Российский Сайт Литейщиков













Модификаторы для чугуна и стали Союз-литьё. Украина Литейное производство


Наш опрос:
Нравится ли Вам дизайн Российского сайта литейщиков?






Карта сайта
Техническая информация
Статьи, интервью
Выставки и конференции
Литейный консилиум
Повышение качества литья
Доска объявлений
Каталог предприятий
Статьи, интервью

Статьи, интервью / Чугуны / Высокопрочный чугун с вермикулярным графитом - перспективный материал для изготовления поршней двигателя Д-180. "Вестник ЧГАУ", том 35, 2001г.

Высокопрочный чугун с вермикулярным графитом - перспективный материал для изготовления поршней двигателя Д-180. "Вестник ЧГАУ", том 35, 2001г.

Текст статьи (версия для печати)

В.А. Изосимов - канд. техн. наук, доцент (ЧГАУ),
В.И. Суркин -д-р техн. наук, профессор (ЧГАУ), Н.Н. Попков (ЧГАУ),
А.В. Изосимов - начальник техбюро (з-д "Челябэнергоремонт")

Показаны перспективы применения чугуна с вермикулярным графитом для изготовления поршней тракторного двигателя Д-180.
Материалы, применяемые для изготовления цельнолитных поршней двигателей внутреннего сгорания, должны обладать достаточно высокими механическими свойствами. Эти требования в значительной степени противоположны, по необходимы, так как различные части поршня имеют различные назначения: верхняя часть (головка) воспринимает в основном силовую нагрузку, средняя и нижняя части (юбка) работают в основном на трение.
На заводах поршни изготавливают цельнолитыми и составными. Составная конструкция позволяет изготавливать головку и юбку поршня из различных материалов, головку - из жаропрочного, а юбку из антизадирного и износостойкого.
Создание новых конструкций современных двигателей и форсирование режимов рабо ты в целях повышения их мощности предполагает наличие надежных двигателей цилиндро поршневой группы и прежде всего поршней. Материал поршня должен обладать достаточ ной прочностью при рабочих температурах, износоустойчивостью, высокой теплопроводи мостью, небольшим коэффициентом линейного расширения и малой плотностью. Практически всем этим условиям не может удовлетворять ни один из существующих поршневых материалов. Поэтому выбор того или иного сплава поршней производят с учетом условий эксплуатации, размеров и конструкции поршня, то есть удовлетворять основные требования к материалу поршня часто в ущерб других, менее важным для данной конструкции.
Поршни из алюминиевых сплавов, которыми оснащаются современные автотракторные двигатели, уже не обеспечивают возможности дальнейшего форсирования и температуры в камере сгорания до 550-аС, а также повышение долговечности и надежности связаны с необ ходимостью замены алюминиевых сплавов сталью или высококачественными чугунами [1].
Основное препятствие к широкому применению тонкостенных поршней из стали - снижение антидетонационных характеристик двигателя, что вызвало необходимость умень шения степени сжатия.
Чугун лишен этих недостатков, отличается лучшими литейными свойствами и наиболее приемлем для замены алюминиевых сплавов.
Однако масса чугунного поршня не должна намного превышать массу алюминиевого. Поэтому создана конструкция, имеющая более тонкие стенки.
Проведены анализ физико-механических характеристик чугунов с различной формой графита. Определены их механические характеристики при разных температурах, теплофизические характеристики, термическая выносливость и технологические свойства. Чугуны с разной формой графита имеют различные значения параметров, способствующих повыше нию или понижению их сопротивления термоусталости. Анализ показал, что чугун с верми кулярным графитом (ЧВГ) и высокопрочный чугун с шаровидным графитом (ВЧШГ) наиболее перспективны.
В результате исследований установлено, что термическая выносливость ВЧШГ колеблется в пределах 1100-1400 циклов, ЧВГ -550-650, ковкого чугуна (КЧ) - 350-450, серого чу гуна (СЧ) -120-180 циклов до разрушения [2].
Сопротивление чугунов термической усталости является функцией

Ктт = f (( σ В , -л , -д , m ) / ( E , -б, вшцТ, k )),

где σ В - предел прочности при растяжении, Мпа; -д - относительное удлинение, %; -л - тепло проводность, Вт/(м.к.); вшцТ - градиент температур цикла, К; Е - модуль упругости I 04, Мпа; -б - коэффициент термического расширения *10 -6 , К -1 ; m - объемный фактор; k - коэффициент концентрации напряжений.

Из анализа табл. 1 следует, что для повышения надежности и долговечности поршней наиболее подходящим по комплексу свойств является ЧВГ. Он имеет достаточно высокие показатели физико-механических свойств и при повышенных температурах (табл. 2).

Таблица 1. Свойства чугунов с различной формой графита

Материал

σв , МПа

-д , %

-л , Вт/м-аС

Е-10 6 , МПа

Твердость, НВ

-б-з 10 -6

Объем усадочной рако вины, V УР , %

СЧ

100-400

1

50-60

7,5-15,5

190-250

!0,5

1

КЧ

200-500

2-12

35-40

16-18,5

160-260

10,5

3,5

ЧВГ

350-500

2-6

42-50

14-16

170-220

10,5

2,2

ЧШГ

350-900

3-25

25-35

16-18,5

140-300

10,5

5,6

Алюминиевые сплавы

200

2-10

200

7

50

24


Таблица 2. Свойства ЧВГ при различных температурах, -аС

Характеристика свойств чугуна

20

100

200

300

400

500

600

σв , МПа

480

480

475

450

400

380

300

-д , %

3

5

6

7

4

5

5

Е-10 6 , МПа

15,19

14,89

14.62

14,11

13,42

13,03

11,44

-л , Вт/мК

48

45,5

42,5

40

38,5

38

37,5


Сочетание высоких показателей механических свойств при повышенной теплопроводности, высокой термостойкости позволяет рекомендовать этот материал для поршней, воспринимающих большие термоциклические нагрузки. Кроме того, хорошие технологические (литейные) свойства позволяют использовать ЧВГ вместо ВЧШГ при получении сложных фасонных отливок, в которых тяжело, а порой невозможно предотвратить даже специальны ми методами образование усадочных дефектов. Вследствие такой замены обеспечиваются более высокие плотность и качество металла.
Этот чугун как новый конструкционный материал представляет также интерес в связи с требованиями техники безопасности и норм промышленной санитарии.
Получение вермикулярного графита надежнее обеспечивает применение в качестве модификаторов редкоземельных металлов (РЗМ), что позволяет избежать пироэффекта и обра зования дыма при обработке жидкого металла. Надо подчеркнуть, что эффект обработки жидкого металла церием затухает медленнее, чем эффект обработки магниевыми лигатурами при ВЧШГ.
В целях дальнейшего улучшения специальных свойств ЧВГ при помощи экспертной оценки и метода планирования эксперимента выбран ряд легирующих элементов: Si , Cr , С u , Mo , Ni . Выбрано направление оптимизации химсостава ЧВГ.

Список литературы:

1. Суходолъская Е.А., Таран Б.П. Высокопрочный чугун с вермикулярным графитом - перспек тивный материал поршней дизельных двигателей //Вестник ХПИ. 1986. вфЖ239.
2. Чугун. Справочник / Под ред. А.Д. Шермана, А.А. Жукова. М.: Металлургия, 1991.


Назад | Комментарии (1) | Вперед     Вернуться к содержанию

Россия, 454901, г.Челябинск,
ул. Водрем-40, строение 25

Пишите нам      

Rambler's Top100