Ľahko opracovateľná sintrovaná zliatina na báze železa pre vložky sediel ventilov. Moderné problémy vedy a vzdelávania Trieda liatiny pre ventilové sedlá

Vynález môže byť použitý pri obnove alebo výrobe ventilov motora vnútorné spaľovanie(ICE). Po očistení povrchu pod sedlom a detekcii chýb sa vykoná opracovanie. Sedlo je vyrobené oblúkovým zváraním plochy ventilu pod sedlom. Niklová podvrstva sa zvára krátkym oblúkom s prúdom s priamou polaritou v prostredí zváracieho plynu s kovaním nanesenej guľôčky rýchlosťou, ktorá neumožňuje ochladzovanie kovu. Vykonajte mechanické spracovanie povrchu naneseného niklom. Pracovná vrstva žiaruvzdornej austenitickej ocele je zvarená spotrebnou elektródou s prúdom s obrátenou polaritou s kovaním každej guľôčky rýchlosťou, ktorá neumožňuje ochladzovanie kovu. Vykonáva sa konečné opracovanie pracovnej plochy sedla. Metóda umožňuje úplne eliminovať možnosť vypadávania sediel z hláv valcov pri prevádzke spaľovacieho motora, zvýšiť tepelnú únavovú pevnosť hláv valcov, zvýšiť pevnosť a odolnosť proti opotrebovaniu zváraných sediel ventilov. 4 chorý.

Výkresy k RF patentu 2448825

PODSTATA: Vynález sa týka spaľovacích motorov (ICE), konkrétne sediel ventilov hláv valcov ICE.

Moderné dopravné spaľovacie motory sa vyznačujú vysokým litrovým výkonom. Nárast litrového výkonu sa dosahuje najmä zvýšením priemerného efektívneho tlaku zvýšením cyklickej dodávky paliva. Zároveň nevyhnutne dôjde k zvýšeniu tepelné zaťaženie na časti, ktoré tvoria spaľovací priestor, najmä piesty, hlavy valcov a ventily a práve ich výkon obmedzuje ďalšie zvyšovanie výkonu.

Hlava valcov je konštrukčne najzložitejšia a tepelne najviac zaťažená časť motora. Zložitosť návrhu vedie k veľkej nerovnomernosti tepelného zaťaženia jeho jednotlivých prvkov. Nepriaznivé sú aj pracovné podmienky, pretože hlava valcov nemá možnosť voľnej tepelnej rozťažnosti.

Najčastejšími prevádzkovými chybami v hlavách valcov sú poruchy sediel ventilov: praskliny vnútorný povrch, katastrofálne opotrebovanie pracovnej plochy, zničenie a strata.

V moderných domácich a zahraničných motoroch sú sedlá ventilov zásuvné [str.249-250. Orlin, A.S. Návrh a pevnostný výpočet piestových a kombinovaných motorov. / A.S. Orlin, M.G. Kruglov, D.N. Vyrubov a ďalší - M.: Mashinostroenie, 1984. - 384 s.]. Sedadlá sú buď zalisované do sediel hláv valcov s relatívnym presahom, alebo vložené chladené. Najbežnejší je spôsob lisovania sediel ventilov s presahom do hlavy valcov. V tomto prípade je potrebné poznamenať jednu významnú nevýhodu - možnosť vypadnutia sedadla z hlavovej objímky.

Ak sedlo ventilu vypadne a následne sa pri oprave vymení, je potrebné namontovať sedlá s väčším priemerom, aby sa zabezpečil požadovaný zásah, a preto je potrebné vyvŕtať priemery vstupných a výstupných kanálov hlavy valcov pod väčší priemer, čo povedie k zníženiu veľkosti medziventilového mostíka, čo je najviac zaťažená oblasť hlavy valca.

Treba tiež poznamenať, že lisovanie v dôsledku značného namáhania zahŕňa výrobu masívneho sedadla.

Na námorných, lokomotívnych a stacionárnych dieselových motoroch veľkých rozmerov sa používajú liatinové hlavy valcov, v ktorých ventilové otvory nie sú vybavené zásuvnými sedlami [Voznitsky, I.V. Lodné spaľovacie motory. / I.V. Voznitsky, N.G. Chernyavskaya, E.G. Mikheev. - M.: Transport, 1979. - 413 s.], [Rzhepetsky, K.L. Lodné spaľovacie motory. / K.L. Rzhepetsky, E.A. Sudareva. - L .: Stavba lodí, 1984. - 168 s.]. Preto po dosiahnutí hranice opotrebenia otvorov je potrebné buď poslať hlavu do kovového šrotu, alebo otvory vyvŕtať a vtlačiť do nich vložkové sedlá. Obe tieto možnosti nie sú optimálne.

V prvom prípade sa stratí stále plne funkčná hlava valcov a je potrebné zakúpiť nový drahý diel.

V druhom prípade vedú vyvŕtané otvory v hlave valca na montáž sediel k zmenšeniu jeho prierezov v tepelne a mechanicky najviac zaťažených miestach na dne a tým vyvolávajú vznik tepelných únavových trhlín pozdĺž intervalových rebier a medzi nimi. otvory pre ventily a trysky. Okrem toho nie je možné vylúčiť možnosť vypadnutia z vložených sedadiel počas prevádzky naftového motora.

Cieľom tohto vynálezu je teda vytvoriť spôsob získania sediel ventilov pre liatinové hlavy valcov spaľovacích motorov pri ich výrobe alebo obnove oblúkovým zváraním. Navrhovaný spôsob výroby alebo renovácie odstráni vyššie uvedené nevýhody, ktoré sa vyskytujú pri zalisovaní sediel ventilov do hlavy valcov a optimálne vyrieši problém obnovy hlavy valcov. Navyše pri použití navrhovanej metódy je úplne vylúčená možnosť vypadnutia sedadla a zvyšuje sa tepelná únavová pevnosť hlavy valcov.

Úloha je splnená tým, že pri výrobe alebo obnove sediel ventilov liatinových hláv valcov spaľovacích motorov sa používa metóda navárania elektrickým oblúkom, ktorá výberom zabezpečí nové vlastnosti pracovnej plochy sedla. rôzne ocele na povrchovú úpravu. Hlava valcov sa tiež v budúcnosti stane lepšie udržiavateľnou.

Spôsob výroby sediel ventilov pre liatinové hlavy valcov spaľovacích motorov pri ich výrobe alebo renovácii, vrátane čistenia povrchov pod sedlom, zisťovania chýb, jeho opracovania a výroby sedla, sa uskutočňuje naváraním tohto povrchu elektrickým oblúkom. krátkym oblúkovým prúdom priamej polarity s naváraním niklovej podvrstvy, v zváracom prostredí plynom, s kovaním zvarovej húsenice rýchlosťou, ktorá neumožňuje vychladnutie kovu, opracovaním povrchu naneseného niklu a následným naváraním pracovnej vrstvy žiaruvzdornou austenitickou oceľou s tavnou elektródou s obrátenou polaritou s kovaním každej zvarovej húsenice rýchlosťou, ktorá neumožňuje ochladzovanie kovu, a finálne opracovanie pracovnej plochy sedla.

