Материалы и технология изготовления поршней

Поршни автотракторных ДВС в основном изготавливаются из алюминиевых сплавов, реже из серого или ковкого чугуна, а также композиционных материалов.

Алюминиевые ставы (силумины) применительно к поршню обладают следующими достоинствами:

  • ? малая плотность обеспечивает малую массу поршня и, следовательно, малые инерционные нагрузки на КШМ;
  • ? хорошая теплопроводность позволяет уменьшать теплонапря- женность деталей;
  • ? малые значения коэффициента трения в паре с чугунными или стальными гильзами обеспечивают меньшие внутренние потери.

Вместе с этим у таких материалов имеются серьезные недостатки:

  • ? невысокая усталостная прочность, которая снижается при росте температуры;
  • ? высокий коэффициент линейного расширения при повышении температуры существенно изменяет зазоры;
  • ? меньшая износостойкость;
  • ? сравнительно большая стоимость.

Для поршней используют эвтектические силумины с содержанием кремния Si 11... 14% и заэвтектические — с Si 17...25%. Увеличение содержания кремния в сплаве вызывает уменьшение коэффициента линейного расширения, повышение термо- и износостойкости. Однако при этом ухудшаются его литейные качества и растет стоимость производства.

Для улучшения свойств силуминов в них вводят различные легирующие добавки. Добавка до 6% меди повышает усталостную прочность, теплопроводность, улучшает литейные качества и уменьшает стоимость изготовления, однако при этом несколько снижается износостойкость поршня. Никель, хром, магний повышают жаропрочность и твердость конструкции. Натрий, азот, фосфор повышают износостойкость сплава.

Заготовки поршней из алюминиевых сплавов получают отливкой в кокиль или горячей штамповкой. Для повышения твердости, прочности и износостойкости, а также для предупреждения коробления при эксплуатации после механической обработки они термически обрабатываются.

Чугун по сравнению с алюминиевым сплавом имеет: более высокие твердость и износостойкость, жаропрочность, одинаковый с материалом гильзы коэффициент линейного расширения. Это позволяет существенно уменьшить зазоры в сочленении юбка поршня — цилиндр. Однако большая плотность чугуна не позволяет использовать его для поршней высокооборотных автомобильных двигателей. Его плотность уменьшается при включении в структуру чугуна шаровидного графита, позволяющего отливать элементы поршня существенно меньшей толщины.

При высоких максимальных давлениях в камере сгорания поршни могут изготавливаться из стали.

В настоящее время активно отрабатывают технологии по использованию для поршней керамических материалов. Их положительные свойства: малая плотность, высокая прочность, термостойкость, износостойкость, низкая теплопроводность, малый коэффициент линейного расширения. Один из способов использования керамики состоит в изготовлении деталей поршня из композиционных и полимерокомпозиционных материалов.

Основой в первых являются металлы: алюминий, магний или полимерные материалы, а в качестве наполнителя используют керамические и металлические порошки или волокна пористых материалов.

Основу вторых составляют полимеры, а наполнители — волокна углерода, стекла, оксида алюминия, порошков металлов или керамики. Высокие антифрикционные свойства позволяют применять их для изготовления юбки поршня.

Широкое использование керамики для поршней сдерживается ее высокой стоимостью, хрупкостью, низкой прочностью на изгиб, склонностью к трешинообразованию, а также усталости.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ   След >