RU2124417C1

RU2124417C1 - Fuel intake valve nozzle and method of its manufacture

Info

Publication number: RU2124417C1
Application number: RU96118497A
Authority: RU
Inventors: Андреас Хег Харро
Original assignee: Ман Б Энд В Диесель А/С
Priority date: 1994-03-10
Filing date: 1995-03-09
Publication date: 1999-01-10
Also published as: NO314170B1; NO963760D0; HRP950114A2; DE69502277D1; WO1995024286A1; KR970701605A; JP3355190B2; DE69502277T2; EP0749365A1; HRP950114B1; EP0749365B1; KR100324398B1; JPH09509984A; NO963760L

Abstract

FIELD: mechanical engineering; fuel intake valve nozzle for internal combustion engines, in particular, for large size two stroke engine. SUBSTANCE: valve nozzle is manufactured by acting onto isotropic, fine grain powder placed in mould providing required configuration of nozzle and by subjecting the powder to pressure of the order of 800 bar (790 kgf/cm²) minimum, and temperature of 1000 C, minimum, for at least one hour. Then channel with required number of nozzle holes is made in nozzle blank machined by isostatic pressure in hot state by machining to provide passage of flow. Nozzle can be manufactured of cobalt based alloy pressure treated in hot state, for instance, of stellite 6, or of nickel-based alloy containing 20-30% of Cr, 4-8% of Al and 0.2-0.55% of C, and W, Hf, Nb, Mo, Y and/or Fe in amount of the order of 1.8%. Such nozzle features increased fatigue strength after mechanical machining to required final configuration. EFFECT: enhanced quality if nozzle. 16 cl, 1 tbl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к способу изготовления сопла клапана для впуска топлива, предназначенного для двигателя внутреннего сгорания, в частности для большого двухтактного двигателя, согласно которому по существу изотропный, мелко зернистый порошок, имеющий такой состав, что готовое сопло обладает коррозионной стойкостью в горячем состоянии, размещают в форме и подвергают обработке изостатическим давлением в горячем состоянии, при этом величина давления составляет по меньшей мере 800 бар (790 кгс/см²), а температура по меньшей мере 1000^oC.The invention relates to a method for manufacturing a fuel nozzle valve nozzle for an internal combustion engine, in particular for a large two-stroke engine, according to which a substantially isotropic, finely granular powder having such a composition that the finished nozzle has corrosion resistance in the hot state is placed form and is subjected to isostatic pressure treatment in the hot state, while the pressure is at least 800 bar (790 kgf / cm ² ), and the temperature is at least 1000 ^o C.

При каждом цикле работы двигателя сопло в двигателе внутреннего сгорания подвергается резкому воздействию давления, когда во внутреннюю расточку сопла на выходе из клапана подается топливо под давлением, которое распыляется через отверстия сопла. В зоне вокруг отверстий сопла топливо может оказывать на сопло весьма сильное эрозионное воздействие, которое обуславливает высокие требования к прочности материала сопла, особенно в случае больших двухтактных двигателей, работающих на тяжелом жидком топливе, содержимое которого оказывает сильное эрозионное воздействие. Поскольку сопло на определенном расстоянии выступает в камеру сгорания, оно также подвергается воздействию изменяющейся температуры в этой камере. В больших двухтактных двигателях кончик сопла фактически не охлаждается. Особо высокий уровень температур при сгорании обуславливает высокие требования к материалу сопла, который должен обладать надлежащей прочностью при высоких температурах и, кроме этого, должен быть стойким к коррозии в горячем состоянии. At each cycle of the engine, the nozzle in the internal combustion engine is subjected to a sharp pressure when the fuel is supplied to the internal bore of the nozzle at the outlet of the valve under pressure, which is sprayed through the nozzle openings. In the area around the nozzle openings, fuel can have a very strong erosive effect on the nozzle, which leads to high demands on the strength of the nozzle material, especially in the case of large two-stroke engines operating on heavy liquid fuel, the contents of which have a strong erosive effect. Since the nozzle protrudes into the combustion chamber at a certain distance, it is also exposed to varying temperatures in this chamber. In large two-stroke engines, the nozzle tip is not actually cooled. A particularly high level of temperature during combustion leads to high demands on the material of the nozzle, which must have adequate strength at high temperatures and, in addition, must be resistant to corrosion in the hot state.

Известные сопла состоят из материала, который обладает стойкостью к коррозии в горячем состоянии и к эрозионному воздействию топлива. Известны сопла, изготовленные из литого Стеллита 6. Эти сопла изготавливаются посредством точного литья - так называемого литья по выплавляемым моделям, когда песчаная форма создается вокруг точной формы сопла в виде модельной восковой массы, при этом песчаная форма прокаливается одновременно с выплавлением воска, после чего отливается заготовка сопла. Known nozzles consist of a material that is resistant to hot corrosion and erosive fuel. Nozzles made of cast Stellite 6 are known. These nozzles are manufactured by precision casting - the so-called lost-wax casting, when the sand form is created around the exact shape of the nozzle in the form of a model wax mass, while the sand form is calcined simultaneously with the melting of the wax, and then it is cast nozzle blank.

Исходя из прочностных свойств отливаемого сопла, литье должно охлаждаться весьма быстро с тем, чтобы получить достаточно мелкозернистую структуру готового сопла. Быстрое охлаждение повышает опасность возникновения пор и холодного течения литья, то есть определенного вида расслоения материала при отсутствии надлежащей завершенности металлургической связи между отдельными слоями. Расслоение снижает усталостную прочность сопла. Поэтому существует ограничение в отношении количества отверстий сопла, которые могут быть выполнены в его материале посредством механической обработки, так как отверстия ослабляют материал и повышают концентрацию напряжений. Поскольку такой высокий уровень напряжений в известных соплах может привести к растрескиванию конструкции и последующему разрушению сопла, а в наихудшем случае к впрыску концентрированных струй топлива непосредственно к поверхности поршня, известные сопла не изготавливаются с отверстиями, расположенными в непосредственной близости друг от друга. Этим ограничивается количество топлива, которое может быть впрыснуто клапаном для впуска топлива за цикл двигателя. Based on the strength properties of the nozzle being cast, the casting must be cooled very quickly in order to obtain a sufficiently fine-grained structure of the finished nozzle. Quick cooling increases the risk of pores and cold casting, that is, a certain type of separation of the material in the absence of proper completeness of the metallurgical bond between the individual layers. Delamination reduces the fatigue strength of the nozzle. Therefore, there is a limitation on the number of nozzle holes that can be made in its material by machining, since the holes weaken the material and increase the stress concentration. Since such a high level of stress in known nozzles can lead to cracking of the structure and subsequent destruction of the nozzle, and in the worst case, to injection of concentrated fuel jets directly to the piston surface, known nozzles are not made with holes located in close proximity to each other. This limits the amount of fuel that can be injected by the fuel inlet valve per engine cycle.

В случае известных сопел из Стеллита 6 с расточенными отверстиями установлено, что на выходе в центральную продольную расточку сопла сопловые отверстия имеют весьма разрушенный ободочный участок, то есть из ободка отверстия выбивается большое количество осколков. Неровный ободок отверстия создает эффект прорезей, который уменьшает усталостную прочность сопла. In the case of known nozzles from Stellit 6 with bored holes, it was found that at the exit to the central longitudinal bore of the nozzle, the nozzle holes have a very destroyed rim section, i.e. a large number of fragments are knocked out of the rim of the hole. The uneven rim of the hole creates a slit effect, which reduces the fatigue strength of the nozzle.

В европейском патенте EP-A-0569655 описано сопло, состоящее из полученного механическим сплавлением дисперсионно упрочненного суперсплава на основе никеля, то есть так называемого ОДУ сплава (оксидного, дисперсионно упрочненного). Механическое сплавление происходит в мельницах, обладающих высокой энергией, например в больших шаровых мельницах, где порошкообразный и/или хлопьевидный исходный материал, состоящий из дисперсионного компонента в виде окиси иттрия и компонента в виде сплава на основе никеля, механически перемешивается в виде материала с однородной и весьма мелкой микроструктурой. Затем в течение нескольких стадий материал может быть подвергнут холодной или горячей штамповке для получения желаемой формы, а после этого термической обработке для обеспечения дисперсионного затвердевания. Вследствие дисперсионного упрочнения окислами это известное сопло имеет относительно высокую прочность при весьма высоких температурах. Изготовление таких сопел требует значительных затрат, а формирование отверстий сопла затруднительно, поскольку мелко распределенные, весьма твердые окислы иттрия, находящиеся в материале, затрудняют его механическую обработку. In European patent EP-A-0569655, a nozzle is described which consists of mechanically alloyed dispersion hardened nickel-based superalloy, i.e. the so-called ODE alloy (oxide, dispersion hardened). Mechanical fusion takes place in high energy mills, such as large ball mills, where the powdered and / or flaky starting material, consisting of a dispersion component in the form of yttrium oxide and a component in the form of a nickel-based alloy, is mechanically mixed in the form of a material with a uniform and very fine microstructure. Then, during several stages, the material can be cold or hot stamped to obtain the desired shape, and then heat treated to provide dispersion hardening. Due to dispersion hardening by oxides, this known nozzle has a relatively high strength at very high temperatures. The manufacture of such nozzles requires significant costs, and the formation of nozzle holes is difficult, since the finely distributed, very solid yttrium oxides in the material make it difficult to machine.

