З якого металу можна виточити сідло клапана. Спечений сплав, що легко піддається механічній обробці, на основі заліза для вставних сідел клапанів. Вихідні дані для виконання роботи

Мета роботи:скласти технологічний процес відновлення клапана, сідла та сполучення «сідло- клапан» і виконати практично.

Для реалізації поставленої мети необхідно виконати такі завдання:

Вибрати міряльний інструмент, метод та засоби контролю;

Опанувати правильність заповнення технологічної документації.

Вихідні дані для виконання роботи

Робочі креслення (плакат);

Перелік дефектів клапана, сідла клапана (задається викладачем);

Технічні умови ремонту (плакат);

Вказівки з техніки безпеки наведені впритул 16 .

Оснащення робочого місця

Для виконання лабораторної роботи робоче місце має наступне обладнання:

Верстат для шліфування фасок клапанів, модель СШК-3 ДЕРЖНИТИ;

Універсальний верстат для притирання клапанів типу ОПР-1841;

Прилад перевірки концентричності робочої фаски клапана;

Індикаторна головка типу 0,01 ГОСТ 577-68;

Прилад для перевірки герметичності сполучення "сідло-клапан";

Універсальний прилад ГАРО-2215 для шліфування клапанних гнізд або електродриль із пристосуванням (плаваючий патрон);

Пристрій для перевірки концентричності робочої фаски сідла;

Пристрій для збирання клапанної пари;

Паста для притирання;

Слюсарний столик;

Кутові візерунки.

Послідовність виконання роботи

Ознайомиться з організацією робочого місця та перевірити його комплектність (плакат з організації робочого місця);

Ознайомиться зі способами відновлення та особливостями обробки при відновленні клапана, сідла та сполучення «сідло-клапан»;

Вивчити застосовуване обладнання та оснащення;

Вибрати міряльний інструмент, метод та засоби контролю (плакат);

Скласти технологічний процес відновлення клапана для заданого поєднання дефектів та виконати практично;

Скласти технологічний процес відновлення фаски сідла і виконати практично;

Скласти технологічний процес відновлення сполучення «сідло-клапан» і здійснити практично;

Зібрати клапанну пару і провести контроль якості притирання;

Оформити та здати звіт по роботі.

Коротка конструктивно-технологічна характеристика клапана, сідла клапана та відомості про технологію відновлення

Об'єктом ремонту є головка циліндра та збору двигуна КамАЗ-740.

Головка циліндрів відлита із алюмінієвого сплаву. У головку запресовані чавунні сідла та металокерамічні напрямні втулки клапанів, що розточуються після запресування. Клапани виготовлені з жароміцних сталей: впускний-4Х10С2М, випускний 5Х20НЧАГ9М, загальна твердість поверхні клапанів після гарту HRC 30…35. Твердість торця клапанів HRC 50...55, глибина гарту 2...4 мм.

Конічна поверхня головки випускного клапана фаскою спрямована стелітом ВЗК наступного хімічного складу: С=1,0...1,5%; C r =28...32%; Si =-6...2,8%; N i = 2,0 ... 3,0%; W=4,0...5,0%; C0 = 58 ... 62%. Зміст F e в стелиті після наплавлення max 3%. Твердість наплавленого шару НRC 40...45.

Діаметр головки випускного клапана менший за діаметр головки впускного. Стрижні обох клапанів на довжині 125 мм від торця покриті графітом (для цього стрижні клапанів поміщають у розчин графіту та води) з метою покращення приробітку.

Складання технологічного процесу на відновлення клапана, сідла та сполучення «сідло-клапан» проводиться на рівні складання технологічного маршруту із зазначенням їх змісту, що заповнюється у маршрутній карті відповідно до ЕСТД ГОСТ 3.1118-82 форма 1,2.

Відновлення клапана (фаски та торця)

Фаску клапана і торець шліфують на верстаті СШК-3 шліфувальним кругом ПП 125х10х32 24 А 40ПС2-СТ19К5А ГОСТ 2424-75, що забезпечує шорсткість R a =0,63 ... 0,16 мкм. Припуск на шліфування 0,2 ... 0,6 мм, точність одержуваного розміру та форми 1Т5-1Т7.

Окружна швидкість шліфувального кола (V k) залежить від виду зв'язки та профілю кола, V k =25…50 м/с.

Для кіл, діаметр яких менше 150 мм V k =25 ... 30 м / с.

При V k =30...35 м/с і шліфуванні загартованої стали швидкість обертання деталі V D =25...30 м/хв.

Для виконання операції шліфування фаски клапана (рис. 15) необхідно:

Встановити пристосування для редагування кола і зробити правку алмазним олівцем.

Зняти пристрій для редагування кола.

Перевірити чи відповідає установка затискного цангового патрона кута фаски клапана, що шліфується.

Установка положення цангового патрона проводиться наступним чином: послаблюється гайка і корпус затискного патрона, встановлюється кут, що відповідає куту фаски клапана, що шліфується (α=45 0) по мітці столу. Для полегшення установки корпус цангового затискного патрона фіксується штифтом на кут 45 0 , після чого гайка знову затягується.

Рис. 15.Схема шліфування фаски (а) та торця клапана (б)

Встановити необхідну діаметром стрижні клапана цангу. Для того, щоб встановити необхідну цангу по діаметру стрижня клапана необхідно вивернути з різьблення патрона затискну ручку і вийняти цангу та замінити інший необхідний розмір. Після цього в цангу вставляється стрижень клапана і затискається загвинчуванням ручки. Затискна цанга, втулка та патрон повинні бути виключно чистими від бруду та абразивного пилу.

Включити верстат з дозволу викладача або лаборанта, стіл із затискним патроном за допомогою ручного важеля підвести до шліфувального кола.

Подати шліфувальне коло на фаску клапана шляхом обертання вправо ручного штурвала доти, доки не почнеться шліфування клапана. Потім стіл із затискним патроном подається вліво, поки клапан не відійде від шліфувального кола. Найбільшим поворотом праворуч ручного штурвалу проводиться установка на глибину різання.

Рівномірним рухом підвести клапан до шліфувального кола та шліфувати по всій поверхні кола, не виходячи за його ширину. Цей процес повторювати доти, доки клапан не буде відшліфований. Наприкінці клапан повести до шліфувального круга за дуже малої глибини шліфування.

Примітка.Установку на задану глибину різання не можна робити, якщо клапан знаходиться в зачепленні зі шліфувальним колом.

Після закінчення шліфування обертанням ліворуч ручного штурвала слід відвести шліфувальне коло з супортом, вимкнути верстат і вийняти клапан.

Після закінчення операції шліфування фаски клапана необхідно перевірити биття фаски на пристрої (рис.16). Биття фаски щодо стрижня клапана має перевищувати 0,02 мм.

Рис. 16.Схема контролю фаски клапана

Для виконання операції шліфування торця клапана (рис.15б) необхідно:

Встановити спеціальну підставку для шліфування торців стрижня клапанів за допомогою направляючого виступу та закріпити гайкою в пазу столу затискного патрона.

Встановити стіл так, щоб передня сторона підставки була віддалена від шліфувального кола приблизно на 12 мм.

Покласти клапан на призму пристосування. При шліфуванні торця стрижня клапана правою рукою клапан притискається до шліфувального круга і обертається на підставці навколо осі, а двома пальцями лівої руки підтискається до призми.

Шліфувати торець «як чисто».

Відновлення сідла клапана та сполучення «сідло-клапан»

Сідла клапанів відновлюються шліфуванням. Шліфування як метод попередньої та остаточної обробки фаски сідла забезпечує шорсткість поверхні R a =1,25…0,8 мкм та точність розміру та форми 1Т6…1Т7.

Для шліфування фаски сідло клапанів використовується комплект приладу моделі ЦКБ-2447, до складу якого входить шліфувальна машинка із планетарно-шліфувальним механізмом.

