Способ получения поршневых колец

 

Использование, машиностроение, в частности производство поршневых колец двигателей внутреннего сгорания компрессоров, насосов и тп Сущность отливки для поршневых колец изготавливают из чугуна следующего химического состава, мас.%: С 3.45 - 3,75; Si 1.70 - 2,10,Мп 0,70 - 120, Сг 0.40 - 0,60; Fe остальное; чугун получают из шихты с передельным чугуном с обеспечением содержания примесей серы не более 0,12 мас.% и фосфора не более 0,14 мас.%; далее осуществляют термообработку и механическую обработку 1 табл

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН

Комитет Российской Федерации по натентам и товарным знакам

1 (21) 5050953/02 (22) 29.0492 (46) 30.1193 Бюл. Йя 43 — 44 (71) Государственное производственное объединение "Владимирский тракторный завод" (72) Апександров НМ; Сапрыкин С.Т„Демский ИА;

Александров АН. (73) Акционерное общество".Владимирский тракторный завод" (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОРШНЕВЫХ КОЛЕЦ (19} RU (11) 2003694 t l (51) 5 С 1С1 08 С22С37 00 (57) Использование: машиностроение, в частности производство поршневых колец двигателей внутреннего сгорания, компрессоров, насосов и т.п.

Сущность: отливки для поршневых колец изготавливают из чугуна следующего химического состава, мас%: С 3.45 — 3,75; Si 1,70 — 2,1 0;Мп 0,70 — 1ЯО; Cr

0,40 — 0,60; Fe остальное; чугун получают из шихты с передельным чугуном с обеспечением содержания примесей серы не более 0,12 мас% и фосфора не более 0,14 мас%; далее осуществляют термообработку и механическую обработку. 1 табл.

2003694

Изобретение относится к машиностроению, в частности к производству поршневых колец двигателей внутреннего сгорания, и может быть использовано в производстве компрессоров и насосов.

Известен способ, применяемый многими заводами для отливки поршневых колец, где в качестве материала используют комплексно легированный фосфористый чугун следующего состава, мас,;,:

Углерод 3,6-3,9

Кремний 2,3-2,9

Марганец 0,5-0,8

Фосфор 0,3-0,6

Хром 0,15 — 0,35

Сера тах. 0,09

Никель 0,10-0,25

Молибден 0,25 — 0,50

Медь не более 0,35

Титан не более 0,25

Железо Остальное

Недостатком этого способа является то, что полученные кольца имеют низкую износостойкость (1,0 — 3,0 тыс,м,ч.), недостаточные антизадирные свойства, выкрашивание абразивных частиц в связи со значительным их количеством в микроструктуре металла, что обуславливает повышенный абразивный износ как самих поршневых колец, так и других деталей двигателя (цилиндров, поршней). При Применении таких колец, особенно в качестве верхнего компрессионного кольца, необходимо применение покрытия для повышения износостойкости кольца и защиты деталей ЦПГ от действия выкрашивающихся абразивных частиц фосфидной эвтектики.

По своему назначению и по технической сущности задаче соответствует способ, в котором материалом для колец служит кобальтовый чугун (2) следующего химического состава, мас,7(:

Углерод 3,5-4,0 .Кремний 2,4-3,0

Марганец 0,4-0,8

Хром 0,1 — 0,25

Никель 0,05-0,2

Молибден 0,12-0,35

Сера 0,01-0,1

Фосфор 0,3-0,7

Кобальт 0,05 — 0,25

Железо Остальное

Недостатками этого способа являются; высокая стоимость материала из-за большого количества легирующих элементов, дефицитность и высокая цена кобальта: полезность в составе чугуна содержания фосфора (0,3-0,6 мас; ) современными исследованиями антифрикционных чугунов не подтверждается (2) .