В японской заявке на патент, опубликованной за номером 1-215942, описано сопло, изготовленное способом, указанным выше во вступительной части, из спеченного материала, состоящего из интерметаллического соединения TiAl и Ni₃Al, которое хорошо известно как компонент сплава с чрезвычайно твердыми выделенными частицами. Очевидно, что при изготовлении сопла из этого интерметаллического соединения его износостойкость становится весьма высокой, однако механическая обрабатываемость заготовки сопла до окончательной формы становится затруднительной и требует больших затрат. Кроме того, обработка изостатическим давлением в горячем состоянии может быть выполнена только в течение короткого периода времени, например порядка 30 минут, поскольку при более продолжительных периодах выдержки изменяется характеристика сплава. Поэтому обработка изостатическим давлением в горячем состоянии не может быть окончательной применительно к компактной заготовке сопла и должна сопровождаться штамповкой заготовки для получения желаемой формы и механической обработкой для получения готового сопла. В случае использования в двигателях, работающих на тяжелом жидком топливе, сплавов из Ni₃Al и TiAl их стойкость к высоким температурам оказывается недостаточной.Japanese Patent Application Publication No. 1-215942 describes a nozzle made by the method described in the introductory part of a sintered material consisting of an intermetallic compound TiAl and Ni ₃ Al, which is well known as an alloy component with extremely hard particles . Obviously, in the manufacture of a nozzle from this intermetallic compound, its wear resistance becomes very high, however, the machinability of the nozzle blank to its final shape becomes difficult and expensive. In addition, hot isostatic pressure treatment can only be performed for a short period of time, for example, about 30 minutes, since the alloy characteristics change with longer holding periods. Therefore, the treatment with isostatic pressure in the hot state cannot be final with respect to the compact blank of the nozzle and must be accompanied by stamping of the blank to obtain the desired shape and machining to obtain a finished nozzle. In the case of the use in engines operating on heavy liquid fuel, alloys of Ni ₃ Al and TiAl, their resistance to high temperatures is insufficient.

Неровный переход между пересекающимися расточками в известных соплах также вызывает неблагоприятное течение потока, когда топливо проходит через отверстия сопла, поскольку топливо поступает в камеру сгорания в виде объединенных струй на относительно большом расстоянии, что увеличивает влияние тепла на компоненты на большем расстоянии от сопла и противодействует быстрому и мелкому распределению топлива и таким образом оказывает нежелательное влияние на работу двигателя. The uneven transition between intersecting bores in known nozzles also causes an unfavorable flow when the fuel passes through the nozzle openings, since the fuel enters the combustion chamber in the form of combined jets at a relatively large distance, which increases the effect of heat on the components at a greater distance from the nozzle and counteracts the rapid and small distribution of fuel and thus has an undesirable effect on engine performance.

Задача настоящего изобретения заключается в создании упрощенного способа изготовления сопла из материала, который, с одной стороны, обеспечивает возможность проведения простой механической обработки для получения точной желаемой геометрической формы, которая позволяет получить улучшенное впрыскивание топлива, и, с другой стороны, имеет относительно высокую прочность при высоких температурах. The objective of the present invention is to provide a simplified method of manufacturing a nozzle from a material that, on the one hand, allows simple machining to obtain the exact desired geometric shape, which allows for improved fuel injection, and, on the other hand, has a relatively high strength at high temperatures.

Ввиду этой задачи первый упомянутый способ отличается тем, что форма представляет собой фактически желаемую наружную конфигурацию сопла, обработка изостатическим давлением в горячем состоянии продолжается по меньшей мере один час при упомянутых величинах давления и температуры, и в заготовке сопла, обработанной изостатическим давлением в горячем состоянии, растачивают канал для прохождения потока с центральной продольной расточкой и определенным количеством сопловых отверстий, посредством чего кромки отверстий сопла у перехода к центральной расточке становятся острыми. In view of this task, the first method mentioned is characterized in that the shape is actually the desired external configuration of the nozzle, hot isostatic pressure treatment lasts at least one hour at the mentioned pressure and temperature, and in the nozzle blank, treated with isostatic hot pressure, bore a channel for flow with a central longitudinal bore and a certain number of nozzle holes, whereby the edges of the nozzle holes at the transition to ntralnoy bore become sharp.

Вследствие небольшого размера заготовки сопла масса становится плотной, когда материал в форме доведен до желаемых значений температуры и давления в течение времени выдержки, составляющего по меньшей мере 1 час. При таком времени выдержки необходимые связи между зернами порошка устанавливаются посредством диффузии, так что заготовка сопла имеет однородную структуру. Мелкозернистая, плотная и однородная структура обеспечивает возможность расточки сопловых отверстий с образованием острых кромок. Острые кромки отверстий у перехода к центральной расточке, то есть у входа в отверстия сопла, обеспечивают распределение струй топлива, распыляемых из противоположных концов отверстий сопла с его наружной стороны. Due to the small size of the nozzle blank, the mass becomes dense when the material in the mold is brought to the desired temperature and pressure over a holding time of at least 1 hour. At such a holding time, the necessary bonds between the grains of the powder are established by diffusion, so that the nozzle blank has a uniform structure. A fine-grained, dense and uniform structure allows the boring of nozzle holes to form sharp edges. The sharp edges of the holes at the transition to the central bore, that is, at the entrance to the nozzle holes, provide a distribution of fuel jets sprayed from the opposite ends of the nozzle holes on its outer side.

Мелкозернистый порошок при обработке сопла изостатическим давлением в горячем состоянии соединяется в прочный когезионный материал без необходимости плавления порошка. В результате того, что плавление порошка не происходит, материал сопла известным самим по себе способом сохраняет изотропную структуру мелкозернистого порошка с весьма малыми кристаллическими зернами. Мелкий размер зерен обеспечивает высокую прочность материала и в то же время не придает материалу свойств, которые затруднили бы его механическую обработку. The fine-grained powder, when the nozzle is treated with isostatic pressure in the hot state, is combined into a strong cohesive material without the need to melt the powder. As a result of the fact that the powder does not melt, the nozzle material in a manner known per se preserves the isotropic structure of the fine-grained powder with very small crystalline grains. The small grain size provides high strength of the material and at the same time does not give the material properties that would complicate its mechanical processing.

Изготовление сопла отличается простотой, поскольку обработка изостатическим давлением в горячем состоянии может быть осуществлена простой операцией непосредственно с мелкозернистым порошком, а сопловые отверстия могут быть расточены в заготовке без осложнений и без каких-либо промежуточных затруднений и промежуточной обработки, требующей применения инструмента. При проведении обработки изостатическим давлением в горячем состоянии материал сопла подвергается фактически одной и той же обработке во всех поперечных сечениях, что позволяет избежать местных изменений свойств материала заготовки сопла. Поскольку материал сопла не имеет внутренних местных снижений прочности, сопло достигает высокой усталостной прочности по сравнению с прочностью литого сопла из материала с таким же составом. The manufacture of the nozzle is simple, since hot isostatic pressure treatment can be carried out by a simple operation directly with fine-grained powder, and nozzle holes can be bored in the workpiece without complications and without any intermediate difficulties and intermediate processing requiring the use of a tool. When conducting isostatic pressure processing in the hot state, the nozzle material is subjected to virtually the same treatment in all cross sections, which avoids local changes in the properties of the material of the nozzle blank. Since the nozzle material does not have internal local strength reductions, the nozzle achieves high fatigue strength compared to the strength of a molded nozzle made of a material with the same composition.

Преимущество также заключается и в том, что при обработке изостатическим давлением в горячем состоянии используется относительно дешевый, распыленный газом порошкообразный материал, и при указанной обработке может использоваться основная часть распыленной порошкообразной загрузки. An advantage also lies in the fact that when isostatic pressure is applied in the hot state, relatively cheap, gas-sprayed powder material is used, and in this treatment, the bulk of the atomized powder charge can be used.