Obrázok 1, 2, 3, 4 znázorňuje schému práce na získavaní sedla ventilov liatinových hláv valcov spaľovacieho motora počas ich výroby alebo obnovy.

Spôsob získania sediel ventilov liatinových hláv valcov spaľovacích motorov pri ich výrobe alebo renovácii pozostáva z prípravy hlavy 1 valcov na povrchovú úpravu vylisovaním sediel 2 (obrázok 1), vyčistením, vyvŕtaním sedacích plôch 3 sediel ventilov. na povrchovú úpravu niklovej podvrstvy podľa obrázku 2 a čistenie povrchov priľahlých k ventilovým sedlám kovovou kefou na kovový lesk.

Zlá technologická zvariteľnosť sivej liatiny vedie k nasledovnej chybe: bielenie, t.j. vzhľad oblastí so sekrétmi cementitu v jednej alebo druhej forme. Vysoká tvrdosť chladených plôch prakticky znemožňuje spracovanie liatiny rezací nástroj. Povrchová úprava niklovej podvrstvy eliminuje tvorbu týchto oblastí.

Naváranie podvrstvy sa vykonáva krátkym oblúkom pri prúde priamej polarity v prostredí zváracieho plynu s kovaním každého guľôčkového švu rýchlosťou, ktorá nedovolí vychladnutiu kovu, s ľahkými údermi kovového kladiva. Spotrebný materiál- Zvárací drôt PANCH, ktorý obsahuje: Cu - 2,3-3%, Mn - 5-6%, Fe - do 2%, Ni - zvyšok. Nečistoty nie viac ako: Si - 0,3%, C - 0,3%, zvárací plyn (Ar 80%, CO 2 20%).

Po povrchovej úprave vyvŕtajte dosadacie plochy 4 sediel ventilov podľa obr.

Ďalej je pracovná plocha sedla ventilu nanášená žiaruvzdornou austenitickou oceľou, spotrebnou elektródou (výber povrchového materiálu je spôsobený jedinečnou kombináciou vlastností: vysoká ťažnosť, pevnosť, odolnosť proti korózii a možnosť nitovania počas prevádzka pod vplyvom rázov ventilov pri sedení v sedle). Pred zváraním je potrebné elektródy vypáliť pri teplote 330-350°C po dobu jednej hodiny. Naváranie pracovnej vrstvy sa uskutočňuje prúdom s obrátenou polaritou s kovaním každého guľôčkového švu rýchlosťou, ktorá neumožňuje chladenie kovu. Potom je možné vykonať konečné opracovanie dosadacích plôch 5 sediel ventilov podľa obr.4.

NÁROK

Spôsob výroby sedla ventilu pre liatinové hlavy valcov spaľovacích motorov pri ich výrobe alebo renovácii, vrátane čistenia povrchu pod sedlom, zisťovania chýb, opracovania a výroby sedla, vyznačujúci sa tým, že sedlo je vyrobené el. oblúkové zváranie plochy ventilu pod sedlom, pričom spodná vrstva niklu je zváraná krátkym oblúkovým prúdom priamej polarity v prostredí zváracieho plynu s kovaním nanesenej guľôčky rýchlosťou, ktorá neumožňuje vychladnutie kovu, obrábanie niklu naneseného povrchu sa vykoná, potom sa pracovná vrstva žiaruvzdornej austenitickej ocele nanesie prúdom spotrebnej elektródy s obrátenou polaritou s kovaním každej guľôčky rýchlosťou, ktorá neumožňuje ochladenie kovu, a prenáša z konečného opracovania pracovnej plochy sedla.

Je inštalovaný v otvoroch hlavy valcov, určených na inštaláciu ventilov a destiláciu zmesi vzduchu a paliva a výfukových plynov cez ne. Diel je zalisovaný do hlavy valcov vo výrobe.

Vykonáva nasledujúce funkcie:

• tesnosť otvoru;
• prenáša prebytočné teplo do hlavy valcov;
• poskytuje potrebný prietok vzduchu, keď je mechanizmus otvorený.

Výmena sedla ventilu je potrebná v prípade, že nie je možné obnoviť jeho tesnosť mechanickým opracovaním (početné spracovanie v minulosti, vyhorenie, veľké opotrebovanie). Môžete to urobiť sami.

Časti sú opravené, keď:

• vyhorenie dosky;
• po výmene vodiacich puzdier;
• s miernym stupňom prirodzeného opotrebovania;
• v prípade porušenia tesnosti spojenia krúžku s doskou.

Úprava opotrebovaných a poškodených sediel doma prebieha pomocou fréz. Okrem toho zvárací stroj alebo výkonný plynový horák, štandardná sada kľúče potrebné na demontáž a demontáž hlavy valcov, lapovaciu pastu, vŕtačku.

Výmena sedadla

Postup výmeny pozostáva z dvoch kritických postupov: odstránenie starých dielov a inštalácia nových.

Odstraňovanie starých kvetináčov

Sedlá ventilov sú vymenené na demontovanej hlave valcov s demontovaným mechanizmom rozvodu plynu. Starý krúžok môžete odstrániť pomocou zváračka ak to umožňuje materiál, z ktorého je vyrobený.

Na vykonanie postupu sa vyrobí sťahovák sedla ventilu - odoberie sa starý nepotrebný ventil, ktorého doska musí byť opracovaná na veľkosť vnútorného priemeru sedla.

Potom sa výsledný nástroj zapustí do sedadla, nedosahuje okraj 2-3 mm a „prichytí“ sa zváraním na 2-3 miestach. Po vyrazení ventilu spolu s kovovým krúžkom zo zadnej strany kladivom.

Dôležité! Postup pri zváraní môže viesť k určitej deformácii sedadla. V tomto prípade budú mať štandardné sedlá slabé upevnenie, čo môže viesť k ich spontánnej demontáži počas prevádzky motora. Vyžaduje krúžky so zvýšeným priemerom, ktoré sa nepredávajú v obchodoch, ale vyrábajú sa na objednávku.

Sedlo ventilu vyrobené z nezvárateľných kovov sa dá odstrániť zaskrutkovaním kusu rúrky, aby sa použilo ako sťahovák sedla ventilu. Na tento účel sa na vnútornom povrchu krúžku odreže závit. Podobná niť sa aplikuje na vonkajší povrch kovovej rúry vhodného priemeru.

Odoberie sa starý ventil, ktorý je vopred privarený na koniec potrubia v obrátenej polohe. V tomto prípade sa driek ventilu vloží do otvoru na to určeného, ​​potrubie sa zaskrutkuje do závitu, po ktorom sa prvok odstráni poklepaním na driek.

Inštalácia nových sediel

Pred začatím postupu inštalácie nových sediel sa ich sedadlá očistia od nečistôt. Po hlave valca by sa mala rovnomerne zahriať na teplotu presahujúcu 100 ° C. V tomto prípade sa kov roztiahne, čo umožní vtlačenie krúžku.

Diel, ktorý sa má namontovať, je chladený tekutým dusíkom. V jeho neprítomnosti môžete použiť kombináciu ľadu a acetónu, ktorá vám umožní znížiť teplotu kovu na -70 ° C. Rozmery dielov sa vyberajú tak, aby rozdiel medzi priemerom sedla a krúžku nebol na studených dieloch väčší ako 0,05-0,09 mm.

