Aliaj pe bază de fier sinterizat ușor de prelucrat pentru scaunele supapelor inserabile. Probleme moderne de știință și educație Fontă de calitate pentru scaune de supape

Invenția poate fi utilizată la restaurarea sau fabricarea supapelor de motor ardere internă(GHEAŢĂ). După curățarea suprafeței de sub scaun și detectarea defectelor, se efectuează un tratament mecanic. Scaunul este realizat prin suprafața cu arc electric a suprafeței supapei de sub scaun. Substratul de nichel este depus cu un arc scurt folosind un curent de polaritate directă într-un mediu gazos de sudare cu forjare a cordonului de sudură la o viteză care nu permite metalului să se răcească. Se efectuează prelucrarea mecanică a suprafeței depuse cu nichel. Stratul de lucru din oțel austenitic termorezistent se topește cu ajutorul unui electrod consumabil cu un curent de polaritate inversă, cu forjare a fiecărei role la o viteză care să nu permită răcirea metalului. Se efectuează prelucrarea mecanică finală a suprafeței de lucru a scaunului. Metoda face posibilă eliminarea completă a posibilității ca scaunele să cadă din chiulasă în timpul funcționării motorului cu ardere internă, pentru a crește rezistența la oboseală termică a chiulaselor și pentru a crește rezistența și rezistența la uzură a scaunelor supapelor depuse. 4 bolnavi.

Desene pentru brevetul RF 2448825

Invenția se referă la motoarele cu ardere internă (ICE), și anume la scaunele supapelor ale chiulaselor ICE.

Motoarele moderne de transport cu ardere internă se caracterizează printr-o putere mare în litri. O creștere a puterii în litri se realizează în principal prin creșterea presiunii medii efective prin creșterea alimentării ciclice cu combustibil. În același timp, acestea cresc inevitabil sarcini termice pe piesele care formează camera de ardere, în special pistoanele, chiulasele și supapele, iar performanța acestora limitează creșterea în continuare a puterii.

Chiulasa este cea mai complexă ca design și cea mai încărcată termic parte a motorului. Complexitatea structurii duce la o mare denivelare a sarcinilor termice asupra elementelor sale individuale. Condiţiile de muncă sunt şi ele nefavorabile, pentru că Chiulasa nu permite dilatare termica libera.

Cele mai frecvente defecte de funcționare ale chiulaselor sunt defecțiunile scaunelor supapelor: fisuri pe suprafata interioara, uzura catastrofala a suprafetei de lucru, distrugere si pierdere.

La motoarele moderne autohtone și străine, scaunele supapelor sunt realizate de tip plug-in [paginile 249-250. Orlin, A.S. Proiectare și calcule de rezistență ale motoarelor cu piston și combinate. / A.S.Orlin, M.G.Kruglov, D.N.Vyrubov etc. - M.: Inginerie mecanică, 1984. - 384 p.]. Scaunele sunt fie presate în prizele chiulasei cu o interferență relativă, fie introduse răcite. Metoda de presare a scaunelor supapelor cu interferență în chiulasa este cea mai comună. În acest caz, trebuie remarcat un dezavantaj semnificativ - posibilitatea ca scaunul să cadă din priza capului.

Dacă un scaun de supapă cade și este înlocuit ulterior în timpul reparațiilor, este necesar să se instaleze scaune cu un diametru mai mare pentru a asigura cantitatea necesară de tensiune și pentru aceasta este necesar să se foreze diametrele canalelor de intrare și de evacuare ale cilindrului. cap spre diametru mai mare, ceea ce va duce la o reducere a dimensiunii podului intervalve, care este zona cea mai încărcată a chiulasei.

De asemenea, trebuie remarcat faptul că presarea din cauza solicitărilor semnificative necesită fabricarea unei șei masive.

La motoarele maritime de mari dimensiuni, locomotive diesel și motoarele diesel staționare, se folosesc chiulasele din fontă, în care deschiderile supapelor nu sunt echipate cu scaune de inserție [Voznitsky, I.V. Motoare marine cu ardere internă. / I.V. Voznitsky, N.G. - M.: Transport, 1979. - 413 p.], [Rzhepetsky, K.L. Motoare marine cu ardere internă. / K.L. Rzhepetsky, E.A. - L.: Construcţii navale, 1984. - 168 p.]. Prin urmare, când se atinge limita de uzură a găurilor, este necesar fie să trimiteți capul la fier vechi, fie să găuriți găurile și să apăsați scaunele de inserție în ele. Ambele variante nu sunt optime.

În primul caz, o chiulasă încă complet funcțională este pierdută și este nevoie să achiziționați o nouă piesă scumpă.

În al doilea caz, găurile din chiulasa pentru instalarea scaunelor conduc la reducerea secțiunilor sale transversale în zonele cele mai solicitate termic și mecanic de pe fund și provoacă astfel formarea de fisuri de oboseală termică de-a lungul punților intervalve și între orificiile pentru supape si injectoare. În plus, nu poate fi exclusă posibilitatea ca scaunele introduse să cadă în timpul funcționării diesel.

Astfel, obiectivul prezentei invenţii este de a crea o metodă de producere a scaunelor de supape pentru chiulasele din fontă ale motoarelor cu ardere internă în timpul fabricării sau restaurării acestora, utilizând metoda de suprafaţă cu arc electric. Metoda de fabricație sau restaurare propusă va elimina dezavantajele menționate mai sus care apar la presarea scaunelor supapelor în chiulasă și va rezolva în mod optim problema restabilirii funcționalității chiulasei. În plus, la utilizarea metodei propuse, posibilitatea căderii scaunului este complet eliminată, iar rezistența la oboseală termică a chiulasei este crescută.

Sarcina este realizată prin faptul că, la fabricarea sau restaurarea scaunelor supapelor ale chiulaselor din fontă ale motoarelor cu ardere internă, se utilizează metoda de suprafață cu arc electric, care va oferi noi proprietăți ale suprafeței de lucru a scaunului prin selectarea diferitelor oțeluri pentru suprafață. . De asemenea, chiulasa devine mai reparabilă în viitor.

O metodă de producere a scaunelor de supape pentru chiulasele din fontă ale motoarelor cu ardere internă în timpul fabricării sau restaurării acestora, inclusiv curățarea suprafețelor de sub scaun, detectarea defectelor, prelucrarea mecanică a acestuia și fabricarea scaunului, este realizată prin suprafața cu arc electric a suprafețelor menționate. suprafață cu un curent scurt de arc de polaritate directă cu suprafața unui substrat de nichel într-un mediu de sudare gazos, cu forjare a cordonului de sudură la o viteză care nu permite metalului să se răcească, prelucrare mecanică a suprafeței depuse cu nichel și apoi suprafața stratului de lucru cu oțel austenitic termorezistent folosind un electrod consumabil cu curent de polaritate inversă cu forjare a fiecărui cordon de sudură la o viteză care să nu permită răcirea metalului și prelucrarea finală a suprafeței de lucru a scaunului.

