RU2122588C1

RU2122588C1 - Method of reconditioning piston pins made of steel cement grades of automotive engines

Info

Publication number: RU2122588C1
Application number: RU96120693A
Authority: RU
Inventors: В.Н. Хромов; В.Н. Бугаев
Original assignee: Хабаровский государственный технический университет
Priority date: 1996-10-15
Filing date: 1996-10-15
Publication date: 1998-11-27

Abstract

FIELD: mechanical engineering, repairs of machines. SUBSTANCE: method includes heating of piston pins above point Ac3 and cooling from inside with quenching medium. In this case, as distinguished from the known analogous methods, after heating, cooling is carried out additionally in the air to temperature below point Ar1 by 50-60 C, and additional thermocyclic treatment is carried out by multiple heating above point Ac1 by 25-50 C and cooling down to below point Ar1 by 50-80 C and final cooling with quenching medium from inside with temperature Ac1 (20-50 C). The method allows employment of classic (gradual) method of heat treatment of steel cement grades, rational application of thermocyclic treatment. Combination of employed procedures in the process results in qualitatively new properties of reconditioned piston pins that increased their service life after reconditioning. EFFECT: higher quality of articles and prolonged service life of reconditioned piston pins. 1 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению и ремонту машин, в частности к восстановлению поршневых пальцев двигателей внутреннего сгорания из цементируемых марок стали. The invention relates to mechanical engineering and repair of machines, in particular to the restoration of the piston fingers of internal combustion engines from cemented steel grades.

Известен способ восстановления внутренних поверхностей заготовок, включающий объемный нагрев до 750-770^oC со скоростью 30-60^oC/с, охлаждение - со скоростью 200-300^oC/с (SU, авт.св. N 1341223, C 21 D 1/78, 1987).A known method of restoring the inner surfaces of workpieces, including volumetric heating up to 750-770 ^o C at a speed of 30-60 ^o C / s, cooling at a speed of 200-300 ^o C / s (SU, auth. St. N 1341223, C 21 D 1/78, 1987).

Однако известный способ не позволяет получить материал с высокими физико-механическими свойствами. However, the known method does not allow to obtain a material with high physical and mechanical properties.

Наиболее близок к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату способ восстановления трубчатых изделий из цементируемых марок стали, например поршневых пальцев двигателей внутреннего сгорания, включающий индукционный нагрев точки Ас3 и охлаждение изнутри потоком жидкости (А. С. 495367, C 21 D 1/56, Опубл. Б.И. N 46, 1975). Closest to the proposed technical essence and the achieved result is a method of restoring tubular products from cemented steel grades, for example piston fingers of internal combustion engines, including induction heating of the Ac3 point and cooling from the inside by a fluid stream (A. C. 495367, C 21 D 1/56, Publ. B.I. N 46, 1975).

Однако данный способ не позволяет получить материал с высокими физико-механическими свойствами пластичности и вязкости, что приводит к пониженной прочности. However, this method does not allow to obtain a material with high physical and mechanical properties of plasticity and viscosity, which leads to reduced strength.

Задачей изобретения является повышение качества за счет увеличения долговечности восстановленных поршневых пальцев. The objective of the invention is to improve quality by increasing the durability of the restored piston fingers.

Поставленная задача достигается тем, что в способе восстановления поршневых пальцев автотракторных дизелей из цементируемых марок стали, включающем нагрев выше точки Ас3 и охлаждение закалочной жидкости изнутри, согласно изобретению после нагрева ведут охлаждение на воздухе до температуры ниже точки Ar1 на 50...80^oC и проводят дополнительную термоциклическую обработку (ТЦО), заключающуюся в многократном нагреве выше точки Ac1 на 20... 50^oC и охлаждении ниже точки Ar1 на 50...80^oC, и окончательное охлаждение закалочной жидкостью изнутри с температуры Ac1 + (20...50)^oC.The problem is achieved in that in the method for the restoration of the piston fingers of automotive diesel engines from cemented steel grades, including heating above the Ac3 point and cooling the quenching fluid from the inside, according to the invention, after heating, they are cooled in air to a temperature below 50 ... 80 ^o C and spend additional processing thermocyclic (TCT), which consists in repeated heating above the Ac1 point of 20 ... 50 ^o C and cooling below the Ar1 point 50 ... 80 ^o C, and a final cooling with a quench fluid temperature inside Ac1 + (20 ... 50) ^o C.

