Сплав металла для двигателя автомобиля

Содержание
  1. Алюминиевые блоки цилиндров: сплавы
  2. Блок цилиндров – основа двигателя
  3. От чугунного к алюминиевому блоку цилиндров
  4. Требования к алюминиевым блокам цилиндров
  5. Теплопроводность
  6. Прочность при повышенных температурах
  7. Прочность и твердость при комнатной температуре
  8. Усталостная прочность
  9. Выбор алюминиевого литейного сплава
  10. Прочность
  11. Литейные свойства
  12. Химический состав и термическая обработка
  13. Втулки алюминиевых блоков цилиндров
  14. Общие сведения о цветных металлах и сплавах, применяемых в конструкции автомобилей
  15. Какими бывают и где применяются запчасти из чугуна
  16. Блок цилиндров – основа двигателя
  17. Какой двигатель лучше – алюминиевый или чугунный?
  18. От чугунного к алюминиевому блоку цилиндров
  19. Минусы алюминиевых моторов
  20. Требования к алюминиевым блокам цилиндров
  21. Теплопроводность
  22. Прочность при повышенных температурах
  23. Прочность и твердость при комнатной температуре
  24. Усталостная прочность
  25. Особенности алюминиевого двигателя
  26. Выбор алюминиевого литейного сплава
  27. Прочность
  28. Литейные свойства
  29. Химический состав и термическая обработка
  30. Главная → Справочник → Статьи → Форум
  31. Втулки алюминиевых блоков цилиндров
  32. Неисправности и ремонт блока цилиндров[29]

Алюминиевые блоки цилиндров: сплавы

Блок цилиндров – основа двигателя

Блок цилиндров является частью двигателя внутреннего сгорания, которая расположена между головкой цилиндров и картером. Он является опорной конструкцией для всего двигателя. Все части двигателя крепятся на блоке цилиндров или в нем самом, и он обеспечивает их соосность.

Рисунок – Алюминиевый блок цилиндров двигателя

Еще не так давно в двигателях большинства автомобилей, кроме спортивных, применяли монолитные чугунные блоки цилиндров.

От чугунного к алюминиевому блоку цилиндров

Алюминий, как конструкционный материал, конечно, менее прочный, чем чугун. Поэтому долго считалось, что алюминиевый блок цилиндров должен быть намного толще, чем чугунный. Однако оказалось, что хорошо сконструированный алюминиевый блок цилиндров может быть намного легче и почти таким же прочным как чугунный блок. Обычно применение литейных алюминиевых сплавов вместо применяемого ранее серого чугуна дает снижение блока цилиндров на 40-55 %. Несмотря на более высокую стоимость алюминиевых сплавов, по сравнению с серым чугуном, постоянное стремление к снижению потребления топлива приводит к постоянному росту доли алюминиевых блоков цилиндров.

Применение алюминиевых блоков цилиндров началось с бензиновых двигателей в конце 1970-х годов. Замена серого чугуна в дизельных двигателей тормозилась до середины 1990-х годов. К 2005 году доля на рынке алюминиевых блоков цилиндров двигателя достигла 50 %. В настоящее время блоки цилиндров практически всех бензиновых двигателей изготавливают из алюминиевых сплавов. Применение алюминиевых сплавов в дизельных двигателях также неуклонно растет.

Требования к алюминиевым блокам цилиндров

Теплопроводность

Материал современные алюминиевые блоки цилиндров испытывает температуры до 150-200 °C. Высокая теплопроводность литейных алюминиевых сплавов (в три раза больше, чем у серого чугуна) обеспечивает эффективную передачу в систему охлаждения двигателя.

Прочность при повышенных температурах

Требуется сохранение заданной прочности при температурах до 200 °C. Самые большие напряжения возникают в местах болтовых соединений с головкой блока цилиндров. Материал должен выдерживать нагрузки от вращения коленчатого вала и термического расширения блока цилиндров.

Прочность и твердость при комнатной температуре

Материал алюминиевого сплава при комнатной температуре должен обладать достаточной прочностью и твердостью, чтобы обеспечивать ему хорошую обработку резанием и высокое качество сборки.

Усталостная прочность

При работе двигателя блок цилиндров подвергается циклическим растягивающим напряжениям в широком интервале температуры. Этот интервал начинается с отрицательных температур зимой и заканчивается повышенными температурами около 150-200 ºС. Поэтому наиболее важной характеристикой материала блока цилиндров является усталостная прочность.

Известно, что свойства материала любой металлической отливки – и чугунной, и алюминиевой – зависят не только от химического состава материала и его термической обработки, но также от метода разливки, а также от того места отливки, из которого вырезается испытательный образец.

Выбор алюминиевого литейного сплава

Выбор алюминиевого литейного сплава для блока цилиндров требует учета различных факторов. Алюминиевые литейные сплавы, которые применяют в производстве таких сложных литых изделий как блоки цилиндров, должны соответствовать целой комбинации технических требований. Эти требования включают:

Прочность

Уровень прочности сплава определяет, например, минимально допустимую толщину стенки. Поэтому выбор алюминиевого литейного сплава должен производиться уже на первом этапе проектирования блока цилиндров двигателя. Обычно выбор алюминиевого сплава является компромиссом. Высокопрочные литейные сплавы могли бы быть предпочтительным выбором, но часто у них могут быть такие недостатки, как высокая стоимость, низкие литейные свойства и недостаточная прочность при повышенных температурах.