Figurile 1, 2, 3, 4 prezintă diagrame pentru efectuarea lucrărilor de obținere a scaunelor de supape pentru chiulasele din fontă ale motoarelor cu ardere internă în timpul fabricării sau restaurării acestora.

Metoda de obținere a scaunelor de supape pentru chiulasele din fontă ale motoarelor cu ardere internă în timpul fabricării sau restaurării acestora constă în pregătirea chiulasei 1 pentru suprafață prin presarea scaunelor 2 (Fig. 1), curățarea, găurirea suprafețelor de așezare 3 ale scaune de supapă pentru suprafața unui substrat de nichel în conformitate cu Fig. 2 și curățarea suprafețelor adiacente scaunelor de supapă cu o perie de sârmă până la o strălucire metalică.

Sudabilitatea tehnologică slabă a fontei cenușie duce la apariția următorului defect: albire, i.e. apariția unor zone cu depozite de cementită într-o formă sau alta. Duritatea mare a zonelor decolorate face practic imposibilă prelucrarea fontei. instrument de tăiere. Suprafața unui substrat de nichel elimină formarea acestor zone.

Suprafața substratului se realizează cu un arc scurt la un curent de polaritate directă într-un mediu gazos de sudare cu forjare a fiecărui cordon de sudură la o viteză care nu permite metalului să se răcească, cu lovituri ușoare ale unui ciocan metalic. Consumabile- Sarma de sudura PUNCH, care include: Cu - 2,3-3%, Mn - 5-6%, Fe - pana la 2%, Ni - restul. Impurități nu mai mult de: Si - 0,3%, C - 0,3%, gaz de sudare (Ar 80%, CO 2 20%).

După suprafață, găuriți suprafețele de așezare a 4 scaune de supapă în conformitate cu Fig.3.

Apoi, suprafața de lucru a scaunului supapei este acoperită cu oțel austenitic rezistent la căldură și un electrod consumabil (alegerea materialului de suprafață este determinată de o combinație unică de proprietăți: ductilitate ridicată, rezistență, rezistență la coroziune și capacitatea de a se întări în timpul funcționării sub influența impactului supapelor atunci când este așezat în scaun). Înainte de suprafață, este necesară calcinarea electrozilor la o temperatură de 330-350°C timp de o oră. Suprafața stratului de lucru se efectuează la un curent de polaritate inversă cu forjare a fiecărui cordon de sudură la o viteză care nu permite metalului să se răcească. După aceasta, prelucrarea finală a suprafețelor de așezare 5 ale scaunelor supapei poate fi efectuată în conformitate cu Fig.4.

FORMULA INVENŢIEI

O metodă de producere a scaunelor de supape pentru chiulasele din fontă ale motoarelor cu ardere internă în timpul fabricării sau restaurării acestora, inclusiv curățarea suprafeței de sub scaun, detectarea defectelor, prelucrarea și fabricarea scaunului, caracterizată prin aceea că scaunul este realizat prin suprafața cu arc electric suprafața supapei sub scaun, în timp ce un strat de bază de nichel este depus cu un scurtcircuit cu un curent de arc de polaritate directă într-un mediu gazos de sudare cu forjare a cordonului de sudură la o viteză care nu permite metalului să se răcească, prelucrare mecanică a suprafeței placate cu nichel, apoi stratul de lucru din oțel austenitic rezistent la căldură este depus cu un electrod consumabil folosind un curent de polaritate inversă cu forjarea fiecărei perle la o viteză care nu permite metalului să se răcească și efectuați prelucrarea finală a suprafeței de lucru a scaunului.

Se instalează în orificiile chiulasei destinate instalării supapelor și distilării amestecului aer-combustibil și a gazelor de eșapament prin acestea. Piesa este presată în chiulasă din fabrică.

Îndeplinește următoarele funcții:

• etanșeitatea găurii;
• transferă excesul de căldură către chiulasa;
• asigură fluxul de aer necesar atunci când mecanismul este deschis.

Înlocuirea scaunului supapei este necesară atunci când nu este posibilă restabilirea etanșeității acestuia prin tratament mecanic (numeroase tratamente în trecut, ardere, uzură severă). Puteți face acest lucru singur.

Reparațiile pieselor sunt efectuate atunci când:

• arderea plăcii;
• după înlocuirea bucșelor de ghidare;
• cu un grad moderat de uzură naturală;
• dacă etanşeitatea legăturii dintre inel şi placă este ruptă.

Corectarea șailor uzate și deteriorate la domiciliu se face cu freze. În plus, este posibil să aveți nevoie de un aparat de sudură sau puternic arzator pe gaz, set standard chei necesar pentru demontarea și demontarea chiulasei, pastă de leupare, burghiu.

Înlocuirea scaunelor

Procedura de înlocuire constă în două proceduri importante: îndepărtarea pieselor vechi și instalarea celor noi.

Îndepărtarea elementelor vechi de plantare

Înlocuirea scaunelor supapelor se efectuează pe o chiulasă demontată cu un mecanism de distribuție a gazului dezasamblat. Puteți elimina inelul vechi folosind aparat de sudura, dacă materialul din care este realizat permite acest lucru.

Pentru a efectua procedura, se realizează un dispozitiv de îndepărtare a scaunului supapei - se ia o supapă veche inutilă, a cărei placă trebuie prelucrată la dimensiunea diametrului interior al scaunului.

După aceasta, unealta rezultată este îngropată în scaun, la 2-3 mm mai puțin de margine, și „prinsă” prin sudare în 2-3 locuri. Ulterior, supapa, împreună cu inelul metalic, sunt scoase din spate cu un ciocan.

Important! Procedura de sudare poate provoca o anumită deformare a scaunului. În acest caz, șeile standard vor avea o fixare slabă, ceea ce poate duce la demontarea lor spontană în timpul funcționării motorului. Sunt necesare inele cu diametru mărit, care nu se vând în magazine, ci se fac la comandă.

Scaunele supapelor din metale nesudabile pot fi îndepărtate prin înșurubarea unei bucăți de țeavă în scaun ca dispozitiv de îndepărtare a scaunului supapei. Pentru a face acest lucru, un fir este tăiat pe suprafața interioară a inelului. Un fir similar este aplicat pe suprafața exterioară a unei țevi metalice de diametru adecvat.

Se ia o supapă veche și se sudează mai întâi la capătul țevii în poziția inversă. În acest caz, tija supapei este introdusă în orificiul destinat acesteia, țeava este înșurubată în filet, după care elementul este îndepărtat prin lovirea tijei.

Instalarea șailor noi

Înainte de a începe procedura de instalare a șeilor noi, scaunele de sub ele sunt curățate de murdărie. După aceea, chiulasa trebuie încălzită uniform la o temperatură care depășește 100˚C. În același timp, metalul se extinde, permițând inelului să fie presat.

Piesa montată este răcită cu azot lichid. În absența acestuia, puteți folosi o combinație de gheață și acetonă, care vă permite să reduceți temperatura metalului la -70˚C. Dimensiunile pieselor sunt selectate astfel încât diferența dintre diametrul scaunului și inelul să nu fie mai mare de 0,05-0,09 mm pe piesele reci.