Если давление, температура или время выдержки будут меньше или короче указанных величин, достаточного сцепления мелкозернистого порошка можно и не получить. Мелкозернистая структура заготовки сопла может быть получена независимо от фактического состава используемого сплава. If the pressure, temperature, or holding time is less or shorter than the indicated values, sufficient cohesion of the fine powder may not be obtained. The fine-grained structure of the nozzle blank can be obtained regardless of the actual composition of the alloy used.

Обработка изостатическим давлением в горячем состоянии может быть выполнена в случае исходного материала, имеющего размер зерен порошка в интервале от 0 до 1000 мм при давлении в интервале от 900 до 1100 бар (888-1085 кгс/см²) и температуре в интервале от 1100 до 1200^oC. Для испытанных сплавов было установлено, что при указанных пределах интервалов обеспечивается получение заготовок сопла, обработанных изостатическим давлением в горячем состоянии, которые в значительной степени обладают изотропными свойствами, то есть однородными свойствами во всех направлениях. Для большинства сплавов давление выше 1100 бар (1085 кгс/см²) и температура выше 1200^oC вызывают опасность повышенного роста зерен и начального плавления материала, которое может привести к разрушению весьма малых по размеру кристаллических зерен в порошкообразном исходном материале. Нижний предел в 900 бар (888 кгс/см²) и 1100^oC, а также время выдержки порядка по меньшей мере 1 часа для большинства сплавов гарантирует, что порошок соединяется в однородное тело. Сохранение размера зерна, то есть наибольшего наружного размера порошка, самое большее составляющего 1000 мм, гарантирует, что исходный материал имеет весьма мелкие кристаллические зерна.Hot isostatic pressure treatment can be performed in the case of a starting material having a powder grain size in the range from 0 to 1000 mm and a pressure in the range from 900 to 1100 bar (888-1085 kgf / cm ² ) and a temperature in the range from 1100 to 1200 ^o C. For the tested alloys, it was found that, at the indicated range of intervals, it is possible to obtain nozzle blanks treated with isostatic pressure in the hot state, which to a large extent have isotropic properties, that is, homogeneous properties in all n directions. For most alloys, pressures above 1100 bar (1085 kgf / cm ² ) and temperatures above 1200 ^o C cause a danger of increased grain growth and initial melting of the material, which can lead to the destruction of very small crystalline grains in the powdery starting material. The lower limit of 900 bar (888 kgf / cm ² ) and 1100 ^o C, as well as a holding time of the order of at least 1 hour for most alloys ensures that the powder is combined into a homogeneous body. Preserving the grain size, i.e. the largest outer powder size, at most 1000 mm, ensures that the starting material has very fine crystalline grains.

В дополнительной разработке, которая может быть применена в случае сплава на основе никеля с высоким содержанием хрома, способ отличается тем, что заготовка сопла содержит аустенитную никелевую фазу, и после механической обработки заготовка подвергается термической обработке при температуре в интервале 550-1100^oC, а предпочтительно 700-850^oC, за период порядка по меньшей мере 5 часов, при этом происходит фазовое превращение в твердом состоянии, при котором ферритная α фаза выпадает в виде частиц с весьма мелким распределением в аустенитной никелевой фазе. Таким образом желаемая высокая твердость сплава и являющаяся следствием этого низкая способность к механической обработке обеспечиваются только тогда, когда завершена механическая обработка заготовки, обработанной изостатическим давлением в горячем состоянии.In an additional development, which can be applied in the case of an alloy based on nickel with a high chromium content, the method is characterized in that the nozzle blank contains an austenitic nickel phase, and after machining the blank is subjected to heat treatment at a temperature in the range of 550-1100 ^o C, and preferably 700-850 ^o C, for a period of the order of at least 5 hours, when this occurs, the solid phase transformation, in which the ferritic α phase precipitates in the form of particles with a very small distribution in the austenitic nickel spruce phase. Thus, the desired high hardness of the alloy and the resulting low machining ability are ensured only when the machining of a workpiece treated with hot isostatic pressure is completed.

Изобретение также относится к соплу клапана для впуска топлива, предназначенного для двигателя внутреннего сгорания, в частности для большого двухтактного двигателя, с центральной продольной расточкой и определенным количеством сопловых отверстий, расположенных в боковой стенке сопла и совместно с продольной расточкой образующих канал для прохождения топлива под давлением, при этом сопло изготавливают из материала, который обладает стойкостью к коррозии в горячем состоянии, а также к эрозионному и кавитационному воздействию топлива. В случае большого двухтактного двигателя может использоваться тяжелое жидкое топливо, которое оказывает на сопло значительное эрозионное воздействие своим содержимым и т.д., и, кроме того, сернистый нефтепродукт часто приводит к созданию в камере сгорания весьма корроизионной среды. В больших двухтактных двигателях сопло имеет большую длину и фактически не охлаждается у своего нижнего конца. The invention also relates to a nozzle for a fuel inlet valve for an internal combustion engine, in particular for a large two-stroke engine, with a central longitudinal bore and a certain number of nozzle openings located in the side wall of the nozzle and together with the longitudinal bore form a channel for the passage of fuel under pressure while the nozzle is made of a material that is resistant to corrosion in the hot state, as well as to erosive and cavitational effects of fuel . In the case of a large two-stroke engine, heavy liquid fuel can be used, which has a significant erosive effect on the nozzle with its contents, etc., and, moreover, the sulphurous oil product often leads to the creation of a very corrosive medium in the combustion chamber. In large two-stroke engines, the nozzle is long and does not actually cool at its lower end.

В одном из вариантов осуществления сопло согласно изобретению отличается тем, что его изготавливают посредством обработки изостатическим давлением в горячем состоянии сплава на основе кобальта, содержащего хром и вольфрам, например сплава Стеллит 6, а канал для прохождения топлива растачивают после упомянутой обработки. При обработке материала сопла изостатическим давлением в горячем состоянии высокая стойкость к условиям, преобладающим в камере сгорания, которая свойственна известному самому по себе сплаву на основе кобальта, сочетается со значительно повышенной усталостной прочностью и превосходными новыми свойствами, когда материал подвергнут механической обработке. In one embodiment, the nozzle according to the invention is characterized in that it is made by hot isostatic treatment of an alloy based on cobalt containing chromium and tungsten, for example, Stellit 6 alloy, and the fuel passage is bored after said processing. When the nozzle material is treated with isostatic pressure in the hot state, high resistance to the conditions prevailing in the combustion chamber, which is characteristic of the cobalt-based alloy known per se, is combined with significantly increased fatigue strength and excellent new properties when the material is machined.

В случае альтернативного варианта осуществления сопло изготавливают из подвергнутого обработке изостатическим давлением в горячем состоянии сплава на основе никеля, который без учета обычно имеющихся примесей в процентах по весу содержит от 20 до 30% Cr, от 0 до 8% W, от 4 до 8% Al, от 0,2 до 0,55% C, от 0 до 2% Hf, от 0 до 1,5% Nb , от 0 до 8% Mo, от 0 до 1% Si, от 0 до 1,5% Y и от 0 до 5% Fe. In the case of an alternative embodiment, the nozzle is made of a nickel-based alloy subjected to isostatic pressure treatment in a hot state, which, without taking into account the usual impurities, contains, by weight, from 20 to 30% Cr, from 0 to 8% W, from 4 to 8% Al, from 0.2 to 0.55% C, from 0 to 2% Hf, from 0 to 1.5% Nb, from 0 to 8% Mo, from 0 to 1% Si, from 0 to 1.5% Y and from 0 to 5% Fe.

Этот материал демонстрирует необычайно высокую способность к механической обработке и высокую усталостную прочность, а также стойкость как к коррозии в горячем состоянии, так и к эрозионному воздействию топлива. При растачивании отверстий сопла не наблюдалось какого-либо откалывания чешуек на концах расточек. Испытания также показали, что имеющие острую, как у ножа, кромку входы в сопловые отверстия сохраняются даже после весьма продолжительного периода работы. This material demonstrates an unusually high machining ability and high fatigue strength, as well as resistance to both hot corrosion and erosive fuel. When boring the nozzle holes, no flaking of the flakes at the ends of the bores was observed. The tests also showed that having a sharp edge, like a knife, the entrances to the nozzle holes remain even after a very long period of work.

Содержание Cr в сплаве представляется важным с точки зрения способности сопла противостоять коррозии в горячем состоянии; кроме того, содержание Cr обеспечивает эффект концентрации раствора, который наряду с мелкозернистой структурой способствует повышению прочности сплава. Если желательно, этот эффект может быть усилен добавлением к сплаву Mo и/или W. The Cr content in the alloy is important in terms of the ability of the nozzle to resist hot corrosion; in addition, the Cr content provides a concentration effect of the solution, which, along with a fine-grained structure, contributes to an increase in the strength of the alloy. If desired, this effect can be enhanced by adding Mo and / or W. to the alloy.