Из соображений цены и по техническим причинам почти все автомобильные алюминиевые блоки цилиндров делают из сплавов, которые основаны на применении вторичного алюминия – алюминиевых сплавов, который получают из алюминиевого лома. Это, например, сплавы EN AC-46200 (AlSi8Cu3) и EN AC-45000 (AlSi6Cu4). При повышенных требованиях к вязкости материала применяют сплавы с более жесткими требованиями по примесям и загрязнениям, которые уже близки к требованиям для сплавов из первичного алюминия.

Литейные свойства

Литейные свойства алюминиевых сплавов обычно повышаются с повышением содержанием в них кремния. С другой стороны, добавки медь, которые нужны для повышения прочности при высокой температуре, оказывают отрицательное влияние на литейные свойства алюминиевых сплавов, в первую очередь, на текучесть сплава при заполнении литейной формы. Кроме того, когда применяется метод литья под высоким давлением, то применяют сплавы с некоторым содержанием железа, а также марганца, чтобы предотвратить налипание жидкого алюминия к стальной литейной форме. Однако повышенное содержание железа снижает прочностные свойства алюминиевой отливки.

Иногда наиболее важными при выборе литейного сплава являются не цена и литейные свойства, а некоторые другие его свойства, например, износостойкость.

Химический состав и термическая обработка

Литейные алюминиевые сплавы, которые применяют для изготовления блоков цилиндров автомобилей, обычно включают сплавы 46200 и 45000 по Европейскому стандарту EN 1706 (громоздкая приставка “EN AC-“ опущена). Химические «формулы» этих сплавов имеет соответственно вид AlSi8Cu3 и AlSi6Cu4. Их американскими аналогами – более известными – являются сплавы А380.2 и А319. Эти доэвтектические алюминиево-кремниевые сплавы обычно производят из вторичного алюминия. Из них отливают автомобильные блоки цилиндров различными методами гравитационного литья.

Таблица – Химический состав и состояния
алюминиевых литейных сплавов для блоков цилиндров

Относительно высокое содержание меди позволяет этим сплавам сохранять свою прочность при повышенных температурах и, кроме того, обеспечивает им хорошую обрабатываемость резанием. Обычно для этих сплавов – 46200 и 45000 (А380.2 и А319) – применяют состояния F (литое состояние), Т4 (закалка и естественное старение) и Т5 (неполная закалка и искусственное старение). Для отливок из этих сплавов может также применяться и состояние Т6, но для многих изделий из этих сплавов достаточно стабилизирующего состояния Т5.

Почти все блоки цилиндров, которые отливают методом литья под высоким давлением, изготавливают из сплава 46000 (AlSi9Cu3(Fe)). Обычно этот сплав не требует термической обработки, кроме умеренного отпуска для снижения остаточных напряжений.

Блоки цилиндров из алюминиевых сплавов 42100 (AlSi7Mg0,3) и 42000 (AlSi7Mg) получают высокую прочность и удлинение при комнатной температуре, когда подвергаются термической обработке на состояние Т6. В этом случае необходимо внимательно контролировать остаточные напряжения, которые возникают при закалке отливки для достижения состояния Т6. Более высокое сопротивление растрескиванию этих сплавов дают им возможность противостоять термическим усталостным нагрузкам. Это происходит за счет определенного ухудшения обрабатываемости резанием и повышения стоимости из-за дополнительных расходов на термическую обработку на состояния Т6 или Т7. Выполнение требования по пониженному содержанию примесей, таких как железо, марганец, медь и никель, также требует дополнительных расходов по сравнению со вторичными сплавами, которые упоминались выше.

Блоки цилиндров из заэвтектоидных алюминиево-кремниевых сплавов (AlSi17CuMg) обычно отливают методом литья при низком давлении с последующей термической обработкой на состояние Т6. Этот сплав также более дорогой, чем стандартные литейные сплавы из вторичного алюминия.

Втулки алюминиевых блоков цилиндров

Алюминиевые литейные сплавы, которые обычно применяют для изготовления блоков цилиндров, недостаточно твердые и износостойкие, чтобы непосредственно работала в паре скольжения с поршнями двигателей. Для этой цели подходят только заэвтектоидные алюминиевые сплавы типа AlSi17CuMg.

Поэтому в алюминиевых блоках цилиндров широко применяют чугунные втулки. Наиболее широко применяется метод установки чугунных втулок, при котором их вставляют в литейную форму блока цилиндра перед ее заливкой. Кроме того, чугунные втулки устанавливают также методом горячей запрессовки. Для создания прочной и износостойкой поверхности скольжения блока цилиндров применяют также различные методы напыления – термические, плазменные, электродуговые и другие.

Source: European Aluminium Association, 2011

Источник

Общие сведения о цветных металлах и сплавах, применяемых в конструкции автомобилей

В автомобилестроении наиболее часто применяют сплавы, основными компонентами которых являются такие цветные металлы, как алюминий, медь, цинк, олово, свинец. В виде собственно металлов алюминий, например, используется для защиты алю­миниевых сплавов от коррозии путем нанесения на их поверх­ность тонкой пленки (плакирование). Из меди изготовляют элект­рические провода. Почти половина добываемых цинка и олова расходуется на покрытие поверхности соответственно черных ме­таллов (цинкование) и консервной жести (лужение). Из свинца изготовляют пластины, перемычки и клеммы аккумуляторных батарей.

Поэтому первым этапом производства большинства цветных металлов является обогащение руд на обогатительных фабриках, в результате которого получают концентраты, содержащие 50. 70 % основного металла. Обогащение осуществляют чаще всего фло­тационным методом с применением эффективных флотореагентов.

