Застосування алюмінієвих сплавів для виготовлення поршнів дало можливість знизити вагу двигуна і питома витрата палива на одиницю потужності.
Історія застосування жароміцних сплавів алюмінію веде свій початок від появи в 1907-1908 рр. перших литих поршнів для гоночних автомобілів із сплавів алюмінію з цинком.
Сучасні алюмінієві сплави, як правило, технологічні, мають відносно високу міцність і пластичність. У таблиці 10.1 наведено хімічний склад, а в таблиці 10.2 фізико-механічні властивості деяких поршневих сплавів при нормальній і підвищеній температурі.
На малюнку праворуч показаний прецизійний литий поршень і прецизійний кований поршень. Існує три способи виготовлення поршневих заготовок перед обробкою. Цей процес вимагає плавки особливого високомолекулярного кремнієвого сплаву в електропечі з надзвичайно контрольованою температурою. Потім розплавлений метал виливають в багатокомпонентну головку, отримуючи дуже точне формування поршня. Ливарна головка виготовлена \u200b\u200bтаким чином, що коли метал твердне, різні шматочки матриці можуть вилучатись один за іншим.
Це означає, що в лиття можуть бути отримані підрізи і рельєфи для зменшення ваги поршня. Вартість литого поршня значно менше, ніж у поковок, але їх використання обмежене дорожніми транспортними засобами, старовинними автоклубами і мотоциклетними клубами. Сказавши це, ми виготовили міні-поршні для дорожніх і гоночних додатків, використовуючи цей процес з відмінними результатами.
Як видно з таблиці 10.1, поршневі сплави відрізняються досить складним хімічним складом, тому що для підвищення жароміцності їх зазвичай легують міддю, марганцем, нікелем, хромом, кобальтом та іншими елементами. Тому доцільно розглянути вплив легуючих елементів на структуру та властивості поршневих сплавів.
В даний час поршні вітчизняних автомобільних і тракторних двигунів в більшості своїй виготовляють з алюмінієвих сплавів типу АЛ 25 і АЛ 26. Ці сплави відносяться до евтектичних типу - в рівновазі знаходяться твердий розчин кремнію в алюмінії і твердий розчин алюмінію в кремнії.
Виробництво поршневих поковок більш складне, ніж процес лиття, і приблизно 80% наших поршнів проводиться таким чином. Використовуються два інших сплаву: один - сплав з високим вмістом кремнію, а інший - сплав металевої матриці. Процес ковальської обробки вимагає, щоб матеріал був куплений з контрольованими діаметрами, потім його розрізали на розмір заготовки, а все зрізані поверхні оброблялися до гладкої поверхні. Заготівля попередньо нагрівається в повітряної циркуляційної печі до температури, близької до робочої температури корони поршня, коли двигун працює на повну потужність.
Мікроструктура подвійних силуминов типу Al-Si складається з двох фаз: a-твердого розчину кремнію в
алюмінії і твердого розчину алюмінію в кремнії, який знаходиться в вигляді окремих частинок або в подвійній евтектиці. Твердий розчин на основі алюмінію являє собою порівняно м'яку (НЦ ■ \u003d 23-34 Н / мм2) і пластичну фазу, а твердий розчин кремнію характеризується високою твердістю (Цц \u003d 800-1000 Н / мм2) і крихкістю. Таким чином, функцію упрочняющей фази в подвійних силумінах виконує кремній.
Ця температура має вирішальне значення і не може бути розкрита. Це разом з жорстко контрольованою швидкістю процесу кування дає щільну і дуже дрібну зернисту структуру для ковки. Мікроструктурний аналіз наших поковок і інших виробників підкреслить цю різницю. Ця дрібнозернистий структура дає нашим поковам велику міцність і втому. Після кування будь надлишковий матеріал видаляється, а нащадки піддаються термічній обробці з подальшою мокрою струменевого очищенням.
Найкращий спосіб створення дуже маленькою порції поршнів, які не повинні мати компромісів, або для прототипування для остаточного доопрацювання конструкції до того, як буде виготовлений кувальний інструмент, буде тривимірна обробка. Це займає близько дев'яноста хвилин в залежності від складності остаточної внутрішньої форми. Після цього процес потім переходить до майстерні для мокрої струминного очищення і всієї зовнішньої обробки. Хоча це дорого, іноді це єдиний спосіб, яким клієнт може отримати саме те, що він хоче для невеликої партії продукції.
