RU2339822C2 - Ice exhaust valve, method of its production and high-temperature alloy for its production - Google Patents
Ice exhaust valve, method of its production and high-temperature alloy for its production Download PDFInfo
- Publication number
- RU2339822C2 RU2339822C2 RU2006132945/06A RU2006132945A RU2339822C2 RU 2339822 C2 RU2339822 C2 RU 2339822C2 RU 2006132945/06 A RU2006132945/06 A RU 2006132945/06A RU 2006132945 A RU2006132945 A RU 2006132945A RU 2339822 C2 RU2339822 C2 RU 2339822C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- valve
- production
- internal combustion
- combustion engine
- casting
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Solid-Phase Diffusion Into Metallic Material Surfaces (AREA)
- Lift Valve (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к машиностроению, а именно к двигателестроению, и может быть использовано в поршневых авиационных двигателях внутреннего сгорания.The invention relates to mechanical engineering, namely to engine building, and can be used in piston aircraft internal combustion engines.
Известен клапан впускной двигателя внутреннего сгорания, имеющий шток, головку грибковой формы и участок перехода между ними с ребрами жесткости (патент Японии №61-229908 МПК F01L 3/20, F02В 31/00). В этом прототипе клапаны впуска ребра жесткости развивают поверхность для испарения топливовоздушной смеси, уменьшая ее адгезию на головку клапана в процессе работы двигателя.Known intake valve of an internal combustion engine having a stem, a fungal-shaped head and a transition section between them with stiffeners (Japanese patent No. 61-229908 IPC
Для клапана выпускного двигателя внутреннего сгорания (ДВС) ребра жесткости устраняют коробление его рабочей фаски, играют дополнительную теплоотводящую роль от нее и интенсифицируют принудительное вращение действия клапанных пружин, дополнительной реакцией выхлопных газов, способствуя более плотной посадке клапана в его седло и стиранию нагара с рабочей фаски, повышая надежность и срок службы клапана без прогара при оптимальной его массе.For a valve of an exhaust internal combustion engine (ICE), stiffeners eliminate warping of its working chamfer, play an additional heat-releasing role from it, and intensify the forced rotation of valve springs, an additional reaction of exhaust gases, contributing to a more tight fit of the valve in its seat and erasing soot from the working chamfer , increasing the reliability and service life of the valve without burnout at its optimum weight.
Данная техническая задача решается с помощью клапана выпускного ДВС, имеющего шток с наконечником, головку зонтичной формы с ребрами жесткости в ее донной части, равномерно на ней расположенными до 8 ребер по окружности с подъемом гребня каждого ребра не более 20° по направлению к горизонтали.This technical problem is solved using the valve of the exhaust internal combustion engine, having a rod with a tip, an umbrella-shaped head with stiffeners in its bottom part, evenly spaced up to 8 ribs on the circumference with the rise of the crest of each rib no more than 20 ° towards the horizontal.
На фиг.1 изображен клапан выпускной, на фиг.2 - его разрез А-А, на фиг.3 - схема литья выпускного клапана двигателя внутреннего сгорания в вакууме в нагретые керамические формы.Figure 1 shows the exhaust valve, figure 2 - its section aa, figure 3 - casting diagram of the exhaust valve of the internal combustion engine in vacuum in a heated ceramic mold.
Клапан выпускной состоит из штока 1, головки 2 зонтичной формы с 4 ребрами жесткости 3 в ее донной части со стороны штока.The exhaust valve consists of a rod 1, an umbrella-shaped head 2 with 4
Для сохранения оптимальной массы клапана количество ребер жесткости достаточно не более 8 с подъемом (скосом) каждого до 20° к горизонтали. Под ролик толкателя клапана на конце штока, противоположном головке, расположен наконечник 4, выполненный из металла большей твердости, чем шток, для лучшей износостойкости этого торца штока. Головка 2 зонтичной формы имеет рабочую фаску 5, поверхность которой притирается к седлу клапана при сборке для обеспечения герметичности и мощности двигателя в работе.To maintain optimum valve mass, the number of stiffeners is sufficient no more than 8 with a rise (bevel) of each to 20 ° to the horizontal. Under the valve pusher roller, at the end of the stem opposite the head, there is a tip 4 made of metal of greater hardness than the stem, for better wear resistance of this end of the stem. The umbrella-shaped head 2 has a working
Клапан выпускной ДВС - высокотеплонапряженная деталь двигателя, и именно приведенная конструкция, отличаясь простотой, стабильно обеспечивает не меньшую рабочую тепловую нагрузку, чем в клапане с внутренней теплоотводной полостью, заполняемой натрием для сбалансированности передачи тепла от грибка к штоку (стр.402-403 П.И.Орлов «Конструкция авиационных двигателей», Оборонгиз, 1940, т.2). Ребра жесткости увеличивают теплоотвод из зоны рабочей фаски 5 на шток 1 в процессе работы двигателя, что очень важно, и, кроме того, под воздействием турбулентного потока газов от сгорания топливовоздушной смеси приводят в более интенсивное вращение клапан, положительно дополняя воздействие клапанных пружин на его вращение, чем содействует более плотной и герметичной посадке в свое седло, стирая с рабочей фаски налипающие частицы нагара и исключая тем возникновение прогаров фаски, обеспечивая надежную герметичность посадки клапана в седло при работе двигателя на самых теплонапряженных режимах.The valve of the exhaust internal combustion engine is a highly heat-stressed part of the engine, and it is the above design, which is distinguished by simplicity, stably provides no less working thermal load than in a valve with an internal heat-removal cavity filled with sodium to balance the transfer of heat from the fungus to the stem (pp. 402-403 P. I.Orlov "Design of aircraft engines", Oborongiz, 1940, v.2). Stiffening ribs increase the heat sink from the zone of the working
Известен способ изготовления клапана выпускного двигателя внутреннего сгорания, получаемого отливкой по выплавляемым моделям в нагретые керамические формы (патент Великобритании №2110299, МПК F01L 3/02 - прототип).A known method of manufacturing a valve of an exhaust internal combustion engine obtained by investment casting in heated ceramic molds (UK patent No. 2110299, IPC
Недостатком данного способа является необходимость в стабилизирующей термообработке для сохранения высоких прочностных характеристик материала.The disadvantage of this method is the need for stabilizing heat treatment to maintain high strength characteristics of the material.
