Способ получения поршневых колец

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН Комитет Российской Федерации по натентам и товарным знакам 1(71) Государственное производственное объединение "Владимирский тракторный завод" (72) Апександров КМ.; Сапрыкин С.ТДемский ИА; Александров АН.(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОРШНЕВЫХ КО- ЛЕЦ(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; Я 1,70 - 210,Мп 0,70 - 1 ЯО; Сг 0,40 - 0,60; Ге 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.40 45 50 55 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,ф 4: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 всвязи 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 ь:Углерод 3,5-4,0.Кремний 2,4-3,0 Марганец 0,4-0,8Хром 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 - 0,25Железо 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 6) современными исследованиями антифрикционных чугунов не подтверждается 23. 5 10 15 20 25 30 35 Наиболее близким по технической сущности к достигаемому результату является получение поршневых колец ВПЧ (высоко- прочного чугуна) 31, применяемого для верхних компрессионных колец; его химический состав, мас.ф: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 41.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 сравнениюс металлом прототипов, а вместо нескольких легирующих элементов присутствует только хром в количестве 0,4-0,6 мас, о, образующий в микроструктуре металла поршневых колец первородный аустенит, Такаямикроструктура снижает трение, износ и склонность к задирам в паре трения 5) и 6) и позволяет обойтись беэ защитного покрытия,Металл, применяемый в заявляемом способе для изготовления колец - цилиндровый чугун ВТЗ, обладает высокими литейными и технологическими свойствами, что позволяет значительно снизить трудоемкость и себестоимость изготовляемых иэ него поршневых колец. Благодаря высоким противоиэносным 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. фосфор40 45 50 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.П р и м е р, 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 Д 21 А 1, 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 изобретенияИзготовление поршневых колец по предложенному способу иэ специального цилиндрового чугуна (цилиндрового ВТЗ) благодаря высоким противоизносным свой 5 10 15 20 25 30 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.В. Трение и износ, М,: Машиностроение, 1968, с. 447,3, Долецкий Н.П, и др. Увеличение ресурса машин технологическими методами. М.: Машиностроение, 1978, с. 77 - 85,4. Александров Н,М, и др. Передельный доменный чугун в производстве чугунного литья. М,: НИИМАШ, 1980, с. 35 - 37.5, Фоминых И.П, и Панова Е,М, Использование ниэкокремнистого чугуна в ваграночной плавке. - Литейное производство, 1980, М 9, с. 23-25.6. Бунин К П, и др. Исследование устойчивости первородного аустенита чугунных отливок. Оптимизация металлургических процессов, М.; Металлургия, 1970, с. 177- 184,) Подсчитан по испытаниям в МИС за.1983 мкм Составитель В.КлимовТехред М.Моргентал Корректор С,Юско Редактор С,Кулакова Тираж Подписное НПО "Поиск" Роспатента 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5Заказ 3309 Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина, 101 Продолжительность испытаний Температурамасла в картере Условный механический КПД Расход смазочного масла на угар Износ поршневых колец в замке за 500 чФормула изобретенияСПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОРШНЕВЫХ КОЛЕЦ, включающий изготовление отливки из чугуна, термическую и механическую обработку, отличающийся тем, что отливки изготавливают из чугуна следующего хими. ческого 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 пере- дельным чугуном с обеспечением содержания примесей серы не более 0,12 мас. и фосфора не более 0,14 мас,ф 4.