В даний час не існує загальної моделі, яка давала б можливість повністю пояснити збільшення міцності силуминов при підвищенні концентрації кремнію. Відносно литих сплавів вважають, що в першу чергу це пов'язано зі збільшенням відносного обсягу евтектичних колоній, механічні характеристики яких суттєво перевищують аналогічні властивості первинних кристалів а АІ. Стосовно до евтектичним колоніям автори роботи використовували модель дислокационного зміцнення двофазних сплавів, що пояснює підвищення міцності гальмуванням дислокацій поблизу включень другої фази. Автори робіт відзначають, що зміна вмісту кремнію в межах 10-14% істотно не впливає на властивості сплаву.
Для непідготовленого очі дуже складно розповісти тривимірний оброблений поршень заготовки з кованого поршня. Для отримання додаткової інформації відвідайте наш розділ технологій. Однією з найбільш важливих екологічних проблем в процесі забарвлення є скорочення обсягу летючих органічних сполук, що виділяються з фарб.
3-мокрий процес фарбування водою
У звичайному процесі забарвлення кузова автомобіля випічка потрібно як після нанесення середнього шару, так і після нанесення верхнього шару. У «водній системі 3-вологою забарвлення» грунтовка з ґрунтовкою на водній основі, грунтове покриття на водній основі і прозоре покриття розчинника наносять на вологу на мокру основу, причому в кінці виконується тільки один процес випічки. Ця система, покликана спростити процес фарбування і поліпшити екологічні характеристики, привернула увагу галузі, але не привела до того ж рівня якості зовнішнього вигляду, що і звичайні системи забарвлення масового виробництва.
В даний час спостерігається тенденція застосовувати для важко навантажених форсованих двигунів силуміни з високим вмістом кремнію.
Як уже згадувалося, для того, щоб підвищити
|
Таблиця 10.1. - Хімічний склад деяких алюмінієвих поршневих сплавів |
|
властивості самовідновлюється пальтоПодряпини на автомобілях виникають, коли верхнє прозоре покриття піддається навантаженню, що призводить до руйнування або деформації плівки покриття. Зокрема, спеціальні молекули, які сприяють міжмолекулярної зв'язування, додають до полімеру, використовуваного в цьому прозорому шарі, щоб забезпечити з'єднання з декількома молекулами, досягаючи абсолютно нової, щільною молекулярної структури. Отримане прозоре покриття володіє високою гнучкістю і еластичністю, що робить плівку для покриття довговічною і стійкою до впливу світла і кислоти і покращує її самовідновлюється властивість. |
Марка сплаву |
|||||
|
міцності, |
||||||
|
Твердість НВ, кгс / мм2 |
||||||
|
Тривала міцність, МПа Цей маніфольд забезпечив безліч переваг, включаючи легкий вага, низьку вартість і високу функціональність, а його використання швидко розширилося, замінивши литі алюмінієві вироби. Існує три основних способи виробництва. Сплав з низькою температурою плавлення 130? З використовується для формування сердечника, який встановлюється всередині ливарної форми. Потім полимеризуют полиамидную смолу, після чого сплав можна витягти і повторно використовувати. Хоча цей метод забезпечує відносно високий ступінь свободи форми, це складно. |
||||||
|
Отностельно подовження 85,% |
||||||
|
Питома вага у, кг / м3 |
||||||
|
відносна зносостійкість |
||||||
|
Коеф. лінійного расш. а, 1 / КхЮ "6 |
властивості міцності поршневих сплавів і зробити їх сприйнятливими до упрочняющей термообробці, використовують додаткове легування міддю і магнієм. Зміна змісту міді в межах 0,5-4,5% мало відбивається на міцності сплаву при кімнатній температурі, але підвищення вмісту міді сприяє підвищенню тривалої міцності при температурі 570 К.
У цьому способі дві половини продукту, утвореної шляхом лиття під тиском, піддаються вібраційної зварюванні. Хоча сам процес простий, повинна бути передбачена широка ширина зварювального фланця, яка обмежує напрямок, в якому поверхні можуть бути сваріти і, отже, обмежує ступінь свободи форми.
