Основные механизмы упрочнения металлических материалов. Основные требования к поршневым сплавам и технологию их термическая обработка, страница 2

2. Обоснуйте основные требования к поршневым сплавам и технологию их термической обработки, предложите методы их испытания.

Следует отметить, что сплавы на основе системы Al-Si применяемые для работы при повышенных температурах нецелесообразно закаливать, т.к. при этом происходит коагуляция и сфероидизация частиц вторых фаз, особенно Si и нарушение сплошности каркаса литой структуры, что повышает ползучесть при высоких температурах, а следовательно, снижает его жаропрочность. Поэтому сплав ВАЛ6 подвергают старению из литого состояния в целях стабилизации структуры и снятия литейных напряжений (ВАЛ6 Si 11-13%, Cu 3,2-4%, Mg 0,8-1,3%, Ni 2-3%, Mn 0,4-0,7%, Ti 0,1-0,3%, Fe 0,5%, Zn 0,2%). Оптимальный режим отпуска для литых поршней нагрев до 200-220ºС, выдержка 1,5-5 ч. чем выше температура отпуска и длительнее выдержка, тем в большей степени стабилизируется структура сплава и размера поршней и тем меньше величина остаточных напряжений  (АЛ10В Si 4,5-6,5%, Cu 6-8%, Mg 0,2-0,5%, Ni 0,5%, Mn 0,5%, Fe 2,5%, Zn 0,6%).

Анализ условий работы поршней современных двигателей показывает, что в процессе работы они воспринимают значительные динамические нагрузки, меняющиеся в течении одного цикла по знаку и направлдению, причем давление газов, воздействующих на поршень может привышать 80 кгс/мм² (800 МН/м²). Поршни автотракторных двигателей должны обеспечивать без аварийную работу двигателя в течении более 6000 ч, значит за время службы поршня напряжения в нем меняются по знаку более 4108 раз. Особенностью условий работы поршней является высокая температура продуктов сгорания топлива с которыми поршень контактирует. Образующиеся газы, температура которых может достигать 2000ºС, обуславливает разогрев днища поршня при определенных режимах работы до 350-400ºС.

Поэтому к поршневым сплавам предявляются довольно жесткие требования. Это высокие значения статической и динамической прочности; высокая усталостная прочность; достаточная прочность при нормальных и повышенных температурах; высокая теплопроводнасть; невысокий коэффициент линейного расширения (КЛР); низкая плотность; хорошие антифрикционные свойства и высокая износостойкость; высокая коррозионная стойкость; удовлетворительные технологические свойства. Наиболее полно заданным свойствам удовлетворяют сложнолегированные силумины (АК12, АК12ММгН). Также используют сплавы систем Al-Cu, Al-Cu-Ni, Al-Cu-Si и др.

Таблица 1-Химический состав современных поршневых сплавов (%)