Сущность флотации заключается в разделении мелких твердых частиц, основанном на различии их в смачиваемости водой. Для этого руду измельчают до крупности 0,1. 0,2 мм и смачивают водой или специальными жидкостями в специальных машинах. При этом образуется жидкая смесь — пульпа, которая перемешивается ме­шалкой и насыщается воздухом. Вследствие плохой смачиваемо­сти частички металла прилипают к пузырькам воздуха и поднима­ются на поверхность пульпы, отделяясь от хорошо смачиваемых частиц. В результате на поверхности пульпы в машине образуется слой минерализованной пены, которая сгребается в желоб маши­ны, а далее направляется в сгустители, фильтрующие и сушиль­ные устройства.

Читайте также:  Провоз детей в автомобиле в польше

Полученный концентрат поступает на металлургические заво­ды, где подвергается сложной переработке несколькими техноло­гическими процессами, чередующимися определенным образом. К числу таких процессов относятся автогенная плавка, электро­термия, гидрометаллургия (электролитический способ), химиче­ская обработка и др., с помощью которых из концентрата получают почти чистые цветные металлы с процентным содержанием свы­ше 99 %.

В целом процесс получения цветных. металлов более трудоем­кий и энергоемкий, чем получение черных металлов, поэтому они значительно дороже последних.

Алюминий получают в основном из бокситов, в которых его содержание составляет до 40. 60 %. Производство алюминия на­чинается с получения щелочным или электрометаллургическим способом глинозема А12О3, подвергаемого в дальнейшем электро­литическому разложению с образованием металлического алюминия (алюминия-сырца). Заканчивается производственный процесс рафинированием для удаления из алюминия различных примесей и растворенных газов.

Свинец получают из галенита (РbS) путем окислительного об­жига, восстановления (до Рb) и рафинирования. Для получения меди вначале обогащают сульфидную руду, содержащую медный колчедан (СиFе2S), затем концентрат очищают и плавят на мед­ный штейн. Далее штейн переплавляют в медеплавильном конвер­тере, получая черновую медь, которую рафинируют для удаления примесей.

Алюминиевые сплавы обладают высокой прочностью, коррозионной стойкостью, хорошей технологичностью при малой плот­ности. В их состав входят медь, магний, кремний, цинк, марганец и другие элементы. Они нашли самое широкое применение в ав­томобильных конструкциях.

Алюминиевые литейные сплавы на основе Аl—Si (силуми­ны) обладают достаточно высокой прочностью и удовлетвори­тельной пластичностью, высокой жидкотекучестью, пониженной склонностью к образованию горячих трещин, малой усадкой. Си­лумины маркируют буквами АЛ и цифрами, стоящими за буква­ми. Цифры указывают условный номер сплава.

Из алюминиевых сплавов изготовляют поршни двигателей, головки и блоки цилиндров, картеры коробок передач, тормозные барабаны, крышки распределительных шестерен и другие детали. Литейные сплавы на основе алюминия и магния имеют высокую удельную прочность и коррозионную стойкость.

Деформируемые алюминиевые сплавы используют для изготовления деталей дав­лением, прокаткой, прессованием, сваркой. Характерным пред­ставителем этих сплавов является дюралюмин, получаемый на основе алюминия, меди и магния. Например, дюралюмин Д16 содержит 4,4 % меди, 1,5 % магния, а также 0,6 % марганца и менее 0,5 % кремния и железа. Из деформируемых алюминиевых сплавов изготовляют силовые детали кузова (поперечины, стойки и др.), тормозные цилиндры, дверные пороги, обшивки, решетки и др.

Некоторые алюминиевые сплавы (например, дюралюмин) мо­гут упрочняться термической обработкой — закалкой и старени­ем — благодаря получению равновесной структуры. Кроме того, листы из дюралюмина могут быть плакированы, и тогда в конце маркировки ставится буква «А».

Медные сплавы получили наибольшее распространение в виде латуни и бронзы.

Латуни — сплавы меди с цинком. Для повышения механических и других свойств в состав латуни могут входить олово, свинец, кремний, марганец, никель, алюминий, железо. Маркировка латуни содержит буквы и цифры. Например, марка латуни ЛС60-3 означает: Л — латунь; 60 — содержание меди 60 % и цифра 3 — содержание свинца 3 %, остальное — цинк.

Латуни обладают высокой пластичностью и прочностью. Их мож­но обрабатывать давлением (способами волочения, прокатки, штамповки, горячего прессования).

Латуни применяют на автомобилях для изготовления деталей систем охлаждения: бачков и трубок радиаторов (латунь Л63), де­талей электрооборудования (Л72), различных втулок, пробок, штекеров, наконечников и т.д.

Бронзы — сплавы меди с оловом, алюминием, кремнием, свин­цом, бериллием. В их состав могут входить также никель, марганец и другие элементы.

Бронзы обладают высокой износостойкостью, низким коэф­фициентом трения, коррозионной стойкостью, хорошей упруго­стью, незначительной усадкой, хорошими жидкотекучестью и обрабатываемостью резанием. Различают две группы бронз: оло­вянные и безоловянные. Оловянные бронзы хорошо сварива­ются, паяются и обладают антифрикционными свойствами. Бtpоловянные бронзы содержат в качестве присадок алюминий, бериллий, никель, кремний, марганец и т.д. Эти бронзы отлича­ются высокими пределами упругости, текучести, временным со­противлением, обладают хорошей коррозионной устойчивостью.

Бронзу маркируют по аналогии с латунью: после сочетания букв «Бр» (бронза) приведено название компонентов сплава и их процентное содержание. Например, оловянная бронза БрОЦС5-5-5 — содержит по 5 % олова, цинка и свинца и 85 % меди.

Бронзу на автомобилях применяют для изготовления деталей топливоподающей аппаратуры, втулок шатунов двигателей, плос­ких и круглых пружин в системе питания, упорных шайб, шесте­рен полуосей и т. д.