Після того, як дві половини продукту сформовані з використанням обертової штампувальної головки, пов'язаної з литтєвий машиною, матрицю повертають, щоб розташувати дві половини разом всередині форми. Смола впорскується в канавку, яка залишається між двома половинами, щоб повторно розплавити і сплавити їх відповідні поверхні. Оскільки продукт може бути витягнутий кожен раз, коли форма відкривається, процес призводить до високої продуктивності, але обмежує ступінь свободи форми.
Це пояснюється тим, що мідь при високому вмісті підвищує міжатомних зв'язків твердого розчину, що містить марганець, магній та інші аналогічні елементи.
Крім того, при розпаді твердого розчину складного за складом сплаву утворюються дисперсні частинки фази T (AlJAn2Cu), які сприяють створенню мікрогетерогенності всередині зерен твердого розчину, що ускладнює їх деформацію. Надлишкова мідь бере участь в утворенні никельсодержащая фази, яка кристалізується в розгалуженої формі, її частки, розташовуючись по межі зерен твердого розчину, блокують їх і тим самим забезпечують значне підвищення жароміцності сплаву. Медяністие сплави, що містять 5-11% Si і 3-5% Сі, можуть значно упрочняться в результаті загартування і старіння. Згідно, найбільший ефект зміцнення мають сплави, що містять приблизно 4% Сі. З діаграми срстоянія Al-Si-Cu слід, що система не має потрійних соіедіненій, а фази aAl, Si, Cu ^ Al утворюють потрійну евтектику з температурою плавлення тисячі п'ятьдесят три До. Фаза Cu ^ l, що з'являється при надмірному вмісті міді, сприяє охрупчіванію сплаву, зниження корозійної стійкості і підвищення схильності до об'ємним змін ( «зростання» поршнів).
Класифіковані відповідно з необхідними характеристиками, внутрішні матеріали можна розділити на два типи. Одночасне досягнення характеристик обох видів матеріалів надзвичайно складно технічно. Оскільки потреба в зменшенні ваги транспортного засобу збільшилася, залізні матеріали все частіше замінюються кольоровими матеріалами. З кольорових матеріалів магній, як очікується, зробить значний внесок у зниження ваги через його особливо малого питомої ваги і використовується в багатьох комерційно доступних сплавах.
Деякі з проблем, пов'язаних з використанням магнію, включають відсутність корозійної стійкості і довговічності в жарких середовищах. Існують також питання, пов'язані з оцінкою життєвого циклу і рециркуляцією. Тойота з тих пір використовує магній в цих типах деталей, які піддані лише невеликим навантаженням.
Для того, щоб підвищити міцнісні властивості поршневих сплавів, використовують легування магнієм. Однак введення магнію підвищує міцність сплаву при кімнатній температурі, але мало позначається на жароміцності З усіх легуючих елементів магній має найбільший вплив на ефект термічної обробки. Приріст міцності властивостей в результаті термічної обробки спостерігається при вмісті в сплаві вже 0,2% Mg2Si. Зі збільшенням кількості Mg ^ Si підвищується твердість, тимчасовий опір і межа плинності, а відносне подовження зменшується. Максимальний ефект від термічної обробки досягається при вмісті в сплаві близько 2% фази Afg-Ді, що відповідає приблизно 1% Mg.
Триходові каталітичні перетворювачі
Триходовий каталітичний нейтралізатор одночасно окисляє вуглеводні і монооксид вуглецю, що містяться у викидах вихлопних газів, і зменшує оксиди азоту, перетворюючи їх в безпечний вуглекислий газ, воду і азот і називається так тому, що одночасно очищає три компонента.
Основними каталізаторами в триходовому каталітичному конвертері є благородні метали платина, паладій і родій. Для збільшення вікна очищення каталізатора додається функція зберігання кисню, при цьому для цієї мети часто використовуються тверді форми оксиду церію і цирконію.
Введення нікелю мало змінює механічні властивості поршневих сплавів при кімнатній температурі, але помітно підвищує їх жароміцність. Це пояснюється тим, що введення нікелю забезпечує зміцнення кордонів зерен a-твердого розчину стійкими никельсодержащая фазами.
З проведеного аналізу можна зробити висновок, що властивості багатокомпонентних алюмінієвих сплавів визначаються їх хімічним складом, проте вибір оптимального складу утруднений через неясність взаємодії компонентів в потрійних і складніших системах сплаву. Слід лише зазначити, що більшість дослідників сходяться на думці про позитивний вплив на службові властивості таких компонентів, як нікель, мідь, кремній, титан.
