Obrabotka Metallov 2010 No. 3

ª°£®¦©¬ £¢£«¦£ УДК 669.715.(043.3)2 «®¦§¤§¡¸ ¨§¤¬°¦¡¸ ª¤¡«£§ §©¥¡©§¦¦´® §«§§£ ¡ ¨§©±¦¢ ¡ ¶«£«¡°ª£§§ ©§¨©§°¦§§ ª¡¤¬¥¡¦ ¡ ¡® ª§¢ª« В.К. АФАНАСЬЕВ, доктор техн. наук, профессор, А. Н. ПРУДНИКОВ, канд. техн. наук, доцент ( СибГИУ, г .Новокузнецк ) А. В.Горшенин, ведущий инженер ОАО «ПАТП-4» (г. Новокузнецк) Статья поступила 13 апреля 2010 654007, г. Новокузнецк, ул. Кирова, 42, Сибирский государственный индустриальный университет, w.afanasev@nvkz.kuzbass.net Статья посвящена разработке состава, технологии литья и модифицирования структуры слитков полунепрерывного литья из заэвтектического жаропрочного силумина, а также технологии получения поршней для тяжелонагруженных двигателей в промышленных условиях и изучению их свойств. Ключевые слова: силумин, микроструктура, жаропрочность, поршень, свойства, модифицирование Article is devoted to development of structure, technology of moulding and modifying of structure of ingots continuous moulding from hypereutectic heat resisting силумина, and also technologies of reception of pistons for gravity loading engines in industrial conditions and to studying of their properties. Key words: silumin, microstructure, thermal stability, the piston, properties, modifying Одной из самых ответственных и напряженных деталей двигателя внутреннего сгорания является пор- шень. Анализ условий работы поршней современных тяжелонагруженных двигателей показывает, что в про- цессе работы они выдерживают значительные механи- ческие нагрузки от сил давления газов и сил инерции, а также тепловые нагрузки от соприкосновения днища с горячими газами и трения его боковой поверхности о стенки цилиндра. Специфические условия работы поршня двигателя предъявляют разнообразные жест- кие требования к материалам, из которых изготавли- вают поршни. Важнейшие из них [1]: высокая стати- ческая и динамическая прочность, в том числе при рабочих температурах поршня; высокая усталостная прочность; достаточная твердость при нормальной и повышенной температурах; низкий коэффициент ли- нейного расширения; высокая теплопроводность; низ- кий удельный вес; хорошие антифрикционные свой- ства и высокая износостойкость; высокая коррозион- ная стойкость; удовлетворительные технологические свойства. Наиболее широкое распространение среди порш- невых материалов нашли легированные сплавы си- стемы Al-Si благодаря своему комплексу физико- механических свойств. Из них наиболее перспективны заэвтектические легированные силумины с учетом их малого удельного веса, более низкого температурного коэффициента линейного расширения (ТКЛР) и боль- шей износостойкости. Однако наличие в структуре заэвтектических силуминов кристаллов первичного кремния (КПК) снижает прочностные, пластические и технологические свойства сплавов, что не позволяет даже с учетом применения операции модифицирования в настоящее время иметь промышленные технологии получения поршней двигателей внутреннего сгорания из этих сплавов с использованием обработки давлени- ем. Поэтому целью работы явились разработка состава и технологии изготовления поршней обработкой давле- нием из высококремнистого легированного силумина для тяжелонагруженных двигателей и исследование структуры и свойств заготовок и поршней. С учетом ранее проведенных исследований по влия- нию легирующих элементов на структуру и свойства за- эвтектических силуминов [2] и разработки состава спла- ва для поршней тяжелонагруженных двигателей [3], учи- тывающего повышенные температуры в области днища, был выбран состав, отвечающий максимальному значе- нию жаропрочности. В состав входили следующие эле- менты, в % (вес.): Si-18,0; Cu-4,0; Mg-0,6; Ce-0,1; N-0,05; остальное–алюминий. После совместного низкотемпературного наводоро- живания с использованием водяного пара и модифици- рования фосфористой медьюМФ-1 в количестве 0,16 % от массы расплава содержание водорода (0,00015 %) и фосфора (0,012 %) соответствовало регламентирован- ным значениям. Изготовление партии слитков из опытного сплава проводили в центральной заводской лаборатории ОАО «СМК» (г. Ступино). Расплав готовили в электриче- ской печи сопротивления емкостью 100 кг и миксере с карбидокремниевыми нагревателями емкостью 150 кг таким образом, чтобы не прерывать процесс отливки слитка. В качестве шихты использовали технически чи- стые металлы и лигатуры: алюминий А7, силумин Сил0,