Тарасенко_Материалы для поршневых двигателей (831918), страница 9
Текст из файла (страница 9)
Из серогои высокопрочного чугунов типов СЧ24, СЧ45 и ВЧ 45, а такжеиз легированных чугунов изготовляют поршни форсированных тепловозных и среднеоборотных двигателей. При повышенной посравнению с алюминиевыми сплавами температуре плавления чугуна устраняется обгорание кромок на поверхностях, обращенныхк камере сгорания.Чугуны и стали применимы при более высоких температурах ив более тяжелых условиях нагружения по сравнению с алюминиевыми сплавами. Так, сталь 20Х3МВФ имеет наилучшее сочетаниесвойств: наиболее низкий ТКЛР, высокие значения модуля упругости и временного сопротивления разрыву.
Однако известно, чтопо сравнению с чугунами стали (особенно деформируемые) более дороги и уступают последним по конструкционной прочности(пределу выносливости и чувствительности к концентраторам напряжений).Из чугунов, обладающих лучшими, чем стали, литейнымисвойствами, изготовляют детали сложной конфигурации, которыелучше сопротивляются разнообразным механическим воздействиям, чем более простые по форме стальные детали, изготовленныештамповкой.В Германии было проведено многоаспектное сравнение блоков цилиндров из алюминиевых сплавов и из чугунов.
Оценивалистоимость материалов и изготовления деталей, положение на рынке, физические и механические свойства, возможность использования сплавов при переплавке, а также экономические аспекты. Былсделан вывод, что о безусловности преимуществ того или иногоматериала говорить нельзя.Наилучшему использованию свойств материала помогает изменение конструкции поршня. Поршни автомобильных и тракторных двигателей отличаются разнообразием конструктивных решений. В карбюраторных двигателях, работающих на легком топливе,поршни выполняют исключительно из легких сплавов. В настоя52щее время считается, что цельнолитые алюминиевые поршни целесообразно применять только в малофорсированных двигателяхмалых сроков службы.В связи с непрерывным форсированием двигателя по параметрам рабочего процесса (среднее эффективное давление) конструкции поршней непрерывно изменяются, а от материала требуютсявысокие механические свойства при повышенной температуре.
Вфорсированных двигателях все чаще применяют составные поршни: вставку под первое, а иногда и под второе компрессионныекольца изготовляют из аустенитной стали или аустенитного чугуна, что повышает износостойкость кольцевых канавок. Для повышения сопротивления окислению поверхности поршня, соприкасающегося с горячими газами, применяют покрытия из жаростойкихматериалов, например из керамики. Для повышения предела выносливости опорных поверхностей бобышек применяют поверхностное пластическое деформирование (ППД), создающее напряжениесжатия на поверхности.В табл. 2.13 указаны типы и марки материалов, из которых изготовляют поршни двигателей различной мощности.
Композиционные материалы на основе алюминия обладают несомненнымипреимуществами перед традиционно получаемыми сплавами повсем свойствам, требуемым от материала поршня. Их применениепозволяет существенно уменьшить массу двигателя и инерционные силы, повысить мощность. Однако в настоящее время их производство является дорогим и не может обеспечить широкий паркавтомобилей.Таблица 2.13Материалы для поршней различных типов двигателей внутреннегосгоранияТип ДВСМалофорсированныйс малым ресурсомФорсированныйХарактеристикапоршняМарка сплаваЦельнолитойСилумины АК52, АЛ9СоставнойАК4, АЛ21 со вставками;аустенитная стальЦельнолитойЖаростойкий чугун53Окончание табл.
2.13Тип ДВСТепловозныйСреднеоборотныйсудовойМалооборотныйдовойМарка сплаваХарактеристикапоршнясу-АвтотракторныйДизельныйДизельный с турбонаддувомЦельнолитойСилумины; АК4; чугуныСЧ24, ЧНХМДСоставнойВЧ 45 со вставками из жаростойких сталейЦельнолитойЧНХМДСоставнойАлюминиевые сплавыс чугунными вставкамиЦельнолитойЛитые сталиЦельнолитойСилумины;чугуны СЧ35, ВЧ 45, ВЧ 60ШтампованныйАК4ЦельнолитойВЧ 50КМСАП;Al + волокна Al2 O3 , SiC,Si3 N4 ;порошковый КМ:Al + Ni, Cr, CoКМСилумин + (Al2 O3 + SiO2 )2.5. Материалы для поршневых колецПоршневые кольца по назначению подразделяют на компрессионные и маслосъемные.Компрессионные кольца предотвращают прорыв газов из камеры сгорания в картер.
Они должны обеспечивать качественноеуплотнение рабочей поверхности. Компрессионные кольца работают в очень жестких условиях: высокие давления и высокая температура газов. Кольца должны противостоять такому воздействию втечение миллионов циклов и сохранять свою упругость и возможность уплотнения.54К свойствам компрессионных колец предъявляют следующиетребования:• высокая статическая прочность на изгиб;• высокая усталостная прочность;• высокие упругие характеристики;• высокая износостойкость;• хорошие антифрикционные свойства (низкий коэффициенттрения);• стойкость к заеданию;• коррозионная стойкость и жаростойкость;• высокая теплопроводность.2.5.1.
