RU1836191C - Способ изготовлени направл ющей клапана двигател внутреннего сгорани и материал дл направл ющей клапана двигател внутреннего сгорани - Google Patents

Abstract

Описываютс  направл юща  клапана и способ ее изготовлени . Направл юща  клапана  вл етс  трубчатым изделием, имеющим отношение длины к наружному диаметру больше 1,5. и выполнена из материала на основе железа способом порошковой металлургии. Спрессованна  направл юща  пропитываетс  путем приготовлени  листа из пропитывающего сплава, прокатки этого листа в цилиндрическую форму и вставлени  его в отверстие направл ющей, после чего производитс  предпочтительно одновременно спекание и пропитывание. 2 с. и 10 з.п. ф-лы, 1 ил.

Description

со

с

Изобретение касаетс  материала дл  направл ющих клапана двигателей внутреннего сгорани  и способа изготовлени  направл ющей клапана.

Предложен способ пропитывани  трубчатого компонента, имеющего относительно высокое пропорциональное отношение сторон, и где масса пропитывающего материала легко контролируетс .

: Согласно первому отличительному признаку изобретени , предусматриваетс  способ пропитывани  трубчатого компонента, имеющего отверстие и относительно высокое пропорциональное отношение сторон, который включает в себ  стадии образовани  трубчатого компонента в железистом материале способом порошковой металлургий , причем компонент имеет плотность в диапазоне требуемых плотностей и также

имеет сообщающуюс  пористость, приготовление листа требуемого веса из меди или медного сплава, преобразование этого листа практически в цилиндрическую форму и общего диаметра дл  монтажа внутри отверсти  трубчатого компонента, и под- вергание трубчатого компонента и смонтированного цилиндрического листа тепловой обработке при такой температуре, что медь или медный сплав плавитс  и пропитывает, по крайней мере, часть трубчатого компо- нента смежную с отверстием.

Операци  термической обработки может быть одновременной операцией спекани  и пропитывани  или трубчатый компонент может быть подвергнут предварительному спеканию.

Дл  более крупных размеров трубчатого компонента экономично использовать труб00

ы о

ю

СА

ку из меди или медного сплава в качестве пропитывающего материала в отверстии.

Прокатанный лист может при необходимости быть преобразован в трубку посредством , например, точечной сварки, роликовой сварки, пайки или блок штамповки прокатанной полосы. Это может иметь преимущество, например, при манипулировании прокатанной полосой и легкости монтажа в.трубчатом компоненте.

Преимущество способа согласно изобретению в том, что масса пропитывающего материала может легко контролироватьс . Медную полосу нужно только разрезать на определенные отрезки, исход  при этом из данной толщины и ширины материала, масса пропитывающего материала может контролироватьс  таким образом, что при необходимости только зона, смежна  с отверстием направл ющей клапана, будет пропитыватьс . Природна  упругость медного пропитывающего материала может служить дл  удержани  пропитывающего материала на месте до пропитывани , упроща  тем самым манипулирование.

Обычна  свободно доступна  медь может использоватьс  дл  пропитывани , так как небольша  величина эрозии отверсти  железистого компонента РМ не имеет значени , поскольку это неизбежно устран етс  при механической обработке.

Олово, содержащеес  в пропитывающем материале, преп тствует образованию карбидов между железистой матрицей и свободным несмешанным графитом. Это создает микроструктуру в спеченной направл ющей , в которой свободный графит существует не только в матрице, но и в пропитывающем материале, содержащемс  в порах, выгодные эффекты в отношении трени  и тем самым свойств износа. Так как образование карбидов предотвращаетс , способность механической обработки направл ющей клапана также значительно повышаетс .

Когда используетс  прокатанна  полоса дл  образовани  пропитывающего тела, состав может при необходимости регулироватьс  дл  снижени  эрозии отверсти  и/или улучшени  скольжени  и износостойкости пропитанной поверхности. Практически диапазон сплавов, из которых может быть изготовлена полоса, превышает диапазон , из какого могут экономически изготавливатьс  трубки.

В. частности, выгодным материалом дл  изготовлени  пропитывающего компонента  вл етс  олово - бронзовый сплав, имеющий состав: мас.% Sn, 0.02 - 0,5 мае. Р, остальное медь.

Содержание менее 2% олова ведет к слишком высокой температуре солидуса, чтобы противосто ть эрозии отверсти  направл ющей во врем  пропитывани , так

как растворимость в твердом состо нии меди в железе в значительной мере зависит от температуры в этом диапазоне состава. Растворимость железа и меди при точке плавлени  меди составл ет .4$,, тогда как

0 растворимость при 1000°С составл ет 2,6%. Когда отверстие направл ющей разворачиваетс  до 0,25 мм, то возможно, что поверхность не будет вс  чистой, если степень эрозии во врем  пропитывани  слиш5 ком больша . Подшипниковые свойства олов нных бронз ухудшаютс  при низких содержани х олова.