У лабораторних умовах використовується електричний дриль та пристосування для шліфування (рис.17)

При зносі клапанних гнізд, що не перевищує гранично допустимий, відновлення їх працездатності зводиться до утворення необхідного кута фаски. Перед обробкою фасок клапанних гнізд замінюють зношені напрямні втулки стрижня клапана на нові і обробляють розгорткою, що встановлюється в оправлення. Оброблені отвори використовують як технологічну базу при шліфуванні фаски клапанних гнізд, що забезпечує необхідну співвісність отворів напрямних втулок і клапанів гнізд. При зносі клапанних гнізд вище від допустимого їх відновлюють установкою нових клапанних сідел.

Для виконання операції шліфування сідла клапана (рис. 17) необхідно:

зробити правку шліфувального кола (шліфувальний круг правиться на токарному верстаті в зборі з оправкою алмазним олівцем у спеціальному пристрої або для цієї мети може бути використаний верстат для шліфування клапанів СШК - 3;

встановити оправлення зі шпиндельною головкою в напрямну втулку клапана;

з'єднати шпиндельну головку з електродрилем і натисканням дриля на шпиндельну головку прошліфувати фаску сідла "як чисто".

Рис. 17.Схема шліфування сідла клапана

Після закінчення шліфування проводиться контроль співвісності клапанного гнізда та напрямної втулки. Контроль здійснюється за допомогою індикаторного пристрою (рис. 18). Вимір проводиться поворотом втулки пристосування на 360 °. Биття фаски має бути не більше 0,04 мм.

Рис. 18.Індикаторний пристрій для контролю співвісності

Герметичність сполучення «сідло-клапан» досягається шляхом притирання. Притирання забезпечує високу точність розміру та форми (IT5 і вище) шорсткість поверхні, R a = 0,16 мкм.

Притирання клапана проводиться на спеціальному верстаті типу ОПР-841. А для притирання клапанів автомобільних двигунів (зі швидкістю притира 10...3 Ом/хв). Технічні дані та пристрій основних вузлів верстата представлено на плакаті.

Під час роботи шпинделі передають зусилля на клапан зі змінним навантаженням. Поворотно-обертальний рух шпинделів на 360° проводиться від редуктора через шатунно-кривошипний механізм, рейку та шестерні шпинделів. Крім зворотно-поступального руху в горизонтальній площині, шпинделі мають зворотно-поступальний рух в осьовому напрямку, що здійснюється від шатунно-кривошипного механізму підйому шпинделів. Усунення початкових положень шпинделів проводиться за допомогою гідравлічного механізму зміщення. В результаті поєднання таких рухів верстат як би копіює ручний режим притирання. Установка головок на необхідну висоту проводиться або вручну - маховиком через черв'ячну передачу та рейкове зачеплення, або електродвигуном через клинопасову передачу.

Налагодження верстата на притирання клапанів полягає в розміщенні шпинделів верстата на міжосьові відстані.

Притирання виконують в одну, дві, а в деяких випадках і три операції. При цьому знімається припуск 0,02-0,005 мм на діаметр і менше. Притирання здійснюється вільними абразивними зернами, які у суміші зі сполучною рідиною наноситься на робочу поверхню притира.

Для притирання клапанів застосовують притиральні пасти на основі абразивних порошків та синтетичних алмазів. Наприклад, мікропорошок білого електрокорунду зернистістю М 20 або М14 (ГОСТ 3647-80), карбід бору М 40 (ГОСТ 5744-74). Як сполучне середовище застосовують мінеральне масло, дизельне паливо. Наприклад, дизельне масло ДЛ-11 (ГОСТ 8581-78).

Склад пасти для притирання клапанів наступний: 1,5 частини (за обсягом) мікропорошку карбіду кремнію зеленого, однієї частини масла двигуна і 0,5 частини дизельного палива. Перед вживанням притиральна паста перемішується (мікропорошок здатний осаджуватися). Притиральна паста наноситься на фаску сідла клапана рівномірним шаром. Стрижень клапана змащується моторним маслом.

Швидкість притирання знижується при підвищенні вимог до якості поверхонь (сполучення).

Тиск інструменту на оброблювану поверхню встановлюють залежно від операції, що виконується. При попередньому притиранні 0,2...0,5 МПа, а при остаточному 0,1...0,15 МПа.

Притирання вважається закінченим, якщо на робочих фасках клапана та сідла з'являються суцільні кільцеві смуги шириною 2-3 мм.

Для виконання операції притирання клапанів необхідно:

вставити клапан у головку циліндрів попередньо надягши на стрижень пружину;

встановити головки на плиту та закріпити;

підняти косинець підйомного майданчика;

зняти кришки кожуха та послабити гайки втулок шпинделів;

розставити шпинделі по осях клапанів;

Закріпити нижні та верхні гайки втулок шпинделів. Після закріплення обох втулок шпиндель повинен від руки пересуватися в осьовому напрямку під дією пружини;

Обертанням маховика підняти корпус шпинделів у верхнє положення;

Вставити перехідники так, щоб квадрати ввійшли в отвір муфти шпинделів (з'єднання з клапанами за допомогою присосок);

Підняти плиту так, щоб при верхньому положенні корпусу шпинделів проміжок між тарілкою клапана і гніздом був 8-10 мм;

Нанести пасту та увімкнути верстат.

Машинний час притирання клапанів залежить від якості шліфування клапана, сідла клапана, а також від притиральної пасти, що застосовується.

Для отримання хорошої матової поверхні фасок рекомендується перед закінченням притирання послабити тиск на клапан, для чого необхідно на ходу верстата опустити підйомний майданчик так, щоб зазор між клапанами та сідлом був 20-25 мм.

Способи контролю якості притирання клапана

Щільність прилягання клапанів до сідл можна перевірити наступним способом:

пробою на олівець (прання радіальних олівцевих рисок, нанесених на фаску клапана при повертанні його в сідлі в той чи інший бік);

пробою на фарбу при нанесенні берлінської лазурі на сідло та поперемінному провертанні клапана;

просочуванням гасу через випробуване сполучення при заливанні його в патрубок головки циліндрів;

Перевіркою на герметичність за часом падіння повітря у камері, розташованій над клапаном;

При якісному притиранні олівцеві ризики зітруться, на фасці клапана залишиться слід від фарби у вигляді рівної кільцевої поверхні шириною 1,5...2мм, гас не просочується через пару клапан-сідло; тиск повітря (Р = 0,02 МПа) у камері не падає протягом 10с.

Складання головки циліндрів та контроль якості притирання:

Для виконання операції збирання головки циліндрів необхідно:

Вставити впускний та випускний клапани;

Встановити головку в пристрій для складання головки так, щоб штифти вийшли в отвір під болти кріплення головки;

надіти пружини та тарілку клапанів;

обертаючи комір пристосування віджати тарілкою пружини клапанів;

вставити втулки та сухарі клапанів;

вивернути гвинт із траверси зворотним обертанням коміра;

зняти головку циліндрів із пристосування;

встановити головку циліндра по черзі впускними та випускними вікнами вгору та залити в них дизельне паливо. Добре притерті клапани не повинні пропускати його у місцях ущільнення протягом 30с. При підтіканні палива постукайте гумовим молотком по головці клапана. Якщо підтікання не усувається, клапани притріть повторно.

вказати мету та завдання роботи;

вибрати міряльний інструмент;

дати метрологічну характеристику міряльного інструменту та приладів;

вказати найменування та марку матеріалу деталі;

викреслити ескіз деталі;

оформити технологічний процес відновлення лише на рівні маршрутної карти із зазначенням змісту операції.

Зразок оформлення звіту, заповнення маршрутної картки та необхідна інформація щодо перерахованих пунктів наведено на плакатах.