Антифрикционные сплавы — это сплавы на основе олова, свин­ца, меди или алюминия, обладающие высокими антифрикцион­ными свойствами. Такие сплавы применяют главным образом для изготовления вкладышей подшипников скольжения коленчатых валов, втулок распределительных валов. Указанные детали изго­товляют штамповкой из предварительно прокатанной ленты или полосы.

В настоящее время для подшипников скольжения используют биметаллические или трехслойные вкладыши, в которых рабочий слой представляет собой свинцовую бронзу или пластичные алю­миниевые сплавы, содержащие алюминий, сурьму и медь или алюминий, олово и медь.

В качестве антифрикционных материалов в автомобилестрое­нии наиболее широко применяют баббит, бронзу, алюминиевые и металлокерамические сплавы.

Баббиты — это антифрикционные материалы, основой кото­рых являются олово и свинец. Кроме них в состав баббитов вво­дятся легирующие компоненты, придающие им специфические свойства: медь увеличивает твердость и ударную вязкость, ни­кель — твердость и износостойкость, кадмий — коррозийную стой­кость, сурьма — прочность.

Баббиты применяются для заливки вкладышей подшипников скольжения, работающих при больших окружных скоростях и при переменных и ударных нагрузках.

По химическому составу баббиты классифицируют на группы: оловянистые (баббиты Б83, Б88); оловянисто-свинцовые (БС6, БС16); свинцовые (БК2, БКА).

Лучшими антифрикционными свойствами обладают оловяни­стые баббиты. Оловянисто-свинцовые баббиты имеют несколько худ­шие антифрикционные свойства, но они дешевле. Свинцовые баб­биты применяют в подшипниках, работающих в легких условиях.

Подшипники скольжения из баббитов изготовляют в виде би­металлических деталей (вкладышей). Для ускорения приработки на их рабочую поверхность наносят тонкий слой сплава на оло­вянной или свинцовой основе.

Алюминиевые антифрикционные сплавы обладают хорошими антифрикционными свойствами, высокой теплопроводностью и коррозионной стойкостью, хорошими механическими и техноло­гическим свойствами. Их наносят в виде тонкого слоя на стальную основу, получая биметаллическую пластину. Для изготовления вкладышей подшипников коленчатого вала автомобильных дви­гателей используют сплавы алюминия с сурьмой, медью и други­ми компонентами (сплав САМ) или сплавы алюминия с оловом и медью (АО20-1).

Металлокерамические сплавы после прессования и спекания пропитываются смазками или маслографитовой эмульсией, хоро­шо прирабатываются к валу и обладают низким коэффициентом трения.

Припои это металлы или сплавы, используемые при пайке в 1 качестве промежуточного металла (связки) между соединяемы­ми деталями. По температуре расплавления припои разделяют на группы:

легкоплавкие (145. 450°С) оловянно-свинцовые (ПОС),

оловянно-малосурьмянистые и сурьмянистые (ПОССу) и др. Последние широко применяются при пайке и лужении в автомобильной промышленности;

среднеплавкие (450. 1100°С) медно-цинковые припои! (ПМЦ-54, Л63, Л68) широко используются при пайке стали, жести и медных сплавов;

высокоплавкие (1100. 1430°С) многокомпонентные припои на основе железа применяют для закрепления твердосплав­ных пластин на режущем инструменте (сверла, резцы и т.п.).

ТВЁРДЫЕ СПЛАВЫ

Общие сведения

Технология порошковой металлургии основана на использова­нии в качестве исходного сырья порошков металлов или смеси их с неметаллическими порошками, которые прессуются (формуются) в изделия или заготовки требуемой формы, размеров и плотности. Она имеет некоторое сходство с технологией керамического произ­водства. Поэтому изделия, изготавливаемые методами порошковой металлургии, известны под названием металлокерамических.

В настоящее время на многих предприятиях освоено производ­ство из порошков массовых деталей общего назначения, антифрик­ционных и фрикционных элементов станков и транспортных машин, сплавов со специальными свойствами, обеспечивающими работо­способность машин в особо тяжелых условиях эксплуатации.

Особое значение металлокерамические материалы приобретают в свя­зи с развитием ядерной и ракетной техники, вычислительных, управляющих и других машин, определяющих технику ближайшего будущего.

Организация стока поверхностных вод: Наибольшее количество влаги на земном шаре испаряется с поверхности морей и океанов (88‰).

Механическое удерживание земляных масс: Механическое удерживание земляных масс на склоне обеспечивают контрфорсными сооружениями различных конструкций.

Источник

Какими бывают и где применяются запчасти из чугуна

Блок цилиндров – основа двигателя

Блок цилиндров является частью двигателя внутреннего сгорания, которая расположена между головкой цилиндров и картером. Он является опорной конструкцией для всего двигателя. Все части двигателя крепятся на блоке цилиндров или в нем самом, и он обеспечивает их соосность.


Рисунок – Алюминиевый блок цилиндров двигателя

Еще не так давно в двигателях большинства автомобилей, кроме спортивных, применяли монолитные чугунные блоки цилиндров.

Какой двигатель лучше – алюминиевый или чугунный?

В последние годы стало модно перед покупкой автомобиля смотреть на его внешность, форму, интерьер и различные функции. Двигатель и коробки передач вместе с подвеской как-то незаметно стали отходить на второй план. Но это неправильно. Ведь автомобиль – это не модный новый смартфон или телевизор. Для любого транспортного средства двигатель – это его сердце, без которого он не может осуществлять свою главную функцию. Тем не менее все еще есть водители, которые перед покупкой машины тщательно изучают ее техническо-механическую часть. Но многие в итоге сталкиваются с дилеммой при выборе двигателя, задавая себе непростой вопрос: а какой двигатель лучше – алюминиевый или чугунный?