Scaunul supapei este presat în poziție folosind un dorn special sau o bucată de țeavă de diametru adecvat. Piesa trebuie să se potrivească în scaun cu puțin efort. Este important ca inelul să se potrivească fără distorsiuni.

După apăsarea și răcirea chiulasei, ar trebui să verificați dacă elementul este slăbit în scaun. Dacă nu există un spațiu liber și elementul înlocuit este ținut strâns pe loc, procedura de înlocuire poate fi considerată completă. Apoi, trebuie să tăiați scaunele supapelor folosind tăietoare.

Important! În timpul procedurii standard de înlocuire, plăcile supapelor ale tuturor supapelor sunt setate destul de sus. Cu toate acestea, unii experți recomandă prelucrarea teșiturilor astfel încât supapele de evacuare să stea puțin mai adânc decât poziția normală. Scaunul supapei de admisie este lăsat în poziția sa normală.

Reparație șa

Reparația scaunelor supapelor se efectuează în timpul uzurii lor naturale și potrivire lejeră farfurii la locul lor.

Pentru a restabili geometria inelelor se folosesc freze pentru scaune supape - un set de capete de frezat care permit realizarea unghiurilor necesare.

Frezele cu role pot fi utilizate în combinație cu echipamente speciale. Cu toate acestea, este scump. Prin urmare, acasă, se folosește o cheie cu clichet cu prelungire. Zonele tratate corespunzător au unghiuri de 30˚, 60˚ și 45˚. Prelucrarea scaunelor supapelor pentru a crea fiecare dintre ele se realizează cu tăietorul corespunzător.

Măcinarea scaunelor supapelor nu necesită încălzire sau alte procesări. Canelarea se face „uscat”. Pe viitor, în momentul șlefuirii, este necesar să se folosească o pastă specială de leuit. Pentru a realiza cel mai bun rezultat Se recomandă ca șlefuirea scaunelor noi să se facă manual, mai degrabă decât cu ajutorul unui burghiu.

Un alt tip de reparație este canelarea scaunelor pentru inserții de reparare. Pentru a face acest lucru, conform algoritmului descris mai sus, șaua sunt îndepărtate, după care locurile pentru ele sunt măcinate cu o unealtă specială de tăiere. Dimensiunea zonei de reparare ar trebui să fie cu 0,01-0,02 cm mai mică decât inserția. Instalarea se efectuează după încălzirea chiulasei și răcirea elementelor montate.

Puteți încerca să vă plictisiți corect pe propriul risc și risc. Cu toate acestea, ținând cont de complexitatea procedurii și de precizia ridicată necesară a muncii, este mai bine să efectuați astfel de manipulări într-un atelier de reparații auto calificat sau într-o fabrică de reparații auto.

Discuri supape cu teșituri încorporate. Proces tehnologic de refacere a discului supapei.

Supape. Durata de viață a supapelor motorului auto-tractorului este limitată în principal de uzura teșirii acestuia, ca urmare a faptului că în conexiunea șanfren supapă scaun crește adâncimea de scufundare a plăcii sale în raport cu suprafața chiulasei, ceea ce duce la deteriorare indicatori economici motor: putere redusă, consum crescut de combustibil și ulei etc. Teșirea este de obicei restaurată prin șlefuire. Dacă este uzată la o dimensiune mai mică decât valoarea nominală, supapa trebuie înlocuită cu una nouă sau restaurată.

Uzura rapidă a teșiturilor supapelor se explică prin faptul că în timpul funcționării acestea sunt expuse la efecte chimice și termice, iar prin teșitură este îndepărtată de 3-5 ori mai multă căldură decât prin tijă. Aproape toate supapele motoarelor primite pentru reparație au uzură de-a lungul teșirii plăcii.

În creșterea rezistenței teșiturilor supapelor nou fabricate, metoda de suprafață cu arc comprimat direct pe instalația U-151, dezvoltată de IES numită după. E. O. Paton. Un inel turnat este plasat pe semifabricatul supapei, care este apoi fuzionat cu un arc comprimat. O încercare de a transfera experiența acestei metode pentru suprafața supapelor uzate nu a dat rezultate pozitive. Acest lucru se explică prin faptul că înălțimea flanșei cilindrice a discului supapei, ca urmare a uzurii, este redusă la 0,4-0,1 mm, iar suprafața unei margini subțiri de teșire din cauza încălzirii neuniforme a capului supapei și a inelului de umplere aplicat. este dificil: apare arsuri.

O modalitate eficientă de refacere a supapelor este metoda de suprafață cu plasmă cu furnizarea de aliaje dure sub formă de pulbere rezistente la căldură la o teșitură uzată. În acest scop, filiala Maloyaroslavets a GOSNITI, TsOKTB și VSKHIZO bazată pe mașina U-151 proiectată de IES numită după. E. O. Paton a dezvoltat instalația OKS-1192. Instalația constă dintr-o mașină de suprafață semiautomată completă cu un reostat de balast RB-300 și o lanternă cu plasmă proiectată de VSKHIZO.

Caracteristicile tehnice ale instalației OKS-1192

Dimensiuni standard ale supapelor sudate (diametrul discului), mm 30-70

Productivitate, buc/h< 100

Consum de gaz, l/min:

formatoare de plasmă<3

protectoare-transportatoare<12

Debit apă de răcire, l/min >4

Capacitate de alimentare cu pulbere, m 3 0,005

Putere, kW 6

Dimensiuni totale, mm:

instalatii 610X660X1980

dulap de control 780X450X770

În absența unei instalații industriale, dacă este necesară refacerea supapelor, întreprinderile de reparații pot asambla o instalație cu plasmă din unități separate gata făcute pe baza unui strung conform schemei prezentate în Fig. 42. Supapa este montată pe o matriță de cupru răcită cu apă corespunzătoare mărimii plăcii sale, care este antrenată în rotație de către axul strungului printr-un rulment axial și o pereche de roți dințate conice.

Orez. 42. Schema de instalare pentru suprafața cu plasmă a supapelor:

1 - alimentare; 2 - accelerație; 3- electrod tungsten; 4 - duza interioara; 5 - duza de protectie; 6 - supapă; 7 - matriță de cupru; 8, 16 - rulmenti; 9 - corp de instalare; 10 - tub de alimentare cu apă; 11, 12 - fitinguri; 13 - baza; 14 - stand; 15, 17 - garnituri de ulei; 18 - șurub de blocare; 19, 20 - roți dințate conice; 21 - cilindru

Principiul de funcționare al instalației OKS-1192 și al instalației asamblate într-o unitate de reparații sunt aproximativ aceleași și sunt după cum urmează. După alimentarea plasmatronului cu apă de răcire (din rețeaua de alimentare cu apă), argon gazos care formează plasmă (din cilindru) și energie electrică (de la sursa de alimentare), un arc comprimat indirect (jet de plasmă) este excitat între electrodul de tungsten. iar duza internă a plasmatronului folosind un oscilator. Apoi, pulberea este alimentată de la alimentatorul de pulbere cu un gaz de transport - argon, prin duza de protecție a arzătorului către teșirea supapei rotative și, în același timp, se furnizează curent la supapă prin reostatul de balast. Între jetul de plasmă conductiv electric și teșirea supapei se formează un arc comprimat, care topește simultan teșirea supapei și pulberea de suprafață, formând straturi dense de înaltă calitate (Fig. 43).

