СОСТАВ ПОРОШКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОРШНЕВЫХ КОЛЕЦ ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Изобретение относится к порошковой металлургии и может быть использовано для изготовления поршневых колец двигателей внутреннего сгорания и широко использоваться в машиностроении.

В настоящее время материалы, из которых изготавливаются поршневые кольца, имеют существенные недостатки:

а) при эксплуатации двигателя тепловая нагрузка на поршневые кольца очень велика, что вызывает механические сотрясения колец, изготовленных из чугуна, вызывая изменения размера замка и пропорциональное снижение упругости, вызываемое износом кольца по рабочей поверхности, тогда радиальное давление, пропорциональное кубу толщины кольца, с уменьшением последней чрезвычайно быстро снижается. Так, например, уменьшение радиальной толщины кольца с 3 до 2,9 мм уже дает снижение упругости на 10%. В большинстве случаев сохранение упругости поршневых колец, определяющее надежность двигателя, имеет гораздо большее значение, чем их поведение при износе, и является существенным недостатком поршневых колец из чугуна;

б) хромированные кольца имеют недостатки, так как они являются очень твердыми, конструкторы двигателей должны использовать точные технологии обработки отверстий цилиндров, чтобы добиться оптимальной работы, и вызывают ускоренный износ гильз цилиндра и лицевой поверхности самих колец;

в) поршневые кольца, сделанные только из нержавеющей стали, являются усовершенствованием хромированных чугунных колец. По сути нержавеющая сталь является материалом, в который входит большое количество хрома. И нет ничего особенного в том, что кольца имеют свойства, аналогичные свойствам хромированных колец, и имеют такие же недостатки, как хромированные кольца;

г) при попытках увеличения срока службы колец и обеспечения быстрой их приработки были созданы молибденовые кольца. Такие кольца является обычно кольцами с основой из чугуна с молибденовым покрытием на своей поверхности. Молибден имеет многие противоизносные свойства хрома, а в некоторых случаях он может иметь даже большую сопротивляемость износу [1]. С течением времени молибденовые кольца стали, вероятно, основными в форсированных двигателях, так как они долговечные, относительно легко прирабатываются и более надежные. Используемые вышеперечисленные материалы не технологичны, основная их масса при изготовлении поршневых колец уходит в стружку.

Анализ способов получения и составов спеченных материалов на основе железа показывает, что является целесообразным изготовление поршневых колец для двигателей внутреннего сгорания из порошковых сталей с добавкой легирующих элементов аустенитного класса: марганец от более 6,0 до 13,0%; углерод от 0,3 до менее 0,4%; никель 3,0-5,0%; железо - остальное. Рассмотрим влияние легирующих элементов на структуру и свойства поршневых колец из порошковых материалов на основе железа.

Влияние углерода: углерод является одним из основных элементов, присутствующих в материалах на основе железа для изготовления поршневых колец из порошковых материалов. Углерод расширяет область существования твердых растворов на основе железа и способствует закаливанию комплекснолегированных высокохромистых сталей [2].

Влияние марганца: марганец уменьшает вредное влияние кислорода и серы, при дальнейшем повышении его содержания сталь становится вязкой аустенитного класса.

Влияние никеля: никель является одним из важнейших легирующих элементов, присутствующих почти во всех инструментальных материалах. Благодаря образованию карбидов, никель оказывает положительное влияние на упругость и способствует повышению износостойкости.

Указанные выше легирующие элементы расширяют Y - область диаграммы состояния Fe-C. Порошковые материалы становятся аустенитного класса и обладают вязкостью, поверхностно упрочнение происходит во время прессования и в процессе эксплуатации под действием деформации.

Литература

1. Гессингер Г.Х. Порошковая металлургия жаропрочных сплавов / Г.Х. Гессингер; пер. с англ. - Челябинск: Металлургия; Челябинское отделение, 1988. - 320 с.

2. Материаловедение и технология металлов: учебник / Г.П. Фетисов [и др]. - М.: Высшая школа, 2002. - 638 с.