Повышение прочностной надежности транспортных дизелей (1025560), страница 3

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 3)

Это, прежде всего, относится к чугунам ферритногокласса. С повышением содержания никеля, молибдена, марганца и кремния, атакже с добавлением меди прочностные показатели возрастают [22].По литературным данным наиболее широкое применение при существую­щем уровне развития металлургии, нашли чугуны - серые (СЧ) и высокопроч­ные (ВЧ) с шаровидной формой графита, легированные с целью повышения18служебных свойств никелем и молибденом, а в отдельных случаях хромом, ва­надием и медью.

При достаточно высоких технологических свойствах (жидкотекучесть, обрабатываемость, объемная усадка и т.д.) чугуны обладают относи­тельно высокими прочностными характеристиками и удовлетворительнымифизико-механическими и термоусталостными свойствами. Из этих материалови изготавливаются крышки цилиндров практически для всех современныхсреднеоборотных судовых и тепловозных двигателей отечественного и зару­бежного производства [2,5,6,18-21].Серые легированные чугуны широко применяются для крышек цилиндровсреднефорсированных автотракторных дизелей. Для крышек цилиндров быст­роходных форсированных дизелей с большим сроком службы преимуществен­ное использование получили высокопрочные легированные чугуны, получае­мые, как правило, обработкой жидкого расплава магнием в чистом виде или егосплавами.

Следует отметить тенденцию последних лет по расширению приме­нения легированного серого чугуна зарубежными фирмами с бейнитной матри­цей для деталей камеры сгорания. Серый чугун обладает лучшей теплопровод­ностью (см. таблицу 1.) по сравнению с высокопрочным, что позволяет снизитьтемпературы на поверхности детали. Снижение температуры приводит к сни­жению температурных напряжений, а бейнитная матрица, значительно повы­шает механические свойства.Чугун с шаровидным графитом обладает хорошим сопротивлением обра­зованию трещин благодаря своему высокому пределу прочности при растяже­нии, пределу выносливости при знакопеременной нагрузке и относительномуудлинению при разрыве при комнатной температуре.

С другой стороны, болеевысокий модуль упругости и меньший (по сравнению с серым чугуном) коэф­фициент теплопроводности приводят к повышению температурных напряже­ний в детали. По данным [4,22,31] высокопрочные чугуны перлитного класса,легированные никелем, имеют максимальную устойчивость к образованиютрещин. Чугун такого класса, легированный никелем молибденом и медью ис-19пользуется в качестве конструкционного материала для крышек цилиндров ди­зелей, выпускаемых «Коломенским заводом». Термическая стойкость высоко­прочного чугуна с шаровидным графитом может быть улучшена путем повы­шения его теплопроводности, при помощи легирования молибденом [22].Наряду с серыми и высокопрочными чугунами применяются чугуны вермикулярной (червеобразной) формой графита (ЧВГ), получаемой чаще всегообработкой жидкого расплава редкоземельными металлами (РЗМ) в чистом ви­де или комплексным легированием.

Предел прочности на растяжение, твер­дость, ударная вязкость, обрабатываемость, износ, усадка занимают промежу­точное положение между серыми чугунами с пластинчатым графитом и чугу­нами с шаровидной формой графита. Усадочная раковина в чугунах с компакт­ным (вермикулярным) графитом значительно меньше, чем в чугунах с шаро­видным графитом, что повышает качество производимых отливок.В качестве относительной сравнительной характеристики, позволяющейоценить пригодность материала для деталей, работающих в условиях повы­шенных температур и стесненных условиях, циклически меняющихся дефор­маций, в работе [17] предложен обобщенный критерий:ILt)= а°-т'Я(Вт/м2)где Go,2(t) - условный предел текучести,X(t)—теплопроводность,E(t) - модуль нормальной упругости,(X(t) - коэффициент линейного расширения,Индекс t указывает на то, что все параметры взяты для максимальной ра­бочей температуры цикла нагружения.

Значения критерия Пф для чугунных ма­териалов лежат в широком диапазоне 0,6.. 1,36. Для оценки работоспособностиматериала в условия температурного нагружения необходимо стремиться кмаксимальным значениям П^.Критерий ri(t) может быть использован для сравнительной оценки склонно­сти материала к термоусталостному разрушению. В нем нет таких характери-20стик как релаксационная стойкость, жаростойкость, коррозионная и эрозионнаястойкость, чувствительность к конструктивным концентраторам напряжений,технологичность и ряд других.В таблице 1. приведены данные по тепло-физическим свойствам при нор­мальной температуре для чугунов с пластинчатой (СЧ), шаровидной (ВЧ), вермикулярной (ЧВГ) формой графита, по данным [22,51] и данным, полученнымипри экспериментальных исследованиях в работах АО «Коломенский завод» иЦНИИТМАШ.Анализ показывает, что чугун с вермикулярной структурой графита (ЧВГ),обладая механическими свойствами, близкими к высокопрочному чугуну (ВЧ),а теплофизическими - к серому (СЧ) имеет значение обобщенного коэффици­ента П(1) в диапазоне рабочих температур 20...450°С выше, чем ВЧ (наиболеераспространенный).