Захист звіту провадиться шляхом тестового опитування.

Форму звіту наведено у дод. 16.

Контрольні питання

Назвіть матеріал головки блоку двигуна КамАЗ-740.

Назвіть матеріал впускного, випускного клапана, сідла та твердість поверхні.

Назвіть марки кола для шліфування клапана, отриману шорсткість і точність після обробки, лінійну швидкість кола та деталі.

Назвіть спосіб відновлення сідла клапана, необхідну шорсткість та точність механічної обробки.

Яку точність і шорсткість поверхні забезпечує притирання?

Як здійснюється операція притирання клапана?

Як здійснюється операція відновлення фаски та торця клапана?

Як здійснюється операція відновлення сідла клапана?

Назвіть склад притиральних паст.

Чому дорівнює тиск інструменту на оброблювану поверхню при притиранні?

Як визначити закінчення процесу притирання?

Назвіть способи оцінки якості притирання.

1

У статті розглядається питання про необхідність та доцільність застосування аустенітного марганцевого чавуну для сідел клапанів ДВС, що експлуатуються на газомоторному паливі. Наводяться відомості про серійно випускаються сідла клапанів ДВС автомобілів, описуються найбільш поширені сплави для виготовлення деталей сідел, їх недоліки, недосконалість сплавів, що застосовуються при експлуатації, і причини низького ресурсу деталей такого типу. Як вирішення цієї проблеми пропонується використовувати аустенітний марганцевистий чавун. На основі багаторічних досліджень властивостей марганцевистого чавуну було запропоновано використовувати даний сплав для виготовлення сідел клапанів автомобільних двигунів з газомоторним паливом. Розглядаються основні властивості, якими має пропонований сплав. Результати досліджень позитивні, а ресурс нових сідел порівняно із серійними у 2,5...3,3 рази більше.

Головка блоку циліндрів

система харчування

зношування

ресурс деталей

газомоторне паливо

ДВС автомобіля

1. Виноградов В.М. Зносостійкі сталі з нестабільним аустенітом для деталей газопромислового обладнання / В.М. Виноградов, Л.С. Лівшиць, С.М. Платонова / / Вісник машинобудування. – 1982. – № 1. – С. 26-29.

2. Литвинов В.С. Фізична природа зміцнення марганцевого аустеніту/В.С. Литви-нов, С.Д. Каракішев // Термічна обробка та фізика металів: міжвузівський зб. - Свердловськ, УПІ. – 1979. – № 5. – С. 81-88.

3. Масленков С.Б. Стали і метали для високих температур. Довідник: 2 т. / С.Б. Масленков, Є.А. Масленкова. - М.: Металургія, 1991. - Т. 1. - 328 с.

4. Станчов Д.І. Перспективи застосування спеціального аустенітного чавуну марганцевого для деталей фрикційних вузлів лісових машин / Д.І. Станчов, Д.А. Попов // Актуальні проблеми розвитку лісового комплексу: матеріали міжнародної науково-технічної конференції ВДТУ. - Вологда, 2007. - С. 109-111.

5. Технологія машинобудування. Відновлення якості та складання деталей машин / В.П. Смоленцев, Г.А. Сухочов, А.І. Болдирєв, Є.В. Смоленцев, А.В. Бондар, В.Ю. Склокін. - Воронеж: Вид-во Воронезького держ. тех. ун-ту, 2008. – 303 с.

Вступ. Використання газомоторного палива як пальне для ДВЗ пов'язане з низкою технічних питань, без вирішення яких ефективна експлуатація автомобілів на двопаливних системах живлення неможлива. Одним із найгостріших питань технічної експлуатації автомобілів на газомоторному паливі є низький ресурс сполучення «сідло-клапан».

Аналіз пошкоджень сідла дозволив встановити причини їх виникнення, а саме: пластичну деформацію та газову ерозію, викликану погіршенням прилягання пари тертя в процесі експлуатації. На рисунках 1 та 2 представлені основні характерні ушкодження сідел та клапанів при роботі на газовому паливі.

Традиційно для бензинових двигунів сідла клапанів виготовляють із сірого чавуну марок СЧ25, СЧ15 за ГОСТ 1412-85 або вуглецевих і легованих сталей 30 ХГС по ГОСТ 4543-71, які забезпечують задовільну експлуатаційну надійність і довговічність. Однак при переході на двопаливну систему живлення ДВЗ ресурс сполучення різко скорочується, за різними оцінками, ремонт голівки блоку потрібно вже через 20000-50000 тис. км. пробігу. Причина зниження ресурсу сполучення - низька швидкість згоряння газоповітряної суміші на режимах роботи з високою частотою обертання колінчастого валу і, як наслідок, значне розігрівання металу сідла, втрата його міцності і далі деформація від взаємодії з клапаном.

Таким чином, для забезпечення гарантованого ресурсу сполучення сідло-клапан, при використанні газомоторного палива, від матеріалів потрібні не тільки високі антифрикційні властивості, але й підвищена жароміцність.

Мета дослідження. Результати дослідження. Метою досліджень є обґрунтування доцільності використання для виготовлення сідел клапанів марганцевистого аустенітного чавуну. Відомо, що сталі та чавуни ферито-перлітного та перлітного класу не відрізняються жароміцністю та не застосовуються для деталей, що працюють при температурах понад 700 ºС. Для роботи в екстремальних умовах, за робочих температур близько 900 ºС, зокрема, використовують жароміцні чавуни аустенітного класу з мінімальною кількістю вільного графіту в структурі. До таких сплавів можна віднести аустенітний марганцевистий чавун, сполучну основу якого становить аустеніт, що містить карбідні включення і дрібнодисперсний пластинчастий графіт. Традиційно такий чавун використовується як антифрикційний під маркою АЧС-5 та застосовується для підшипників ковзання.

Багаторічні дослідження марганцевистого чавуну дозволили виявити цінні якості даного матеріалу, що досягаються шляхом покращення властивостей сплаву за рахунок його модифікування та вдосконалення технології отримання. У ході виконаних робіт було вивчено вплив концентрації марганцю у сплаві на фазовий склад та експлуатаційні властивості аустенітного чавуну. Для цього була зроблена серія плавок, при яких варіювалося лише вміст марганцю на чотирьох рівнях, склад інших компонентів, умови та режим проведення виплавки були постійними. Мікроструктура, фазовий склад та властивості отриманих чавунів наведені у таблиці 1.

Таблиця 1 - Вплив концентрації марганцю на структурний склад та механічні властивості марганцевистого чавуну в литому стані

	Мікроструктура (шліф травлений)		Твердість	Мікротвердість, 10 ∙ МПа
				аустеніт	мартенсит
	Аустеніто-мартенситна суміш, мартенсит, карбіди середніх та дрібних розмірів. Переважає мартенсит. Великий пластинчастий графіт
	Аустеніт, аустеніто-мартенситна суміш, карбіди, дрібнодисперсний графіт. Переважна більшість аустеніту
	Аустеніт, незначна кількість мартенситу, карбідна сітка, дрібнодисперсний графіт. Переважна більшість аустеніту
	Аустеніт, значне кількість великих карбідів, розподілені нерівномірно, окремі поля ледебуриту

В результаті дослідження мікроструктури було зазначено, що зі зростанням вмісту марганцю в чавуні змінюється співвідношення фазових складових (рис. 3): збільшується відношення гамма-фази до альфа-фази заліза, зростає кількість карбідної фази (Fe3C, Mn3C, Cr3C2) та зменшується кількість графіту .

Як показали результати рентгенографічних досліджень, з підвищенням вмісту марганцю відношення площ інтегральних інтенсивностей, що займаються відповідно гамма-фазою аустеніту та альфа-фазою мартенситу (I111/I110) на рентгенограмі поверхні шліфу, збільшується. При вмісті марганцю 4,5% I111/I110 = 0,7; при 8,2% I111/I110 = 8,5; при 10,5% I111/I110 = 17,5; за 12,3% I111/I110 = 21.