Sedlo ventilu sa zatlačí pomocou špeciálneho tŕňa alebo kusu rúrky vhodného priemeru. Časť by mala zapadnúť do sedadla s malým úsilím. V tomto prípade je dôležité, aby krúžok stál bez zošikmenia.

Po stlačení a ochladení hlavy valca by ste mali skontrolovať, či prvok visí na sedle. Ak nie je žiadna medzera a vymenený prvok je pevne držaný na svojom mieste, postup výmeny sa môže považovať za dokončený. Ďalej je potrebné rezanie sediel ventilov pomocou fréz.

Dôležité! Pri štandardnom postupe výmeny dosiek všetkých ventilov sú zasadené dosť vysoko. Niektorí odborníci však odporúčajú, aby boli skosenia opracované tak, aby výfukové ventily sedeli o niečo hlbšie, ako je normálna poloha. Sedlo vstupného ventilu je ponechané v pôvodnej polohe.

Oprava sedla

Oprava sediel ventilov sa vykonáva s ich prirodzeným opotrebovaním a voľnejší strih taniere na vaše sedadlo.

Na obnovenie geometrie krúžkov sa používajú frézy na sedlá ventilov - súprava frézovacích hláv, ktoré umožňujú vytvárať potrebné uhly.

Valce je možné použiť v kombinácii so špeciálnym vybavením. Je to však nákladné. Preto sa doma používa račňový kľúč s predlžovacím káblom. Správne spracované miesta majú uhly 30˚, 60˚ a 45˚. Spracovanie ventilových sediel na vytvorenie každého z nich sa vykonáva pomocou vhodnej frézy.

Brúsenie sedla ventilu nevyžaduje zahrievanie ani iné spracovanie. Drážka je vyrobená "na sucho". V budúcnosti, v čase lapovania, je potrebné použiť špeciálnu lapovaciu pastu. Za úspech najlepší výsledok lapovanie na nových sedlách sa odporúča robiť ručne a nie vŕtačkou.

Ďalším typom opravy je drážka sediel pre opravné vložky. Za týmto účelom sa podľa vyššie opísaného algoritmu odstránia sedlá a potom sa pomocou špeciálneho rezného nástroja opracujú miesta pod nimi. Veľkosť miesta opravy by mala byť o 0,01-0,02 cm menšia ako vložka. Inštalácia sa vykonáva po zahriatí hlavy valcov a ochladení namontovaných prvkov.

Môžete sa pokúsiť správne sa nudiť na vlastné nebezpečenstvo a riziko. Vzhľadom na zložitosť postupu a požadovanú vysokú presnosť práce sa však takéto manipulácie najlepšie vykonávajú v kvalifikovanom autoservise alebo v autoservise.

Ventilové dosky so zvarenými skosenými hranami. Technologický proces obnovy kotúča ventilu.

Ventily. Zdroj ventilov motorov autotraktorov je obmedzený hlavne opotrebením ich skosenia, v dôsledku čoho sa v spojení sedlo ventilu a skosenia zvyšuje hĺbka ponorenia jeho dosky vzhľadom na povrch hlavy valca, čo vedie k zhoršeniu ekonomické ukazovatele motor: zníženie výkonu, zvýšenie spotreby paliva, oleja atď. Skosenie sa spravidla obnovuje brúsením. Pri opotrebovaní na veľkosť menšiu ako nominálna hodnota je potrebné ventil vymeniť za nový alebo obnoviť.

Rýchle opotrebovanie skosení ventilov sa vysvetľuje tým, že počas prevádzky sú vystavené chemickým a tepelným účinkom a cez skosenie sa odoberá 3-5 krát viac tepla ako cez tyč. Takmer všetky ventily motorov prichádzajúce na opravu majú opotrebované pozdĺž skosenia dosky.

Pri zvyšovaní pevnosti skosenia novo vyrobených ventilov sa osvedčila metóda navárania priamo pôsobiacim stlačeným oblúkom na inštalácii U-151 vyvinutá PWI. E. O. Paton. Na obrobok je umiestnený liaty krúžok, ktorý je potom tavený stlačeným oblúkom. Pokus o prenos skúseností s touto metódou na povrchovú úpravu opotrebovaných ventilov nepriniesol pozitívne výsledky. Dôvodom je skutočnosť, že výška valcového remeňa ventilového kotúča sa v dôsledku opotrebovania znižuje na 0,4 - 0,1 mm a povrchová úprava tenkého okraja skosenia v dôsledku nerovnomerného zahrievania hlavy ventilu a aplikovaného plniaci krúžok je ťažký: dochádza k horeniu.

Efektívnym spôsobom obnovy ventilov je metóda plazmového navárania s dodaním tepelne odolných práškových tvrdých zliatin na opotrebované skosenie. Na tento účel pobočka Maloyaroslavets Štátneho vedeckého a technického ústavu, TsOKTB a VSKHIZO na základe stroja U-151 podľa návrhu PWI. E. O. Paton vyvinul inštaláciu OKS-1192. Zariadenie pozostáva z poloautomatického naváracieho stroja doplneného o balastný reostat RB-300, plazmový horák navrhnutý spoločnosťou VSKHIZO.

Technické vlastnosti inštalácie OKS-1192

Typy zváraných ventilov (priemer dosky), mm 30-70

Produktivita, kus/hod< 100

Spotreba plynu, l/min:

tvorba plazmy<3

ochranné a prepravné<12

Spotreba chladiacej vody, l/min >4

Kapacita podávača prášku, m 3 0,005

Výkon, kW 6

Celkové rozmery, mm:

inštalácia 610X660X1980

ovládacia skriňa 780X450X770

Ak nie je k dispozícii priemyselná inštalácia, ak je potrebné ventily obnoviť, opravárenské podniky sú schopné zostaviť plazmovú inštaláciu zo samostatných hotových jednotiek založených na sústruhu podľa schémy znázornenej na obr. 42. Ventil je namontovaný na vodou chladenej medenej forme zodpovedajúcej veľkosti jeho dosky, ktorá je poháňaná vretenom sústruhu cez axiálne ložisko a dvojicu kužeľových kolies.

Ryža. 42. Schéma inštalácie pre plazmové zváranie ventilov:

1 - napájanie; 2 - škrtiaca klapka; 3- volfrámová elektróda; 4 - vnútorná tryska; 5 - ochranná tryska; 6 - ventil; 7 - medená forma; 8, 16 - ložiská; 9 - inštalačné teleso; 10 - rúrka na prívod vody; 11, 12 - armatúry; 13 - základňa; 14 - stojan; 15, 17 - olejové tesnenia; 18 - poistná skrutka; 19, 20 - kužeľové kolesá; 21 - valec

Princíp fungovania inštalácie OKS-1192 a inštalácie zostavenej v podmienkach opravárenského podniku je približne rovnaký a spočíva v nasledujúcom. Po ochladení vody (z vodovodnej siete) sa do plazmového horáka privedie plazmotvorný argónový plyn (z valca), elektrická energia (zo zdroja energie), medzi volfrámom sa vybudí nepriamy stlačený oblúk (plazmový prúd). elektródou a vnútornou tryskou plazmového horáka pomocou oscilátora. Potom sa z podávača prášku s dopravným plynom - argónom privádza prášok cez ochrannú trysku horáka na skosenie otočného ventilu a súčasne sa ventilu privádza prúd cez balastný reostat. Medzi elektricky vodivým plazmovým lúčom a fazetou ventilu vzniká stlačený oblúk, ktorý súčasne roztaví fazetu ventilu a zvárací prášok, čím sa vytvoria kvalitné husté vrstvy (obr. 43).