Совместно с Cr, Al формирует комбинированный поверхностный слой из Al₃O₃ и Cr₂O₃, который защищает сопло от коррозии при высоких температурах. К тому же содержание Al обеспечивает j фазу, состоящую из интерметалла Ni₃Al, которая вызывает дисперсионное затвердевание сплава, но представляет собой относительно хрупкую фазу. Содержание Al более 8% предполагает опасность того, что j фаза становится когезионной вместо того, чтобы быть охваченной пластичной аустенитной фазой, что гарантировало бы высокую усталостную прочность и хорошую способность к механической обрабатываемости. Содержание Al в сплаве может быть надлежащим образом ограничено максимально до 6%, поскольку большая часть положительных свойств Al далее используется без какой-либо опасности потери прочности вследствие неполного охвата j фазы.Together with Cr, Al forms a combined surface layer of Al ₃ O ₃ and Cr ₂ O ₃ , which protects the nozzle from corrosion at high temperatures. In addition, the Al content provides the j phase consisting of the Ni ₃ Al intermetal, which causes precipitation solidification of the alloy, but is a relatively brittle phase. An Al content of more than 8% implies the danger that the j phase becomes cohesive instead of being covered by a plastic austenitic phase, which would guarantee high fatigue strength and good machinability. The Al content in the alloy can be appropriately limited to a maximum of 6%, since most of the positive properties of Al are then used without any risk of loss of strength due to incomplete coverage of the j phase.

В случае содержания Cr в количестве менее 20% сопло не может противостоять воздействию коррозии при высоких температурах. Можно добавить к сплаву более 30% Cr, однако это не приведет к какому-либо заметному повышению стойкости к коррозии при высокой температуре. Напротив, высокое содержание Cr ухудшает способность сопла поддаваться механической обработке, а поэтому предпочтительно, чтобы сплав содержал самое большее 24% хрома. If the Cr content is less than 20%, the nozzle cannot resist the effects of corrosion at high temperatures. More than 30% Cr can be added to the alloy, however, this will not lead to any noticeable increase in corrosion resistance at high temperature. In contrast, a high Cr content impairs the machining ability of the nozzle, and therefore it is preferred that the alloy contains at most 24% chromium.

Для предотвращения ухудшения коррозионных свойств сопла возможное содержание Fe в сплаве удерживается на уровне, максимально составляющем 5%. To prevent deterioration of the corrosion properties of the nozzle, the possible Fe content in the alloy is kept at a maximum of 5%.

Мелкозернистая структура порошка, используемого в качестве исходного материала при обработке изостатическим давлением в горячем состоянии, обеспечивается распылением расплавленного материала под давлением в относительно холодный газ, где распыленные капли подвергаются резкому охлаждению в течение одновременного образования в материале чрезвычайно малых кристаллических зерен. Резкое охлаждение также приводит к чрезвычайно малому расстоянию между дендритными осями кристаллических зерен. Содержание в сплаве Si, доходящее до 1%, не обеспечивает каких-либо особых преимуществ готовому соплу, но оказывает раскисляющее воздействие в течение производства порошка, так что удается избежать загрязнения порошка нежелательными окислами. Как вариант, в небольших количествах могут быть использованы другие раскисляющие компоненты. The fine-grained structure of the powder used as a starting material during isostatic pressure treatment in a hot state is ensured by spraying the molten material under pressure into a relatively cold gas, where the atomized droplets undergo sharp cooling during the formation of extremely small crystalline grains in the material. Sudden cooling also leads to an extremely small distance between the dendritic axes of crystalline grains. The content in the Si alloy, reaching up to 1%, does not provide any particular advantages to the finished nozzle, but has a deoxidizing effect during the production of the powder, so that it is possible to avoid contamination of the powder with undesirable oxides. Alternatively, other deoxidizing components may be used in small amounts.

Содержание в сплаве C сохраняется на максимальном уровне порядка 0,55%, с тем чтобы предотвратить выделение игольчатых и пластинчатых карбидов, которые могут понизить пластичность сплава. При содержании C, составляющем менее 0,2%, сплав не достигает твердости, необходимой для стойкости к эрозионному воздействию топлива. Добавление до 2% Hf может привести к изменению неудачных карбидных выделений, так чтобы они имели более закругленную форму. Добавление Nb в количестве до 1,5% может привести к более мелким выделениям карбидов металла, что предпочтительно, так как придает сплаву большую пластичность. The content in alloy C is maintained at a maximum level of about 0.55% in order to prevent the formation of needle and plate carbides, which can reduce the ductility of the alloy. When the content of C is less than 0.2%, the alloy does not reach the hardness necessary for resistance to erosive effects of fuel. Adding up to 2% Hf can lead to a change in unsuccessful carbide precipitates, so that they have a more rounded shape. Adding Nb in an amount of up to 1.5% can lead to finer precipitates of metal carbides, which is preferable since it gives the alloy greater ductility.

Коррозионная стойкость сопла при высоких температурах может быть повышена посредством добавления Y в количестве до 1,5%. Дальнейшее добавление Y не приводит к дополнительному улучшению. The corrosion resistance of the nozzle at high temperatures can be increased by adding Y in an amount of up to 1.5%. Further addition of Y does not lead to further improvement.

Когда сопло предназначено для тех случаев применения, при которых велико эрозионное воздействие, содержание C из соображений твердости сплава предпочтительно составляет по меньшей мере 0,35%. When the nozzle is intended for applications where erosion is high, the C content is preferably at least 0.35% for reasons of alloy hardness.

Еще в одном альтернативном варианте осуществления сопло изготавливают из обработанного изостатическим давлением в горячем состоянии сплава на основе никеля, который без учета обычно имеющихся примесей в процентах по весу содержит от 40 до 50% Cr, от 0 до 55% C, менее 1,0% Si, от 0 до 5% Mn, менее 1,0% Mo, от 0 до менее 0,5% B, от 0 до 8,0% Al, от 0 до 1,5% Ti, от 0 до 0,2% Zr, от 0 до 3,0% Nb, максимально 0,01% O, максимально 0,03% N, максимально 2% Hf, максимально 1,5% Y и при общем содержании Co и Fe максимально 5,0%, а остальное приходится на никель. In yet another alternative embodiment, the nozzle is made from a nickel-based alloy treated with isostatic pressure in a hot state, which, without regard to commonly available impurities, contains from 40 to 50% Cr, 0 to 55% C, less than 1.0%, by weight, Si, from 0 to 5% Mn, less than 1.0% Mo, from 0 to less than 0.5% B, from 0 to 8.0% Al, from 0 to 1.5% Ti, from 0 to 0.2 % Zr, from 0 to 3.0% Nb, a maximum of 0.01% O, a maximum of 0.03% N, a maximum of 2% Hf, a maximum of 1.5% Y and with a total Co and Fe content of a maximum of 5.0%, and the rest is nickel.

Этот материал имеет высокую усталостную прочность и чрезвычайно высокое сопротивление как к коррозии в горячем состоянии, так и к эрозионному воздействию топлива. This material has high fatigue strength and extremely high resistance to both hot corrosion and erosive fuel.

Содержание Cr в сплаве представляется важным с точки зрения способности сопла противостоять коррозии в горячем состоянии, при этом содержание Cr дополнительно обеспечивает эффект повышения концентрации раствора, который в дополнение к мелкозернистой структуре способствует повышению прочности сплава. Если желательно, этот эффект может быть усилен добавлением к сплаву Mo и/или W. The Cr content in the alloy is important from the point of view of the ability of the nozzle to resist corrosion in the hot state, while the Cr content additionally provides the effect of increasing the concentration of the solution, which in addition to the fine-grained structure increases the strength of the alloy. If desired, this effect can be enhanced by adding Mo and / or W. to the alloy.

Совместно с Cr Al формирует комбинированный поверхностный слой из Al₂O₃ и Cr₂O₃, который защищает сопло от коррозии при высоких температурах. Содержание Al, кроме того, приводит к образованию j фазы, состоящей из интерметалла Ni₃Al, которая вызывает дисперсионное затвердевание сплава, но представляет собой относительно хрупкую фазу. Предпочтительно, чтобы содержание Al составляло более 2,5% с тем, чтобы получить приемлемые величины желаемого поверхностного слоя. Содержание Al в количестве более 8% предполагает опасность образования β фазы, которая снижает пластичность сплава при комнатной температуре, а также снижает прочность сплава при высоких температурах. Содержание Al в сплаве надлежащим образом может быть ограничено максимально 6-ю процентами, поскольку большая часть положительных свойств Al далее используется без какой-либо опасности потери прочности вследствие неприемлемых структурных компонентов.Together with Cr Al, it forms a combined surface layer of Al ₂ O ₃ and Cr ₂ O ₃ , which protects the nozzle from corrosion at high temperatures. The Al content, in addition, leads to the formation of the j phase, consisting of intermetallic Ni ₃ Al, which causes dispersion solidification of the alloy, but is a relatively brittle phase. Preferably, the Al content is more than 2.5% in order to obtain acceptable values of the desired surface layer. The Al content in an amount of more than 8% suggests the danger of the formation of a β phase, which reduces the ductility of the alloy at room temperature, and also reduces the strength of the alloy at high temperatures. The Al content in the alloy can be appropriately limited to a maximum of 6 percent, since most of the positive properties of Al are further used without any risk of loss of strength due to unacceptable structural components.

