Способ восстановления чугунныхколенчатых валов двигателей

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(22) Заявлено 121078 (21) 2673440/22-02 Сфвз Сфаетскик социалистических Республик(51)М, Кл,с присоединением заявки йо С 21 О 1/78//С 21 О 5/00 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытийДата опубликования описания 300181 Г А.А. Беркман/аг ь,.1 у. Алма-Атинский институт инженеров йелезцрцорожног 6транспорта(54) СПОСОБ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ЧУГУННЫХ КОЛЕНЧАТЫХ ВАЛОВ ДВИГАТЕЛЕЙ Изобретение относится к восстановлению изношенных деталей машин и может быть использовано при восстановлении чугунных коленчатых валов автотракторных двигателей.Известен способ восстановления коленчатых валов двигателей, в которых в процессе эксплуатации использованы все ремонтные размеры диаметров шеек, Восстановление таких коленчатых валов осуществляют посредством высокого отпуска при 600-650 ОС последующей механической обработкой, закалкой ТВЧ с самоотпуском и окончательной шлифовкой ) Ц .Способ применяется для восстановления коленчатых валов двигателей, изготовленных из среднеуглеродистой стали.Известен также способ восстановления чугунных коленчатых валов двигателей, включающий промывку изношенного вала, контроль, правку (в случае необходимости), шлифовку под наплавку вначале коренных, а затем шатунных шеек, наплавку шеек и их механическую обработку 2 .Недостаток известного способа заключается в том, что при восстановлении чугунных коленчатых валов, усталостная прочность отремонтированныхдеталей снижается на 50-60 по срав нению с новыми, что вызывает резкоеувеличение поломок восстановленныхколенчатых валов в процессе их эксплуатации и приводит к росту потребности. ремонтных предприятий в дефи цитныхи дорогостоящих запасных частях. Снижение усталостной прочностиобъясняется тем, что при наплавкешеек в зоне сплавления основного металла с наплавленным происходит отбелчугуна и образуется сетка первичного цементита. Кроме того, в зоне термического влияния на участке неполного расплавления, где температуранагрева основного металла при наплавке достигала 1150-1250 С, металличесО,кая матрица чугуна имеет крупнозернистое мартенситное строение, а вокруг глобулей графита также возникают области отбела, Образование та ких структур происходит из-за наличия структурносвободного углерода,который при высоких температурахстремится раствориться в аустенитнойматрице. Вследствие интенсивной диффузии углерода от шаровидных включений в аустенитную матрицу понижается1 темнература плавления матрицы и происходит ее расплавление в зонах вокруг шаровидных включений. В условиях быстрого охлаждения сварногосоединения эта фаза, обогащенная углеродом, затвердевает с образованиемцементитной эвтектики. Присутствиев структуре зон оплавления и термического влияния игл первичного цементита, ледебурита и крупноигольчатого мартенсита охрупчивает металлэтих зон, что и является причинойснижения усталостной прочности восстановленных чугунных коленчатых валов, а следовательно и их эксплуатационной стойкости. 15Цель изобретения - увеличение эксплуатационной стойкости за счет повышения усталостной прочности.Цель достигается тем, что в известном способе восстановления, вклю Очающем операции мойки, контроля, правки, шлифовки под наплавку вначале коренных, а затем шатунных шеек, наплавки шеек и их последующей механической обработки, коленчатые валыпосле наплавки шеек нагревают со скоростью 50-60 град/мин до 850-900 С,выдерживают при э 1 ой температуре втечении 10-15 мин, охлаждают на воздухе до 600-650 оС, а затем в воде,Нагрев наплавленного коленчатоговала выше 900 ОС приводит к перегревунаплавленного слоя и получению крупнозернистой структуры, что ухудшаетмеханические свойства металла этойэоны. Нагрев ниже 850 оС не устраняетналичия хрупких составляющих (ледебурит и первичный цементит) в зонесплавления и следовательно, не обеспечивает необходимой усталостной прочности. 40Увеличение длительности выдержкипри 850-900 С более 15 мин приводитк снижению твердости наплавленногослоя ниже 45. НВС, что недопустимо,а выдержка менее 10 мин не обеспечивает распад хрупких составляющих иснижает тем самым усталостную прочность,При скорости нагрева более60 град/мин до 850-9000 С в саль омнаплавленном слое возникают трещины,приводящие к его отслоению и вспучиванию в процессе эксплуатации восстановленного вала, а при скоростяхнагреаа менее 50 град/мин происходитразупрочнение восстанавливаемого вала в результате,графитизации металлической матрицы, Охлаждение восстановленного вала вначале на воздухе до650 фС, а затем в воде приводит к возникновению остаточных сжимающих на- опряжений, способствующих повышениюусталостной прочности вала.