Високий коефіцієнт тертя фрикційного матеріалу
Дизельні двигуни важливі з точки зору ефективного використання енергії через їх високою паливною ефективності. Діатоміт інтенсивно розміщується на поверхні. Для отримання м'якої матриці застосовується нова смола. Для підвищення довговічності використовується арамидное волокно з високою термостійкістю.
Розроблений матеріал забезпечує на 30% більш високий коефіцієнт тертя, ніж звичайний матеріал. Управління ковзанням системи блокування зчеплення може значно підвищити паливну економічність транспортних засобів з автоматичною коробкою передач. Проте, для такої системи потрібна спеціальна рідина для автоматичної трансмісії, яка забезпечує як високу ефективність захисту від судом, так і високий крутний здатність.
Таким чином, при розробці матеріалів для зміцнення наплавленням необхідно вибирати таку технологію і електродний матеріал, які дозволили б регулювати хімічний склад наплавленого металу в широкому діапазоні з метою забезпечення підвищеної працездатності поршня. При цьому необхідно враховувати досить суперечливі вимоги до наплавленого металу, що зводяться, в основному, до наступного.
Таким чином, це допомогло збільшити кількість моделей автомобілів, в які могла бути встановлена \u200b\u200bсистема зчеплення з блокуванням ковзання, що значно сприяло підвищенню паливної ефективності в цих транспортних засобах. Вид збоку експериментального сталевого поршня для великогабаритного високопродуктивного двигуна. Зверніть увагу на те, наскільки коротке спідниця і як високо вгору по краю верхньої частини поршня є вогняне кільце.
Тоді особисті проблеми змусили його кинути бізнес, але Касоларі все ж дуже здібний технік і людина з великим творчістю. Сталеві поршні, очевидно, не є новою ідеєю. Результатом стали більш холодні поршні. Положення алюмінію в якості матеріалу переходу збіглося з розробкою сплавів з високим вмістом кремнію і пов'язаних методів ковальської обробки. Проте, не дивлячись на всю драматичну еволюцію, яка відбувається в конструкції, матеріалах і методах виробництва, поршень і раніше є слабкою ланкою процесу енергетичного перетворення, який відбувається в двигуні внутрішнього згоряння, через властивих йому меж алюмінію в термінах стійкість до високих тепловим і механічних навантажень.
Зміцнюючих матеріал поршня в зоні верхньої канавки (в порівнянні з основним сплавом поршня) повинен мати при підвищених температурах більш високу твердість (для зниження абразивного зношування) і жароміцність (для зменшення пластичної деформації).
Крім того, він повинен володіти зниженим коефіцієнтом термічного розширення, так як циліндри двигунів сталеві, коефіцієнт термічного розширення яких в два рази менше, ніж у алюмінію, підвищеною теплопровідністю, що забезпечує швидке відведення тепла від камери згоряння двигуна.
В аерокосмічній техніці ми дізналися, що механічні характеристики алюмінієвих конструкцій знижуються через втому після заданого числа робочих циклів. Згадайте Комото Де Хевілленд, перший цивільний реактивний літак? Схоже, що прагнення до максимальної економії ваги було пов'язано з довготривалою довговічністю. Реальна перевага алюмінієвої рами над сталевим не є її більш легким вагою, а скоріше, що з неї можна виготовити трубку більшого перетину з рівним вагою.
З точки зору теплових якостей навіть кращий алюмінієвий сплав з високим вмістом кремнію має відносно низьку температуру плавлення, і, що більш важливо, він починає втрачати свою межу міцності і межі текучості всього лише на 305 градусів. І чим більше отвір, тим легше сталевий поршень в порівнянні з його алюмінієвим колегою. Крім того, поршневий штифт дуже короткий і має менший діаметр і тому розташований ближче до верхньої частини поршня, що дозволяє використовувати більш довгі стрижні на заданій висоті колоди.
Необхідно забезпечити стабільну структуру матеріалу поршня в зоні верхньої канавки поршня, так як структурні зміни можуть привести до об'ємного зміни поршня і заклинювання його.
Виходячи з аналізу умов роботи поршнів сучасних важко навантажених дизельних двигунів, слід, що наплавляється повинен мати досить високу антіфрікционность і зносостійкість, високу теплопровідність, гарну корозійну стійкість, мінімальну схильність до незворотних змін розмірів при підвищених температурах, малий питома вага і хорошу оброблюваність.