При дополнительном охлаждении пальцев на воздухе до температуры ниже точки Ar1 на 50...80^oC, дополнительной ТЦО, заключающейся в многократном нагреве выше точки Ac3 на 20...50^oC и охлаждении ниже точки Ar1 на 50...80^oC, и окончательном охлаждении жидкостью изнутри с температуры Ac1 + (20...50)^oC не перегревается цементованный слой, т.е. не наблюдается рост зерна аустенита, в результате получается структура мелкоигольчатого мартенсита, что придает высокую твердость наружной поверхности восстановленного поршневого пальца HRC 58. ..62, а твердость сердцевины пальцев HRC 20...35 и удовлетворяет ГОСТ 619-70 и ГОСТ 76-66 на технические требования к поршневым пальцам соответственно тракторных дизелей и автомобильных двигателей, и позволяет получить необходимые припуски на механическую обработку 0,2...0,25 мм. А также при закалке, ТЦО и термоупругопластическом деформировании поршневых пальцев в металле как цементованной поверхности, так и низкоуглеродистой сердцевины формируется мелкозернистая структура, что повышает пластичность и вязкость материала, а следовательно, увеличивает прочность изделия в целом.With additional cooling of the fingers in air to a temperature below the Ar1 point by 50 ... 80 ^o C, an additional TCW, consisting in multiple heating above the Ac3 point by 20 ... 50 ^o C and cooling below the Ar1 point by 50 ... 80 ^o C, and final cooling with the liquid from the inside from the temperature Ac1 + (20 ... 50) ^o C, the cemented layer does not overheat, i.e. no growth of austenite grain is observed, as a result, the structure of fine-needle martensite is obtained, which gives high hardness to the outer surface of the restored piston pin HRC 58 ... 62, and the hardness of the finger core HRC 20 ... 35 and satisfies GOST 619-70 and GOST 76-66 on the technical requirements for the piston fingers of tractor diesel engines and automobile engines, respectively, and allows you to get the necessary allowances for machining of 0.2 ... 0.25 mm. As well as during hardening, thermal treatment, and thermoelastoplastic deformation of piston fingers, a fine-grained structure is formed in the metal of both the cemented surface and the low-carbon core, which increases the ductility and viscosity of the material and, consequently, increases the strength of the product as a whole.

Дополнительное охлаждение на воздухе до температуры выше точки Ar1 - 50^oC, дополнительная ТЦО, заключающаяся в многократном нагреве ниже точки Ac1 + 20^oC и охлаждении выше точки Ar1 - 80^oC, и окончательное охлаждение жидкостью изнутри с температуры ниже Ac1 + 50^oC проводить нецелесообразно из-за того, что металл не успевает претерпеть переход из одного состояния в другое, а также уменьшается величина остаточной упругопластической деформации.Additional cooling in air to a temperature above the point Ar1 - 50 ^o C, additional TCA, which consists in repeatedly heating below the point Ac1 + 20 ^o C and cooling above the point Ar1 - 80 ^o C, and the final cooling of the liquid from the inside from a temperature below Ac1 + 50 ^o C it is impractical to carry out due to the fact that the metal does not have time to undergo a transition from one state to another, and the magnitude of the residual elastoplastic deformation decreases.

Дополнительное охлаждение на воздухе до температуры ниже точки Ar1 - 80^oC, дополнительной ТЦО, заключающейся в многократном нагреве выше точки Ac1 + 50^oC и охлаждении ниже точки Ar1 - 80^oC, и окончательное охлаждение жидкостью изнутри с температуры Ac1 + 50^oC проводить нежелательно из-за перерасхода электрической энергии и чрезмерного увеличения остаточной упругопластической деформации, что приводит к дополнительному сошлифовыванию припуска и утоньшению закаленного цементованного слоя.Additional cooling in air to a temperature below the point Ar1 - 80 ^o C, additional TCA, which consists in multiple heating above the point Ac1 + 50 ^o C and cooling below the point Ar1 - 80 ^o C, and the final cooling from the inside by the liquid from the temperature Ac1 + 50 ^o C it is undesirable to carry out due to an excessive consumption of electric energy and an excessive increase in the residual elastoplastic deformation, which leads to additional grinding of the allowance and thinning of the hardened cemented layer.

Авторам известен способ закалки цементованных изделий для повышения механических свойств после цементации, заключающийся в медленном охлаждении до комнатной температуры, а затем дается двойная закалка: первая выше точки Ac3 для сердцевины; вторая выше точки Ac1 для поверхности (см. кн. Гуляев А.П. Металловедение. Учебник для вузов. 6-е изд., перераб. и доп. - М.: Металлургия, 1986, с. 239-294, рис. 261, в), не позволяющей получать достаточные величины остаточной упругопластической деформации для компенсации износов поршневых пальцев. The authors know a method of hardening cemented products to improve the mechanical properties after cementation, which consists in slow cooling to room temperature, and then double hardening is given: the first is above the Ac3 point for the core; the second is above the Ac1 point for the surface (see the book. Gulyaev A.P. Metallurgy. Textbook for high schools. 6th ed., revised and additional - M .: Metallurgy, 1986, pp. 239-294, Fig. 261 , c), which does not allow to obtain sufficient values of residual elastoplastic deformation to compensate for wear of the piston fingers.