Для встановлення впливу марганцю на фізико-механічні властивості чавуну було проведено випробування, зокрема на зносостійкість в умовах сухого тертя та неконтрольованого фрикційного розігріву. Порівняльні випробування на зношування чавунів з різним вмістом марганцю проводилися на машині СМЦ-2 за схемою тертя «колодка-ролик» при питомому тиску 1,0 МПа та швидкості ковзання 0,4 м/с. Результати випробувань представлені малюнку 4.

При збільшенні вмісту марганцю від 4,5 до 10,5% у чавуні зростає кількість аустеніту, що міститься у структурі. Збільшення частки аустеніту в металевій матриці чавуну забезпечує надійне утримання карбідної фази в основі. Підвищення вмісту марганцю понад 12% не призводило до суттєвого зростання зносостійкості чавуну. Ця обставина пояснюється тим, що збільшення карбідної фази (спостерігаються окремі поля ледебуриту) не істотно впливає на зносостійкість матеріалу при даних режимах тертя.

На підставі результатів, отриманих при випробуванні експериментального чавуну з різним вмістом марганцю, найбільшу зносостійкість має чавун, що містить 10,5% Mn. Такий вміст марганцю забезпечує створення оптимального з погляду фрикційного контакту структури, утвореної щодо пластичної аустенітної матриці, рівномірно армованої карбідними включеннями.

При цьому найбільш оптимальним співвідношенням фазових складових, а також їх формою та розташуванням відрізнявся метал, що містить 10,5% Mn. Його структуру становив переважно аустеніт, армований середніми та дрібними за величиною різнорідними карбідами та дрібнодисперсними графітними включеннями (рис. 5). Відносні випробування на знос при сухому терті, проведені зі зразками чавунів з різною концентрацією марганцю, показали, що марганцевистий чавун, що містить 10,5% Мn, в 2,2 рази перевищував за зносостійкістю чавун з 4,5% Mn.

Збільшення вмісту марганцю понад 10,5% призводило до подальшого підвищення кількості аустенітної та карбідної фаз, але при цьому карбіди спостерігалися у вигляді окремих полів, зносостійкість чавуну не зростала. На підставі цього для подальших досліджень та випробувань було обрано хімічний склад чавуну, %: 3,7 С; 2,8 Si; 10,5 Mn; 0,8 Cr; 0,35 Cu; 0,75 Mo; 0,05 B; 0,03 S; 0,65 P; 0,1 Ca.

З метою вивчення впливу термічної обробки на структурний склад та властивості аустенітного марганцевистого чавуну запропонованого хімічного складу зразки (колодки) піддавали гартуванню. Об'ємне загартування зразків проводили в проточній воді з температури нагрівання 1030-1050 °З тривалістю витримки при нагріванні: 0,5, 1, 2, 3, 4 год.

Дослідження структури зразків після об'ємного загартування показали, що температура нагріву, тривалість витримки при нагріванні та швидкість охолодження відіграють значну роль у формуванні структури чавуну марганцевого. Загартування в загальному випадку призводило до практично повної аустенізації, отримання зерен середнього та дрібного розміру. Нагрів забезпечує розчинення карбідів в аустеніті. Повнота цих перетворень зростає зі збільшенням тривалості витримки зразків печі. Мартенсит, що є у структурі виливки, при нагріванні повністю розчинявся в аустеніті і при загартуванні не виділявся. Карбіди, залежно від тривалості витримки під час нагрівання, розчинившись частково або повністю в аустеніті, знову виділяються при охолодженні. Після загартування кількість графіту у структурі чавуну стає значно меншою порівняно з литим станом. У загартованому чавуні платівки графітних включень тонші і коротші. Твердість по Брінеллю загартованого марганцевистого чавуну знижується, в'язкість підвищується і покращується оброблюваність різанням.

З метою визначення режиму загартування, що забезпечує максимальну зносостійкість експериментального чавуну марганцовистого, зразки з різним часом витримки при загартуванні піддавали зношування. Вивчення зносостійкості проводилося машиною тертя СМЦ-2 при питомому тиску на зразок 1,0 МПа і швидкості ковзання 0,4 м/с.

В результаті випробувань було встановлено, що підвищення часу витримки до 2∙3,6∙103 при температурі загартування викликає підвищення відносної зносостійкості марганцевистого чавуну, після чого його зносостійкість не змінюється. Ці випробування підтверджують припущення про те, що структурний склад марганцевистого чавуну, отриманого загартуванням після витримки 2 3,6 103 с, є найбільш досконалим і здатний забезпечити високу працездатність при сухому терті.

Крім того, зниження твердості до 160-170 HB аустенітного марганцевистого чавуну при загартуванні, ймовірно, повинно мати позитивний вплив на пошкодження та знос контртіла (ролика), що імітує колесо локомотива. У зв'язку з цим для наступних лабораторних та експлуатаційних випробувань використовувався аустенітний марганцевистий чавун у литому (ІАЧл) та загартованому стані, отриманий після 2-годинної витримки при температурі загартування (ІАЧз).

На основі проведених досліджень і випробувань вдалося розробити спеціальний склад аустенітного чавуну, отриманого модифікуванням марганцю, що відрізняється високою зносостійкістю в умовах сухого тертя (гальма, фрикційні муфти), що відрізняються високим фрикційним розігрівом до 900 ºС («Зношостійкий чавун8»2), патент. Результати випробувань даного складу чавуну в умовах та режимах навантаження сполучення «сідло-клапан» ГРМ показали високу працездатність матеріалу, що перевищує ресурс сідел з сірого чавуну СЧ 25 за ГОСТ 1412-85 та 30 ХГС за ГОСТ 4543-71 2,5-3, 3 рази. Це дозволяє вважати такий чавун перспективним для використання в умовах сухого тертя та високих температур, зокрема для сідел клапанів, натискних дисків зчеплення, гальмівних барабанів підйомно-транспортних машин та ін.

Висновки. Таким чином, можна зробити висновок, що використання аустенітного марганцевистого чавуну для виготовлення сідел клапанів дозволить значно збільшити ресурс роботи ГБЦ двигунів, переведених на газомоторне паливо, які використовують комбіновану систему живлення (бензин-газ).

Рецензенти:

Астанін В.К., д.т.н., професор, завідувач кафедри технічного сервісу та технологій машинобудування, ФДБОУ ВПО "Воронезький державний аграрний університет імені імператора Петра I", м. Воронеж.

Сухочов Г.А., д.т.н., професор кафедри технологій машинобудування, ФДБОУ ВПО "Воронезький державний технічний університет", м. Воронеж.

Бібліографічне посилання

Попов Д.А., Поляков І.Є., Третьяков А.І. ПРО ДОЦІЛЬНІСТЬ ЗАСТОСУВАННЯ АУСТЕНІТНОГО МАРГАНЦОВИСТОГО ЧАВУНА ДЛЯ СЕДЕЛ КЛАПАНІВ ДВС, ПРАЦЮЮЧИХ НА ГАЗОМОТОРНОМУ ПАЛИВІ // Сучасні проблеми науки і освіти. - 2014. - № 2.;
URL: http://science-education.ru/ru/article/view?id=12291 (дата звернення: 01.02.2020). Пропонуємо до вашої уваги журнали, що видаються у видавництві «Академія Природознавства»

6.10.1 Плазмове наплавлення клапанів .

Випускні клапани середньооборотних суднових дизелів (наприклад «SULZERA 25») виготовляють із сталей 40Х9С2 та 40X10С2М.

Для забезпечення підвищеної працездатності клапана зміцнюють наплавленням ущільнювальний пояс тарілки. Для забезпечення оптимальних властивостей наплавленого металу, ЗТВ та основного металу розроблено процес автоматичного плазмового наплавлення самофлюсуючим порошком ПР-Н77Х15СЗР2. (Раніше для цього застосовували ручну аргонодугову наплавку стеллітом).