Orez. 43. Discuri supape cu teșituri încorporate

Pentru suprafața teșiturilor supapelor motoarelor de tractor care au o masă mare, pe lângă cele recomandate, puteți utiliza și aliaje dure sub formă de pulbere pe bază de fier PG-S1, PG-US25 cu adaos de 6% Al la acestea din urmă.

Atunci când alegeți un material pentru suprafața supapelor, trebuie să vă ghidați după faptul că aliajele crom-nichel au o rezistență mai mare la căldură și rezistență la uzură, dar sunt de 8-10 ori mai scumpe decât aliajele dure pe bază de fier și sunt mai puțin ușor de prelucrat.

Moduri de suprafață cu plasmă a teșiturilor supapelor

Puterea curentului, A 100-140

Tensiune, V 20-30

Consum de gaz (argon), l/min:

formatoare de plasmă 1,5-2

transport (protector) 5-7

Viteza de depunere, cm/s 0,65-0,70

Distanța de la pistolul cu plasmă la teșirea supapei, mm 8-12

Lățimea stratului, mm 6-7

Înălțimea stratului, mm 2-2,2

Adâncime de penetrare, mm 0,08-0,34

Duritatea HRC a stratului depus al aliajului:

PG-SR2, PG-SR3 34-46

PG-S1, PG-US25 46-54

Proces restaurarea discului supapei contine urmatoarele operatii principale: spalare, detectarea defectelor, curatarea capatului si tesiturilor de depuneri de carbon, suprafata cu plasma, prelucrare mecanica, control. Prelucrarea mecanică a supapelor se efectuează în următoarea secvență: curățați capătul discului supapei; șlefuiți placa supapei de-a lungul diametrului exterior la dimensiunea nominală, preprocesați placa de teșire;

prelucrați teșirea prin șlefuire la dimensiunea nominală. Primele trei operații se execută pe un strung folosind freze cu plăcuțe din carbură. Utilizarea suprafeței cu plasmă a făcut posibilă creșterea rezistenței la uzură a suprafeței de lucru a plăcilor supapelor auto de 1,7-2,0 ori în comparație cu rezistența la uzură a celor noi.

Invenţia se referă la metalurgia pulberilor, în special la aliaje pe bază de fier sinterizat. Poate fi utilizat pentru fabricarea inserțiilor scaunului supapei pentru motoarele cu ardere internă. Materialul pulbere întărit prin sinterizare pentru inserția scaunului supapei a unui motor cu ardere internă este obținut dintr-un amestec care conține 75-90% în greutate pulbere întărită prin sinterizare pe bază de fier, prealiat cu 2-5% în greutate crom, până la 3% în greutate molibden și până la 2% în greutate nichel, pulbere de oțel pentru scule și lubrifiant solid. În acest caz, cuprul este introdus în el prin impregnare în timpul sinterizării. Rezultatul tehnic este o rezistență crescută la uzură la temperatură și o prelucrabilitate îmbunătățită. 4 n. si 24 de salariu dosare, 2 tabele.

Această invenție se referă, în general, la compoziții de aliaj pe bază de fier sinterizat utilizate pentru a face inserții pentru scaunele supapelor pentru motoarele cu ardere internă. Inserțiile scaunului supapei (VSI) funcționează în medii extrem de agresive. Aliajele utilizate în inserțiile scaunului supapei necesită rezistență la abraziune și/sau aderență cauzată de suprafețele de îmbinare a scaunului supapei, rezistență la înmuiere și degradare din cauza temperaturilor ridicate de funcționare și rezistență la degradarea indusă de coroziune cauzată de produsele de ardere.

Scaunele supapelor de inserție sunt prelucrate după ce sunt introduse în chiulasa. Costul prelucrării scaunelor supapelor introduse reprezintă majoritatea costurilor de prelucrare a chiulasei. Aceasta reprezintă o provocare majoră în proiectarea aliajelor de inserție pentru scaunul supapei, deoarece fazele de material dur care conferă aliajului rezistență la uzură provoacă, de asemenea, uzură semnificativă a sculelor de tăiere în timpul prelucrării.

Aliajele sinterizate au înlocuit aliajele turnate la fabricarea scaunelor supapelor introduse în majoritatea motoarelor de autoturisme utilizate. Metalurgia pulberilor (presare și sinterizare) este o metodă foarte atractivă pentru fabricarea VSI datorită flexibilității acestei metode în compoziția aliajelor, care permite coexistența unor faze foarte diferite precum carburile, fazele de ferită moale sau perlita, martensita dură. , faza bogata in Cu etc. .d., precum si posibilitatea obtinerii unui produs apropiat de o forma data, ceea ce reduce costul prelucrarii.

Aliajele sinterizate pentru scaunele supapelor introduse au apărut ca urmare a necesității unei densități mai mari de putere a motoarelor cu ardere internă, care implică sarcini termice și mecanice mai mari, combustibili alternativi pentru a reduce emisiile și a prelungi durata de viață a motorului. Astfel de aliaje sinterizate se împart în principal în patru tipuri:

1) 100% oțel pentru scule,

2) o matrice de fier pur sau fier slab aliat cu adăugarea de particule în fază solidă pentru a crește rezistența la uzură,

3) oțel cu conținut ridicat de carbon cu un conținut ridicat de crom (>10 % în greutate) și

4) aliaje pe bază de Co și Ni.

Aceste materiale îndeplinesc majoritatea cerințelor de durabilitate (durabilitate). Cu toate acestea, toate sunt greu de prelucrat, în ciuda utilizării cantitate mare aditivi care facilitează prelucrarea mecanică.

Tipurile 1, 2 și 3 sunt materiale cu conținut ridicat de carburi. Brevetele US nr. 6.139.599, 5.859.376, 6082.317, 5.895.517 și altele descriu aliaje pe bază de fier sinterizat care conțin particule solide mari dispersate într-o fază de miez perlită (5-100% perlită), plus particule fine izolate de carbură și compuși auto-lubrifianți utilizați. pentru supape de evacuare scaune.

Creșterea numărului și mărimii particulelor de carbură din aliaj, deși crește durabilitatea (rezistența), este dăunătoare procesării (compresibilitatea și rezistența nisipului verde) și prelucrabilitatea scaunelor supapelor de inserție finite. În plus, rezistența produsului sinterizat este redusă semnificativ atunci când sunt prezente particule de carbură sau particule solide mari.

