Чавуни з особливими властивостями

Для деяких деталей дизеля і його агрегатів необхідне застосування жаростійких, жароміцних і маломагнітних чавунів.

Жаростійкість чавуна - здатність чинити опір росту й окалиноутворюванню при заданій температурі. Такі чавуни застосовуються в деталях, що працюють при підвищених температурах і помірних навантаженнях - корпуса турбокомпресорів, вихлопні колектори і т.п.

Жароміцні чавуни мають підвищені механічні властивості і застосовуються для деталей, що працюють при підвищених температурах і навантаженнях. Дуже важливою властивістю жароміцних аустенітних чавунів є немагнитність. Особливо високими властивостями володіє чавун ЧН20М2Ш, по механічних властивостях не уступає широко застосовуваному чавуну ВЧ 60-2. Даний чавун обробляється так само, як і звичайні високоміцні чавуни з твердістю НВ270. Легко зварюється електродуговим і газовим зварюванням електродами з нержавіючої сталі. З чавуна ЧН20М2Ш виготовляють колінчасті вали, циліндрові втулки, поршневі кільця. Деталі можуть піддаватися газовому (глибина шару до0,2 мм) і рідинному азотуванню. Вали можуть працювати в парі з підшипниками з БрС30 і А020-1. По теплотривкості і релаксаційній стійкості при 250°С поршневі кільця значно перевершують кільця із сірого й високоміцного чавуна.

Призначення марок чавуна

Для деталей, що працюють на стирання (поршневі кільця, циліндрові втулки) при підвищених температурах (поршні, кришки циліндрів), марка чавуна повинна забезпечувати не тільки властивості міцності, але і належний опір зносу, а також щільність виливки. Тому повинне передбачатися отримання визначеної структури металу виливки. Поршневі кільця відливаються із сірих чавунів із пластинчастим чи кулястим графітом, легованих хромом, нікелем, молібденом, міддю. Твердість кільця – 98...110НВ. Для зменшення зносу поршневих кілець застосовують покриття робочої поверхні пористим хромом (0,12...0,2 мкм), що знижує їхній знос у 2...3 рази і циліндрових втулок (гільз) у 1,5...2 рази. Останнім часом замість кремнію використовують молібден.

Циліндрові втулки вимагають від матеріалу достатнього опору зносу й щільності, що визначається після обробки обов'язковим випробуванням під тиском, що перевищує тиск газів у циліндрі.

Для підвищення зносостійкості чавуни з пластинчастим графітом повинні містити фосфор 0,4-0,7%. Широко застосовується легування чавуна хромом, нікелем, міддю. Збільшення змісту вуглецю за рахунок зниження змісту кремнію сприятливо впливає на зниження зносу.

Для підвищення зносостійкості застосовується підвищення твердості шляхом загартування (краще ізотермічної обробки), хромування пористим хромом і азотування.

Зовнішня поверхня циліндрової втулки, що омивається водою, може піддаватися корозійному й ерозійному руйнуванню. Корозійна стійкість чавуна підвищується при його легуванні, зменшенні числа включень графіту, збільшенні його щільності й чистоти від жужільних і інших речовін. Термообробка чавуна знижує корозійну стійкість. Вироби з ливарною кіркою краще упираються корозії. Найбільш радикальним засобом боротьби з ерозійним руйнуванням є зміна конструкції втулки з метою різкого зменшення частоти її коливань. Гарні результати також виходять при хромуванні та азотуванні поверхні.

Поршні виготовляють із чавуна чи алюмінієвих сплавів. Умови роботи для днища і направляючої поршня різні. Днище поршня є під впливом гарячих газів і окисного середовища, у той же час сприймає на себе значні тиски, у той час як напрямна поршня, знаходячись у кращих температурних умовах, в основному працює на тертя. Унаслідок впливу температур і окисного середовища днище поршня часто розтріскується в результаті «росту» чавуна. Ріст чавуна являє собою необоротне збільшення об'єму чавунних деталей, що працюють в умовах температур вище 400-450°С, і є наслідком процесів розпушення чавуна через його окислювання, виділення графіту й газів із твердого розчину.

