Теоретичні основи та технології створення вузлів машин з перемінною зносостійкістю

 

Таблиця 2

Лігатура для сірого чавуну, % мас.

Si Mn P Cr Cu V Mo Ca Y Ti Fe

15... 20 6... 10 5... 8 5... 7 35... 40 1, 5... 2, 5 2... 4 0, 2... 1, 5 0, 05...

0, 1 1, 5... 2, 0 інше

 

Застосування лігатури дозволило отримати комплексно-легований чавун в умовах виплавки у вагранці на ВО “Первомайськдизельмаш” та мати економічний ефект 1, 6 мл. руб. на рік (1989 р.)

Для надійної роботи пари “циліндр – кільце” важливе значення має матеріал контр-тіла, тобто кільця. Враховуючи умови роботи кілець форсованих дизелів та вимоги до матеріалу: висока міцність, термоупругість, зносостійкість, в умовах граничного тертя при малих та високих швидкостях ковзання, маслоємність, добра припрацьовуваність, задиростійкість та відносна дешевизна, був розроблений новий високоміцний чавун, захищений авторським свідоцтвом № 1109459. Чавун має такий хімічний склад, % мас. (табл. 3).

 

Таблиця 3

Хімічний склад високоміцних чавунів, % мас. 

Чавун С Si Mn P S Cr Ni Cu V Mo Mg PЗМ Fe

комплек-сно-легований 3, 2... 3, 6 2, 0...

2, 4 0, 6...

0, 8 0, 10

...

0, 15 до 0, 05 0, 2...

0, 4 0, 2...

0, 4 0, 4...

0, 6 0, 05...

0, 08 0, 15...

0, 35 0, 03

...

0, 06 до 0, 04 інше

базовий 3, 0... 3, 6 2, 0... 2, 5 0, 7... 1. 1 до 0, 1 до 0, 06 - - 0, 7... 1, 1 - - 0, 05

...

0, 08 - інше

 

Чавун має стабільну структуру у вигляді графіту кільчастої форми та металевої матриці у вигляді сорбітоподібного перліту. Міцність чавуну перевищує 500 МПа, а твердість – 101... 102 НRВ. Зносостійкість комплексно-легованого чавуну перевищує зносостійкість базового майже у два рази при зменшенні коефіцієнту тертя з 0, 062 до 0, 053.

Для отримання зазначеного чавуну в умовах плавлення у вагранці була розроблена нова лігатура, захищена авторським свідоцтвом № 1076481 такого хімічного складу, % мас. (табл. 4) :

 

Таблиця 4

Хімічний склад лігатури для високоміцного чавуна, % мас. 

Ti Si P Cr Ni Cu V Mo PЗМ Fe

2... 3 5... 7 8... 10 2... 3 12... 16 25... 35 4... 5 15... 18 0, 1... 2 інше

 

Лігатура отримана на основі міді та має низьку температуру плавлення. Вона вводиться на жолобі вагранки у кількості 12... 14 кг на 1 тону рідкого металу.

Крім хімічного складу чавуну кілець було досліджено вплив технології отримання заготовки. Були проведені експериментальні відливки маслот в піщано-глинясті форми відцентровим методом та литтям вакуумним всмоктуванням. Результати лабораторних зносостійких випробувань чавуна при тиску 8 МПа і швидкості 1 м/с наведені у табл. 5.

 

Таблиця 5

Зносостійкі властивості високоміцних чавунів 

Чавун Інтенсивність зношування колодки мкм/106 циклів Інтенсивність зношування пари мкм/106 циклів Коефіцієнт тертя

Серійний ВЧ50 0, 9 2, 2 0, 062

Комплексно-легований 0, 4 1, 0 0, 053

Відцентрова відливка 1, 2 1, 8 0, 068

Литво вакуумним всмоктуванням 0, 8 1, 6 0, 056

 

Найкращий комплекс антифрикційних якостей має високоміцний комплексно-легований чавун.

З метою збільшення ресурсу двигуна до капітального ремонту був виконаний комплекс досліджень по збільшенню працездатності поршнів суднових дизелів ЧН 25/34, який полягав у наступному. Виходячи з умов роботи поршню був розроблений комплексно-легований чавун з вермикулярною формою графіту. Цей чавун має високу міцність та теплопровідність при збережені добрих ливарний якостей, властивих сірому чавуну. Чавун отримано за допомогою РЗМ-вміщуючих лігатур, що дало можливість не використовувати автоклав та уникнути піроефекту.

Підвищення зносостійкості канавки під перше компресійне кільце, що лімітує ресурс поршня, досягли завдяки загартуванню поверхонь канавки струмами високої частоти (рис. 8). Форма індуктора та схема загартування забезпечують отримання робочих поверхонь канавки з перемінними властивостями: найбільшою зносостійкістю в зонах максимальних зносів.

Підвищення ресурсу другої пари тертя – розподільчого валу та важелів приводу клапанів, що регламентують ресурс двигунів до першої переборки, досягнуто за рахунок зміни зовнішніх умов навантаження вузла (рис. 9) та зміцнення тертьової поверхні важелів привода клапанів за рахунок хіміко-термічної обробки.

Причиною підвищених зносів кулачків розподільчих валів двигунів ВАЗ є завищений тиск в зоні контакту кулачка з важелем приводу клапана, викликаний надмірною жорсткістю клапанних пружин, що обумовлює роботу вузла в зоні критичних тисків. Зсунення робочих тисків в зону менших значень за рахунок зменшення жорсткості пружин забезпечує надійну роботу вузла та уникнення випадків катастрофічних зносів.

Зносостійкі властивості робочої поверхні кулачків розподільчих валів отримані також з перемінними параметрами (рис. 10). Найбільшу твердість кулачків приводу клапанів забезпечено в зоні верхнього вистою клапана, де діють найбільші тиски та швидкості тертя. Ці заходи забезпечують надійну і безвідмовну роботу вузла до капітального ремонту