Материалы для компрессионных колецДля компрессионных колец применяют следующие материалы.1. Серые специальные чугуны, легированные хромом, молибденом, медью, ванадием, титаном, в которых присутствие молибдена придает кольцам твердость и упругость за счет измельчениязерна; меди — коррозионную стойкость; титана — плотную перлитную структуру с равномерным распределением графита; хрома —твердость и износостойкость.
По структуре наиболее высокую износостойкость имеют чугуны с перлитной матрицей и мелкопластинчатым графитом, равномерно распределенным в металлической основе.Улучшения свойств чугунов для компрессионных колец достигается в результате упрочняющей термической обработки, котораяприменима только к перлитным чугунам. Например, на перлитномчугуне марки ЧХНВ, легированном хромом, никелем, вольфрамом,возможно повышение запаса упругости и износостойкости при переходе от литого состояния к изотермической закалке или закалкес отпуском (рис.
2.14). Причиной улучшения свойств является увеличение степени дисперсности частиц ферритно-цементитной смеси, которое происходит при изотермической закалке или закалке сотпуском.2. Жаростойкие и жаропрочные стали.3. Композиционные материалы. Так, в Японии для уменьшения массы деталей и межцилиндровых зазоров гильзы цилиндров55Рис. 2.14. Изменение скорости изнашивания и запаса упругости легированного чугуна ЧХМН в зависимости от режима термообработки: — скорость изнашивания; — запас упругостивыполняют из КМ, матрицей которого является алюминий, а наполнителями кроме Al2 O3 углеродные волокна (Honda).4. Специальные чугуны с молибденовым покрытием. Молибден обладает многими противоизносными свойствами, подобнохрому, а в некоторых случаях он может иметь даже бо́льшую сопротивляемость износу.
С течением времени молибденовые кольца, вероятно, стали основными в форсированных двигателях, таккак они долговечны, относительно легко прирабатываются и болеенадежны.Для поршневых колец также широко применяются покрытияполученные следующими способами:• хромированием, в результате которого хромированное кольцо интенсивно отводит теплоту от поршня к цилиндру и далеек охлаждающей среде благодаря высокой теплопроводности, чтоповышает долговечность колец. Для лучшего удержания смазкихромовый слой делают иногда пористым;• сульфидированием, в результате которого пористый слойсульфидов (толщиной 10.
. .15 мкм) удерживает смазку и предохраняет кольца от заедания при приработке;56• оксидированием, в результате которого полученная на поверхности оксидная пленка облегчает процесс приработки и хорошопредохраняет рабочие поверхности от схватывания в условиях несовершенной смазки и высокой температуры;• лужением, которое уместно в тех случаях, когда приработкадолжна происходить очень быстро;• фосфатированием, при котором поверхность получается пористой, крупнокристаллической, хорошо впитывающей масло. Впроцессе работы рыхлый слой разрушается и образует мелкозернистую массу, шлифующую поверхности трения.2.5.2. Материалы для маслосъемных колецМаслосъемные кольца, снимая излишки масла со стенки цилиндра, препятствуют прониканию масла из картера в камеру сгорания. Их устанавливают ниже уровня компрессионных колец.
Вотличие от компрессионных колец они имеют сквозные прорези.Для их изготовления используют чугуны (СЧ25, СЧ35, СЧ40),углеродистые, инструментальные и коррозионно-стойкие стали.Чугунные и наборные стальные маслосъемные кольца показываютвполне удовлетворительные результаты в самых тяжелых условиях шоссейно-кольцевых гонок и автомобильных ралли. Однако понекоторым соображениям предпочтение все же отдается наборустальных маслосъемных колец. Они имеют меньшую поверхностьконтакта со стенкой цилиндра, что несколько снижает потери натрение. Больший срок службы таких колец по сравнению с чугунными обеспечивается наличием в комплекте расширителя, которыйсоздает дополнительное радиальное давление поршневого кольцапри его уменьшении вследствие износа.
Кроме того, комплект наборных стальных маслосъемных колец имеет меньшую массу, чемодно чугунное кольцо; его проще установить на поршень, в товремя как по причине чрезвычайной хрупкости чугунные кольцачасто ломаются.3. МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ КЛАПАНОВ ДВИГАТЕЛЕЙВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ3.1. Условия работы и требования к материаламКлапанный узел ДВС — ответственный узел, определяющийсрок службы мотора до ремонта.Клапаны двигателя внутреннего сгорания функционируют вэкстремальных условиях. Они подвержены совместному действиюнескольких факторов:• повышенной температуры (температура головки клапана может достигать 800 ◦ С);• циклических растягивающих напряжений (стержень);• высоких динамических нагрузок (фаски клапанов и седла,особенно при закрытии и в начале открытия клапанов);• резких теплосмен;• интенсивных контактных нагрузок (торец стержня);• изнашивания (клапаны и седла клапанов подвергаются износу в результате ударов головки клапана о седло, повторяющихся сбольшой частотой);• коррозионного действия агрессивных отработавших газовпри повышенной температуре;• эрозионного действия струи газа и продуктов неполного сгорания топлива.Все эти воздействия с течением времени отрицательно влияютна механические свойства материала, газовую коррозию, вызываяэрозию, коробление головок клапана.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