Ryža. 43. Zvárané kotúče ventilov

Na naváranie fazetiek ventilov motorov traktorov s veľkou hmotnosťou je možné okrem odporúčaných použiť aj práškové tvrdé zliatiny na báze železa PG-S1, PG-US25 s prídavkom 6 % Al.

Pri výbere materiálu na povrchovú úpravu ventilov by ste sa mali riadiť skutočnosťou, že zliatiny chrómu a niklu majú vyššiu tepelnú odolnosť a odolnosť proti opotrebovaniu, ale sú 8-10 krát drahšie ako tvrdé zliatiny na báze železa a sú menej spracované.

Spôsoby plazmového zvárania fazetiek ventilov

Prúdová sila, A 100-140

Napätie, V 20-30

Spotreba plynu (argón), l/min:

plazmotvorné 1,5-2

prepravné (ochranné) 5-7

Obrábacia rýchlosť, cm/s 0,65-0,70

Vzdialenosť od plazmového horáka k skoseniu ventilu, mm 8-12

Šírka vrstvy, mm 6-7

Výška vrstvy, mm 2-2,2

Hĺbka prieniku, mm 0,08-0,34

Tvrdosť HRC nanesenej vrstvy so zliatinou:

PG-SR2, PG-SR3 34-46

PG-S1, PG-US25 46-54

Technologický proces obnova kotúča ventilu obsahuje tieto hlavné operácie: umývanie, detekcia chýb, čistenie čelnej plochy a skosenia od karbónových usadenín, plazmové naváranie, obrábanie, kontrola. Obrábanie ventilov sa vykonáva v nasledujúcom poradí: vyčistite čelnú plochu kotúča ventilu; obrúste kotúč ventilu pozdĺž vonkajšieho priemeru na menovitú veľkosť, predbežne spracujte kotúč skosenia; zbrúste skosenie na nominálnu veľkosť. Prvé tri operácie sa vykonávajú na sústruhu s frézami s karbidovými doštičkami. Použitie plazmovej metódy povrchovej úpravy umožnilo zvýšiť odolnosť pracovnej plochy dosky automobilových ventilov proti opotrebeniu 1,7 až 2,0 krát v porovnaní s odolnosťou nových ventilov proti opotrebeniu.

Vynález sa týka práškovej metalurgie, najmä spekaných zliatin na báze železa. Možno použiť na výrobu vložiek sediel ventilov pre spaľovacie motory. Spekací vytvrditeľný práškový materiál pre vložku sedla ventilu spaľovacieho motora sa získava zo zmesi obsahujúcej 75 až 90 % hmotn. prášok a tuhý lubrikant. Zároveň sa do nej impregnáciou pri spekaní vnáša meď. ÚČINOK: zvýšená tepelná odolnosť proti opotrebovaniu, lepšia obrobiteľnosť. 4 n. a 24 z.p. f-ly, 2 tab.

Súčasný stav techniky

[0001] Predložený vynález sa všeobecne týka kompozícií spekaných zliatin na báze železa používaných na výrobu ventilových vložiek pre spaľovacie motory. Vložky sediel ventilov (VSI) fungujú v extrémne korozívnych prostrediach. Zliatiny používané pri výrobe vložiek ventilových sediel vyžadujú odolnosť proti oderu a/alebo adhézii spôsobenú povrchom lícujúcich častí sediel ventilov, odolnosť proti mäknutiu a zlomeniu v dôsledku vysokých prevádzkových teplôt a odolnosť proti korózii spôsobenej degradácii spôsobenej produktmi spaľovania.

Vložky sediel ventilov sú opracované po ich vložení do hlavy valcov. Náklady na opracovanie vložiek sediel ventilov tvoria hlavnú časť všetkých nákladov na opracovanie hlavy valcov. To predstavuje hlavný problém pri vývoji zliatin vložiek ventilových sediel, pretože fázy tvrdého materiálu, vďaka ktorým je zliatina odolná voči opotrebovaniu, tiež spôsobujú značné opotrebovanie rezných nástrojov počas obrábania.

Spekané zliatiny nahradili liate zliatiny vo vložkách sediel ventilov vo väčšine motorov osobných automobilov. Prášková metalurgia (lisovanie a spekanie) je veľmi atraktívny spôsob výroby VSI vďaka flexibilite tejto metódy v zložení zliatin, ktorá umožňuje koexistenciu veľmi odlišných fáz, ako sú karbidy, mäkké feritové alebo perlitové fázy, tvrdý martenzit, Fáza bohatá na meď, atď., ako aj možnosť získania produktu blízkeho požadovanému tvaru, čo znižuje náklady na obrábanie.

Spekané zliatiny pre vložky sediel ventilov sa objavili v dôsledku potreby vyššej hustoty výkonu v spaľovacích motoroch, čo znamená vyššie tepelné a mechanické zaťaženie, alternatívne palivá na zníženie emisií a predĺženie životnosti motora. Takéto spekané zliatiny sú hlavne štyroch typov:

1) 100% nástrojová oceľ,

2) matrica z čistého železa alebo nízkolegovaného železa s prídavkom častíc tuhej fázy na zlepšenie odolnosti proti opotrebovaniu,

3) vysoko uhlíková oceľ s vysokým obsahom chrómu (>10 % hmotn.) a

4) zliatiny na báze Co a Ni.

Tieto materiály spĺňajú väčšinu požiadaviek na trvanlivosť (odolnosť). Všetky sú však aj napriek použitiu náročné na opracovanie Vysoké číslo prísady, ktoré uľahčujú obrábanie.

Typy 1, 2 a 3 sú materiály s vysokým obsahom karbidu. Výfukové ventily s patentom USA.

Zvýšenie množstva a veľkosti karbidových častíc v zliatine pri súčasnom zlepšení trvanlivosti (tvrdosti) je škodlivé pre spracovanie (stlačiteľnosť a pevnosť surového piesku) a opracovateľnosť hotových vložiek sediel ventilov. Okrem toho sa pevnosť spekaného produktu výrazne zníži, ak sú prítomné častice karbidu alebo veľké tvrdé častice.

US patent č. 6,139,598 opisuje materiál vložky ventilového sedla s dobrá kombinácia stlačiteľnosť, odolnosť proti opotrebovaniu pri vysokých teplotách a opracovateľnosť. Zmes použitá na získanie takéhoto materiálu je komplexná zmes oceľového prášku s obsahom Cr a Ni (>20 % Cr a<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).