Brevetul US Nr. 6.139.598 descrie un material pentru scaunele supapelor inserabile cu buna combinatie compresibilitate, rezistență la uzură la temperaturi ridicate și prelucrabilitate. Amestecul folosit pentru producerea acestui material este un amestec complex de pulbere de oțel care conține Cr și Ni (>20% Cr și<10% Ni), порошка Ni, Cu, порошка ферросплава, порошка инструментальной стали и порошка твердой смазки. Несмотря на то что такой материал может обеспечить значительное улучшение прессуемости и износостойкости, большое количество легирующих элементов определяет высокую стоимость материала (Ni, инструментальная сталь, обогащеннный Cr стальной порошок, ферросплавы).

Brevetul US Nr. 6.082.317 descrie un material de inserţie pentru scaunul supapei în care solidele pe bază de cobalt sunt dispersate într-o matrice de aliaj pe bază de fier. În comparație cu particulele dure tradiționale (carburi), particulele dure pe bază de cobalt sunt susținute a fi mai puțin abrazive, rezultând o uzură mai mică a supapei de împerechere. Acest material este declarat a fi potrivit pentru aplicații în care este necesar contactul direct între suprafețele metalice ale supapei și scaunul supapei, cum ar fi în motoarele cu ardere internă. Deși aliajele de cobalt prezintă un echilibru bun de proprietăți, prețul Co face ca astfel de aliaje să fie extrem de scumpe pentru aplicațiile auto.

DESCRIEREA DETALIATĂ A INVENŢIEI

Prezenta invenție își propune să depășească dezavantajele menționate mai sus prin furnizarea unui aliaj presat și sinterizat cu prelucrabilitate excelentă și rezistență ridicată la temperatură și uzură.

Prezenta invenție rezolvă problema de prelucrare prin furnizarea unei combinații unice de o matrice martensitică de înaltă rezistență, cu conținut scăzut de carbon, aditivi prelucrabili cu carburi fin dispersate și o „rețea” de fază bogată în Cu care umple porii. Cantitatea de particule solide dispersate în matricea solidă martensitică este relativ mică, ceea ce reduce costul aliajului.

Conform prezentei invenţii, aliajul de întărire prin sinterizare are o matrice care conţine: 2-5% în greutate Cr; 0-3% în greutate Mo; 0-2% în greutate Ni, restul fiind Fe, care este de preferință complet prealiat cu aceste elemente. Pentru a îmbunătăți rezistența la uzură și rezistența la temperatură, adăugați 5-25% în greutate oțel de scule și cel puțin unul dintre aditivii de prelucrare selectați din grupul de MnS, CaF2 sau MoS2 într-o cantitate de 1-5% în greutate. Pentru a îmbunătăți semnificativ conductivitatea termică, porii sunt umpluți cu aliaj de Cu într-o cantitate de 10-25% în greutate, adăugat prin impregnarea compactului în timpul procesului de sinterizare. Impregnarea cu cupru îmbunătățește, de asemenea, prelucrabilitatea aliajului.

Pentru o mai bună înțelegere a prezentei invenții, în cele ce urmează sunt prezentate proprietățile de bază în comparație cu proprietățile unui material de inserție tipic al scaunului supapei conform stadiului tehnicii. Compoziția amestecului de pulbere (compoziția) pentru materialele exemplu este prezentată în Tabelul 1, iar proprietățile sunt prezentate în Tabelul 2.

În tabelul 1, Fe este o pulbere de bază care este utilizată în amestec, care este fie pulbere pură de fier, fie pulbere de oțel aliat. Pulberea de oțel de scule reprezintă a doua componentă a amestecului și a fost introdusă în amestec sub formă de pulbere de oțel de scule de tip M2 sau M3/2. Cu se adaugă prin impregnarea compactului în timpul procesului de sinterizare; La amestec se adaugă grafit și lubrifiant solid ca elemente sub formă de pulbere.

Toate pulberile sunt amestecate cu lubrifiant evaporat, presate la 6,8 g/cm3 şi sinterizate la 1120°C (2050°F). Tratamentul termic se efectuează după sinterizare prin călire în aer sau în atmosferă de azot la 550°C.

După prelucrare, proprietățile critice au fost determinate pe probe tipice ale fiecărui aliaj. Prelucrabilitatea a fost determinată prin efectuarea de crestături frontale și tăiere prin plonjare pe 2000 de inserții pentru scaune de supapă realizate din materialele exemplu. Uzura sculei a fost măsurată după fiecare cincizeci de tăieturi. A fost trasat un grafic de uzură în funcție de numărul de tăieturi și a fost efectuată o analiză de regresie liniară. Panta liniei de regresie arată rata de uzură și a fost folosită ca criteriu de prelucrabilitate. În plus, la sfârșitul fiecărui test de prelucrabilitate, adâncimea tăieturii pe inserția de scaun a fost măsurată de-a lungul marginilor laterale ale tăieturii. Adâncimea tăierilor a fost, de asemenea, utilizată ca un indicator al prelucrabilității materialelor testate.

Rezistența la uzură în condiții de temperatură ridicată a fost măsurată într-un tester de uzură cu alunecare la temperatură înaltă. Au fost fixate tije dreptunghiulare măcinate din materialele de testat și au permis bila de oxid de aluminiu să alunece în ambele direcții de-a lungul suprafeței plane a solului a probelor. Probele de testat au fost menținute la o temperatură de 450°C în timpul testului. Adâncimea zgârieturilor a fost un indicator al rezistenței la uzură a probei în aceste condiții.

Duritatea la temperatură ridicată a fost măsurată la diferite temperaturi ale probei prin înregistrarea a cel puțin cinci citiri la aceeași temperatură și realizarea mediei rezultatelor.

Valorile conductivității termice au fost calculate prin înmulțirea valorilor măsurate ale capacității termice specifice, difuzivității termice și densității la o anumită temperatură.

Tabelul 2 prezintă toate proprietățile noului material în comparație cu materialele existente pentru insertul scaunului supapei care conțin de cinci ori mai mult oțel pentru scule. Materialul prezentei invenţii („aliajul nou”) procesează de 2,5 până la 3,7 ori mai bine decât materialele exemplificative având aceeaşi rezistenţă la uzură la temperaturi ridicate şi duritate comparabilă la temperatură înaltă.

Având în vedere că temperatura maximă de funcționare așteptată pentru scaunele supapei de evacuare introduse este de aproximativ 350°C, rezultatele prezentate în tabelul 2 arată clar că noul material va avea performanțe mai bune decât scaunele de supapă din materialul B și aproape la fel de bine ca materialul scaunului de supapă A prezintă semnificativ prelucrabilitate mai bună decât materialul A. Efectele combinate de prelucrabilitate, cost, conductivitate termică și rezistență la uzură fac din acest material un înlocuitor ideal pentru materialele scumpe ale motorului, cum ar fi scaunele supapelor introduse.

Este evident că diferite modificări și variații ale prezentei invenții sunt posibile ținând cont de instrucțiunile de mai sus. Prin urmare, ar trebui să se înțeleagă că, în scopul revendicărilor anexate, prezenta invenție poate fi pusă în practică altfel decât așa cum este descris în mod specific. Invenţia este definită prin revendicări.