При содержьнии олова свыше .11 % температура солидуса слишком низка , что мо0 жет привести к малоэффективному спеканию железистой матрицы, происход щему до плавлени  пропитывающего материала . Текучесть пропитывающего материала также становитс  слишком боль5 шой, чтобы можно полностью было удерживать в матрице направл ющей, привод  к кусковым блокам пропитывающего материала , образующихс  на наружном диаметре. Содержание олова в пропитывающем

0 материале также содействует предотвращению образовани  карбида во врем  спекани .

Уровни фосфора  вл ютс  обычными дл  олов нных бронз дл  целей раскисле5 ни .

Еще одно преимущество использовани  меди или медного сплава в качестве пропитывающего материала в том, что рабоча  температура направл ющей клапана

0 значительно снижаетс  благодар  повышенной теплопроводности матрицы. Использование пропитывающего материала может обеспечить теплопроводность пропитанной направл ющей клапана, близ5 кую к теплопроводности направл ющей клапана из обычного чугуна, котора  может быть выше 50 В/м/ К. Теплопроводность известных непропитанных железистых РМ материалов дл  нэправл 0 ющей клапана значительно ниже, около 20- ЗОВ/м/К.

Согласно второму отличительному признаку изобретени  предусматриваетс  пропитанна  направл юща  клапана, когда она

5 изготовлена в соответствии с первым отличительным признаком насто щего изобретени .

На чертеже показана схематично направл ющей клапана, имеюща  в своем отверстии перед спеканием пропитывающий

(Материал в виде прокатанной фольги из ме- |ди или сплава на основе меди. Направл юща  1 клапана имеет внутрен- j нее продольное отверстие 2. В отверстии расположен кусок листового материала из медного сплава, прокатанного в трубку t3, с перекрывающими концами {кромки) 4 и 5, Природна  упругость материала дает возможность катанной трубке 3 удерживатьс  в отверстии во врем  транспортировани  (манипулировани ) перед спеканием и пропитыванием .

П р и м е р 1. Порошкова  смесь, состо ща  из железа, 0,9 мае.% графита, 4 мае. % меди с зернистостью - 300 меш. 0,5 мас.% твердой смазки и 0,5 мас.% фугитивной смазки, спрессована в цилиндрические трубки длиной 43,5 мм, внутренним диаметром 6.25 мм, наружным диаметром 12,85 мм, при давлении прессовани  около |600МПа.;

Полоса из красной меди толщиной 0,55 I мм, нарезанна  по ширине 17,7 мм, скру- чена в трубку с номинальным диаметром 6,25 мм. Трубка разрезана на отрезки длиной 43,5 мм, которые вставл ютс  в необработанные трубчатые заготовки.

Дл  сравнени , выпускаемые промышленностью порошки на основе меди в качестве пропитывающего материала использовались дл  пропитывани  других необ- j работанных трубчатых заготовок, уплотн   | трамбовкой массу, порошка на основе меди в отверстии дл  удержани  на месте.

Трубчатые заготовки затем спекают в, атмосфере водорода и азота при 1100° С в течение 30 мин.

i Проверка спеченных заготовок показэ- |ла, что пропитывание заготовок, которые j содержали прокатанную медную полосу, {было полным, микрошлифы показали мак- |симальную объемную фракцию медной фазы в отверстии с небольшим обеднением в направлении наружного диаметра. Не было остатка на отверстии, и максимальна  глубина эрозии стальной матрицы у отверсти  составила 0,3 мм.

Заготовки, набитые пропитывающим порошком, выплеснули избыточный поро- | шок, остатки больших глобул рных медных частиц и пористого пропитывающего мате- I риала оставались адгезированными к отвер- |стию спеченной заготовки, преп тству  непосредственному развертыванию поверхности отверсти .

Развертывание спеченных заготовок, i которые содержали прокатанные медные iполосы, производилось с использованием |шестизубной развертки без предварительной чистки отверсти . Развернутое отверстие показало пренебрегаемую продольную релаксацию длины,

П р и м е р 2. Трубчатые компоненты, имеющие номинальную длину 51 мм, внут- 5 ренний диаметр 6,2 мм и наружный диаметр 11 мм, спрессованы из порошка на основе железа, имеющего состав: 1,5-2,5 мас.% С; З-бмас.% Си;0,3-07мас.%5п;0,2-0,5мас.% Р; 0,1-0,5 мас.% Мп; 0,05-0,025 мас.% S;

0 остальное-железо, до плотности 6,9 мг/м3. Фольгу из сплава фосфористой бронзы , имеющей номинальный состав Cu-5 Sn - 0,3 Р и толщину 0,3 мм, скручивали в цилиндрическую форму дл  монтажа с плот5 ной посадкой в отверстии необработанных заготовок, разрезали на отрезки и вставл ли в отверсти  необработанных заготовок направл ющей клапана,

Узлы заготовки направл ющей клапана

0 / пропитывающей фольги одновременно спекались и пропитывались в атмосферу водорода/азота с управл емым содержанием углерода дл  предотвращени  декарбюри- зации основного сплава в течение периодов

5 времени и при температурах, обеспечивающих эффективные спекание и пропитывание заготовок направл ющей клапана.