Patent US 6 082 317 opisuje materiál vložky ventilového sedla, v ktorom sú pevné látky na báze kobaltu rozptýlené v matrici zliatiny na báze železa. V porovnaní s tradičnými pevnými látkami (karbidy) sa tuhé látky na báze kobaltu považujú za menej abrazívne, čo vedie k menšiemu opotrebovaniu párových ventilov. O takomto materiáli sa hovorí, že je vhodný pre tie aplikácie, kde sa vyžaduje priamy kontakt medzi kovovými povrchmi ventilu a ventilového sedla, ako napríklad v spaľovacích motoroch. Hoci zliatiny kobaltu vykazujú dobrú rovnováhu vlastností, cena Co robí tieto zliatiny extrémne drahými pre automobilové aplikácie.

PODROBNÝ OPIS VYNÁLEZU

Cieľom predloženého vynálezu je prekonať vyššie uvedené nevýhody poskytnutím zhutnenej a spekanej zliatiny s vynikajúcou opracovateľnosťou a odolnosťou voči vysokej teplote a opotrebovaniu.

Predložený vynález rieši problém obrábania poskytnutím jedinečnej kombinácie vysokej pevnosti, nízkouhlíkovej martenzitickej matrice, jemne rozdelených karbidov, pomocných prostriedkov na obrábanie a "sieťky" fázy vypĺňajúcej póry bohatej na meď. Množstvo tvrdých častíc rozptýlených v tvrdej martenzitickej matrici je relatívne malé, čo znižuje cenu zliatiny.

V súlade s týmto vynálezom má spekacia vytvrdzovacia zliatina matricu obsahujúcu: 2 až 5 % hmotn. Cr; 0-3 % hmotn. 0 až 2 % hmotn. Ni, zvyšok je Fe, ktoré je výhodne úplne predlegované týmito prvkami. Na zlepšenie odolnosti proti opotrebovaniu a teplotnej odolnosti sa pridáva 5 až 25 % hmotn. nástrojovej ocele a aspoň jeden z pomocných prostriedkov na obrábanie zo skupiny MnS, CaF2 alebo MoS2 v množstve 1 až 5 % hmotn. Pre výrazné zlepšenie tepelnej vodivosti sú póry vyplnené zliatinou Cu v množstve 10-25 hm. %, pridanou impregnáciou výlisku pri spekaní. Impregnácia medi tiež zlepšuje obrobiteľnosť zliatiny.

Pre lepšie pochopenie tohto vynálezu sú uvedené hlavné vlastnosti v porovnaní s vlastnosťami typického materiálu vložky ventilového sedla podľa doterajšieho stavu techniky. Zloženie práškovej zmesi (kompozícia) pre vzorové materiály je uvedené v tabuľke 1 a vlastnosti sú uvedené v tabuľke 2.

V tabuľke 1 je Fe základný prášok použitý v zmesi, čo je buď čistý železný prášok alebo prášok legovanej ocele. Prášok nástrojovej ocele je druhou zložkou zmesi a bol zavedený do zmesi ako prášok nástrojovej ocele typu M2 alebo M3/2. Cu sa pridáva impregnáciou výlisku počas procesu spekania; grafit a tuhé mazivo sa pridávajú do zmesi ako práškové prvky.

Všetky prášky sú zmiešané s odpariteľným lubrikantom, lisované na 6,8 g/cm3 a spekané pri 1120 °C (2050 °F). Tepelné spracovanie sa vykonáva po spekaní temperovaním na vzduchu alebo v dusíkovej atmosfére pri 550 °C.

Po spracovaní boli kritické vlastnosti stanovené na typických vzorkách každej zliatiny. Obrobiteľnosť bola určená vytvorením čelných zárezov a ponorným rezaním pre 2000 vložiek sediel ventilov vyrobených z príkladných materiálov. Opotrebenie nástroja sa meralo po každých päťdesiatich rezoch. Graf opotrebovania bol vynesený proti počtu zárezov a bola vykonaná lineárna regresná analýza. Sklon regresnej priamky udáva mieru opotrebovania a bol použitý ako miera obrobiteľnosti. Okrem toho sa na konci každého testu obrobiteľnosti merala hĺbka zárezu na zásuvnom sedle pozdĺž bočných okrajov zárezu. Hĺbka zárezov bola tiež použitá ako indikátor obrobiteľnosti testovaných materiálov.

Meranie odolnosti proti opotrebovaniu pri vysokých teplotách sa uskutočnilo v zariadení na testovanie opotrebovania v podmienkach vysokoteplotného sklzu. Leštené pravouhlé tyče z testovaných materiálov boli upevnené a zabezpečovali posúvanie guľôčky oxidu hlinitého v oboch smeroch po leštenom rovnom povrchu vzoriek. Testované vzorky boli počas testu udržiavané pri teplote 450 °C. Hĺbka škrabancov bola indikátorom odolnosti vzorky proti opotrebovaniu za týchto podmienok.

Tvrdosť pri vysokej teplote sa merala pri rôznych teplotách vzorky, pričom sa zaznamenalo najmenej päť meraní pri rovnakej teplote a výsledky sa spriemerovali.

Hodnoty tepelnej vodivosti boli vypočítané vynásobením nameraných hodnôt mernej tepelnej kapacity, tepelnej difúzie a hustoty pri danej teplote.

Tabuľka 2 ukazuje všetky vlastnosti nového materiálu v porovnaní s existujúcimi materiálmi vložiek sediel ventilov, ktoré obsahujú päťnásobné množstvo nástrojovej ocele. Materiál podľa tohto vynálezu ("nová zliatina") je 2,5 až 3,7-krát lepšie opracovaný ako vzorové materiály, ktoré majú rovnakú odolnosť proti opotrebovaniu pri vysokej teplote a porovnateľnú tvrdosť pri vysokej teplote.

Vzhľadom na to, že maximálna očakávaná prevádzková teplota vložiek sediel ventilov je približne 350 °C, výsledky uvedené v tabuľke 2 jasne ukazujú, že nový materiál bude fungovať lepšie ako materiál sedla ventilu B a takmer rovnako dobre ako materiál sedla ventilu A, pričom bude výrazne lepšia opracovateľnosť ako materiál A. Kombinovaný efekt opracovateľnosti, ceny, tepelnej vodivosti a odolnosti proti opotrebeniu robí z tohto materiálu ideálnu náhradu drahých materiálov motora, ako sú vložky sediel ventilov.

Je zrejmé, že sú možné rôzne modifikácie a variácie tohto vynálezu, berúc do úvahy vyššie uvedené indikácie. Preto by sa malo chápať, že v rámci rozsahu pripojených nárokov môže byť tento vynález realizovaný inak, než ako je konkrétne opísané. Vynález je definovaný nárokmi.

NÁROK

1. Spekaný vytvrditeľný práškový materiál pre vložku sedla ventilu spaľovacieho motora získaný zo zmesi obsahujúcej prášok na báze železa, prášok z nástrojovej ocele, tuhé mazivo a meď, vyznačujúci sa tým, že je získaný zo zmesi obsahujúcej 75 až 90 % hmotn. chrómu, do 3 % hmotn. molybdénu a do 2 % hm.

2. Materiál podľa nároku 1, vyznačujúci sa tým, že zmes obsahuje od 5 do 25 % hmotn. práškovej nástrojovej ocele.

3. Materiál podľa nároku 1, vyznačujúci sa tým, že nástrojová oceľ je vybraná zo skupiny pozostávajúcej z nástrojovej ocele M2 a M3/2.