Экспериментальную проверку предлагаемого способа проводят на чугунных коленчатых валах двигателей ГАЗ, поступивших в капитальныйремонт, Для этого коленчатые валыснятые с двигателей, очищают от продуктов износа и нагара, а затем промывают в горячем 5-ном растворе каустической соды. После промывки иочистки проводят контроль коленчатыхвалов на наЛичие трещин в галтеляхшеек. Контроль проводят на магнитном. Адефектоскопе УМДЭМ. Коленчатыевалы, имеющие прогиб более 0,2 мм,правят под прессом, Шейки коленчатыхвалов, прошедших контроль, шлифуютпод наплавку, которую производят тремя методами: двухслойной электродуговсй проволокой марки СВА и ПК,диаметром соответственно 1,2 и 1,6 ьюпод флюсом АНА с добавками Феррохрома и графита; электродуговой постальной расплавляемой оболочке (толщиной 0,8 мм), обернутой и прижатой кповерхности восстанавливаемых шеекпроволокой СвА диаметром 1,6 ммпод флюсом АНА с добавками феррохрома и графита; электродуговойдвухэлектродной проволокой маркиСвА, диаметром 2,0 мм под слоемсмеси Флюсов АНи АНК,электродуговой проволокой ЭП(15 ГЮСТЦА) диаметром 1,6 мм в потокевоздуха.Режим наплавки выбирают таким образом, чтобы высота наплавленногослоя на шейках составляла 1,5-2,0 ммна сторону.После наплавки шеек коленчатыевалы нагревают в печи со скоростью60 С/мин до 900 оС, выдерживают10 мин а затем охлаждают на воздухдо 650 С и опускают в бак с водой.Нагрев коленчатых валов проводят вэлектрической печи Н. Для получения требуемой скорости нагрева коленчатые валы загружают в печь нагретую до 950-1000 С. Контроль температуры при охлаждении коленчатыхвалов выполняют с помощью термокарандашей. После термической обработкишейки коленчатых валов шлифуют подноминальный размер, Затем из каждогоколенчатого вала (восстановленногопо предлагаемому способу) изготовляют два идентичных натурных образцадля проведения усталостных испытаний,которые проводят на машине, осуществляющей нагружение изгибом от силинерции при вращении силовой плоскости,и неподвижном консольно закрепленном натурном образце. Система машина - натурный образец представляет собой консольно защемленную раму нагруженную на свободном конце сосредоточенной силой инерции, имеющей круговое вращение с частотой 25 Гц (1500 об/мин), При принятой схеме нагружения опасное сечение образцов находится в крайних сечениях шатунной шейки (в галтели)800212 формула изобретения Составитель АСекейТехред И; Асталош Корректор Е. Папп Редактор И. Ковальчук Тираж 629 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Эаказ 10318/26 филиал ППП "Патентф,г. Ужгород, ул. Проектная, 4 возле защемленной усиленной щеки коленчатого вала.Для получения сравнительных данных наряду с усталостными испытания-. ми коленчатых валов, восстановленных по предлагаемому способу, испытывают новые коленчатые валы, а также коленчатые валы, восстановленные по известному способу. Количество образцов в каждой серии равнялось 6. Испытания каждой серии образцов прово-. дят на трех-четырех уровбнях нагружения. База испытаний - 10 циклов.Каждый образец испытывают до полного разрушения и фиксируют число цикловдо его разрушения (долговечность).Результаты усталостных испытаний показывают, что усталостная прочность чугунных коленчатых валов двигателей ГАЗ, восстановленных по предлагаемому способу, на 25-30 выше, чем у аналогичных деталей, восстановленных 20 по известному способу, и составляет 82,5 от уровня новых. По окончанию, усталостных испытаний определяют твердость наплавленного слоя и вырезают шлифы для проведения металло- р 5 графического анализа из разрушенных образцов коленчатых валов различных. серий.Твердость восстановленных шеек предложенным способом составляет 50- 55 ед. НН 6, т,е. на уровне известно,го способа.Проведенный металлографический анализ показывает, что при восстановлении чугунных коленчатых валов по предлагаемому способу, металл в зонах сплавления чугуна с металлопокрытием и термического влияния имеет однородную структуру, в которой хрупкие структурные составляющие отсутствуют.При использовании предлагаемого способа повышается усталостная прочность восстановленных чугунных коленчатых валов, что увеличивает срок их эксплуатации и сокращает потребность в запасных частях. Способ восстановления чугунных коленчатых валов двигателей, включающий промывку, контроль, шлифовку шеек под наплавку, наплавку и окончательную механическую обработку, о т л и - ч а ю щ и й с я :тем, что, с целью увеличения эксплуатационной стойкости за счет повышения усталостной прочности, после наплавки шеек коленчатый вал нагревают со скоростью 50- 60 град/мин до 850-900 фС, выдерживают в течение 10-15 мин, охлаждают на воздухе до 600-650 С, а затем в воде.о Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Кондратьев Е.Т. Термическая обработка в ремонтном деле. Волгоград,Нижне-Волжское книжное издательство,1971, с. 152-155;2. Доценко Г.Н. Восстановлениечугунных коленчатых валов автоматической наплавной. "Транспорт", 1970,с. 2-8