Плазмову наплавку здійснюють на установці УПН-303 за наступних параметрів режиму: струм дуги прямої полярності 100-110А, напруга дуги 35-37В, витрата порошку 2кг/год, швидкість наплавлення 7-8 м/год. Порошок вдихається у плазму. Наплавлення виконується з перечними коливаннями плазматрону. Як плазмоутворювальний, захисний і транспортуючий газ використовується аргон. Перед наплавленням тарілку клапана нагрівають ацетилено-кисневим полум'ям до температури 200-250 0С.

Підготовку кромок виконують згідно з рис. 1. Для забезпечення горизонтального положення площини пояска, що наплавляється шток клапана в маніпуляторі наплавної установки розташовують під кутом 30 0 до вертикалі. Наплавлення здійснюють в один шар.

Після наплавлення проводиться відпал при температурі 700°С.

Клапани мають необхідну твердість основного металу HRC 24-25, необхідну підвищену твердість наплавленого HRC 38-41 та прийнятну твердість металу ЗТВ HRC 36-37.

6.10.2 Наплавлення клапанів стелітом.

Наплавлення клапанів потужних суднових дизелів виконують також стеллітом.

Кобальтові сплави з хромом і вольфрамом, так звані стеліти, відрізняються чудовими експлуатаційними властивостями: вони здатні зберігати твердість при високих температурах, стійки проти корозії та ерозії, а також відмінну зносостійкість при сухому терті металу по металу. Сам по собі кобальт не має високої жароміцності, цю властивість надають сплавам присадки хрому (25-35%) та вольфраму (3-30%). Важливим компонентом є і вуглець, який утворює з вольфрамом і хромом спеціальні тверді карбіди, що покращують опір абразивного зношування.

Кобальтовими сплавами наплавляють клапани двигунів внутрішнього згоряння, ущільнювальні поверхні парової арматури надвисоких параметрів, матриці для пресування кольорових металів і сплавів та ін. При наплавленні сталей необхідно прагнути до мінімального переходу заліза з основного металу в наплавлений, інакше властивості останнього. Наплавлений метал схильний до утворення холодних та кристалізаційних тріщин, тому наплавку ведуть з попереднім і часто супутнім підігрівом деталей.

Забезпечення мінімальної частки основного металу та дотримання необхідних термічних умов є найважливішими особливостями технологічного процесу наплавлення кобальтових сплавів. Наплавку здійснюють газовим полум'ям або аргонодуговим зварюванням прутками із сплавів В2К та ВЗК, а також покритими електродами марки ЦН-2 зі стрижнем із прутка ВЗК.

Застосовується підігрів деталей до температури 600-700 0 С. При такому нагріванні частка основного металу велика (до 30%), тому для отримання мінімального вмісту заліза наплавку доводиться виконувати у три шари. Це збільшує витрати дуже дорогого наплавного матеріалу і підвищує трудомісткість робіт.

Винахід відноситься до порошкової металургії, зокрема спечених сплавів на основі заліза. Може використовуватись для виготовлення вставних сідел клапанів для двигунів внутрішнього згоряння. Порошковий матеріал, що зміцнюється при спіканні, для вставного сідла клапана двигуна внутрішнього згоряння отриманий з суміші, що містить 75-90 мас.% зміцнюваного при спіканні порошку на основі заліза, попередньо легованого 2-5 мас.% хрому, до 3 мас.% молібдену і до 2 мас.% нікелю, порошок інструментальної сталі та тверде мастило. При цьому шляхом просочення при спіканні до нього введена мідь. Технічним результатом є підвищення температурної зносостійкості, покращення механічної оброблюваності. 4 н. та 24 з.п. ф-ли, 2 табл.

Рівень техніки

Даний винахід в основному відноситься до композицій спечених сплавів на основі заліза, які використовуються для виготовлення вставних сідел клапанів двигунів внутрішнього згоряння. Вставні сідла клапанів (valve seat inserts, VSI) працюють у надзвичайно агресивному середовищі. Для сплавів, що використовуються при виготовленні вставних сідел клапанів, потрібна стійкість до стирання та/або адгезії, що викликаються поверхнею пов'язаних з сідлом клапана деталей, стійкість до розм'якшення і руйнування через високі робочі температури, а також стійкість до руйнування, що викликається корозією, причиною якого є продукти згоряння.

Вставні сідла клапанів обробляють після їх вставки в головку циліндра. Вартість механічної обробки вставних сідел клапанів складає основну частину всіх витрат на механічну обробку головок циліндрів. Це визначає основну проблему при розробці сплавів, з яких виготовляють вставні сідла клапанів, оскільки фази твердого матеріалу, що надають сплаву зносостійкість, також викликають значне зношування різальних інструментів в процесі механічної обробки.

Спечені сплави витіснили ливарні сплави під час виготовлення вставних сідел клапанів у більшості застосовуваних двигунів легкових автомобілів. Порошкова металургія (пресування і спікання) є дуже привабливим способом виготовлення VSI завдяки гнучкості цього методу при складанні сплавів, що робить можливим спільне існування сильно різнорідних фаз, таких як карбіди, фази м'якого фериту або перліту, твердий мартенсит, Cu-збагачена фаза і т.д. .д., а також можливості отримання близької до заданої форми виробу, що знижує витрати на механічну обробку.

Спечені сплави для вставних сідел клапанів з'явилися в результаті потреби у вищій питомій потужності двигунів внутрішнього згоряння, що передбачає більш високі температурні та механічні навантаження, альтернативні види палива для зменшення емісії та продовження терміну служби двигуна. Такі спечені сплави в основному належать до чотирьох типів:

1) 100% інструментальна сталь,

2) матриця із чистого заліза або низьколегованого заліза з додаванням частинок твердої фази для підвищення зносостійкості,

3) високовуглецева сталь з високим вмістом хрому (>10 мас.%), і

4) сплави на основі З і Ni.

Ці матеріали відповідають більшості вимог довговічності (стійкості). Однак усі вони важко піддаються механічній обробці, незважаючи на використання великої кількості добавок, що полегшують механічну обробку.

Типи 1, 2 та 3 являють собою матеріали з високим вмістом карбіду. Патенти США №№6139599, 5859376, 6082317, 5895517 та інші описують спечені сплави на основі заліза, що містять великі тверді частинки, дисперговані в основній фазі перліту (5-100% перліту), плюс ізольовані дрібні частинки для картоплі вихлопні клапани.

Підвищення кількості і розмірів частинок карбіду в сплаві, хоча і підвищує довговічність (стійкість), але завдає шкоди обробці (пресованість і міцність сирої формувальної суміші) та механічної оброблюваності готових вставних сідел клапанів. Крім того, міцність спеченого продукту суттєво знижується, коли присутні частки карбіду або великі тверді частинки.

Патент США №6139598 описує матеріал для вставних сідел клапанів з хорошим поєднанням пресування, високотемпературної зносостійкості та механічної оброблюваності. Суміш, що використовується для отримання такого матеріалу, являє собою комплексну суміш сталевого порошку, що містить Cr та Ni (>20% Cr і<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).

Патент США №6082317 описує матеріал для вставних сідел клапанів, в якому тверді частинки на основі кобальту дисперговані у матриці сплаву на основі заліза. Порівняно з традиційними твердими частинками (карбідами), тверді частинки на основі кобальту заявлені як менш абразивні, що забезпечує менший зношування сполученого клапана. Вказано, що такий матеріал придатний для застосування, де потрібен безпосередній контакт між металевими поверхнями клапана і сідла клапана, як при використанні в двигунах внутрішнього згоряння. Незважаючи на те, що кобальтові сплави показують хороший баланс властивостей, ціна С робить такі сплави надзвичайно дорогими для застосування в автомобільній промисловості.