Авторам известны также способы термоциклической обработки углеродистых сталей для повышения пластических свойств металла (А.С. 440424, C 21 D 1/00, опубл. в Б. И. N 5, 1975.; кн. Федюкин В.К., Смагоринский М.Е. Термоциклическая обработка металлов и деталей машин. - Л.: Машиностроение. Ленингр. отделение, 1989. - 255 с., с. 204...205), заключающийся в многократном нагреве выше точки Ac1 и охлаждении ниже точки Ar1 сначала на воздухе, а затем в воде. The authors also know methods of thermocyclic treatment of carbon steels to increase the plastic properties of a metal (A.S. 440424, C 21 D 1/00, published in B. I. N 5, 1975; Prince Fedyukin V.K., Smagorinsky M .E. Thermocyclic processing of metals and machine parts. - L .: Mechanical Engineering. Leningrad Branch, 1989. - 255 p., Pp. 204 ... 205), which consists in multiple heating above Ac1 and cooling below Ar1, first by air and then in water.

Однако указанные способы также не позволяют получить достаточные величины остаточной упругопластической деформации для компенсации износов поршневых пальцев. However, these methods also do not allow to obtain sufficient values of residual elastoplastic deformation to compensate for wear of the piston fingers.

В предлагаемом способе восстановления поршневых пальцев совокупность отличающихся признаков, т.е. осуществляют дополнительное охлаждение на воздухе до температуры ниже точки Ar1 на 50...80^oC, дополнительную ТЦО, заключающуюся в многократном нагреве выше точки Ac3 на 20...50^oC и охлаждении ниже точки Ar1 на 50...80^oC, и окончательное охлаждение жидкостью изнутри с температуры Ac1 + (20...50)^oC, позволяет получить требуемую величину раздачи восстанавливаемых поршневых пальцев и мелкозернистую структуру как сердцевины, так и наружного закаленного цементованного слоя, т.е. выполнить иную функцию - повысить физико-механические свойства пластичности и вязкости материала, что значительно увеличит долговечность восстановленных поршневых пальцев. Таким образом, можно сделать вывод, что техническое решение соответствует критерию "существенные отличия".In the proposed method for the restoration of piston fingers, a set of differing features, i.e. carry out additional cooling in air to a temperature below the Ar1 point by 50 ... 80 ^o C, additional TTZ, consisting in multiple heating above the Ac3 point by 20 ... 50 ^o C and cooling below the Ar1 point by 50 ... 80 ^o C , and the final cooling by the liquid from the inside from the temperature Ac1 + (20 ... 50) ^o C, allows to obtain the required distribution of the restored piston fingers and the fine-grained structure of both the core and the outer hardened cement layer, i.e. perform another function - to increase the physico-mechanical properties of the plasticity and viscosity of the material, which will significantly increase the durability of the restored piston fingers. Thus, we can conclude that the technical solution meets the criterion of "significant differences".

На чертеже изображена схема термической обработки изношенных поршневых пальцев. The drawing shows a diagram of the heat treatment of worn piston fingers.

Способ осуществляется следующим образом. См. схему термической обработки. Изношенный поршневой палец объемно нагревают токами высокой частоты (с частотой 2400 Гц и мощностью 50 кВт) выше точки Ac3, т.е. 850^oC, охлаждают на воздухе до температуры ниже точки At1 на 50...80^oC, т.е. до температуры 650...680^oC. Производят нагрев выше точки Ac1 на 20...50^oC (т.е. температуры 750...780^oC) и охлаждение ниже точки Ar1 на 50...80^oC (т.е. температуры 650. ..680^oC). Этот режим термоциклической обработки повторяют 4...6 раз. Затем нагревают палец выше точки Ac1 на 20...50^oC (т.е. температуры 750. . .780^oC) и окончательно охлаждают закалочной жидкостью (водой с температурой 20^oC) изнутри до температуры охлаждающей среды, т.е. 20^oC, охлаждение прекращают. Поршневой палец подвергают механической обработке на бесцентрово-шлифовальных станках до номинального размера.The method is as follows. See heat treatment diagram. A worn piston pin is volume-heated with high-frequency currents (with a frequency of 2400 Hz and a power of 50 kW) above the Ac3 point, i.e. 850 ^o C, cooled in air to a temperature below the At1 point by 50 ... 80 ^o C, i.e. to a temperature of 650 ... 680 ^o C. Produce heating above the Ac1 point by 20 ... 50 ^o C (i.e. temperature 750 ... 780 ^o C) and cooling below the Ar1 point by 50 ... 80 ^o C (i.e., temperatures of 650 ... 680 ^° C). This mode of thermocyclic processing is repeated 4 ... 6 times. Then, the finger is heated above the Ac1 point by 20 ... 50 ^° C (i.e., temperature 750 ... 780 ^° C) and finally cooled by quenching liquid (water with a temperature of 20 ^° C) from the inside to the temperature of the cooling medium, i.e. . 20 ^o C, cooling is stopped. The piston pin is machined on a centerless grinding machine to a nominal size.