FORMULA INVENŢIEI

1. Material pulbere întărit prin sinterizare pentru o inserție de scaun de supapă a unui motor cu ardere internă, obținut dintr-un amestec care conține pulbere pe bază de fier, pulbere de oțel pentru scule, lubrifiant solid și cupru, caracterizat prin aceea că este obținut dintr-un amestec care conține 75-90 masa% pulbere pe bază de fier întărită prin sinterizare, prealiată cu 2-5% în greutate crom, până la 3% în greutate molibden și până la 2% în greutate nichel, iar cuprul este introdus prin impregnare în timpul sinterizării.

2. Material conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că amestecul conţine de la 5 la 25% în greutate pulbere de oţel pentru scule.

3. Material conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că oţelul pentru scule este selectat din grupul care include oţelul pentru scule M2 şi M3/2.

4. Material conform revendicării 3, caracterizat prin aceea că oţelul pentru scule este oţel M2.

5. Material conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că cuprul este introdus în acesta într-o cantitate de 10-25% în greutate din amestec.

6. Material conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că conţine 89% în greutate pulbere pe bază de fier.

7. Material conform revendicării 2, caracterizat prin aceea că conţine 8% în greutate pulbere de oţel pentru scule M2.

8. Material conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că conţine 3% în greutate lubrifiant solid.

9. Material conform revendicării 5, caracterizat prin aceea că cuprul este introdus în acesta într-o cantitate de 20% în greutate din amestec.

10. Material conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că este obţinut dintr-un amestec care conţine, % în greutate:

iar cuprul este introdus într-o cantitate de 20% în greutate din amestec.

11. Material pulbere sinterizat pentru insertul scaunului supapei motorului cu ardere internă cu prelucrabilitate îmbunătățită, rezistență la uzură și conductivitate termică ridicată, obținut dintr-un amestec care conține pulbere pe bază de fier aliat de crom, pulbere de oțel pentru scule, lubrifiant solid și cupru, caracterizat prin aceea că se obține dintr-un amestec care conține pulbere pe bază de fier întărită prin sinterizare, prealiat cu 2-5% în greutate crom, până la 3% în greutate molibden și până la 2% în greutate nichel, iar cuprul este introdus prin impregnare în timpul sinterizării.

12. Material sinterizat conform revendicării 11, caracterizat prin aceea că după sinterizarea într-un cuptor fără răcire accelerată prezintă o microstructură martensitică.

13. Material sinterizat conform revendicării 11, caracterizat prin aceea că conţine 5-25% în greutate pulbere de oţel pentru scule.

14. Material sinterizat conform revendicării 11, caracterizat prin aceea că cuprul este introdus în acesta într-o cantitate de 10-25% în greutate din amestec.

15. Scaun de supapă inserat sinterizat pentru un motor cu combustie internă cu prelucrabilitate îmbunătățită, rezistență la uzură și conductivitate termică ridicată, având o matrice obținută prin sinterizarea unui amestec care include pulbere pe bază de fier care conține crom, pulbere de oțel pentru scule, lubrifiant solid și care conține cupru; caracterizată prin aceea că matricea se obține prin sinterizarea unui amestec care conține pulbere pe bază de fier, întărită prin sinterizare, preamestecată cu sau aliată cu 2-5% în greutate crom, până la 3% în greutate molibden și până la 2% în greutate .% nichel, iar cuprul este introdus prin impregnare în timpul sinterizării.

16. Inserție de scaun de supapă sinterizată conform revendicării 15, caracterizată prin aceea că după sinterizare fără răcire accelerată prezintă o microstructură complet martensitică.

17. Inserţie sinterizată a scaunului supapei conform revendicării 15, caracterizată prin aceea că conţine o matrice obţinută dintr-un amestec care conţine 5-25% în greutate pulbere de oţel pentru scule.

18. Inserție de scaun de supapă sinterizată conform revendicării 17, caracterizată prin aceea că amestecul conține pulbere de oțel pentru scule M2 ca pulbere de oțel pentru scule.

19. Inserție de scaun de supapă sinterizată conform revendicării 17, caracterizată prin aceea că conține o matrice obținută dintr-un amestec care conține 8% în greutate pulbere de oțel pentru scule.

20. Scaun de supapă inserat sinterizat conform revendicării 17, caracterizat prin aceea că conține o matrice obținută dintr-un amestec care conține 1-5% în greutate lubrifiant solid, care este cel puțin o substanță selectată din grupul MnS, CaF2, MoS2. .

21. Inserție de scaun de supapă sinterizată conform revendicării 20, caracterizată prin aceea că matricea este obținută dintr-un amestec care conține 3% în greutate lubrifiant solid.

22. Scaun de supapă inserat sinterizat conform revendicării 15, caracterizat prin aceea că matricea este impregnată cu cupru într-o cantitate de 10-25% în greutate din amestec.

23. Scaun de supapă inserat sinterizat conform revendicării 22, caracterizat prin aceea că matricea este impregnată cu cupru într-o cantitate de 20% în greutate din amestec.

24. O metodă de fabricare a unui scaun de supapă introdus pentru motoarele cu ardere internă cu prelucrabilitate îmbunătățită, rezistență la uzură și conductivitate termică ridicată, inclusiv prepararea unui amestec care conține pulbere pe bază de fier întărit prin sinterizare și aliat cu crom, pulbere de oțel pentru scule și lubrifiant solid, presare , sinterizare și impregnare cu cupru , caracterizată prin aceea că la prepararea amestecului se folosește o pulbere pe bază de fier întărită prin sinterizare, preaaliată cu 2-5% în greutate crom, până la 3% în greutate molibden și până la 2% în greutate. .% nichel, iar impregnarea cu cupru se realizează concomitent cu sinterizarea.

25. Procedeu conform revendicării 24, caracterizat prin aceea că după sinterizare piesa de prelucrat este răcită fără întărire, obţinându-se astfel o structură complet martensitică.

26. Metodă conform revendicării 24, caracterizată prin aceea că se prepară un amestec care conţine 5-25% în greutate pulbere de oţel pentru scule.

27. Metodă conform revendicării 24, caracterizată prin aceea că în timpul sinterizării compactul este impregnat cu cupru într-o cantitate de 10-25% în greutate din amestec.

28. Metodă conform revendicării 24, caracterizată prin aceea că se prepară un amestec care conţine, % în greutate:

iar în timpul sinterizării, compactul este impregnat cu cupru într-o cantitate de 20% în greutate din amestec.