Для того, чтобы воспрепятствовать ухудшению коррозионных свойств сопла, возможно содержание в сплаве Fe сохраняется на уровне, максимально составляющем 5%. Как Fe, так и Co представляют собой примеси сплава, поэтому желательно ограничить их общее содержание максимально 5,0%. In order to prevent the deterioration of the corrosion properties of the nozzle, it is possible that the content in the Fe alloy remains at a maximum of 5%. Both Fe and Co are alloy impurities; therefore, it is desirable to limit their total content to a maximum of 5.0%.

Мелкозернистая структура порошка, используемого в качестве исходного материала при обработке изостатическим давлением в горячем состоянии, обеспечивается распылением расплавленного материала под давлением в относительно холодный газ, где распыленные капли подвергаются резкому охлаждению в течение одновременного образования в материале чрезвычайно малых кристаллических зерен. Быстрое охлаждение также приводит к чрезвычайно малому расстоянию между дендритными осями кристаллических зерен. Содержание в сплаве Si до 1% не придает готовому соплу каких-либо особых преимуществ, однако оказывает раскисляющее действие в течение производства порошка, так что удается избежать загрязнения порошка нежелательными окислами. Как вариант, в небольших количествах могут быть использованы другие раскисляющие компоненты, такие как Ti или Mn. Mn не представляет собой весьма эффективный раскисляющий агент, поэтому желательно ограничить его количество максимально 5-ю процентами с тем, чтобы не разбавить эффективные компоненты в готовом сплаве. В случае добавления Ti, например, в количестве, составляющем по меньшей мере 0,5%, опасность образования так называемых предварительных границ частиц может быть увеличена, особенно если сплав содержит C и примеси из O и N, и по этой причине одновременно с Ti предпочтительно добавление к сплаву порядка 0,5% Hf, с тем чтобы противодействовать этой тенденции. The fine-grained structure of the powder used as a starting material in the processing of isostatic pressure in the hot state is ensured by spraying the molten material under pressure into a relatively cold gas, where the atomized droplets undergo sharp cooling during the formation of extremely small crystalline grains in the material. Rapid cooling also leads to an extremely small distance between the dendritic axes of the crystal grains. The Si alloy content of up to 1% does not give the finished nozzle any particular advantages, however, it has a deoxidizing effect during the production of the powder, so that contamination of the powder with undesirable oxides is avoided. Alternatively, other deoxidizing components, such as Ti or Mn, may be used in small amounts. Mn is not a very effective deoxidizing agent, therefore, it is desirable to limit its amount to a maximum of 5 percent so as not to dilute the effective components in the finished alloy. In the case of adding Ti, for example, in an amount of at least 0.5%, the danger of the formation of so-called preliminary particle boundaries can be increased, especially if the alloy contains C and impurities from O and N, and for this reason, preferably simultaneously with Ti adding 0.5% Hf to the alloy in order to counteract this trend.

Содержание B неожиданным образом оказывается важным для достижения никелевым сплавом с высоким содержанием Cr высокой пластичности, что выгодно для обеспечения усталостной прочности. Уже при таком небольшом количестве, как 0,05%, В приводит к затвердеванию расплавленного материала с переходом от ячеистого затвердевания к дендритному затвердеванию, когда оси блокируются и обеспечивают геометрическое блокирование структурных компонентов. В в значительной степени растворим в j и α фазах, при этом можно считать, что затвердевание предполагает наличие эвтектики с определенным количеством боридов. Большее содержание В может вызывать выделение хорошо известных и нежелательных низкоплавких эвтектик с невысокой прочностью. The B content is surprisingly important for achieving a high ductility nickel alloy with a high Cr content, which is beneficial for providing fatigue strength. Already with such a small amount as 0.05%, B leads to solidification of the molten material with the transition from cellular solidification to dendritic solidification, when the axes are blocked and provide geometric blocking of the structural components. It is largely soluble in the j and α phases, and it can be considered that solidification implies the presence of a eutectic with a certain amount of borides. A higher content of B may cause the release of well-known and undesirable low-melting eutectics with low strength.

При термообработке с периодами выдержки, составляющими более 1 часа, а предпочтительно более 5 часов, сплав подвергается фазовому превращению в твердом состоянии, когда хромосодержащая ферритная α фаза выделяется в аустенитной никелевой фазе в виде весьма мелко распределенных частиц. Nb оказывает такое влияние на фазовое превращение в твердом состоянии, что скорее получается шаровидное, чем пластичное выделение, а это повышает пластичность сплава. During heat treatment with holding periods of more than 1 hour, and preferably more than 5 hours, the alloy undergoes solid phase transformation when the chromium-containing ferritic α phase precipitates in the austenitic nickel phase in the form of very finely distributed particles. Nb has such an effect on the phase transition in the solid state that it is more likely to get spherical than plastic precipitation, and this increases the ductility of the alloy.

Содержание в сплаве C сохраняется на уровне, максимально составляющем 0,55%, с тем чтобы противодействовать выделению игольчатых и пластинообразных карбидов, которые могут уменьшить пластичность сплава. Добавление Hf в количестве до 2% может привести к изменению нежелательных карбидных выделений с приданием им более закругленных форм, и в то же время может уменьшить введение возможного содержания Nb в карбидную формацию. Добавление Nb в количестве до 3,0% может привести к более мелкому выделению карбидов металла, что, вероятно, придает сплаву большую пластичность, в то же время остальное количество свободного Nb будет присутствовать для влияния на фазовое превращение в твердом состоянии. The content in alloy C is kept at a maximum of 0.55% in order to counteract the release of needle and plate-shaped carbides, which can reduce the ductility of the alloy. Adding Hf in an amount of up to 2% can lead to a change in undesirable carbide precipitates giving them more rounded shapes, and at the same time can reduce the introduction of a possible Nb content into the carbide formation. Adding Nb in an amount of up to 3.0% can lead to finer precipitation of metal carbides, which probably gives the alloy greater ductility, while the remaining amount of free Nb will be present to influence the solid state phase transformation.

В варианте осуществления, в котором твердость сплава достигается главным образом посредством фазового превращения в твердом состоянии, содержание С максимально составляет 0,1%, а содержание Hf составляет менее 0,5%, поскольку нет необходимости в избытке модификаторов карбида. Время выдержки при обработке изостатическим давлением в горячем состоянии или при последующей термообработке при температуре более 550^oC, а предпочтительно в интервале 700-850^oC, в этом случае может составлять более 5 часов, так что в процессе превращения имеется время для диффузии.In an embodiment in which the hardness of the alloy is mainly achieved by phase transformation in the solid state, the C content is at most 0.1% and the Hf content is less than 0.5%, since there is no need for an excess of carbide modifiers. The holding time during hot isostatic pressure treatment or subsequent heat treatment at a temperature of more than 550 ^° C, and preferably in the range of 700-850 ^° C, in this case can be more than 5 hours, so there is time for diffusion during the conversion process.

Коррозийная стойкость при высоких температурах может быть повышена посредством добавления Y в количестве до 1,5%. Добавление большего количества Y не приводит к дальнейшему улучшению. Corrosion resistance at high temperatures can be improved by adding Y in an amount of up to 1.5%. Adding more Y does not lead to further improvement.

