ТИПИ МАТЕРІАЛІВ ЗАСТОСОВУВАНИХ ДЛЯ ГІЛЬЗ ЦИЛІНДРІВ
В даний час широке застосування для гільз циліндрів двигунів автомобілів отримав сірий чавун. Він в достатній мірі відповідає вимогам до даної деталі, зазначених у розд. 1.3.1.
Співвідношення основних і легуючих елементів для різних циліндрів наводяться в широкому кількісному інтервалі. Сірий чавун, застосовуваний для гільз циліндрів, за хімічним складом можна умовно розділити на чотири основні групи (табл.). Умовність класифікації полягає в тому, що не можна точно визначити межі для кожної групи чавунів за змістом елементів. Основна їх відмінність полягає в особливості мікроструктури чавуну.
Гільзи з нелегованого чавуну не забезпечують необхідної довговічності двигунів, особливо при їх роботі у важких умовах експлуатації, коли посилюється процес абразивного зносу або збільшується тепловий вплив на поверхню тертя [ ]. Для підвищення їх зносостійкості в гільзи вставляють нирезистовые вставки, які виготовляють з аустенітного чавуну, легованого великою кількістю нікелю (Ni). Хоча це й приводить до деякого збільшення зносостійкості деталей ЦПГ, однак існує ряд факторів, які обмежують їх застосування: цей матеріал може бути використаний тільки для вставок у верхню частину циліндрів, він нетехнологичен при обробці, крім того, використання чавунів з високим вмістом Ni у багатьох випадках недоцільно і економічно [ ]. Тому останнім часом конструктори і дослідники відмовляються від практики застосування нирезистовых вставок, воліючи суцільний матеріал тіла гільзи.
Фосфористые чавуни відрізняються підвищеним (0,3–1,0 %) вмістом фосфору (P) і мають у структурі розірвану (при 0,3–0,6 % P) або замкнуту (при 0,6–1,0 % P) сітку фосфидной евтектики. Вміст легуючих елементів у цих чавунах таке ж, як і в аналогічних низкофосфористых чавунах.
Таблиця
|
Марка двигуна (чавуну),країна (фірма)-виробник |
Хімічний склад, % |
Іс- точ нік |
||||||||||
| C | Si | Mn | P | S | Cr | Ni | Cu | Ti | V | Mo | ||
| Нелеговані і низьколеговані | ||||||||||||
| GKN (Вів-британія), 5 | 3,2 | 2,0 | 0,65 | 0,2 | – | 0,4 | – | – | – | – | – | |
| GKN (Вів-британія), 11 | 3,4 | 2,5 | 0,65 | 0,18 | – | 0,3 | 0,25 | – | – | – | 0,4 | |
| GKN (Вів-британія), 28 | 3,2 | 1,9 | 0,65 | 0,25 | – | – | – | 0,8 | 0,04 | – | – | |
| ЗМЗ-53 (СНД), СЧ 24-44 | 3,1-3,4 | 2,2-2,4 | 0,7-1,2 | 0,18-0,25 | ?0,12 | 0,2-0,35 | 0,15-0,35 | – | – | – | – | |
| ЗІЛ-130 (СНД), СЧ 18-36 | 3,2-3,6 | 1,9-2,4 | 0,7-1,2 | 0,2-0,3 | ?0,12 | 0,2-0,35 | ?0,35 | – | – | – | – | |
| Caterpiller (США) | 3,2 | 2,17 | 0,73 | – | – | 0,25 | – | 0,23 | 0,03 | 0,04 | – | |
| Середньолеговані | ||||||||||||
| CAMATZU (Японія) | 3,29 | 2,16 | 0,72 | 0,07 | – | 0,33 | 0,32 | 0,55 | 0,02 | 0,05 | 0,16 | |
| ЯМЗ-236,-238 (СНД) | 3,2-3,5 | 2,1-2,6 | 0,6-0,8 | ?0,2 | ?0,12 | 0,3-0,45 | ?0,12 | 0,15-0,4 | ?0,08 | – | – | |
| КамАЗ-740 (СНД) | 3,1-3,4 | 1,9-2,5 | 0,6-0,9 | ?0,2 | ?0,12 | 0,25-0,5 | 0,15-0,4 | 0,25-0,4 | ?0,12 | – | – | |
| Низьколеговані фосфористые | ||||||||||||
| AE Franse(Франція), 38С | 2,8-3,5 | 1,7-2,5 | 0,5-1,0 | 0,35-0,65 | 0,1 | 0,2-0,5 | – | – | – | – | – | |
| Tev.-Thompson(Німеч.),A62 | 3,2-3,5 | 1,8-2,2 | 0,6-1,0 | 0,3-0,5 | 0,07 | 0,2-0,5 | – | – | – | – | – | |
| Tev.-Thompson(Німеч.),A82 | 3,2-3,5 | 1,8-2,2 | 0,6-1,0 | 0,3-0,5 | 0,07 | 0,2-0,5 | 0,3-0,6 | – | – | – | – | |
| ЗІЛ-130 (СНД), КМЗ | 3,1-3,5 | 1,8-2,5 | 0,5-1,0 | ?0,4 | ?0,15 | 0,25-0,6 | ?0,3 | ?0,3 | – | – | – | |
| NPR (Японія) CI(Cu,Cr) | 3,0-3,7 | 1,4-2,5 | 0,5-1,0 | 0,5-1,0 | 0,12 | 0,2-0,5 | – | 0,2-0,5 | – | – | – | |