ДЕТАЛЬНИЙ ОПИС ВИНАХОДУ

Даний винахід спрямовано на подолання недоліків, зазначених вище, шляхом надання спресованого та спеченого сплаву з прекрасною механічною оброблюваністю та високою температурною та зносостійкістю.

Даний винахід вирішує проблему механічної обробки, надаючи унікальну комбінацію високоміцної низьковуглецевої мартенситної матриці, тонкодиспергованих карбідів, що сприяють механічній обробці добавок, і "мережі" з Cu-збагаченої фази, що заповнює пори. Кількість твердих частинок, диспергованих у твердій мартенситній матриці відносно невелика, що знижує вартість сплаву.

У відповідності з цим винаходом сплав, що зміцнюється при спіканні, має матрицю, що містить: 2-5 мас.% Cr; 0-3 мас.% Мо; 0-2 мас.% Ni, решта становить Fe, яке переважно повністю попередньо леговане цими елементами. Для поліпшення зносостійкості та температуростійкості додають 5-25 мас.% інструментальної сталі і щонайменше одну з добавок, що сприяють механічній обробці, вибраних з групи MnS, CaF 2 або MoS 2 в кількості 1-5 мас.%. Для суттєвого поліпшення теплопровідності пори заповнюють сплавом Cu в кількості 10-25 мас.%, що додається шляхом просочення пресування в процесі спікання. Просочення міддю також покращує механічну оброблюваність сплаву.

Для кращого розуміння цього винаходу далі представлені основні властивості порівняно з властивостями типового матеріалу вставних сідел клапанів згідно з попереднім рівнем техніки. Склад порошкової суміші (композиції) для наведених як приклад матеріалів представлений у Таблиці 1, а властивості представлені в Таблиці 2.

У Таблиці 1 Fe є порошок основи, який використовують у суміші і який є або чисто залізним порошком, або порошком легованої сталі. Порошок інструментальної сталі є другим компонентом суміші і його вводили в суміш у вигляді порошку інструментальної сталі типу М2 або М3/2. Cu додають за допомогою просочення пресування в процесі спікання; графіт і тверду мастило додають суміш як порошкоподібні елементи.

Всі порошки змішують з мастилом, що випаровується, пресують до 6,8 г/см 3 і спікають при 1120°С (2050°F). Термообробку здійснюють після спікання шляхом відпустки на повітрі або атмосфері азоту при 550°С.

Після обробки визначали критичні властивості на типових зразках кожного металу. Механічну оброблюваність визначали шляхом виконання надрізів на лицьовій стороні та врізання (plunge cutting) для 2000 вставних сідел клапанів, виготовлених з наведених як приклад матеріалів. Зношування інструменту вимірювали після кожних п'ятдесяти надрізів. Будували графік зносу залежно кількості надрізів і здійснювали аналіз лінійної регресії. Кут нахилу лінії регресії показує швидкість зносу, і її використовували як критерій механічної оброблюваності. Крім того, в кінці кожного випробування здатності до механічної обробки вимірювали глибину надрізу на вставному сідлі з бокових кромок надрізу. Глибину надрізів також використовували як показник механічної оброблюваності матеріалів, що випробовуються.

Вимірювання зносостійкості в умовах високих температур здійснювали пристрої для випробування зносу в умовах високотемпературного ковзання. Відшліфовані прямокутні стрижні з матеріалів, що випробовуються, закріплювали і забезпечували ковзання кулі з оксиду алюмінію в обох напрямках по відшліфованої рівної поверхні зразків. Зразки підтримували в ході випробування при температурі 450°С. Глибина подряпин була показником зносостійкості зразка у умовах.

Високотемпературну твердість вимірювали при різних температурах зразка, реєструючи щонайменше п'ять показань при одній температурі з усередненням результатів.

Значення теплопровідності розраховували шляхом множення виміряних величин питомої теплоємності, температуропровідності та густини при заданій температурі.

У Таблиці 2 представлені всі властивості нового матеріалу порівняно з існуючими матеріалами вставних сідел клапанів, до складу яких входять у п'ять разів більше інструментальної сталі. Матеріал по справжньому винаходу ("новий сплав") обробляється в 2,5-3,7 рази краще, ніж наведені в якості прикладу матеріали, що мають таку ж зносостійкість при високих температурах і з порівнянною високотемпературною твердістю.

Таблиця 2: Властивості наведених як приклад матеріалів
Властивість		Новий сплав	Матеріал А сідла клапана	Матеріал У сідла клапана
Пресування (щільність до спікання при тиску 50 тонн/кв. дюйм (tsi), г/см 3		6,89	6,79	6,86
Механічна оброблюваність	Середня швидкість зносу (мкм/надріз)	8,31Е-5	7,00Е-4	4,19Е-3
	Середня глибина надрізів від зношування (мкм)	38	95	142
Зносостійкість (середній обсяг надрізів від зносу після випробування високотемпературного зносу), мм 3		6,29	2,71	6,51
Теплопровідність	Вт·м -1 ·K -1 при КТ	42	46	32
	Вт·м -1 ·K -1 при 300°С	41	46	27
	Вт·м -1 ·K -1 при 500°С	41	44	23
Високотемпературна твердість	HR30N при КТ	55	66	49
	HR30N при 300°С	50	62	47
	HR30N при 500°С	39	58	41

З урахуванням того, що максимально очікувана робоча температура для вставних сідел клапанів становить приблизно 350°С, результати, представлені в таблиці 2, ясно показують, що новий матеріал буде працювати краще, ніж матеріал В сідел клапанів, і майже так само добре, як матеріал А сідел клапанів, при цьому він демонструє значно кращу механічну оброблюваність, ніж матеріал А. Об'єднаний ефект механічної оброблюваності, вартості, теплопровідності та зносостійкості робить цей матеріал ідеальною заміною дорогих матеріалів, що застосовуються в двигунах, таких як матеріал вставних сідел клапанів.

Очевидно, що можливі різні модифікації та варіанти цього винаходу з урахуванням наведених вище вказівок. Тому має бути зрозуміло, що в рамках обсягу формули винаходу, що додається, даний винахід може бути здійснено на практиці інакше, ніж це конкретно описано. Винахід визначається формулою винаходу

ФОРМУЛА ВИНАХОДУ

1. Потужний при спіканні порошковий матеріал для вставного сідла клапана двигуна внутрішнього згоряння, отриманий із суміші, що містить порошок на основі заліза, порошок інструментальної сталі, тверду мастило і мідь, який відрізняється тим, що він отриманий із суміші, що містить 75-90 мас.% зміцнюваного при спіканні порошку на основі заліза, попередньо легованого 2-5 мас.% хрому, до 3 мас.% молібдену і до 2 мас.% нікелю, а мідь введена шляхом просочення при спіканні.

2. Матеріал по п.1, який відрізняється тим, що суміш містить від 5 до 25 мас.% порошку інструментальної сталі.

3. Матеріал по п.1, який відрізняється тим, що інструментальна сталь обрана із групи, що включає інструментальну сталь М2 та М3/2.

4. Матеріал по п.3, який відрізняється тим, що інструментальна сталь є сталь М2.

5. Матеріал по п.1, який відрізняється тим, що в нього введена мідь у кількості 10-25 мас.% від маси суміші.

6. Матеріал з п.1, який відрізняється тим, що він містить 89 мас.% порошку на основі заліза.

7. Матеріал п.2, який відрізняється тим, що він містить 8 мас.% порошку інструментальної сталі М2.

8. Матеріал по п.1, який відрізняється тим, що він містить 3 мас.% твердого мастила.

9. Матеріал по п.5, який відрізняється тим, що в нього введена мідь у кількості 20 мас.% від маси суміші.