В предпочтительном варианте осуществления сплав содержит максимально 0,45% Al, максимально 0,1% C и максимально 0,1% Ti. В случае такой композиции выделение карбидных цепочек и/или интерметаллов, например Ni₃Al( j ), в базовой матрице сплава в значительной степени подавляется, а поэтому после обработки изостатическим давлением в горячем состоянии сплав будет обладать высокой пластичностью и низкой твердостью, так что заготовка, обработанная изостатическим давлением в горячем состоянии, может без каких-либо проблем быть подвергнута механической обработке для получения желаемой геометрии. Затем обработанная заготовка подвергается термообработке при температуре в интервале 550-1100^oC, а предпочтительно 700-850^oC, за период, составляющий по меньшей мере 5 часов. При термообработке происходит фазовое превращение в твердом состоянии, посредством чего ферритная α фаза выделяется в виде частиц с весьма мелким распределением в аустенитной никелевой j фазе, при этом сплав затвердевает и получает желаемую высокую твердость, которая обеспечивает достаточную износостойкость сопла. Фазовые выделения распределены настолько мелко, что микротвердость матрицы повышена весьма равномерно, чем обеспечивается как износостойкость, так и коррозийная стойкость. Время выдержки при термообработке может быть и более продолжительным, например составлять по меньшей мере 20 или по меньшей мере 40-50 часов.In a preferred embodiment, the alloy contains a maximum of 0.45% Al, a maximum of 0.1% C and a maximum of 0.1% Ti. In the case of such a composition, the precipitation of carbide chains and / or intermetals, for example Ni ₃ Al (j), is substantially suppressed in the base matrix of the alloy, and therefore, after processing with isostatic pressure in the hot state, the alloy will have high ductility and low hardness, so that the workpiece treated with isostatic pressure in the hot state can be machined without any problems to obtain the desired geometry. Then, the processed workpiece is subjected to heat treatment at a temperature in the range of 550-1100 ^o C, and preferably 700-850 ^o C, for a period of at least 5 hours. During heat treatment, a solid state phase transition occurs, whereby the ferrite α phase is precipitated in the form of particles with a very fine distribution in the austenitic nickel j phase, while the alloy solidifies and obtains the desired high hardness, which ensures sufficient wear resistance of the nozzle. The phase precipitates are distributed so finely that the microhardness of the matrix is increased very evenly, which ensures both wear resistance and corrosion resistance. The exposure time during heat treatment may be longer, for example, be at least 20 or at least 40-50 hours.

Еще в одном варианте осуществления сплав содержит по меньшей мере 45% Cr и от 0,15 до 0,40% B, но предпочтительно, чтобы максимальное количество В составляло 0,25%. Верхний предел содержания B, составляющий порядка 0,4%, соответственно гарантирует, что при затвердевании сплава количество боридов, повышающих твердость, не превышает уровень, при котором сплав становится ломким, а нижний предел порядка 0,15% приемлем при содержании Cr порядка 45%. In yet another embodiment, the alloy contains at least 45% Cr and from 0.15 to 0.40% B, but it is preferred that the maximum amount of B is 0.25%. The upper limit of the B content of about 0.4%, respectively, ensures that when the alloy solidifies, the number of borides that increase hardness does not exceed the level at which the alloy becomes brittle, and the lower limit of the order of 0.15% is acceptable when the Cr content is about 45% .

Еще в одном варианте осуществления сплав содержит от 1,0 до 2,0% свободного Nb. Предпочтительное изменение механизма затвердевания, если содержание свободного Nb составляет по меньшей мере 1,0%, причем по финансовым соображениям содержание относительно дорогостоящего Nb надлежащим образом может быть ограничено до 2,0%, поскольку более высокое содержание Nb обычно лишь незначительно улучшает свойства сплава. In yet another embodiment, the alloy contains from 1.0 to 2.0% free Nb. The preferred change in the solidification mechanism if the content of free Nb is at least 1.0%, and for financial reasons, the content of relatively expensive Nb can be appropriately limited to 2.0%, since a higher Nb content usually only slightly improves the properties of the alloy.

Вследствие высокой усталостной прочности сопел согласно изобретению, подвергнутых обработке изостатическим давлением в горячем состоянии, определенное количество отверстий сопла может быть выполнено ближе друг к другу, чем это было возможно ранее. Давление топлива воздействует на центральную расточку сопла с избыточным значением, которое создает в материале сопла растягивающие напряжения. Более высокая усталостная прочность сопла обеспечивает возможность повышения уровня усталостных напряжений, а следовательно, предпочтительную возможность создания более высокого давления впрыска, которое может быть применено для впрыска большего количества топлива в течение цикла работы двигателя. Таким образом, способ и сопло согласно изобретению обеспечивают возможность изготовления двигателей с более высокой эффективной мощностью цилиндров. Due to the high fatigue strength of the nozzles according to the invention, subjected to hot isostatic pressure treatment, a certain number of nozzle openings can be made closer to each other than was previously possible. The fuel pressure acts on the central bore of the nozzle with an excess value, which creates tensile stresses in the nozzle material. Higher fatigue strength of the nozzle provides the possibility of increasing the level of fatigue stresses and, therefore, the preferred possibility of creating a higher injection pressure, which can be used to inject more fuel during the engine cycle. Thus, the method and nozzle according to the invention enable the manufacture of engines with a higher effective cylinder power.

Ниже изобретение будет разъяснено более подробно со ссылкой на чертежи, на которых:
на фиг. 1 представлено продольное сечение сопла, установленного в клапане для выпуска топлива;
на фиг. 2 и 3 представлены фотографии сопловых отверстий в двух разных известных соплах;
на фиг. 4-6 представлены соответствующие фотографии отверстий сопла, выполненного согласно изобретению.Below the invention will be explained in more detail with reference to the drawings, in which:
in FIG. 1 is a longitudinal section through a nozzle mounted in a fuel release valve;
in FIG. 2 and 3 are photographs of nozzle openings in two different known nozzles;
in FIG. 4-6 show corresponding photographs of the holes of a nozzle made according to the invention.

На фиг. 1 представлен нижний конец клапана 1 для выпуска топлива, имеющего корпус 2 для установки в крышке цилиндра, которая не показана, таким образом, что кольцевая наклонная поверхность 3 в нижнем конце корпуса запрессовывается так, чтобы она упиралась в соответствующую поверхность на крышке. Сопло 4 проходит через центральное отверстие в корпусе 2 и выступает вниз в камеру сгорания, так что отверстия 5 в боковой стенке сопла располагаются в камере сгорания на соответствующем расстоянии в нижнем направлении. На уровнях под наклонной поверхностью 3 сопло фактически не охлаждается, поэтому кончик сопла с отверстиями 5 нагревается до высокой температуры посредством горячих газов в камере сгорания. In FIG. 1 shows the lower end of a fuel release valve 1 having a housing 2 for installation in a cylinder cover, which is not shown, so that the annular inclined surface 3 at the lower end of the housing is pressed so that it abuts against the corresponding surface on the cover. The nozzle 4 passes through the central hole in the housing 2 and protrudes down into the combustion chamber, so that the holes 5 in the side wall of the nozzle are located in the combustion chamber at an appropriate distance in the lower direction. At levels below the inclined surface 3, the nozzle is not actually cooled, so the tip of the nozzle with holes 5 is heated to a high temperature by means of hot gases in the combustion chamber.

Сопло имеет центральную расточку 6, проходящую от канала 7 в клапане для впуска топлива к кончику сопла, находящемуся на более низком уровне, чем отверстия 5 сопла. Расточка 6 и отверстия 5 формируют внутри сопла канал для прохождения топлива, который может быть нефтепродуктом или газом. The nozzle has a central bore 6 extending from the channel 7 in the fuel inlet valve to the tip of the nozzle, which is at a lower level than the nozzle holes 5. The bore 6 and the holes 5 form a channel for the passage of fuel inside the nozzle, which may be oil or gas.

Когда сопло предназначено для двукратного двигателя с определенным количеством клапанов на цилиндр, каждый клапан 1 для впуска топлива обычно располагается вблизи от вертикальной боковой стенки камеры сгорания. В этом случае топливо должно впрыскиваться в виде веерообразного облака, направленного к середине камеры сгорания, а это означает, что все отверстия 5 сопла формируются с одной его стороны и продольные оси отверстий сопла образуют друг с другом угол, максимальная величина которого составляет 100^o. Когда для одного цилиндра используются два или три клапана для впуска топлива, сферический угол часто ограничивается величиной, составляющей менее 80^o. Отверстия 5 растачивают через боковую стенку к центральной расточке 6. Отверстия также могут быть образованы иным способом, например посредством искровой механической обработки, однако растачивание предпочтительно, поскольку оно представляет собой быструю и простую механическую обработку.When the nozzle is designed for a double engine with a certain number of valves per cylinder, each fuel inlet valve 1 is usually located close to the vertical side wall of the combustion chamber. In this case, the fuel should be injected in the form of a fan-shaped cloud directed towards the middle of the combustion chamber, which means that all nozzle openings 5 are formed on one side and the longitudinal axis of the nozzle openings form an angle with each other, the maximum value of which is 100 ^o . When two or three valves for inlet of fuel are used for one cylinder, the spherical angle is often limited to less than 80 ^° . The holes 5 are bored through the side wall to the central bore 6. The holes can also be formed in another way, for example by spark machining, however boring is preferable because it is a quick and easy machining.