Спеченные и пропитанные заготовки имели плотности больше 7,2 мг/м3 и величи0 ны твердости свыше 90 НРБ. Микроструктуры показали хорошо пропитанную структуру с эвтектикой крупнозернистых карбидов и мелкозернистых фосфидов и повышенным уровнем свободного графита по

5 сравнению с непропитанным сплавом. Свободный графит был и в структуре матрицы, ив районах медного сплава как пропитывающего материала.

Образцы этих направл ющих были раз0 вернуты до внутреннего диаметра 8,0 мм механическом разверткой с двойным зубом, котора  давала чистоту обработки поверхности 1,6 мк На.

Развернута  направл юща  была под5 вергнута испытанию на износ на стенде, предназначенном имитировать абразивный износ (истирание) движущихс  штока клапана направл ющей клапана. При испытании внутренний диаметр направл ющей клапа0 на периодически терс  о шток клапана с частотой 1600 ходов/мин при 150°С с приложенной нагрузкой поперек оси направл юща /шток 8,0 кг. Испытание проводилось при трении направл ющей клапана о шток

5 из нелегированной без покрыти  стали Силхром. Направл юща  клапана выдержала максимальную де тельность испытани  1800 мин без свидетельства разрушени  или износа, но этот результат не достигалс  в случае любого другого материала порошковой металлургии дл  направл ющей клапана или обычно используемого материала чугуна, Это испытание показывает повышенные свойства износостойкости пропитанной направл ющей.

В дальнейших испытани х такие развернутые направл ющие испытывались при той же длительности, частоте 750 циклов/мин , при окружающей температуре, с приложенной поперечной нагрузкой 8,0 кг; использовались штоки из углеродистой без покрыти  стали 21:4. Эти направл ющие также не показали разрушени  или истирани . Дл  сравнени  обычно используемые направл ющие из высокопрочной латуни показали при таком же испытании прогрессивное истирание после 500-600 мин.

При испытани х единственной использованной смазкой было начальное покрытие машинного масла на материале штока перед испытанием толщиной, котора  могла поддерживатьс  по ходу свободного стека- ни  по штоку, смонтированному вертикально , в течение 1ч.

Ф о р м у л а и з о б р ет е н и  

Claims (12)

1.Способ изготовлени  направл ющей клапана двигател  внутреннего сгорани , включающий прессование пористого трубчатого элемента из порошка на основе леза и спекание, о тли ч а ю щ и и с   тем, что перед спеканием в отверстии трубчатого элемента размещают лист, свернутый в трубку из меди или медного сплава, и провод т пропитку в процессе спекани  при температуре выше температуры плавлени  меди или медного сплава.

2.Способ по п.1, о тли ч а ю щ и и с   тем, что лист свертывают в трубку и соедин ют сваркой, пайкой или штамповкой.

3.Способ по п.1, отличающийс  тем, что трубчатый элемент предварительно спекают,

4.Способ по п. 1. о т л и .ч а ю щ и и с   тем, что используют лист из сплава фосфористой бронзы следующего состава, мас.%:

Олово2-11

Фосфор0;02-0,5

МедьОстальное

5.Способ по п,4, отличающийс  тем, что используют лист из сплава следующего состава, мас.%:

Олово5

Фосфор0,3

МедьОстальное

6.Способ по п.1, о т л и ч а ю щи и с   тем, что прессуют трубчатый элемент до плотности 6,9 мг/м3..

7. Материал дл  направл ющей клапана двигател  внутреннего сгорани , содержащий матрицу на основе железа с добавками графита, меди, оЛова, фосфора, о т л и ч а ю- щ и и с   тем, что матрица пропитана медью или медным сплавом.

8 Материал по п.7, о т л и ч а ю щ и и с   тем, что матрица на основе железа дополнительно содержит марганец и серу при следующем соотношении компонентов, мас.%: Графит1,5-2,5

Медь3-6

Олово.0,3-0.7

Фосфор0,2-0.5

Марганец0.1-0.5

Сера0.05-0,25

ЖелезоОстальное

9.Материал по п.7, о т ли ч а ю щ и и с-   тем. что пропитывающий медный сплав содержит компоненты в следующем соотношенйй , мас.%:

Олово2-11

Фосфор0,02-0.5

МедьОстальное

10.Материал по п.7, о т л и ч а ю щ и и с   тем, что пропитывающий медный сплав содержит компоненты в следующем соотношении , мас.%:

Олово5

Фосфор0,3

МедьОстальное

11.Материал по п.7, отличающийс  тем, что он имеет плотность 7,2 мг/м3.

12.Материал, по п.7, от л ича ю щийс  тем, что его микроструктура имеет эвтектику

грубозернистых карбидов, тонкозернистых фосфидов, свободный графит и взаимосв занную систему из меди или медного спла