10. Матеріал по п.1, який відрізняється тим, що він отриманий із суміші, що містить, мас.%:

а мідь введена в кількості 20 мас.% маси суміші.

11. Спечений порошковий матеріал для вставного сідла клапана двигуна внутрішнього згоряння з покращеною механічною оброблюваністю, зносостійкістю та високою теплопровідністю, отриманий із суміші, що містить легований хромом порошок на основі заліза, порошок інструментальної сталі, тверде змащення та мідь, що відрізняється тим, що він мідний суміші, що містить зміцнюваний при спіканні порошок на основі заліза, попередньо легований 2-5 мас.% хрому, до 3 мас.% молібдену і до 2 мас.% нікелю, а мідь введена шляхом просочення при спіканні.

12. Спечений матеріал п.11, який відрізняється тим, що після спікання в печі без прискореного охолодження він має мартенситну мікроструктуру.

13. Спечений матеріал п.11, який відрізняється тим, що він містить 5-25 мас.% порошку інструментальної сталі.

14. Спечений матеріал за п.11, який відрізняється тим, що в нього введена мідь у кількості 10-25 мас.% від маси суміші.

15. Спечене вставне сідло клапана для двигуна внутрішнього згоряння з поліпшеною механічною оброблюваністю, зносостійкістю і високою теплопровідністю має матрицю, отриману спіканням суміші, що включає хромовмісний порошок на основі заліза, порошок інструментальної сталі, тверду мастило і містить мідь, суміші, що містить зміцнюваний при спіканні порошок на основі заліза, попередньо змішаний або легований 2-5 мас.% хрому, до 3 мас.% молібдену і до 2 мас.% нікелю, а мідь введена шляхом просочення при спіканні.

16. Спечене вставне сідло клапана за п.15, яке відрізняється тим, що після спікання без прискореного охолодження воно має повністю мартенситну мікроструктуру.

17. Спечене вставне сідло клапана за п.15, яке відрізняється тим, що воно містить матрицю, отриману з суміші, що містить 5-25 мас.% порошку інструментальної сталі.

18. Спечене вставне сідло клапана за п.17, яке відрізняється тим, що в якості порошку інструментальної сталі суміш містить порошок інструментальної сталі М2.

19. Спечене вставне сідло клапана за п.17, яке відрізняється тим, що воно містить матрицю, отриману з суміші, що містить 8 мас.% порошку інструментальної сталі.

20. Спечене вставне сідло клапана за п.17, яке відрізняється тим, що воно містить матрицю, отриману з суміші, що містить 1-5 мас.% твердого мастила, що представляє собою щонайменше одну речовину, вибрану з групи MnS, CaF 2 , MoS 2 .

21. Спечене вставне сідло клапана за п.20, який відрізняється тим, що матриця отримана з суміші, що містить 3 мас.% твердого мастила.

22. Спечене вставне сідло клапана за п.15, який відрізняється тим, що матриця просочена міддю в кількості 10-25 мас.% маси суміші.

23. Спечене вставне сідло клапана за п.22, який відрізняється тим, що матриця просочена міддю в кількості 20 мас.% маси суміші.

24. Спосіб виготовлення вставного сідла клапана для двигунів внутрішнього згоряння з покращеною механічною оброблюваністю, зносостійкістю та високою теплопровідністю, що включає приготування суміші, що містить зміцнюваний при спіканні і легований хромом порошок на основі заліза, порошок інструментальної сталі та тверде змащення , відрізняється тим, що при приготуванні суміші використовують зміцнюваний при спіканні порошок на основі заліза, попередньо легований 2-5 мас.% хрому, до 3 мас.% молібдену і до 2 мас.% нікелю, а просочення міддю здійснюють одночасно зі спіканням.

25. Спосіб за п.24, який відрізняється тим, що після спікання заготівлю охолоджують без гарту, при цьому отримують повністю мартенситну структуру.

26. Спосіб за п.24, який відрізняється тим, що готують суміш, що містить 5-25 мас.% порошку інструментальної сталі.

27. Спосіб за п.24, який відрізняється тим, що при спіканні пресування просочують міддю в кількості 10-25 мас.% маси суміші.

28. Спосіб за п.24, який відрізняється тим, що готують суміш, що містить, мас.%:

а при спіканні пресування просочують міддю в кількості 20 мас.% маси суміші.

Відновлення клапанних гнізд.При зносі клапанних гнізд, що не перевищує гранично допустимий, відновлення їх працездатності зводиться до утворення необхідного кута фаски. Перед обробкою фасок клапанних гнізд замінюють зношені напрямні втулки стрижня клапана на нові і обробляють розгорткою, що встановлюється в оправлення. Оброблений отвір використовують як технологічну базу при зенковании фаски клапанних гнізд, що забезпечує необхідну співвісність отворів напрямних втулок і клапанних гнізд. Обробку клапанних гнізд роблять із використанням плаваючого патрона. При зносі клапанних гнізд вище від допустимого їх відновлюють установкою клапанних сідел.

При відновленні клапанних гнізд запресуванням сідел нерухомість з'єднання забезпечується натягом. Необхідна міцність при цьому досягається за рахунок напруги, що виникають у матеріалі сідла і головки циліндрів. При тривалому дії нагріву напруги можуть зменшитися, знизивши цим міцність посадки. Тому для виготовлення клапанних сідел необхідно застосовувати високоміцні теплостійкі матеріали: чавун ВЧ50-1,5, спеціальний чавун № 3 ТМ 33049. Останнім часом набув поширення сплав ЕП-616 на хромонікелевій основі. Отвори під сідла обробляють спеціальним зенкером, який встановлюють спеціальну оправку. Діаметр зенкера вибирають відповідно до розміру отвору, що обробляється, під вставку клапана. Центрування інструменту здійснюють за допомогою направляючих цангових оправок, що встановлюються в отвори під втулки клапанів. Цим забезпечують високу концентричність оброблюваних поверхонь під вставки сідел та центруючої поверхні. Крім цього, застосування жорстких напрямних дозволяє обробляти отвори на вертикально-свердлильному верстаті 2Н135 і отримувати необхідну розмірну та геометричну точність оброблюваних поверхонь. При розточуванні головку встановлюють у спеціальний пристрій.

Спочатку попередньо розточують клапанні гнізда, а потім остаточно при 100 об/хв шпинделя верстата, подачі ручної за один прохід. Підготовлені таким чином клапанні гнізда запресовують сідла (рис. 58 і 59) за допомогою оправки. При цьому голівку циліндрів попередньо нагрівають до температури 80...90°С, а сідла охолоджують у рідкому азоті до -100...120°С. Нагрів головок роблять у ванні для нагрівання ОМ-1600, а охолодження за допомогою судини Дьюара. Кільця повинні бути запресовані у виточення голівки вщент і без перекосу (рис. 60). Після запресування проводять зачеканювання сідел у чотирьох точках рівномірно на дузі через 90°. Потім головку циліндрів встановлюють на стенд ОР-6685 для обробки фасок клапанних гнізд, розгортають отвори в напрямних втулках і зенкуют фаски клапанних гнізд. Отвори у втулках розгортають при 50 об/хв і подачі 0,57 мм/об за один прохід, зен-кування виробляють при 200 об/хв зенкера, подача 0,57 мм/об за кілька проходів.

В результаті неодноразової обробки площини головок блоків циліндрів фрезеруванням або шліфуванням нижня стінка головки стає тоншою і менш міцною, тому для цієї групи деталей відновлення клапанних гнізд запресуванням сідел недостатньо надійно. У такому разі слід відновлювати клапанні гнізда газовим наплавленням. Якщо головка, крім зношених клапанних гнізд, є ще й тріщини, то спочатку необхідно відновити гнізда, а потім заварювати тріщини.