20

40 зующий в микроструктуре металла поршневых колец первородный аустенит, Такая

45 микроструктура снижает трение, износ и

Наиболее близким по технической сущности к достигаемому результату является получение поршневых колец ВПЧ (высокопрочного чугуна) (3), применяемого для верхних компрессионных колец; его химический состав, мас. g,:

Углерод 2,8-3,4

Кремний 2,8-3,2

Марганец 0,6-0,8

Магний 0,04 — 0,07

Сера 0,04

Фосфор 0,1

Медь 0,3-0,7

Никель 0,3-0,7

Железо Остальное

Недостатками такого способа являются обязательное применение на кольцах защитного покрытия, низкая износостойкость в случае местного износа покрытия или его отслаивания, высокая стоимость исходных материалов и высокая трудоемкость изготовления в связи с дороговизной легирующих материалов и модификаторов и в связи с необходимостью обеспечения высокой точности при нанесении на кольцо иэносостойкого покрытия (4) .

Целью изобретения является повышение эксплуатационных свойств изготовляемых поршневых колец и удешевление их производства.

Поставленная цель достигается тем, что в качестве материала для изготовления поршневых колец применяется цилиндровый чугун ВТЗ. получаемый из шихты с передельным (низкокремнистым) чугуном беэ литейного (кремнистого) чугуна (4) . В микроструктуре металла поршневых колец из этого чугуна включения графита имеют более благоприятную форму по сравнению с металлом прототипов, а вместо нескольких легирующих элементов присутствует только хром в количестве 0,4-0,6 мас, (, обрасклонность к задирам в паре трения (5) и (6) и позволяет обойтись беэ защитного покрытия, Металл, применяемый в заявляемом способе для изготовления колец — цилиндровый чугун ВТ3, обладает высокими литейными и технологическими свойствами, что позволяет значительно снизить трудоемкость и себестоимость изготовляемых иэ него поршневых колец. Благодаря высоким противоизносным и противозадирным свойствам такого материала поршневые кольца из него применяются без нанесения на них защитного покрытия. Используемый в заявляемом способе чугун содержит углерод, кремний, марганец, хром, серу. фосфор

2003694

55 при следующем содержании компонентов, мас. :

Углерод 3,45 — 3,75

Кремний 1,7 — 2,1

Марганец 0,7 — 1,2

Хром 0,4 — 0,6

Сера 0.12 (не более)

Фосфор 0,14 (не более)

Железо Остальное.

Пример. В качестве маслоты для изготовления поршневых колец(компрессионных верхних, вторых и третьих компрессионных, малосьемных) были использованы отливки цилиндров двигателя воздушного охлаждения (внутренний диаметр отливки

99 мм, длина 250 мм, толщина тела 12 мм).

Маслоты (цилиндры) были отлиты "по сухому", в оболочковых формах; заливка производилась в вертикальном положении четырьмя дождевыми питателями. Металл для маслот(цилиндров) выплавлялся в дуговой 3-х тонной печи из шихты с применением передельного чугуна. Расчет шихты для плавки чугуна и технология плавки были выполнены в соответствии с инструкцией (4), Маслоты перед изготовлением из них поршневых колец прошли термообработку — отпуск при 550 — 600 С в течение 2 ч.

Поршневые кольца (из маслот) изготовлены для ЦПГ двухцилиндрового дизельного двигателя Д21А1, мощностью 25 л.с, при

1800 обор(мин. Для сравнительных испытаний использован новый серийный двигатель с поршневыми кольцами из комплексно-легированного фосфористого чугуна. Сначала этот двигатель был испытан с серийными ЦПГ в течение 260 моточасов; затем испытанные ЦПГ были заменены новыми ЦПГ с установленными в них опытными поршневыми кольцами, изготовленными из маслот, отлитых из цилиндрового чугуна, по заявляемому способу. В обоих случаях цилиндры, смонтированные в ЦПГ, были изготовлены из цилиндрического чугуна ВТЗ.