Да-да, современный авторынок может вынести мозг любому автолюбителю при выборе автомобиля. Это раньше было просто: выбрал марку, модель, один из нескольких движков – и все. Теперь же количество различных технологий в современных автомобилях, наверное, уже скоро обгонит количество технологий в космическом аппарате Аполлон, слетавшем на Луну.

Этот посадочный модуль Appolo точно не был сделан из чугуна

Читайте также:  Клеем пластмассовый радиатор автомобиля



От чугунного к алюминиевому блоку цилиндров

Алюминий, как конструкционный материал, конечно, менее прочный, чем чугун. Поэтому долго считалось, что алюминиевый блок цилиндров должен быть намного толще, чем чугунный. Однако оказалось, что хорошо сконструированный алюминиевый блок цилиндров может быть намного легче и почти таким же прочным как чугунный блок. Обычно применение литейных алюминиевых сплавов вместо применяемого ранее серого чугуна дает снижение блока цилиндров на 40-55 %. Несмотря на более высокую стоимость алюминиевых сплавов, по сравнению с серым чугуном, постоянное стремление к снижению потребления топлива приводит к постоянному росту доли алюминиевых блоков цилиндров.

Применение алюминиевых блоков цилиндров началось с бензиновых двигателей в конце 1970-х годов. Замена серого чугуна в дизельных двигателей тормозилась до середины 1990-х годов. К 2005 году доля на рынке алюминиевых блоков цилиндров двигателя достигла 50 %. В настоящее время блоки цилиндров практически всех бензиновых двигателей изготавливают из алюминиевых сплавов. Применение алюминиевых сплавов в дизельных двигателях также неуклонно растет.



Минусы алюминиевых моторов



Требования к алюминиевым блокам цилиндров

Теплопроводность

Материал современные алюминиевые блоки цилиндров испытывает температуры до 150-200 °C. Высокая теплопроводность литейных алюминиевых сплавов (в три раза больше, чем у серого чугуна) обеспечивает эффективную передачу в систему охлаждения двигателя.

Прочность при повышенных температурах

Требуется сохранение заданной прочности при температурах до 200 °C. Самые большие напряжения возникают в местах болтовых соединений с головкой блока цилиндров. Материал должен выдерживать нагрузки от вращения коленчатого вала и термического расширения блока цилиндров.

Прочность и твердость при комнатной температуре

Материал алюминиевого сплава при комнатной температуре должен обладать достаточной прочностью и твердостью, чтобы обеспечивать ему хорошую обработку резанием и высокое качество сборки.

Усталостная прочность

При работе двигателя блок цилиндров подвергается циклическим растягивающим напряжениям в широком интервале температуры. Этот интервал начинается с отрицательных температур зимой и заканчивается повышенными температурами около 150-200 ºС. Поэтому наиболее важной характеристикой материала блока цилиндров является усталостная прочность.

Известно, что свойства материала любой металлической отливки – и чугунной, и алюминиевой – зависят не только от химического состава материала и его термической обработки, но также от метода разливки, а также от того места отливки, из которого вырезается испытательный образец.

Особенности алюминиевого двигателя

Алюминиевые сплавы значительно мягче чугуна, поэтому для придания блоку необходимой жёсткости, его несущие стенки делают более толстыми, добавляют для жёсткости ребристую систему. Алюминий обладает более высоким коэффициентом температурного расширения, это требует более строгого контроля за зазорами между деталями двигателя. С целью снижения веса, в современных автомобилях поршни часто изготавливаются из алюминиевых сплавов, а поверхность цилиндров из других металлов.

Чтобы снизить коэффициент трения, которое возникает между алюминиевым блоком и поршнями, последние покрывают тонким слоем железа.

Выбор алюминиевого литейного сплава

Выбор алюминиевого литейного сплава для блока цилиндров требует учета различных факторов. Алюминиевые литейные сплавы, которые применяют в производстве таких сложных литых изделий как блоки цилиндров, должны соответствовать целой комбинации технических требований. Эти требования включают:

Прочность

Уровень прочности сплава определяет, например, минимально допустимую толщину стенки. Поэтому выбор алюминиевого литейного сплава должен производиться уже на первом этапе проектирования блока цилиндров двигателя. Обычно выбор алюминиевого сплава является компромиссом. Высокопрочные литейные сплавы могли бы быть предпочтительным выбором, но часто у них могут быть такие недостатки, как высокая стоимость, низкие литейные свойства и недостаточная прочность при повышенных температурах.

Из соображений цены и по техническим причинам почти все автомобильные алюминиевые блоки цилиндров делают из сплавов, которые основаны на применении вторичного алюминия – алюминиевых сплавов, который получают из алюминиевого лома. Это, например, сплавы EN AC-46200 (AlSi8Cu3) и EN AC-45000 (AlSi6Cu4). При повышенных требованиях к вязкости материала применяют сплавы с более жесткими требованиями по примесям и загрязнениям, которые уже близки к требованиям для сплавов из первичного алюминия.

Литейные свойства

Литейные свойства алюминиевых сплавов обычно повышаются с повышением содержанием в них кремния. С другой стороны, добавки медь, которые нужны для повышения прочности при высокой температуре, оказывают отрицательное влияние на литейные свойства алюминиевых сплавов, в первую очередь, на текучесть сплава при заполнении литейной формы. Кроме того, когда применяется метод литья под высоким давлением, то применяют сплавы с некоторым содержанием железа, а также марганца, чтобы предотвратить налипание жидкого алюминия к стальной литейной форме. Однако повышенное содержание железа снижает прочностные свойства алюминиевой отливки.