Articolul discută necesitatea și fezabilitatea utilizării fontei austenitice cu mangan pentru scaunele supapelor motoarelor cu ardere internă care funcționează cu combustibil pe gaz. Sunt furnizate informații despre scaunele supapelor produse în serie pentru motoarele cu ardere internă ale autovehiculelor, cele mai comune aliaje pentru fabricarea pieselor scaunelor, deficiențele acestora, imperfecțiunile aliajelor utilizate în timpul funcționării și motivele duratei de viață scăzute a pieselor de acest tip. sunt descrise. Ca o soluție la această problemă, se propune utilizarea fontei austenitice cu mangan. Pe baza multor ani de cercetare a proprietăților fontei cu mangan, s-a propus utilizarea acestui aliaj pentru fabricarea scaunelor supapelor pentru motoarele de automobile cu combustibil pentru motor pe gaz. Sunt luate în considerare principalele proprietăți pe care le deține aliajul propus. Rezultatele cercetării sunt pozitive, iar durata de viață a șailor noi este de 2,5 ... 3,3 ori mai mare față de cele de serie.

chiulasa

sistem de alimentare

purta

resurse de piese

combustibil pentru motor pe gaz

mașină ICE

1. Vinogradov V.N. Oteluri rezistente la uzura cu austenita instabila pentru piese de echipamente de gaze / V.N. Vinogradov, L.S. Livshits, S.N. Platonova // Buletin de inginerie mecanică. - 1982. - Nr. 1. - P. 26-29.

2. Litvinov V.S. Natura fizică a întăririi austenitei de mangan / V.S. Litvinov, S.D. Karakishev // Tratamentul termic și fizica metalelor: colecție interuniversitară. - Sverdlovsk, UPI. - 1979. - Nr. 5. - P. 81-88.

3. Maslenkov S.B. Oteluri si aliaje pentru temperaturi ridicate. Director: 2 volume / S.B. Maslenkov, E.A. Maslenkova. - M.: Metalurgie, 1991. - T. 1. - 328 p.

4. Stanchev D.I. Perspective de utilizare a fontei speciale austenitice de mangan pentru piese de unități de frecare ale mașinilor forestiere / D.I. Stanchev, D.A. Popov // Probleme actuale de dezvoltare a complexului forestier: materiale ale conferinței științifice și tehnice internaționale a VSTU. – Vologda, 2007. – p. 109-111.

5. Tehnologia ingineriei mecanice. Refacerea calității și asamblarea pieselor mașinii / V.P. Smolentsev, G.A. Suhocev, A.I. Boldyrev, E.V. Smolentsev, A.V. Bondar, V.Yu. Sklokin. – Voronej: Editura de Stat Voronej. aceste. Universitatea, 2008. - 303 p.

Introducere. Utilizarea combustibilului pentru motoare cu gaz ca combustibil pentru motoarele cu ardere internă este asociată cu o serie de probleme tehnice, fără a se rezolva care este imposibilă funcționarea eficientă a vehiculelor pe sistemele de alimentare cu combustibil dublu. Una dintre cele mai stringente probleme în funcționarea tehnică a vehiculelor care funcționează cu combustibil pe gaz este resursa redusă a interfeței „scaun-valvă”.

Analiza deteriorării scaunului a permis stabilirea cauzelor apariției acestora și anume: deformarea plastică și eroziunea gazoasă cauzată de deteriorarea potrivirii perechii de frecare în timpul funcționării. Figurile 1 și 2 arată principalele daune tipice ale scaunelor și supapelor atunci când funcționează cu combustibil gazos.

În mod tradițional, pentru motoarele pe benzină, scaunele supapelor sunt fabricate din fontă gri de clase SCh25, SCh15 în conformitate cu GOST 1412-85 sau oțeluri carbon și aliate 30 KhGS în conformitate cu GOST 4543-71, care asigură fiabilitatea operațională satisfăcătoare și durabilitatea interfeței. pe toată durata de viață garantată a motorului. Cu toate acestea, la trecerea la un sistem de alimentare cu motor cu ardere internă cu dublă combustibil, resursa de interfață este redusă drastic, conform diferitelor estimări, este necesară repararea chiulasei după 20.000-50.000 de mii de kilometri. Motivul reducerii duratei de viață a interfeței este viteza scăzută de ardere a amestecului gaz-aer în moduri de funcționare cu viteze mari de rotație a arborelui cotit și, ca urmare, încălzirea semnificativă a metalului scaunului, pierderea rezistenței sale și deformarea ulterioară din interacțiune. cu supapa.

Astfel, pentru a asigura o durată de viață garantată a interfeței scaun-supapă atunci când se utilizează combustibil pentru motor cu gaz, materialele necesită nu numai proprietăți anti-fricțiune ridicate, ci și rezistență crescută la căldură.

Scopul studiului. Rezultatele cercetării. Scopul cercetării este de a fundamenta fezabilitatea utilizării fontei austenitice cu mangan pentru fabricarea scaunelor supapelor. Se știe că oțelurile și fontele din clasa ferită-perlită și perlit nu diferă în ceea ce privește rezistența la căldură și nu sunt utilizate pentru piesele care funcționează la temperaturi de peste 700 ºС. Pentru a lucra în condiții extreme, la temperaturi de funcționare de aproximativ 900 ºС, în special, se folosesc fonte rezistente la căldură din clasa austenitică cu o cantitate minimă de grafit liber în structură. Aceste aliaje includ fonta austenitică de mangan, al cărei liant este austenită care conține incluziuni de carbură și grafit lamelar fin dispersat. În mod tradițional, o astfel de fontă este folosită ca fontă antifricțiune sub marca AChS-5 și este utilizată pentru rulmenți lipiți.

Studiile pe termen lung ale fontei cu mangan au relevat calitățile valoroase ale acestui material, obținute prin îmbunătățirea proprietăților aliajului prin modificarea acestuia și îmbunătățirea tehnologiei de producție. Pe parcursul lucrărilor efectuate a fost studiată influența concentrației de mangan din aliaj asupra compoziției fazelor și proprietăților operaționale ale fontei austenitice. În acest scop s-au efectuat o serie de topiri, în care doar conținutul de mangan a variat la patru niveluri, compoziția componentelor rămase, condițiile și modul de topire au fost constante. Microstructura, compoziția de fază și proprietățile fontelor rezultate sunt prezentate în Tabelul 1.

Tabel 1 - Efectul concentrației de mangan asupra compoziției structurale și proprietăților mecanice ale fontei de mangan în stare turnată

Ca urmare a studiului microstructurii, s-a observat că, odată cu creșterea conținutului de mangan din fontă, raportul componentelor de fază se modifică (Fig. 3): raportul dintre faza gamma și faza alfa a fierului crește. , cantitatea de faza de carbură (Fe3C, Mn3C, Cr3C2) crește și cantitatea de grafit scade .

După cum au arătat rezultatele studiilor cu raze X, cu o creștere a conținutului de mangan, raportul dintre zonele de intensități integrale ocupate, respectiv, de faza gamma a austenitei și faza alfa a martensitei (I111/I110) pe x. -se mărește modelul de difracție de raze a suprafeței secțiunii lustruite. Cu un conținut de mangan de 4,5% I111/I110 = 0,7; la 8,2% I111/I110 = 8,5; la 10,5% I111/I110 = 17,5; la 12,3% I111/I110 = 21.

