цилиндров для нынешнего состояния автомобильного двигателестроения является объективной необходимостью.
www.autoezda.com