Иногда наиболее важными при выборе литейного сплава являются не цена и литейные свойства, а некоторые другие его свойства, например, износостойкость.

Химический состав и термическая обработка

Литейные алюминиевые сплавы, которые применяют для изготовления блоков цилиндров автомобилей, обычно включают сплавы 46200 и 45000 по Европейскому стандарту EN 1706 (громоздкая приставка “EN AC-“ опущена). Химические «формулы» этих сплавов имеет соответственно вид AlSi8Cu3 и AlSi6Cu4. Их американскими аналогами – более известными – являются сплавы А380.2 и А319. Эти доэвтектические алюминиево-кремниевые сплавы обычно производят из вторичного алюминия. Из них отливают автомобильные блоки цилиндров различными методами гравитационного литья.

Таблица – Химический состав и состояния алюминиевых литейных сплавов для блоков цилиндров

Относительно высокое содержание меди позволяет этим сплавам сохранять свою прочность при повышенных температурах и, кроме того, обеспечивает им хорошую обрабатываемость резанием. Обычно для этих сплавов – 46200 и 45000 (А380.2 и А319) – применяют состояния F (литое состояние), Т4 (закалка и естественное старение) и Т5 (неполная закалка и искусственное старение). Для отливок из этих сплавов может также применяться и состояние Т6, но для многих изделий из этих сплавов достаточно стабилизирующего состояния Т5.

Почти все блоки цилиндров, которые отливают методом литья под высоким давлением, изготавливают из сплава 46000 (AlSi9Cu3(Fe)). Обычно этот сплав не требует термической обработки, кроме умеренного отпуска для снижения остаточных напряжений.

Блоки цилиндров из алюминиевых сплавов 42100 (AlSi7Mg0,3) и 42000 (AlSi7Mg) получают высокую прочность и удлинение при комнатной температуре, когда подвергаются термической обработке на состояние Т6. В этом случае необходимо внимательно контролировать остаточные напряжения, которые возникают при закалке отливки для достижения состояния Т6. Более высокое сопротивление растрескиванию этих сплавов дают им возможность противостоять термическим усталостным нагрузкам. Это происходит за счет определенного ухудшения обрабатываемости резанием и повышения стоимости из-за дополнительных расходов на термическую обработку на состояния Т6 или Т7. Выполнение требования по пониженному содержанию примесей, таких как железо, марганец, медь и никель, также требует дополнительных расходов по сравнению со вторичными сплавами, которые упоминались выше.

Блоки цилиндров из заэвтектоидных алюминиево-кремниевых сплавов (AlSi17CuMg) обычно отливают методом литья при низком давлении с последующей термической обработкой на состояние Т6. Этот сплав также более дорогой, чем стандартные литейные сплавы из вторичного алюминия.

Автомобильные эксплуатационные материалы

Основные марки сталей и чугунов, применяемых при производстве и ремонте автомобилей

Общие сведения о цветных металлах и сплавах, применяемых в конструкции автомобилей

Основные марки сталей и чугунов, применяемых при производстве и ремонте автомобилей

Все стали в зависимости от химического состава разделяют на углеродистые и легированные. К углеродистым относят те, в которых основным элементом, влияющим на свойства, является углерод. Легированные стали содержат добавки различных цветных металлов и неметаллических веществ (кремний, бор), которые изменяют свойства стали в нужном направлении, придавая ей специальные свойства.

Г1о назначению стали подразделяются на конструкционные, инструментальные и специальные. При производстве и ремонте автомобилей применяют стали углеродистые и легированные всех трех групп, причем сортамент их включает более 250 марок: углеродистые конструкционные обыкновенного качества, углеродистые конструкционные качественные, литейные углеродистые, низколегированные и легированные конструкционные, автоматные, рессорно-пружинные, высоколегированные корро-зионностойкие, жаростойкие и жаропрочные, инструментальные стали и др.

Для обозначения различных марок стали установлена буквенно-цифровая система маркировки сталей.

Рекламные предложения на основе ваших интересов:

Углеродистые конструкционные стали обыкновенного качества применяют для автомобильных деталей, изготовленных с помощью сварки и работающих при небольших нагрузках.

В зависимости от гарантируемых характеристик качества стали Делятся на группы А, Б и В. Стали группы А поставляются по механическим свойствам и маркируются СтО, Ст1, Ст2, СтЗ, Ст4, Ст5, Стб. Стали группы Б посталяются по химическому составу и маркируются БСтО — БСтб. Стали группы В поставляются по механическим свойствам и химическому составу и маркируются ВСт1— ВСтб. Во всех марках буквы Ст обозначают «сталь», а цифры — номер стали. Чем выше номер, тем больше в стали углерода и тем выше ее твердость.

Область применения сталей обыкновенного качества: СтО — Lt4 — малонагруженные детали конструкции кузова автомобиля, кРепежа, гнутые профили; Ст5, Стб — средненагруженные оси, малоответственные болты и гайки, клинья, планки, профили и т. д.

При производстве сталей данного назначения получают два рода сталей: полуспокойную и кипящую. Кипящая сталь при застывании в изложнице обильно выделяет газы — кипит. Для отличия этих сталей в марку стали добавляют буквы «кп» или «пс» например, БСт1пс, Ст2кп.

Углеродистые конструкционные сталп качественные идут на изготовление деталей кузовов, двигателей и нормалей. Стали этой группы подразделяются на подгруппы: малоуглеродистые высокой пластичности марок 08—10, малоуглеродистые меньшей пластичности марок 15—25, среднеуглеродистые повышенной прочности марок 30—55, высокой прочности марок 60—80. Цифры в обозначении марок сталей указывают среднее содержание углерода в сотых долях процента.