Pentru a stabili influența manganului asupra proprietăților fizice și mecanice ale fontei, au fost efectuate teste, în special, asupra rezistenței la uzură în condiții de frecare uscată și încălzire necontrolată prin frecare. Testele comparative de uzură ale fontelor cu conținut diferit de mangan au fost efectuate pe o mașină SMC-2 utilizând schema de frecare „bloc-role” la o presiune specifică de 1,0 MPa și o viteză de alunecare de 0,4 m/s. Rezultatele testului sunt prezentate în Figura 4.

Pe măsură ce conținutul de mangan crește de la 4,5 la 10,5% în fontă, cantitatea de austenită conținută în structură crește. O creștere a proporției de austenită în matricea metalică a fontei asigură reținerea fiabilă a fazei de carbură în bază. Creșterea conținutului de mangan peste 12% nu a condus la o creștere semnificativă a rezistenței la uzură a fontei. Această împrejurare se explică prin faptul că creșterea fazei de carbură (se observă câmpuri separate de ledeburit) nu are un efect semnificativ asupra rezistenței la uzură a materialului în aceste moduri de frecare.

Pe baza rezultatelor obținute în urma testării experimentale a fontei cu diferite conținuturi de mangan, fonta care conține 10,5% Mn are cea mai mare rezistență la uzură. Acest continut de mangan asigura crearea unei structuri optime din punct de vedere al contactului de frictiune, formata dintr-o matrice austenitica relativ plastica, uniform ranforsata cu incluziuni de carburi.

În același timp, aliajul care conține 10,5% Mn a avut cel mai optim raport al componentelor de fază, precum și forma și locația acestora. Structura sa a fost predominant austenită, întărită cu carburi diferite de dimensiuni medii și mici și incluziuni de grafit fin dispersate (Fig. 5). Testele de uzură relativ uscată efectuate pe probe de fontă cu diferite concentrații de mangan au arătat că fonta cu mangan care conține 10,5% Mn a fost de 2,2 ori mai rezistentă la uzură decât fonta cu 4,5% Mn.

O creștere a conținutului de mangan peste 10,5% a condus la o creștere suplimentară a cantității de faze de austenită și carbură, dar carburile au fost observate sub formă de câmpuri separate, iar rezistența la uzură a fontei nu a crescut. Pe baza acestui fapt, a fost aleasă compoziția chimică a fontei pentru cercetări și teste ulterioare, %: 3,7 C; 2,8 Si; 10,5 Mn; 0,8 Cr; 0,35 Cu; 0,75 Mo; 0,05 V; 0,03S; 0,65P; 0,1 Ca.

Pentru a studia efectul tratamentului termic asupra compoziției structurale și proprietăților fontei austenitice cu mangan din compoziția chimică propusă, probele (blocurile) au fost supuse călirii. Întărirea volumetrică a probelor a fost efectuată în apă curentă cu o temperatură de încălzire de 1030-1050 °C și timp de menținere în timpul încălzirii: 0,5, 1, 2, 3, 4 ore.

Studiile privind structura probelor după întărirea volumetrică au arătat că temperatura de încălzire, durata expunerii în timpul încălzirii și viteza de răcire joacă un rol semnificativ în formarea structurii fontei cu mangan. În cazul general, întărirea a dus la austenitizare aproape completă și la producerea de boabe medii și fine. Încălzirea asigură dizolvarea carburilor în austenită. Completitudinea acestor transformări crește odată cu creșterea duratei de expunere a probelor în cuptor. Martensita, prezentă în structura turnării, s-a dizolvat complet în austenită la încălzire și nu a precipitat în timpul călirii. Carburele, în funcție de durata expunerii în timpul încălzirii, dizolvate parțial sau complet în austenită, sunt eliberate din nou în timpul răcirii. După călire, cantitatea de grafit din structura fontei devine semnificativ mai mică în comparație cu starea turnată. În fonta călită, plăcile de incluziuni de grafit sunt mai subțiri și mai scurte. Duritatea Brinell a fontei de mangan întărite scade, duritatea crește și prelucrabilitatea se îmbunătățește.

Pentru a determina regimul de călire care asigură rezistența maximă la uzură a fontei experimentale cu mangan, au fost supuse la uzură probe cu timpi de reținere diferiți în timpul călirii. Studiul rezistenței la uzură a fost efectuat pe o mașină de frecare SMTs-2 la o presiune specifică pe eșantion de 1,0 MPa și o viteză de alunecare de 0,4 m/s.

În urma testelor, s-a constatat că creșterea timpului de menținere la 2∙3,6∙103 s la temperatura de călire determină o creștere a rezistenței relative la uzură a fontei cu mangan, după care rezistența sa la uzură nu se modifică. Aceste teste confirmă ipoteza că compoziția structurală a fontei cu mangan, obținută prin călire după menținere timp de 2∙3,6∙103 s, este cea mai perfectă și este capabilă să asigure performanțe ridicate în timpul frecării uscate.

În plus, o scădere a durității fontei austenitice cu mangan la 160-170 HB în timpul călirii, după toate probabilitățile, ar trebui să aibă un efect pozitiv asupra deteriorării și uzurii contracorpului (rola) care simulează o roată de locomotivă. În acest sens, pentru testele de laborator și operaționale ulterioare, s-a folosit fontă austenitică cu mangan în stare turnată (IAChl) și stins, obținută după 2 ore de expunere la temperatura de stingere (IACz).

Pe baza cercetărilor și testărilor efectuate s-a putut dezvolta o compoziție specială de fontă austenitică obținută prin modificarea manganului, caracterizată prin rezistență ridicată la uzură în condiții de frecare uscată (frâne, ambreiaje cu frecare), caracterizată prin încălzire prin frecare ridicată până la 900 ºС („Fontă rezistentă la uzură”, brevet RF nr. 2471882). Rezultatele testelor acestei compoziții de fontă în condițiile și modurile de încărcare ale interfeței centurii de distribuție scaun-supapă au arătat o performanță ridicată a materialului, depășind durata de viață a scaunelor din fontă gri SCH 25 conform GOST 1412-85 și 30 KhGS conform GOST 4543-71 de 2,5-3, de 3 ori. Acest lucru ne permite să considerăm o astfel de fontă promițătoare pentru utilizare în condiții de frecare uscată și temperaturi ridicate, în special pentru scaunele supapelor, plăcile de presiune a ambreiajului, tamburele de frână ale mașinilor de ridicare și transport etc.

Concluzii. Astfel, putem concluziona că utilizarea fontei austenitice de mangan pentru fabricarea scaunelor supapelor va crește semnificativ durata de viață a chiulasei motoarelor transformate în combustibil pe gaz și care utilizează un sistem de putere combinat (benzină-gaz).

Recenzători:

Astanin V.K., doctor în științe tehnice, profesor, șef al Departamentului de Servicii Tehnice și Tehnologii de Inginerie Mecanică, Universitatea Agrară de Stat Voronezh, numită după Împăratul Petru I, Voronezh.

Sukhochev G.A., doctor în științe tehnice, profesor al Departamentului de Tehnologii de Inginerie Mecanică, Universitatea Tehnică de Stat Voronezh, Voronezh.

Link bibliografic