При роботі на двигуні в результаті впливу механічних і теплових навантажень в нижній площині головки циліндрів накопичуються значні внутрішні напря-женин, значення і характер розподілу яких можуть бути дуже різними. Напруження, що накопичилися, призводять до короблення головок, а в окремих випадках - до появи тріщин. Якщо застосовувати холодну електродугову зварювання, то зварювальні напруги, що виникають при цьому, складаючись на окремих ділянках з залишковими, а також монтажними (при затягуванні головки) і робітниками, викличуть появу нових тріщин. Тому для наплавлення гнізд потрібно застосовувати такий спосіб, який дозволив би знизити залишкову напругу і не призвів би до виникнення нових. Такий спосіб - гаряче зварювання, що забезпечує високу якість зварних швів за мінімальної напруженості деталі.

При гарячому зварюванні голівку попередньо нагрівають до температури 600...650 °С і зварюють при температурі деталі не нижче 500 °С. Нижню межу нагрівання встановлюють, виходячи з властивостей чавуну, пластичність якого нижче цієї температури різко падає, що призводить до виникнення зварювальних напруг. Перед нагріванням клапанні гнізда головок ретельно зачищають.

Для нагрівання головки використовують нагрівальну камерну піч із електричним або іншим підігрівом. Доцільно застосовувати камерну електричну піч Н-60, де можна нагрівати одночасно до п'яти головок.

Велике значення має швидкість нагрівання та охолодження деталей. Швидке нагрівання головки циліндрів може спричинити появу додаткових напруг.

Після закінчення нагрівання до отвору печі переміщають пересувний зварювальний стіл і укладають на нього головку.

Зварювання виконують ацетилено-кисневим пальником ГС-53 або ГС-ЗА («Москва»), використовуючи наконечники № 4 або 5 в залежності від розміру тріщини. Для забезпечення високої якості наплавленого металу слід застосовувати добре сформоване, різко окреслене полум'я пальника, для чого мундштук зварювального пальника має бути в хорошому технічному стані. При заварці тріщин і наплавлення клапанних гнізд використовують відновлювальну частину полум'я, що захищає метал від окислення завдяки вмісту в полум'ї водню, вуглекислого газу та окису вуглецю. Ядро полум'я в процесі наплавлення повинне знаходитися від поверхні деталі на відстані 2...3 мм. Зварювання ведуть при рівномірному безперервному нагріванні зварювальної ванни.

Як присадковий прут застосовують чавунні прутки марки А (склад у %): 3...3,6С; 3...2,5 Si; 0,5...0,8 Мп; Р 0,5 ... 0,8; S0,08; 0,05 Сг; 0,3 Ni. Діаметр прутка - 8... 12мм (вибирають залежно від ширини оброблення тріщини). Поверхня прутків має бути ретельно очищена та знежирена. Як флюс застосовують дрібнотовчену прожарену буру або її 50%-ну суміш з просушеної кальцинованої содою.

Хороші результати також дає застосування флюсів ФСЧ-1, АНП-1 і АНП-2.

Після закінчення зварювання головку циліндрів знову поміщають у піч, щоб зняти зварювальну напругу. Головку нагрівають до 680°С, а потім охолоджують, спочатку повільно (з піччю), до 400°С, а потім у сухому піску або термосі, дотримуючись режиму згідно з графіком. Повністю остиглі головки очищають від шлаку та окалини і направляють на механічну обробку. Спочатку фрезерують привалочну площину на горизонтально-фрезерному верстаті типу 6Н82 циліндричною фрезою 180Х Х125 мм або вертикально-фрезерному 6М12П торцевою фрезою зі вставними різцями ВК6 або ВК8.

Після механічної обробки площини контролюють якість зварювання. Заварені місця повинні бути чистими, без раковин та шлакових включень. Обробку фасок клапанних гнізд роблять зенкером аналогічно описаної вище обробці фасок сідел.

Притирання клапанів.Перед розбиранням головок циліндрів очистити їх від олії та нагару і помітити порядкові номери клапанів на торцях тарілок для того, щоб при складанні встановити їх на свої місця.

Для розсухарювання клапанів необхідно голівку циліндрів без форсунок, коромисел, осей коромисел та шпильок кріплення осей коромисел встановити привалковою поверхнею на плиту так, щоб забезпечити упор для клапанів. Розсухарювання виконувати за допомогою пристрою, зображеного на рис. 84. Для цієї мети ввернути завзятий болт 1 пристосування в отвір під шпильку кріплення осі коромисла, натискну тарілку 2 пристосування встановити на тарілку пружин відповідного клапана і, натискаючи на рукоятку 3 важеля пристосування, віджати пружини з пружини клапана. Таким же шляхом послідовно розсухарити решту всіх клапанів і зняти пружини клапанів і пов'язані з ними деталі.

Повернути головку циліндрів та вийняти клапани з напрямних втулок. Клапани та сідла ретельно очистити від бруду, нагару та масляних відкладень, промити в гасі або спеціальному миючому розчині, висушити та оглянути для визначення ступеня ремонту. Відновити герметичність клапана притиранням можливо тільки за наявності незначних зносів і дрібних раковин на робочій фасці і лише в тому випадку, якщо тарілка і стрижень не пошкоджені і немає місцевих прогарів на фасках клапана та сідла.

За наявності таких дефектів притирання повинні передувати шліфування сідел та клапанів або заміна несправних деталей новими.

Для притирання клапанів використовувати спеціальну притиральну пасту, приготовану шляхом ретельного перемішування трьох частин (за обсягом) мікропорошку зеленого карбіду кремнію з двома частинами моторної олії та однією частиною дизельного палива. Перед вживанням притиральну суміш ретельно перемішати, тому що за відсутності механічного перемішування мікропорошок здатний осаджуватися.

Встановити головку циліндрів на плиту або спеціальне пристосування поверхнею привалки догори. Нанести на фаску клапана тонкий рівномірний шар пасти притирання, змастити стрижень клапана чистим моторним маслом і встановити його в головку циліндрів. Допускається наносити пасту на фаску сідла. Притирання виконувати зворотно-обертальними рухами клапанів за допомогою спеціального пристосування або дриля з присосом. Натискаючи на клапан із зусиллям 20...30 Н (2...3 кгс), повернути його на 1/3 обороту в одному напрямку, потім, послабивши зусилля, на 1/4 обороту у зворотному напрямку. Не можна виконувати притирання круговими рухами.

Періодично піднімаючи клапан і додаючи на фаску пасту, продовжувати притирання, як зазначено вище, доки на фасках клапана і сідла не з'явиться безперервний матовий поясок шириною не менше 1,5 мм. Розриви матового пояска та наявність на ньому поперечних рисок не допускається. При правильному притиранні матовий поясок на фасці клапана сідлі повинен починатися у більшої основи

Після закінчення притирання клапани і головку циліндрів ретельно промити гасом або спеціальним миючим розчином і висушити.

Увага! Наявність навіть незначних залишків притиральної пасти на клапані або головці циліндрів можуть призвести до натиру та прискореного зносу гільз циліндрів та поршневих кілець.

Клапани, пружини та деталі їх кріплення встановити на головку циліндрів та засухарити клапани, використовуючи пристосування (див. рис. 84).

Якість притирання пари клапан-сідло перевірити на герметичність шляхом заливання гасу або дизельного палива, заливаючи його по черзі у впускні та випускні канали. Добре притерті клапани не повинні пропускати гас або дизельне паливо протягом однієї хвилини.

Допустима перевірка якості притирання олівцем. Для цього поперек фаски притертого чистого клапана м'яким графітовим олівцем нанести через рівні проміжки 10-15 рис, після чого обережно вставити клапан в сідло і, сильно натискаючи до сідла, повернути його на 1/4 обороту. При високій якості притирання всі рисочки на робочій фасці клапана повинні стертися. При незадовільних результатах перевірки якості притирання її необхідно продовжити.