Стали марок 08—10 (содержание углерода от 0,08 до 1%) хорошо деформируются в холодном состоянии, поэтому применяются для штамповки кузовных облицовочных деталей, панелей крыши и дверей. Стали марок 15—25 хуже деформируются, но хорошо свариваются и подвергаются химико-термической обработке. Они применяются для деталей, изготовляемых штамповкой, высадкой и протяжкой (поперечины, распорки, усилители, рычаги, кронштейны, вал рулевого механизма, тяги, шкивы, крепеж и т. д.).

Читайте также:  Почему не открывается дверь в автомобиле ключом

Сталп марок 30—55 идут на изготовление методом горячей штамповки различных деталей широкого применения: валов, зубчатых колес, полуосей и т. д. Для них используют все виды термической обработки, значительно повышающие эксплуатационные и прочностные свойства деталей.

Сталп марок 60—80 обладают высокой прочностью и упругими свойствами, приобретаемыми после закалки и отпуска. Их примениют для деталей, работающих при больших статических и динамических нагрузках: крестовин карданных шарниров, дисков сцепления, гибких валов, пружин и т. д.

Стали литейные углеродистые применяют для изготовления литых автомобильных деталей различными методами литья, в том числе точного для фасонных деталей с минимальным объемом последующей механической обработки.

Марки сталей этой группы обозначают двухзначным числом с добавлением буквы Л, например: 15Л, 20Л, 25Л. Из литейных сталей получают отливки различных корпусных деталей, ступиц колес, дисков, зубчатых колес, муфт, маховиков и т. д.

Низколегированные и легированные стали дороже качественных углеродистых сталей, но по свойствам их существенно превосходят. Ио сравнению с углеродистыми эти стали обладают более высоким пределом прочности, лучшей пластичностью и вязкостью, пониженной хладоломкостью, лучшей коррозионной стойкостью. Легированные стали позволяют обеспечить оптимальные механические свойства валов и других ответственных деталей.

Все положительные свойства легированным сталям придают легирующие добавки элементов: хрома (X), марганца, (Г), никеля (И), кремния (С), молибдена (М), вольфрама (В) и др.

Маркировка легированной стали состоит из двух цифр и последующих букв: цифры обозначают содержание углерода в сотых долях процента, буквы — условное обозначение легирующего элемен-

Если после буквы идет цифра, то она указывает на содержание ТцРИрующего элемента в процентах. Отсутствие цифры после буквы бозначает содержание легирующего элемента в пределах менее 1%. Например, 18ХН2М — хромоникельмолибденовая сталь для рычагов привода клапанов, содержащая 0,18% углерода (С), до 1 % хрома /X), 2% никеля (Н2) и до 1% молибдена (М).

Легированные стали применяются в основном на автомобилях для изготовления наиболее ответственных деталей: поршневых пальцев, толкателей, клапанов, шатунов, осей, валов переключения передач, шестерней, сателлитов, полуосей, высокоточных деталей системы питания дизелей и др.

Низколегированные стали применяют для металлоемких несущих элементов конструкции автомобиля, таких, как грузовая платформа, рама, балка моста и др.

Сталь автоматная применяется главным образом для изготовления крепежных автомобильных деталей (болтов, гаек, шпилек) на быстроходных автоматных станках. Для достижения повышенной обрабатываемости она содержит до 0,3% серы и до 1,5% фосфора и поставляется в холоднотянутом состоянии в виде путков. Марка стали перед цифровым обозначением содержания углерода в сотых долях процента имеет букву А — автоматная (А20, А40 — с легирующей добавкой марганца).

Сталь рессорно-пр ужинная подразделяется на качественную, высококачественную и коррозионностойкую и характеризуется высокими значениями предела текучести и выносливости. Наибольшее применение для пружин общего назначения, подвески, рессорных листов и торсионов находят углеродистые качественные стали марок 65, 70, 75, 85, а также стали с таким же содержанием углерода и добавками марганца (60Г, 65Г, 70Г), кремния (60С2, 70СЗ) и др.

Сталь высоколегированная корозионно-стойкая жаростойкая и жаропрочная предназначена для работы в агрессивных средах и при высоких температурах. В зависимости от основного назначения стали этой группы Делятся на подгруппы : I — коррозионностойкую против всех видов коррозии (20X13, 17Х18Н9 и др.); II — жаростойкую до 500 °С (40Х9С2 и др.); III — жаропрочную до 1000 °С (36Х18Н25С2 и др.).

Из сталей указанных подгрупп изготовляют детали систем питания двигателей, запорную иглу карбюратора, пружины, детали форсунок, клапаны, глушители и т. п.

Стали для изготовления инструмента и технологической оснастки отличаются повышенной твердостью и теплостойкостью. Они содержат углерод и различные легирующие добавки. В обозначении марки стали содержание углерода указывается в десятых долях процента, а легирующие элементы обозначаются по аналогии с углеродистыми легированными сталями. Например: 4ХС – 0,4% С, 1% хрома, 1% кремния.

Особую группу инструментальных сталей составляют быстро-Режущие Сталн, которые предназначены для изготовления режущего инструмента быстроходных станков. Они имеют в обозначении марки стали букву «Р» (режущая) и число — процент содержания вольфрама. Например, Р9 — быстрорежущая, 9% — содержание вольфрама, а содержание углерода превышает 0,7%.

Чугуны, применяемые для автомобилей, классифицируются по состоянию углерода в сплаве (микроструктуре) на следующие основные виды: серый чугун (СЧ), белый чугун, ковки чугун (КЧ).