4. Materiál podľa nároku 3, vyznačujúci sa tým, že nástrojová oceľ je oceľ M2.

5. Materiál podľa nároku 1, v y z n a č u j ú c i s a t ý m, že sa do neho pridáva meď v množstve 10 až 25 % hmotn. z hmotnosti zmesi.

6. Materiál podľa nároku 1, vyznačujúci sa tým, že obsahuje 89 % hmotn. prášku na báze železa.

7. Materiál podľa nároku 2, vyznačujúci sa tým, že obsahuje 8 % hmotn. práškovej nástrojovej ocele M2.

8. Materiál podľa nároku 1, vyznačujúci sa tým, že obsahuje 3 % hmotn. tuhého maziva.

9. Materiál podľa nároku 5, v y z n a č u j ú c i s a t ý m, že sa do neho pridáva meď v množstve 20 % hmotn. hmotnosti zmesi.

10. Materiál podľa nároku 1, vyznačujúci sa tým, že je získaný zo zmesi obsahujúcej % hmotn.

a meď sa pridáva v množstve 20 % hmotn. z hmotnosti zmesi.

11. Spekaný práškový materiál pre vložku sedla ventilu spaľovacieho motora so zlepšenou opracovateľnosťou, odolnosťou proti opotrebovaniu a vysokou tepelnou vodivosťou, získaný zo zmesi obsahujúcej prášok na báze železa legovaného chrómom, prášok z nástrojovej ocele, tuhé mazivo a meď, vyznačujúci sa tým, že sa získava zo zmesi obsahujúcej spekaný tvrditeľný prášok na báze železa predlegovaný s 2-5 % hmotn. chrómu, do 3 % hmotn. molybdénu a do 2 % hmotn. niklu a meď sa zavádza impregnáciou počas spekania. .

12. Spekaný materiál podľa nároku 11, vyznačujúci sa tým, že po spekaní v peci bez zrýchleného chladenia má martenzitickú mikroštruktúru.

13. Spekané teleso podľa nároku 11, vyznačujúce sa tým, že obsahuje 5 až 25 % hmotn. prášku nástrojovej ocele.

14. Spekaný materiál podľa nároku 11, v y z n a č u j ú c i s a t ý m, že sa do neho pridáva meď v množstve 10 až 25 % hmotn. hmotnosti zmesi.

15. Spekaná vložka sedla ventilu pre spaľovací motor so zlepšenou obrobiteľnosťou, odolnosťou proti opotrebovaniu a vysokou tepelnou vodivosťou, ktorá má matricu získanú spekaním zmesi obsahujúcej chrómový prášok na báze železa, prášok nástrojovej ocele, tuhé mazivo a obsahujúcu meď, vyznačujúca sa tým, že tým, že matrica sa získa spekaním zmesi obsahujúcej spekací vytvrditeľný prášok na báze železa, vopred zmiešaný alebo legovaný s 2-5 % hmotn. chrómu, do 3 % hmotn. molybdénu a do 2 % hmotn. niklu a medi zavedené impregnáciou počas spekania.

16. Spekaná vložka ventilového sedla podľa nároku 15, vyznačujúca sa tým, že po spekaní bez zrýchleného chladenia má plne martenzitickú mikroštruktúru.

17. Spekaná vložka sedla ventilu podľa nároku 15, vyznačujúca sa tým, že obsahuje matricu získanú zo zmesi obsahujúcej 5 až 25 % hmotn. prášku nástrojovej ocele.

18. Spekaná vložka sedla ventilu podľa nároku 17, v y z n a č u j ú c a s a t ý m, že zmes obsahuje prášok nástrojovej ocele M2 ako prášok nástrojovej ocele.

19. Spekaná vložka sedla ventilu podľa nároku 17, vyznačujúca sa tým, že obsahuje matricu získanú zo zmesi obsahujúcej 8 % hmotn. prášku nástrojovej ocele.

20. Spekaná vložka sedla ventilu podľa nároku 17, v y z n a č u j ú c a s a tým, že obsahuje matricu získanú zo zmesi obsahujúcej 1 až 5 % hmotn. tuhého maziva, reprezentujúceho aspoň jednu látku vybranú zo skupiny MnS, CaF2, MoS2.

21. Spekaná vložka sedla ventilu podľa nároku 20, vyznačujúca sa tým, že matrica je získaná zo zmesi obsahujúcej 3 % hmotn. tuhého maziva.

22. Ventilové sedlo sintrovanej vložky podľa nároku 15, vyznačujúce sa tým, že matrica je impregnovaná meďou v množstve 10 až 25 % hmotn. z hmotnosti zmesi.

23. Ventilové sedlo sintrovanej vložky podľa nároku 22, vyznačujúce sa tým, že matrica je impregnovaná meďou v množstve 20 % hmotn. z hmotnosti zmesi.

24. Spôsob výroby vložky ventilového sedla pre spaľovacie motory so zlepšenou obrobiteľnosťou, odolnosťou proti opotrebovaniu a vysokou tepelnou vodivosťou, vrátane prípravy zmesi obsahujúcej spekaný a chrómom legovaný prášok na báze železa, prášok z nástrojovej ocele a tuhé mazivo , lisovanie, spekanie a impregnácia medi, vyznačujúci sa tým, že pri príprave zmesi sa používa prášok na báze železa vytvrdený pri spekaní, predlegovaný 2-5 hm.% chrómu, do 3 hm.% molybdénu a viac. do 2 % hmotn. niklu a impregnácia meďou sa vykonáva súčasne so spekaním.

25. Spôsob podľa nároku 24, vyznačujúci sa tým, že po spekaní sa obrobok ochladí bez kalenia, čím sa získa úplne martenzitická štruktúra.

26. Spôsob podľa nároku 24, vyznačujúci sa tým, že sa pripraví zmes obsahujúca 5 až 25 % hmotn. prášku nástrojovej ocele.

27. Spôsob podľa nároku 24, v y z n a č u j ú c i s a t ý m, že počas spekania sa výlisek impregnuje meďou v množstve 10 až 25 % hmotn. hmotnosti zmesi.

28. Spôsob podľa nároku 24, vyznačujúci sa tým, že sa pripraví zmes obsahujúca % hmotn.

a počas spekania sa výlisek impregnuje meďou v množstve 20 % hmotn. z hmotnosti zmesi.

Článok rozoberá otázku nevyhnutnosti a vhodnosti použitia austenitickej mangánovej liatiny pre ventilové sedlá spaľovacích motorov na plynové motorové palivo. Uvádzajú sa informácie o sériovo vyrábaných sedlách ventilov pre spaľovacie motory automobilov, najbežnejších zliatinách na výrobu častí sedadiel, ich nedostatkoch, nedokonalosti zliatin používaných v prevádzke a dôvodoch nízkej životnosti častí tohto typ sú opísané. Ako riešenie tohto problému sa navrhuje použiť austenitickú mangánovú liatinu. Na základe dlhoročného výskumu vlastností mangánovej liatiny bolo navrhnuté použiť túto zliatinu na výrobu sediel ventilov pre automobilové motory s plynovým motorovým palivom. Zohľadňujú sa hlavné vlastnosti, ktoré má navrhovaná zliatina. Výsledky výskumu sú pozitívne a zdroj nových sediel je 2,5 ... 3,3 krát dlhší ako sériové.

hlava motora

zásobovací systém

nosiť

zdroj dielov

motorové palivo na zemný plyn

ICE auto

1. Vinogradov V.N. Ocele odolné voči opotrebovaniu s nestabilným austenitom pre časti zariadení plynárenských polí / V.N. Vinogradov, L.S. Livshits, S.N. Platonov // Vestnik mashinostroeniya. - 1982. - Číslo 1. - S. 26-29.