Два разных сопла из литого Стеллита 6 были исследованы посредством эндоскопа, который известен, например, по гастроскопическим исследованиям человека. Посредством эндоскопа были сделаны фотографии выходов отверстий сопла в центральную расточку. Фотография центральной расточки каждого сопла показана соответственно на фиг. 2 и 3. На всем протяжении ободка отверстий 5 сопла от боковой стенки центральной расточки 6 отколоты чешуйки, поэтому переход между двумя пересекающимися расточками неровный и шероховатый. Two different nozzles from cast Stellite 6 were examined using an endoscope, which is known, for example, from human gastroscopic studies. Using an endoscope, photographs were taken of the exits of the nozzle holes in the central bore. A photograph of the central bore of each nozzle is shown in FIG. 2 and 3. Throughout the rim of the nozzle holes 5, flakes are broken off from the side wall of the central bore 6; therefore, the transition between two intersecting bores is uneven and rough.

Сопло согласно изобретению изготавливают посредством обработки изостатическим давлением в горячем состоянии изотропного, мелкозернистого порошка из Стеллита 6, при этом размер зерен порошка составляет менее 300 мм. Стеллит 6 состоит приблизительно: 1,14% C, 1,06% Si, 28,5% Cr, 0,43% Fe, 4,65% W, а остальное составляет Co. Обработка изостатическим давлением в горячем состоянии осуществлялась при температуре между 1100 и 1200^oC и давлении между 900 и 1100 бар (888-1085 кгс/см²), при этом время выдержки составляло 2 часа. В заготовке, подвергнутой обработке изостатическим давлением в горячем состоянии, была выполнена центральная расточка 6, после чего снаружи к центральной расточке были проточены отверстия 5 сопла. Сопло было исследовано посредством эндоскопа, который показал равные края на выходах отверстий сопла в центральную расточку. Таким образом Стеллит 6, обработанный изостатическим давлением в горячем состоянии, обладает значительно лучшей способностью к механической обработке, чем литой Стеллит 6. Более ровные кромки отверстий обеспечивают меньшие концентрации напряжений внутри сопла.The nozzle according to the invention is made by hot isostatic pressure treatment of an isotropic, fine-grained powder from Stellite 6, wherein the grain size of the powder is less than 300 mm. Stellite 6 consists of approximately: 1.14% C, 1.06% Si, 28.5% Cr, 0.43% Fe, 4.65% W, and the rest is Co. Hot isostatic pressure treatment was carried out at a temperature between 1100 and 1200 ^o C and a pressure between 900 and 1100 bar (888-1085 kgf / cm ² ), while the exposure time was 2 hours. In the billet, subjected to isostatic pressure treatment in the hot state, a central bore 6 was made, after which holes 5 of the nozzle were cut outside the central bore. The nozzle was examined by means of an endoscope, which showed equal edges at the exits of the nozzle holes in the central bore. Thus, Stellit 6, treated with isostatic pressure in the hot state, has a significantly better machining ability than cast Stellit 6. Smoother hole edges provide lower stress concentrations inside the nozzle.

Таким же образом, как указано выше, было изготовлено сопло из сплава на основе никеля, содержащего 23% Cr, 7% W, 5,6% Al, 1% Si, 0,5% C и 0,4% Y, все в процентах по весу, с обработкой изостатическим давлением в горячем состоянии. Результаты исследования сопла посредством эндоскопа представлены на фиг. 4-6, где можно видеть, что кромки отверстий сопла на выходе в центральную расточку 6 сохранены острыми и не имеют сколов. In the same manner, as described above, a nozzle was made from an alloy based on nickel containing 23% Cr, 7% W, 5.6% Al, 1% Si, 0.5% C and 0.4% Y, all in percent by weight, treated with isostatic pressure in the hot state. The results of examining the nozzle by means of an endoscope are shown in FIG. 4-6, where you can see that the edges of the nozzle holes at the exit to the central bore 6 are kept sharp and do not have chips.

Затем сопла, полученные обработкой изостатическим давлением в горячем состоянии, были испытаны путем рабочих испытаний в экспериментальном двигателе, которые показали, что оба типа сопел, обработанных изостатическим давлением в горячем состоянии, обладают более высокой стойкостью к коррозии в горячем состоянии и к образованию микротрещин, чем известные сопла из литого Стеллита 6. Когда сопло было изготовлено из Стеллита 6, обработанного изостатическим давлением в горячем состоянии, в зоне между двумя наиболее близкими друг к другу отверстиями сопла в материале было обнаружено несколько весьма незначительных трещин, в то время как сопло на основе никеля, подвергнутое такой же обработке, вообще не содержало трещин. Then the nozzles obtained by hot isostatic pressure treatment were tested by working tests in an experimental engine, which showed that both types of nozzles treated with hot isostatic pressure have higher resistance to hot corrosion and microcracks than known nozzles made of cast Stellit 6. When the nozzle was made of Stellit 6, treated with isostatic pressure in the hot state, in the zone between the two closest to each other tures in the nozzle material has been found very few small cracks, while the nozzle on the basis of nickel, subjected to the same treatment did not contain cracks.

Рабочие испытания сопла из литого Стеллита 6 с расположением отверстий сопла вблизи друг от друга, соответствующим их расположению у сопла, обработанного изостатическим давлением в горячем состоянии, продемонстрировали образование в материале больших сквозных трещин и нескольких незначительных трещин. Таким образом сравнительные испытания показали, что сопло из Стеллита 6, обработанного изостатическим давлением в горячем состоянии, обладает значительно увеличенной усталостной прочностью. Operational tests of a nozzle made of cast Stellite 6 with the nozzle holes close to each other, corresponding to their location near the nozzle treated with isostatic pressure in the hot state, showed the formation of large through cracks and several minor cracks in the material. Thus, comparative tests showed that the nozzle of Stellite 6, treated with isostatic pressure in the hot state, has a significantly increased fatigue strength.

Также были изготовлены и подвергнуты обработке изостатическим давлением в горячем состоянии сопла из сплава Celsit 50-Р на основе кобальта, который приблизительно состоял из 2% C, 28% Cr, 6,5% Ni, 10% W, 3,7% Mo, 1,6% Cu, а остальное составлял кобальт. Рабочие испытания этих сопел показали, что усталостная прочность и стойкость к коррозии в горячем состоянии были такими же, что и у сопел из Стеллита 6, подвергнутого обработке изостатическим давлением в горячем состоянии. Cobalt-based Celsit 50-P alloy nozzles, which approximately consisted of 2% C, 28% Cr, 6.5% Ni, 10% W, 3.7% Mo, were also fabricated and subjected to isostatic hot-pressure treatment. 1.6% Cu, and the rest was cobalt. Operational tests of these nozzles showed that the fatigue strength and resistance to corrosion in the hot state were the same as for the nozzles from Stellite 6, subjected to isostatic pressure treatment in the hot state.

Сравнительные испытания способности к механической обработке были проведены с обработанными изостатическим давлением в горячем состоянии сплавом Стеллит 6 и с вышеупомянутым сплавом на основе никеля. В пластинообразных заготовках были расточены отверстия, после чего были проведены исследования качества кромки отверстия на задней стороне пластины, при этом были получены такие же результаты, что и в случае вышеупомянутых сопел, а именно, что кромка отверстия в пластинах, подвергнутых обработке изостатическим давлением в горячем состоянии, не была разрушена, когда пластина изготавливалась из Стеллита 6, а у пластин из материала на основе никеля отверстия имели острую кромку. Comparative tests of machining ability were carried out with hot-worked isostatic pressure alloy Stellit 6 and the aforementioned nickel-based alloy. Holes were drilled in the plate-like blanks, after which studies were made of the quality of the edge of the hole on the back of the plate, and the same results were obtained as in the case of the aforementioned nozzles, namely, that the edge of the hole in the plates subjected to isostatic pressure treatment in hot state, was not destroyed when the plate was made of Stellit 6, and for plates of material based on nickel, the holes had a sharp edge.