Фактори, що сприяють зменшенню кількості й роздрібненню графіту, одержанню щільних виливків, збільшенню стійкості карбідів, зменшують ріст чавуна і дозволяють застосовувати чавунні виливки при більш високих температурах. На уповільнення росту чавуна дуже істотно впливає також легування хромом і модифікування. Дія хрому помітна вже при невеликих добавках (0,2-0,4%) і зміст його повинен бути тим більше, чим вище робоча температура.

Для поліпшення припрацьовуваності поршня застосовується покриття його поверхні свинцем, оловом, а також фосфатування, травлення кислотою, сульфідування. Колінчасті вали виготовляють із чавуна зі сфероідальним графітом. Застосування лиття замість кування пояснюється меншими витратами матеріалу й часу на обробку і у зв'язку з цим меншою вартістю, можливістю виконання ряду конструктивних удосконалень конфігурації вала, що підвищують загальну міцність і дають меньший знос шийок вала. Литі колінчасті вали можуть піддаватися азотуванню, загартуванню, механічному наклепу.

 

Кольорові метали

Матеріали підшипників колінчастого вала двигуна

Підшипники колінчастого вала є одними з найбільш відповідальних деталей двигуна.

Бабіти Б88Д и Б83 володіють високими антифрикційними властивостями, але висока вартість і дефіцитність олова обмежують їхнє застосування. На пластичність сплаву і якість його прилужування до сталі впливає домішка свинцю - при змісті його більш 0,35% бабіт робиться тендітним. Нагрівання підшипників не повинно перевищувати 110°С, тому що знижується твердість бабіту. Корозія від впливу мастила незначна. Б88Д володіє більшою усталостною міцністю, ніж Б83.

Бабіт БН по антифрикційних властивостях незначно уступає Б83 і добре зарекомендував себе при застосуванні в підшипниках при окружній швидкості до 5 м/с. При менших швидкостях БН витримує більш високі питомі навантаження. Температура підшипника не більш 110°С. Корозія від впливу мастила мала.

Свинцюваті бронзи БрСЗО і БрОС 1-22 застосовуються у високонавантажених підшипниках швидкохідних двигунів. Вимагають підвищеної твердості шийок вала (загартування, азотування) і застосування олив, що не роблять окисної дії на свинець. Для робочої поверхні бронз рекомендуються гальванічні покриття з тонким приробочним шаром олова, свинцю та їхніми сплавами.

Алюмінієвий сплав А09-2 застосовується для виливки з наступним зміцненням протяганням монометалевих вкладишів і втулок товщиною не менш 10 мм. Випускається також (А09-1) у віді біметалу зі сталлю і дюралюмінієм.

Алюмінієвий сплав А020-1 випускається у виді біметалічної стрічки (сплав + сталь), із якої штампуються вкладиші й успішно застосовуються замість бабітів Б83, БН і бронзи БрСЗО.

Сплави на мідній основі

Сплави на мідній основі поділяються на бронзові - сплави міді з оловом (олов'яні бронзи) з іншими елементами (безолов'яні бронзи) - і латуні - сплави міді з цинком, а також з іншими елементами.

 

Алюмінієві сплави

Алюмінієві сплави знаходять широке застосування у зв'язку з вимогами полегшення маси двигуна. Застосовуються алюмінієві ливарні сплави; деформовані алюмінієві сплави, із яких найбільше широко застосовується сплав АК4 для поршнів.

 

Неметалічні матеріали

Такі коштовні якості пластмас, як низька щільність при порівнянні високих показниках, стійкість до впливів агресивних середовищ, сприяють їхньому широкому впровадженню. Високі технологічні показники цих матеріалів, дозволяють застосовувати високопродуктивні методи переробки їх у вироби (пресування, лиття під тиском), різко знизити трудомісткість виготовлення деталей і їхню собівартість.

Поряд із цим пластмаси мають ряд недоліків, а саме: мала теплостійкість (60-250°С), низька теплопровідність, схильність старінню. Зміна температури середовища, у якій працюють та зберігаються вироби з пластмас, веде до зміни фізично-механічних характеристик пластмас. З підвищенням температури міцність пластмас на удар зростає до деякої температури, яка зв'язана з теплостійкістю матеріалу, а потім різко падає. Зі зниженням температури в більшості пластичних мас зростає крихкість, а подовження при розтяганні й міцність на удар знижуються.