2. Litvínov V.S. Fyzikálna podstata tvrdnutia mangánového austenitu / V.S. Litvínov, S.D. Karakishev // Tepelné spracovanie a fyzika kovov: medziuniverzitná kol. - Sverdlovsk, UPI. - 1979. - Číslo 5. - S. 81-88.

3. Maslenkov S.B. Ocele a zliatiny pre vysoké teploty. Príručka: v 2 zväzkoch / S.B. Maslenkov, E.A. Maslenkov. - M. : Hutníctvo, 1991. - T. 1. - 328 s.

4. Stanchev D.I. Perspektívy použitia špeciálnej austenitickej mangánovej liatiny pre časti trecích jednotiek lesných strojov / D.I. Stanchev, D.A. Popov // Aktuálne problémy rozvoja lesného komplexu: materiály medzinárodnej vedecko-technickej konferencie VSTU. - Vologda, 2007. - S. 109-111.

5. Strojárska technológia. Obnova kvality a montáž strojných dielov / V.P. Smolentsev, G.A. Suchochev, A.I. Boldyrev, E.V. Smolentsev, A.V. Bondar, V.Yu. Sklokin. - Voronež: Vydavateľstvo štátu Voronež. tie. un-ta, 2008. - 303 s.

Úvod. Používanie plynového motorového paliva ako paliva pre spaľovacie motory je spojené s množstvom technických problémov, bez ktorých nie je možná efektívna prevádzka vozidiel na dvojpalivové energetické systémy. Jedným z najpálčivejších problémov technickej prevádzky vozidiel poháňaných plynovým motorovým palivom je nízky zdroj rozhrania „sedadlo-ventil“.

Analýza poškodenia sedadla umožnila zistiť príčiny ich výskytu, a to: plastickú deformáciu a plynovú eróziu spôsobenú zhoršením uloženia trecej dvojice počas prevádzky. Obrázky 1 a 2 ukazujú hlavné charakteristické poškodenie sediel a ventilov pri prevádzke na plynné palivo.

Tradične sa pre benzínové motory vyrábajú sedlá ventilov zo sivej liatiny SCH25, SCH15 podľa GOST 1412-85 alebo uhlíkových a legovaných ocelí 30 HGS podľa GOST 4543-71, ktoré poskytujú uspokojivú prevádzkovú spoľahlivosť a trvanlivosť rozhrania v celom rozsahu. garantovaná životnosť motora. Pri prechode na dvojpalivový systém napájania spaľovacích motorov sa však zdroj rozhrania výrazne zníži, podľa rôznych odhadov je potrebná oprava hlavy bloku po 20 000 - 50 000 000 000 kilometroch. Dôvodom zníženia zdroja rozhrania je nízka rýchlosť spaľovania zmesi plynu a vzduchu v prevádzkových režimoch s vysokou rýchlosťou kľukového hriadeľa a v dôsledku toho výrazné zahrievanie kovu sedadla, strata jeho pevnosti a ďalšia deformácia z interakcia s ventilom.

Aby sa teda zabezpečila zaručená životnosť rozhrania sedlo-ventil, pri použití plynového motorového paliva vyžadujú materiály nielen vysoké klzné vlastnosti, ale aj zvýšenú tepelnú odolnosť.

Účel štúdie. Výsledky výskumu. Účelom výskumu je preukázať uskutočniteľnosť použitia mangánovej austenitickej liatiny na výrobu sediel ventilov. Je známe, že ocele a liatiny feriticko-perlitickej a perlitickej triedy sa nelíšia v tepelnej odolnosti a nepoužívajú sa na diely pracujúce pri teplotách nad 700 ºС. Na prácu v extrémnych podmienkach, pri prevádzkových teplotách okolo 900 ºС, sa používajú najmä žiaruvzdorné austenitické liatiny s minimálnym množstvom voľného grafitu v konštrukcii. Medzi tieto zliatiny patrí austenitická mangánová liatina, ktorej spojivovým základom sú inklúzie karbidov s obsahom austenitu a jemný lamelárny grafit. Tradične sa takáto liatina používa ako valivá liatina pod značkou AChS-5 a používa sa na klzné ložiská.

Dlhodobé štúdie mangánovej liatiny odhalili cenné vlastnosti tohto materiálu, dosiahnuté zlepšením vlastností zliatiny jej úpravou a zlepšením technológie výroby. V priebehu vykonávaných prác bol študovaný vplyv koncentrácie mangánu v zliatine na fázové zloženie a úžitkové vlastnosti austenitickej liatiny. Na tento účel bola vyrobená séria tavieb, v ktorých sa v štyroch úrovniach menil iba obsah mangánu, zloženie zvyšných zložiek, podmienky a spôsob tavenia boli konštantné. Mikroštruktúra, fázové zloženie a vlastnosti získaných liatin sú uvedené v tabuľke 1.

Tabuľka 1 - Vplyv koncentrácie mangánu na štruktúrne zloženie a mechanické vlastnosti mangánovej liatiny v odliatom stave

V dôsledku štúdia mikroštruktúry sa zistilo, že so zvýšením obsahu mangánu v liatine sa pomer fázových zložiek mení (obr. 3): zvyšuje sa pomer fázy gama k fáze alfa železa. sa zvyšuje množstvo karbidovej fázy (Fe3C, Mn3C, Cr3C2) a znižuje sa množstvo grafitu.

Ako ukázali výsledky röntgenových štúdií, pri zvýšení obsahu mangánu sa pomer plôch integrálnych intenzít, ktoré zaberá gama fáza austenitu a alfa fáza martenzitu (I111/I110), resp. Röntgenový obraz povrchu rezu sa zvyšuje. S obsahom mangánu 4,5 % I111/I110 = 0,7; pri 8,2 % I111/1110 = 8,5; pri 10,5 % I111/I110 = 17,5; pri 12,3 % I111/I110 = 21.

Na zistenie vplyvu mangánu na fyzikálne a mechanické vlastnosti liatiny sa vykonali testy najmä na odolnosť proti opotrebovaniu v podmienkach suchého trenia a nekontrolovaného trecieho ohrevu. Porovnávacie skúšky opotrebenia liatiny s rôznym obsahom mangánu boli vykonané na stroji SMTs-2 podľa schémy trenia „block-roller“ pri špecifickom tlaku 1,0 MPa a rýchlosti sklzu 0,4 m/s. Výsledky testu sú znázornené na obrázku 4.