Механические свойства материалов сопел исследовались посредством вышeупoмянутыx пластин, а также посредством круглых стержнеобразных заготовок из литого Стеллита 6 и сплава на основе никеля, подвергнутого обработке изостатическим давлением в горячем состоянии. Результаты этого исследования приведены ниже в таблице. Испытания, связанные с размером твердости и прочности на расстояние, выполнялись совершенно обычным образом. Кроме того, стержневидные заготовки были подвергнуты усталостным испытаниям, при которых каждая заготовка была закреплена с обоих концов и подвергнута пульсационным растягивающим нагрузкам с величиной P±P, то есть сила растяжения изменялась между 0 и 2P. Заготовки были подвергнуты 10 миллионам циклов. Если в заготовке не были выявлены разрушения, то нагрузка P была увеличена на 10% и подвергалась 10 миллионам циклов. Если происходило разрушение, то устанавливалась новая заготовка и нагрузка P уменьшалась на 10%, после чего процесс продолжался так, как описано выше. После испытаний определенного количества заготовок из каждой композиции материалов усталостная прочность σ_A была определена как нижнее значение нагрузки, которая вызывает разрушение после 10⁷ циклов. Табл.1 показывает, что усталостная прочность литого Стеллита 6 составила σ_A = ± 150 Н/мм², в то время как усталостная прочность сплава на основе никеля, обработанного изостатическим давлением в горячем состоянии, составила σ_A = ± 275 Н/мм².The mechanical properties of the nozzle materials were studied by means of the above-mentioned plates, as well as by means of round rod-shaped blanks made of cast Stellite 6 and an alloy based on nickel subjected to isostatic pressure treatment in a hot state. The results of this study are shown in the table below. Tests related to the size of hardness and strength at a distance were carried out in a completely normal way. In addition, the rod-shaped workpieces were subjected to fatigue tests, in which each workpiece was fixed at both ends and subjected to pulsating tensile loads with a value of P ± P, i.e., the tensile force varied between 0 and 2P. Billets were subjected to 10 million cycles. If no damage was detected in the workpiece, then the load P was increased by 10% and subjected to 10 million cycles. If destruction occurred, a new workpiece was installed and the load P decreased by 10%, after which the process continued as described above. After testing a certain number of blanks from each material composition, the fatigue strength σ _A was determined as the lower value of the load, which causes failure after 10 ⁷ cycles. Table 1 shows that the fatigue strength of cast Stellit 6 was σ _A = ± 150 N / mm ² , while the fatigue strength of a nickel-based alloy treated with isostatic pressure in the hot state was σ _A = ± 275 N / mm ² .

Как видно, материал сопла, подвергнутый обработке изостатическим давлением в горячем состоянии, значительно прочнее и значительно пластичнее, чем литой материал сопла, и, кроме того, материал, подвергнутый указанной обработке, обладает увеличенной усталостной прочностью. As can be seen, the nozzle material subjected to isostatic pressure treatment in the hot state is much stronger and significantly more ductile than the cast nozzle material, and, in addition, the material subjected to this treatment has an increased fatigue strength.

Claims

1. A method of manufacturing a fuel nozzle valve nozzle for an internal combustion engine, in particular for a large two-stroke engine, comprising placing in the form of a substantially isotropic fine-grained powder with a composition providing hot corrosion resistance in the finished nozzle and treating the powder with isostatic pressure at a pressure at least 800 bar (790 kgf / cm ²⁾ at a temperature of at least 1000 ^o C, characterized in that the isostatic pressure treatment is carried out in a mold having the desired external the configuration of the nozzle, hot for at least 1 hour at the aforementioned pressure and temperature, after which a channel is bored in the billet thus treated with isostatic pressure in the hot state to pass the flow with the central bore and a number of holes to obtain sharp edges of the holes at the junction to the central bore of the nozzle.

2. The method according to p. 1, characterized in that the nozzle blank is made of a material with an austenitic nickel phase, after machining, the blank is subjected to heat treatment at a temperature of 550 - 1100 ^o C, preferably 700 - 850 ^o C for at least 5 hours for the implementation of phase transformation in the solid state, in which there is a release of the ferritic α phase in the form of particles with a very small distribution in the austenitic nickel phase.

3. The nozzle of the valve for the fuel inlet for the internal combustion engine, in particular for a large two-stroke engine with a central longitudinal bore and a number of holes located in the side wall of the nozzle and together with the central longitudinal bore form a channel for pressure fuel flow, the nozzle is made of material with resistance to hot corrosion and erosion of fuel, characterized in that it is made of isostatic pressure treated in hot condition isotropic fine-grained powder, consisting of an alloy based on cobalt containing chromium and tungsten, for example from Stellite 6, while after processing with isostatic pressure in the hot state, the fuel flow channel is bored with the formation of sharp edges of the holes at the transition to the central longitudinal nozzle bore.

4. The nozzle of the fuel inlet valve for an internal combustion engine, in particular for a large two-stroke engine, with a central longitudinal bore and a number of holes located in the side wall of the nozzle and together with the central longitudinal bore form a channel for pressure fuel flow, while the nozzle is made from a material that is resistant to hot corrosion and erosive effects of fuel, characterized in that it is made of isostatic pressure treated in hot condition isotropic fine-grained powder consisting of an alloy based on nickel containing chromium, aluminum and carbon in the following ratio of components, wt.%:
Chrome - 20 - 30
Aluminum - 4.0 - 8.0
Carbon - 0.2 - 0.55
and optionally containing one or more components of tungsten, hafnium, niobium, molybdenum, yttrium, silicon and iron in the following ratio of components, wt.%:
Tungsten - Up to 8.0
Hafnium - Up to 2.0
Niobium - Up to 1.5
Molybdenum - Up to 8.0
Yttrium - Up to 1.5
Silicon - Up to 1.0
Iron - Up to 5.0
The rest is inevitable impurities and nickel
after treatment with isostatic pressure in the hot state, the channel for fuel flow is bored with the formation of sharp edges of the holes at the transition to the central longitudinal bore of the nozzle.

5. The nozzle according to claim 4, characterized in that it is made of an alloy based on nickel containing not more than 6 wt.% Aluminum.

6. The nozzle according to claim 4, characterized in that it is made of an alloy based on nickel containing from 0.35 to 0.55 wt.% Carbon.

7. The nozzle according to claim 4, characterized in that it is made of an alloy based on nickel containing not more than 24 wt.% Chromium.

8. The nozzle of the valve for an internal combustion engine, in particular for a large two-stroke engine, with a central longitudinal bore and a number of holes located in the side wall of the nozzle and together with the central longitudinal bore form a channel for pressure fuel flow, while the nozzle is made of material, possessing resistance to hot corrosion and erosive effects of fuel, characterized in that it is made of isotropic finely processed isostatic pressure in the hot state ernistogo powder consisting of nickel-based alloy containing chromium in the following ratio, wt.%:
Chrome - 40 - 50
and optionally containing one or more components of carbon, manganese, boron, aluminum, titanium, zirconium, hafnium, niobium, molybdenum, oxygen, nitrogen, yttrium, silicon, cobalt and iron in the following ratio of components, wt.%:
Carbon - Up to 0.55
Silicon - Up to 1.0
Manganese - Under 5.0
Molybdenum - Less than 1.0
Boron - Less than 0.5
Aluminum - Up to 8.0
Titanium - Up to 1.5
Zirconium - Up to 0.2
Niobium - Under 3.0
Oxygen - Up to 0.01
Nitrogen - Up to 0.03
Hafnium - Up to 2.0
Yttrium - Up to 1.5
Iron and cobalt (total content) - Up to 5.0
The rest is inevitable impurities and nickel
after treatment with isostatic pressure in the hot state, the channel for fuel flow is bored with the formation of sharp edges of the holes at the transition to the central longitudinal bore of the nozzle.

9. The nozzle of claim 8, characterized in that it is made of an alloy based on nickel containing not more than 6 wt.% Aluminum.

10. The nozzle of claim 8 or 9, characterized in that it is made of an alloy based on nickel containing at least 2.5 wt.% Aluminum.

11. A nozzle according to any one of claims 8 to 10, characterized in that it is made of an alloy based on nickel containing not more than 0.1 wt.% Carbon and not more than 0.5 wt.% Hafnium.

12. The nozzle of claim 8, characterized in that it is made of an alloy based on nickel containing not more than 0.45 wt.% Aluminum, not more than 0.1 wt.% Carbon and not more than 0.1 wt.% Titanium.

13. The nozzle of claim 8, characterized in that it is made of an alloy based on Nickel containing at least 0.5 wt.% Titanium and at least 0.5 wt.% Hafnium.

14. The nozzle according to any one of paragraphs.8 to 13, characterized in that it is made of an alloy based on Nickel containing at least 45.0 wt.% Chromium, 0.15 - 0.4 wt.%, And preferably 0, 25 wt.% Boron.

15. The nozzle according to any one of paragraphs.8 to 14, characterized in that it is made of an alloy based on Nickel containing 1.0 to 2.0 wt.% Free niobium.

16. A nozzle according to any one of claims 3 to 15, characterized in that at least six holes are made in it, the longitudinal axes of which are located inside a spherical angle with a size not exceeding 180 ^o , and preferably not exceeding 80 ^o .

Priority on points:
03/10/94 according to claims 1, 3 to 7;
12/13/94 according to claims 2, 8 - 15.1