На поверхностях опытных поршневых колец никаких защитных покрытий не делалось, Испытания двигателя с опытными поршневыми кольцами проводилась в течение 520 моточасов.

Характеристики показателей двигателей после сравнительных испытаний приведены в таблице.

Технико-зкономическая эффективность изобретения

Изготовление поршневых колец по предложенному способу иэ специального цилиндрового чугуна (цилиндрового ВТЗ) благодаря высоким противоизносным свой5

35 ствам этого чугуна повышает срок службы

ЦПГ двигателей, тем самым повышая надежность при их эксплуатации, сокращает сроки простоев тракторов и другой техники, работающей с двигателями внутреннего сгорания, сокращается расход запасных частей (не только поршневых колец, но и других деталей ЦПГ).

Второй крупный источник эффективности — экономия стоимости на материалах от упрощения технологии литья (маслоты вместо индивидуальной отливки колец), упрощения механической обработки, исключения металлопокрытия при производстве поршневых колец.

Третий источник зкономии — возможность перехода в производстве двигателей на изготовление единых групп цилиндров и поршней (на техзаводах, где еще "по-старинке" продолжается изготовление нескольких групп этих деталей), Этот переход становится возможным в связи с тем, что скорости роста зазоров между цилиндром и поршнем, а также между торцами поршневых колец и канавками под кольца в поршнях, уменьшаются (по сравнению с теми, которые имеются в случае применения колец — аналогов).

Четвертый источник экономии — сокращение трения абразивного (вызываемого частицами фосфидной эвтектики, выкрашиваемой кольцами) и трения от "схватывания" с ферритом, в структуре предложенных колец связанного в первородном аустените, что позволяет рассчитывать на снижение расхода смазочного масла на угар и на снижение удельного расхода топлива на единицу мощности двигателя. (56) 1. Авторское свидетельство СССР

М 668968, кл. С 22 С 37/10, 1978.

2. Крагельский И.B. Трение и износ, М,:

Машиностроение, 1968, с. 447, 3. Долецкий Н.П. и др. Увеличение ресурса машин технологическими методами.

M. Машиностроение, 1978, с. 77 — 85, 4. Александров Н.М, и др. Передельный доменный чугун в производстве чугунного литья. M.: kNVIMALU, 1980, с. 35 — 37.

5. Фоминых И.П. и Панова Е.M. Использование ниэкокремнистого чугуна в ваграночной плавке. — Литейное производство, 1980, М 9, с. 23-25.

6. Бунин К.Fl. и др. Исследование устойчивости первородного аустенита чугунных отливок. Оптимизация металлургических процессов. М.: Металлургия, 1970, с. 177184.

2003694

hkhL п/и. Характеристики

Единица измеречия

Двигатель Д21А1 М

1237847-90г.

Примечание в серийном

ПГ с опытной

ПГ

260

520

78

85

3.75

0,26

$$ оттоп.

0,21

25,0

520*

*) Подсчитан по испытаниям в МИС за . 1983 мкм

Составитель В.Климов

Техред M.Mîðãåíòàë Корректор С.Юско

Редактор С.Кулакова

Тираж Подписное

НПО "Поиск" Роспатента

113035, Москва. Ж-35, Раушская наб., 4/5

Заказ 3309

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Продолжительность испытаний

Температура масла в картере

Условный механический

КПД

Расход смазочного масла на угар

Износ поршневых колец в замке за 500 ч

Формула изобретения

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОРШНЕВЫХ

КОЛЕЦ, включающий изготовление отливки из чугуна, термическую и механическую обработку, отличающийся тем, что отливки изготавливают из чугуна следующего химического состава, мас. $:

Углерод 3,45 - 3,75

Кремний 1,70 " 2,10

Марганец 1,70- 1,20

Хром 0,40 - 0,60

Железо Остальное причем чугун получают из шихты с передельным чугуном с обеспечением содержания примесей серы не более 0,12 мас. u фосфора не более 0,14 мас, ь.