Кроме того, одними из важных свойств ЧВГ является вы­сокие показатели литья и механической обработки (жидкотекучесть, малая ли­нейная усадка, обрабатываемость), что обеспечивает получение из него слож­ных тонкостенных отливок с высоким качеством металла. В связи с этим ЧВГможно рассматривать как перспективный материал. По данным [31,18,20] чугунс вермикулярной формой графита успешно применяется в конструкциях кры­шек цилиндров форсированных дизелей. Следует отметить, сложность техно­логии отливки (данная структура довольно неустойчива). При нарушении тех­нологии литья возможно получение заготовки со свойствами серого чугуна водной области, и со свойствами высокопрочного - в другой.Гораздо реже в качестве конструкционного материала крышек цилиндровиспользуют сталь (чаще для крышек малооборотных судовых дизелей).

Стали,особенно жаропрочные, имеют лучшие (по сравнению с чугунами) рабочиесвойства в условиях повышенных температур (лучшее сопротивление термоус­талостному разрушению в условиях упруго-пластического деформирования).По данным [2,29] чаще всего применяются углеродистые, хромомолибденовыестали. Но способ изготовления крышки отливкой в условиях серийного произ-21водства затрудняет эффективное использование данного вида материала. Свар­ные конструкции из стали имеют концентраторы напряжений в местах сварки инуждаются в дополнительной термообработке, что усложняет технологию идополнительно удорожает производство. Однако, при существующих уровняхфорсирования и высоких требованиях к показателям долговечности, в отдель­ных случаях, сталь может рассматриваться в качестве конструкционного мате­риала для крышек цилиндра среднеоборотных дизелей. Например, крышка ци­линдра дизеля фирмы Mitsubishi 24WZ15/20 изготовлена из хромомолибденовой стали.Сплавы на основе алюминия часто применяются в качестве конструкцион­ного материала крышек цилиндров ДВС с искровым зажиганием.

Для крышеквысокофорсированных среднеоборотных дизелей транспортного назначения,характеризующихся высокими температурами и давлениями в цилиндре, легко­сплавные материалы не применяются [2,5,6,18,19,20]. Исключением являютсясоставные конструкции крышки цилиндров, в которых из алюминиевого сплававыполняется верхняя часть. Алюминиевые сплавы не способны обеспечить не­обходимую жесткость конструкции при воздействии высоких давлений сгора­ния. При температурах, превышающих 300 С большинство алюминиевых спла­вов, становятся неспособными сопротивляться высоким нагрузкам [34].В последнее время разработаны технологии получения так называемыхкомпозиционных материалов, а также жаростойких алюминиевых сплавов (какправило, с повышенным содержанием кремния) способных работать в областиповышенных температур.

В ЦНИДИ отработана технология изготовления заго­товок поршней из алюминиевого сплава методом литья с кристаллизацией поддавлением (жидкая штамповка) с упрочнением муллитокремнеземными дис­кретными волокнами отдельных зон поршня [34]. Упрочнение матричногопоршневого сплава производится путем пропитки расплавом керамически по­ристых вставок из волокон муллитокремнезема (AI2O3+S1+O2). Значение меха­нических свойств делают его пригодным для армирования металлов. Несмотря22на это и ряд других положительных качеств легкосплавных материалов, средикоторых хорошие литейные характеристики, хорошие пластические свойства,хорошие показатели теплопроводности применение этих материалов для кры­шек цилиндров транспортных дизелей в настоящее время маловероятно.Отдельного внимания заслуживает метод нанесения теплоизоляционныхпокрытий на детали ЦПГ двигателя, с целью защиты структуры материала отвоздействия высокой температуры и химически агрессивной среды [24,57]. Этатехнология позволяет добиться защиты деталей ЦПГ от воздействия высокихтемператур и повысить КПД двигателя (при соответствующей настройке сис­тем двигателя) одновременно, а также уменьшить габариты и вес теплообменных аппаратов.

В качестве теплоизолирующих материалов используются окис­лы и карбиды металлов [55,57], а также «пирокерамики» — специальные стеклокерамические покрытия, которые наносятся чаще всего плазменным или га­зопламенным методом. Применяется также электростатический способ (фирма«Даймлер-Бенц»).Теплоизолирующиепокрытиядолжныобладатьмалойтепло­проводностью, хорошей жаростойкостью и сцеплением с материалом детали,минимальной поверхностной пористостью, способностью выдерживать меха­нические и тепловые удары и противостоять эрозии. Всем этим требованиямудовлетворяют двуокись циркония ЪхОг и окись алюминия АЬОз.Из способов нанесения покрытий предпочтительным считается методплазменного напыления, который позволяет наносить покрытия, в том числемногослойные, из любых материалов на любые материалы; обеспечивает полу­чение плотного покрытия, прочно сцепленного с основой.Несмотря на явные достоинства покрытий, имеющих высокие теплоизоли­рующие свойства и не требующих конструктивных изменений деталей, они досих пор не нашли сколько-нибудь широкого применения.

Характеристики

Список файлов диссертации