В сером чугуне весь углерод находится в свободном состоянии р. виде пластинчатого или шаровидного графита. Ковкий чугун представляет собой то же, что и серый чугун, но форма включений графита хлопьевидная.

В белом чугуне весь углерод связан в химическое соединение — цементит, вследствие чего он обладает повышенной твердостью.

Серый чугун маркируют буквенно-цифровыми обозначениями. Буквы СЧ обозначают серый чугун, а цифры, написанные через тире — предел прочности при растяжении (первая группа) и при изгибе (вторая группа). Например, СЧ18-36 означает, что серый чугун данной марки имеет предел прочности при растяжении 18 кгс/мм2, при изгибе — 36 кгс/мм2.

Ковкий чугун маркируют так же, как и серый, но вторая группа цифр здесь обозначает относительное удлинение в процентах. Например, КЧ35-10 означает: ковкий чугун с пределом прочности на растяжение 35 кгс/мм2 и относительным удлинением 10%.

Чугуны находят широкое применение при изготовлении автомобильных деталей. Из серого чугуна изготавливают блоки цилиндров двигателей ЗИЛ, ЯМЗ, ГАЗ, головки цилиндров, гильзы блоков цилиндров, картера сцеплений, коробок передач, маховики, тормозные цилиндры, барабаны и др.

Ковкий чугун идет на изготовление деталей повышенной прочнее-; ти и вязкости: картеров редукторов, коробок передач, кронштейнов рессор, коробок сателлитов и др.

Белый чугун применяется для изготовления деталей повышенной усталостной прочности: коленчатых и распределительных валов, седел клапанов, шестерен масляного насоса, суппортов дискового тормоза ВАЗ и др.

Рекламные предложения:

Читать далее: Общие сведения о цветных металлах и сплавах, применяемых в конструкции автомобилей

атегория: — Автомобильные эксплуатационные материалы

Главная → Справочник → Статьи → Форум

Втулки алюминиевых блоков цилиндров

Алюминиевые литейные сплавы, которые обычно применяют для изготовления блоков цилиндров, недостаточно твердые и износостойкие, чтобы непосредственно работала в паре скольжения с поршнями двигателей. Для этой цели подходят только заэвтектоидные алюминиевые сплавы типа AlSi17CuMg.

Поэтому в алюминиевых блоках цилиндров широко применяют чугунные втулки. Наиболее широко применяется метод установки чугунных втулок, при котором их вставляют в литейную форму блока цилиндра перед ее заливкой. Кроме того, чугунные втулки устанавливают также методом горячей запрессовки. Для создания прочной и износостойкой поверхности скольжения блока цилиндров применяют также различные методы напыления – термические, плазменные, электродуговые и другие.

Source: European Aluminium Association, 2011

Неисправности и ремонт блока цилиндров[29]

При нормальной эксплуатации наблюдается постепенный износ поверхности цилиндров. Если блок цилиндров не имеет сменных гильз, то по достижении предельного размера он подлежит расточке до следующего ремонтного размера, с установкой соответствующей поршневой. Можно на значительное время отодвинуть расточку установкой колец следующего ремонта с их подгонкой, но придётся смириться со стуком холодных поршней, и несколько повышенным расходом масла. Если же блок имеет сменные гильзы, то они подлежат замене с кольцами и (обычно) с поршнями.

при установке колец в не расточенный блок нужно выставлять зазор в замке не в верхней части, где износ больше, а в нижней. Проверять в неизношенном верхнем пояске необходимости нет, так как кольца его не достигают. Всё же полезно очистить этот поясок от нагара «нулёвкой» для облегчения монтажа колец.

Все остальные неисправности блока цилиндров вызваны неправильной эксплуатацией, либо заводским браком. При размораживании блока его рубашка снаружи трескается, и подлежит заварке аргоном (алюминиевый сплав), запайке латунью или заклейке эпоксидным клеем (чугунный блок). Возникшие трещины в неответственных местах могут завариваться (чугун — электродом с чёрным маркером, алюминий — сваркой аргоном), корродированные места под гильзы могут наплавляться и протачиваться.

Заводской брак может иметь две причины: конструкторские ошибки, приводящие к систематическим разрушениям (трещины) в большом проценте блоков, и брак на конвейере. Например, после отливки (но перед механической обработкой) заготовка должна пройти естественную или искусственную релаксацию напряжений. Когда в связи с реформами на АвтоВАЗ складской цикл хранения сократили, пошёл массовый брак (коробление) блоков после мехобработки. Поэтому пришлось вводить выдержку отливок при температуре для релаксации напряжений. Возможны такие виды брака как негерметичность рубашки (трещины, свищи), выходы дефектов на поверхность цилиндра, отклонения размеров, коробление. В части случаев такой заводской брак устраним.

В случае утери крышки коренных подшипников может возникнуть необходимость расточки постелей — после просаживания крышек на необходимую величину 2-4 мм и тщательного базирования постели растачивают борштангой напроход.

В случае вырыва шпильки с резьбой из блока — высверливают обломыш (если он остался), затем нарезают увеличенную резьбу, и ввёртывают ремонтную шпильку. Такие неприятности чаще всего случаются в алюминиевых блоках.

В случае повреждения газового стыка в блоке с сухой гильзой, поверхность шлифуют до устранения дефекта. При этом нужно контролировать выступание поршней над плоскостью при сборке — при превышении нормы поршни придётся подточить в размер, во избежание соударения с головкой.

Ввиду разнообразия конструкций блоков, следует в общем случае полагаться на инструкцию по ремонту соответствующего двигателя.

Источник

Поделиться с друзьями
Практические советы по железу и огороду
Adblock
detector