| Середньолеговані фосфористые | ||||||||||||
| Tev.-Thompson(Німеч.),A92 | 3,8-4,3 | 1,0-1,4 | 0,1-0,4 | 0,1-0,4 | 0,04 | 0,2-0,4 | – | 0,4-0,8 | – | – | 0,4 | |
| ЗМЗ-2401 (СНД) | 3,3-3,7 | 2,2-2,6 | 0,5-0,7 | 0,3-0,45 | ?0,1 | 0,5-0,75 | 0,15-0,5 | 0,5-0,8 | ?0,15 | – | – | |
| ДУЙЦ (Німеччина) | 3,57 | 1,9 | 0,70 | 0,45 | – | 0,33 | 0,13 | 0,32 | – | – | – | |
| FIAT (Італія) | 3,30 | 2,25 | 0,67 | 0,53 | – | 0,41 | 0,17 | 0,40 | 0,03 | – | 0,43 | |
| NPR(Япон.) CI(Ni,Cr,Mo) | 3,0-3,7 | 1,4-2,5 | 0,5-1,0 | 0,2-0,5 | 0,12 | 0,5-1,2 | 0,15-0,25 | – | – | – | 0,25 | |
Хімічний склад чавунів, які використовуються для виготовлення гільз циліндрів автомобільних двигунів.
Між тим, лабораторні випробування та виробнича практика показують, що найбільшою зносостійкістю володіють гільзи, одержані з сірого легованого чавуну [ ].
Вплив хімічного складу і мікроструктури на механічні властивості чавуну докладно досліджено і на основі цього склалися певні погляди: при легування і модифікування чавунів їх металева матриця зміцнюється і менше пластично деформується при терті; антифрикційні та міцнісні властивості чавуну залежать від будови металевої основи і графіту; графіт є своєрідним індикатором микростроения чавуну і дозволяє судити про його придатності для певних умов тертя. Однак, що стосується впливу цих параметрів на зношування чавуну, то тут єдиної точки зору немає.
Для якості легованих чавунів, крім методів плавки, також важливі точне (за допомогою засобів автоматизації) витримування режимів і строгий контроль хімічного складу шихти та рідкого металу. Саме їх поєднання, а також модифікування дають можливість отримувати різні марки чавунів з заданими властивостями з одного базового [ ].
Слід зауважити, що за хімічним складом матеріал гільз циліндрів двигунів СНД і чавуни, що використовуються спеціалізованими іноземними фірмами, розрізняються незначно.
На рис. наведено величини зносу ряду чавунів при різних навантаженнях і часу випробування.
Таким чином, досвід застосування сірих чавунів для гільз циліндрів показує, що найбільший ефект у підвищенні надійності роботи деталі дає комплексне легування чавуну такими елементами як Cr, Ni, Mo, Cu в оптимальному співвідношенні з основними елементами. Головне при цьому – досягнення такого рівня легування, що в процесі тертя здатне в діапазоні робочих режимів двигуна забезпечити утворення на поверхні вторинних захисних шарів [ ]. Необхідна умова – здатність цих шарів протистояти розвитку схоплювання, локалізувати руйнування у вельми малыхобъемах вторинних структур і мати позитивну реакцію на посилення режимів тертя в циліндрі двигуна без виникнення катастрофічних форм зношування.
а б
Рис. Гістограми зносу аустенітних і сірих чавунів, легованих різними хімічними елементами: а – навантаження 125 МПа, час випробувань 15 год; б – навантаження 175 МПа, час випробувань 30 год; 1-нирезист; 2,3,4,5,6,7-чавун СЧ 21-40, легований відповідно 0,30% Mo, 0,30% P, 2,5% Cu, 0,15% Ti, після азотування, 0,12% V; 8 – РАХ 24-44; 9 – зносостійкий чавун, легований Cr; 10-марганцовистый аустенитный чавун з 10% Cr; 11-сірий чавун фірми “Дойц”; 12,13,14-сірі чавуни для гільз відповідно КамАЗ, ЗІЛ і ГАЗ.
Однак широке варіювання вмістом в хімічному складі чавуну основних і легуючих елементів не забезпечує явних переваг жодній з перерахованих вище груп матеріалів за технологічними, міцності, експлуатаційних і економічних показників, що і визначає необхідність застосування різних методів зміцнення робочої поверхні гільз циліндрів.
2