So zvýšením obsahu mangánu zo 4,5 na 10,5 % v liatine narastá množstvo austenitu obsiahnutého v štruktúre. Zvýšenie podielu austenitu v kovovej matrici liatiny poskytuje spoľahlivé zadržiavanie karbidovej fázy v základni. Zvýšenie obsahu mangánu nad 12 % neviedlo k výraznému zvýšeniu odolnosti liatiny proti opotrebovaniu. Táto okolnosť sa vysvetľuje skutočnosťou, že prírastok karbidovej fázy (sú pozorované oddelené polia ledeburitu) významne neovplyvňuje odolnosť materiálu proti opotrebovaniu pri týchto režimoch trenia.

Na základe výsledkov získaných pri testovaní experimentálnej liatiny s rôznym obsahom mangánu má najvyššiu odolnosť proti opotrebovaniu liatina s obsahom 10,5 % Mn. Tento obsah mangánu zabezpečuje vytvorenie optimálnej štruktúry z hľadiska trecieho kontaktu, tvorenej pomerne plastickou austenitickou matricou rovnomerne vystuženou karbidovými inklúziami.

Zliatina s obsahom 10,5 % Mn sa zároveň líšila najoptimálnejším pomerom fázových zložiek, ako aj ich tvarom a usporiadaním. Jeho štruktúra bola prevažne austenit, vystužený stredne veľkými a malými heterogénnymi karbidmi a jemne rozptýlenými inklúziami grafitu (obr. 5). Relatívne testy opotrebenia pri suchom trení, uskutočnené so vzorkami liatiny s rôznymi koncentráciami mangánu, ukázali, že mangánová liatina obsahujúca 10,5 % Mn bola 2,2-krát lepšia v odolnosti proti opotrebeniu ako liatina so 4,5 % Mn.

Zvýšenie obsahu mangánu nad 10,5 % viedlo k ďalšiemu zvýšeniu množstva austenitických a karbidových fáz, ale karbidy boli pozorované vo forme samostatných polí a odolnosť liatiny proti opotrebeniu sa nezvýšila. Na základe toho bolo pre ďalší výskum a testovanie zvolené chemické zloženie liatiny, %: 3,7 C; 2,8Si; 10,5 Mn; 0,8 Cr; 0,35 Cu; 0,75 Mo; 0,05 B; 0,03 S; 0,65 p; 0,1 Ca.

Za účelom štúdia vplyvu tepelného spracovania na štruktúrne zloženie a vlastnosti austenitickej mangánovej liatiny navrhovaného chemického zloženia boli vzorky (bloky) podrobené kaleniu. Objemové vytvrdzovanie vzoriek sa uskutočňovalo v tečúcej vode z teploty ohrevu 1030–1050 °C a doby výdrže počas ohrevu: 0,5, 1, 2, 3, 4 h.

Štúdie štruktúry vzoriek po objemovom kalení ukázali, že teplota ohrevu, trvanie expozície počas ohrevu a rýchlosť chladenia zohrávajú významnú úlohu pri vytváraní štruktúry mangánovej liatiny. Kalenie vo všeobecnom prípade viedlo k takmer úplnej austenizácii, čím sa získali zrná strednej a malej veľkosti. Ohrev zabezpečuje rozpúšťanie karbidov v austenite. Úplnosť týchto premien sa zvyšuje so zvyšujúcou sa dobou expozície vzoriek v peci. Martenzit prítomný v štruktúre odliatku bol počas zahrievania úplne rozpustený v austenite a počas kalenia sa nevyzrážal. Karbidy, v závislosti od trvania expozície počas zahrievania, čiastočne alebo úplne rozpustené v austenite, sa po ochladení opäť uvoľňujú. Po vytvrdnutí sa množstvo grafitu v liatinovej konštrukcii výrazne zníži v porovnaní s liatym stavom. V kalenej liatine sú dosky grafitových inklúzií tenšie a kratšie. Tvrdosť podľa Brinella kalenej mangánovej liatiny sa znižuje, húževnatosť sa zvyšuje a zlepšuje sa obrobiteľnosť.

Aby sa určil režim kalenia, ktorý poskytuje maximálnu odolnosť proti opotrebovaniu experimentálnej mangánovej liatiny, vzorky s rôznymi dobami držania počas kalenia boli vystavené opotrebovaniu. Štúdium odolnosti proti opotrebeniu sa uskutočnilo na trecom stroji SMTs-2 pri špecifickom tlaku na vzorku 1,0 MPa a rýchlosti sklzu 0,4 m/s.

Výsledkom skúšok bolo zistené, že zvýšenie doby výdrže na 2∙3,6∙103 s pri teplote kalenia spôsobuje zvýšenie relatívnej odolnosti proti opotrebovaniu mangánovej liatiny, po ktorej sa jej odolnosť proti opotrebovaniu nemení. Tieto testy potvrdzujú predpoklad, že štruktúrne zloženie mangánovej liatiny získanej kalením po 2∙3,6∙103 s je najdokonalejšie a je schopné poskytnúť vysoký výkon pri suchom trení.

Okrem toho zníženie tvrdosti na 160-170 HB austenitickej mangánovej liatiny počas kalenia bude mať pravdepodobne pozitívny vplyv na poškodenie a opotrebovanie protitelesa (valčeka) simulujúceho koleso lokomotívy. V tomto ohľade bola pre následné laboratórne a prevádzkové testy použitá austenitická mangánová liatina v odliatom (ACHl) a ochladenom stave, získaná po 2-hodinovom udržiavaní pri kaliacej teplote (ACHz).

Na základe vykonaného výskumu a testovania bolo možné vyvinúť špeciálne zloženie austenitickej liatiny, získanej úpravou mangánu, ktoré sa vyznačuje vysokou odolnosťou proti opotrebovaniu v podmienkach suchého trenia (brzdy, trecie spojky), vyznačujúce sa vysokým trecím ohrevom do 900 ºС ("liatina odolná proti opotrebeniu", RF patent č. 2471882) . Výsledky testovania tohto zloženia liatiny v podmienkach a režimoch zaťaženia rozhrania „sedadlo-ventil“ časovania ukázali vysoký výkon materiálu, ktorý prevyšuje zdroje sediel vyrobených zo sivej liatiny SCH 25 podľa GOST 1412. -85 a 30 HGS podľa GOST 4543-71 v 2,5-3, 3 krát. To nám umožňuje považovať takúto liatinu za perspektívnu pre použitie v podmienkach suchého trenia a vysokých teplôt, najmä pre ventilové sedlá, prítlačné kotúče spojky, brzdové bubny zdvíhacích a prepravných strojov atď.

Závery. Možno teda konštatovať, že použitie austenitickej mangánovej liatiny na výrobu sediel ventilov výrazne zvýši životnosť hlavy valcov motorov prerobených na plynové motorové palivo a využívajúcich kombinovaný systém napájania (benzín-plyn).

Recenzenti:

Astanin V.K., doktor technických vied, profesor, vedúci katedry technických služieb a strojárskych technológií, Voronežská štátna agrárna univerzita pomenovaná po cisárovi Petrovi I., Voronež.

Suchochev G.A., doktor technických vied, profesor Katedry strojárskych technológií, Voronežská štátna technická univerzita, Voronež.

Bibliografický odkaz