Пример конкретного выполнения способа. Изношенные поршневые пальцы автотракторных дизелей ЯМЗ-236, ЯМЗ-238, ЯМЗ-240 из стали 13ХН3А с закаленной цементованной наружной поверхностью длиной 110 мм, наружный диаметр 50 мм, внутренний диаметр 30 мм нагревают индукционным способом до температуры 850^oC, проводят дополнительную термоциклическую обработку (ТЦО), заключающуюся в индукционном нагреве поршневого пальца в том же индукторе и на той же установке ТВЧ, что и первоначальный нагрев до температур 760...780^oC и охлаждение до температур 680...650^oC, окончательный нагрев до температур 760.. . 780^oC. Затем поршневой палец зажимают по торцам в специальном охлаждающем устройстве с двумя полыми захватами. В захват, через который подается вода, вмонтирован спрейер. Охлаждение нагретого поршневого пальца ведут водой с температурой 18...30^oC до температуры охлаждающей среды.An example of a specific implementation of the method. Worn piston pins of YaMZ-236, YaMZ-238, YaMZ-240 automotive diesel engines from steel 13KHN3A with a hardened cemented outer surface 110 mm long, an external diameter of 50 mm, an internal diameter of 30 mm, are heated by induction to a temperature of 850 ^o C, additional thermal cycling is carried out (TCO), which consists in the induction heating of the piston pin in the same inductor and on the same HDTV installation as the initial heating to temperatures of 760 ... 780 ^o C and cooling to temperatures of 680 ... 650 ^o C, the final heating to temperatures 760 ... 780 ^o C. Then the piston pin is clamped at the ends in a special cooling device with two hollow grips. A sprayer is mounted in the grip through which water is supplied. The heated piston pin is cooled with water at a temperature of 18 ... 30 ^o C to the temperature of the cooling medium.

После полного охлаждения поршневые пальцы получают приращение наружного диаметра и высокие физико-механические свойства металла (см. табл.). После раздачи поршневые пальцы проходят механическую обработку до номинального размера. After complete cooling, the piston fingers receive an increment of the outer diameter and high physical and mechanical properties of the metal (see table). After distribution, the piston fingers are machined to a nominal size.

По результатам таблицы видно, что наиболее оптимальными режимами нагрева и охлаждения поршневых пальцев с точки зрения получения необходимых приращений наружного диаметра и улучшения механических свойств являются режимы 1 и 2. According to the results of the table it can be seen that the most optimal modes of heating and cooling the piston pins from the point of view of obtaining the necessary increments of the outer diameter and improve the mechanical properties are modes 1 and 2.

Использование изобретения по сравнению с прототипом позволяет проводить классический (ступенчатый) способ термической обработки цементируемых марок стали, рационально использовать термоциклическую обработку в технологическом процессе восстановления деталей из цементируемых марок стали. А совокупность применяемых приемов в технологическом процессе дает качественно новые свойства восстановленных поршневых пальцев, что значительно повышает их долговечность после ремонта. Using the invention in comparison with the prototype allows you to carry out the classic (step) method of heat treatment of cemented steel grades, it is rational to use thermocyclic processing in the process of recovering parts from cemented steel grades. And the set of applied techniques in the process gives qualitatively new properties of the restored piston fingers, which significantly increases their durability after repair.

Claims

The method of restoration of piston fingers of atotractor diesels from cemented steel grades, including heating above Ac3 and cooling with quenching liquid from the inside, characterized in that after heating they are additionally cooled in air to Ar1- (50-80) ^o C, additional thermal cycling is carried out with multiple heating to Ac1 + (20-50) ^o C and cooling to Ar1- (50-80) ^o C and final cooling by quenching fluid from the inside with Ac1 + (20-50) ^o C.