Технологической задачей данной разработки является упрощение технологии изготовления клапана с повышением его технологичности, снижение трудоемкости и сокращение необходимой точности размеров с высоким качеством прочностных характеристик материала для надежной работы столь ответственной и высоконагруженной детали двигателя.The technological task of this development is to simplify the valve manufacturing technology with an increase in its manufacturability, reduce the complexity and reduce the necessary dimensional accuracy with high quality strength characteristics of the material for reliable operation of such a critical and highly loaded engine part.
Способ изготовления клапана выпускного двигателя внутреннего сгорания, включающий отливку клапана по выплавляемым моделям в нагретые керамические формы без механической обработки оребренной части головки и с припуском до 1-2 мм на остальных поверхностях. После отливки осуществляется стабилизирующая термообработка в среде защитного газа при температуре 1200+20°С в течение не менее 4,5 часов с последующей механической обработкой и нанесением нитридтитанового покрытия, что обеспечивает получение плотной, гомогенно-равноосной и стабильной структуры металла клапана с плотностью 8,9 г/см3 с высоким уровнем прочностных характеристик и точности размеров при рабочих температурах. На фиг.3 изображена схема литья клапана выпускного двигателя внутреннего сгорания в вакууме в нагретые керамические формы. Равноосная плотная макроструктура литого выпускного клапана обеспечивает высокие характеристики его механических свойств, приведенные в таблице 1.A method of manufacturing a valve of an exhaust internal combustion engine, comprising casting a valve according to investment casting into heated ceramic molds without machining the finned part of the head and with an allowance of up to 1-2 mm on other surfaces. After casting, a stabilizing heat treatment is carried out in a shielding gas at a temperature of 1200 + 20 ° C for at least 4.5 hours, followed by mechanical processing and applying a nitride-titanium coating, which ensures a dense, homogeneous, equiaxed and stable structure of the valve metal with a density of 8, 9 g / cm 3 with a high level of strength characteristics and dimensional accuracy at operating temperatures. Figure 3 shows a casting diagram of a valve of an exhaust internal combustion engine in vacuum into heated ceramic molds. The equiaxed dense macrostructure of the cast exhaust valve provides high characteristics of its mechanical properties, are shown in table 1.
После термообработки и предварительной чистовой проточки фаски и штока к торцу стержня клапана приваривается наконечник из высокохромистой стали, затем торец стержня подрезается, шлифуется и подвергается поверхностной закалке и отпуску на высокую твердость HRC≥50. Затем следуют операции шлифовки, полирования и суперфиниширования штока и головки клапана до окончательных размеров и покрытие нитридом титана. После покрытия нитридом титана шток повторно суперфинишируют, а рабочую фаску каждого клапана притирают к своему седлу в цилиндре при сборке.After heat treatment and preliminary finishing of the chamfer and stem, a tip made of high-chromium steel is welded to the end of the valve stem, then the end of the stem is cut, ground and subjected to surface hardening and tempering at high hardness HRC≥50. Then follow the operations of grinding, polishing and superfinishing of the stem and valve head to the final sizes and coating with titanium nitride. After coating with titanium nitride, the rod is re-superfinished, and the working facet of each valve is rubbed to its seat in the cylinder during assembly.
Известен литейный жаропрочный сплав на основе никеля, содержащий углерод, хром, титан, алюминий, кобальт, ниобий, вольфрам, молибден, железо, лантан, гафний, бор, церий и иттрий, дополнительно содержит тантал и рений при следующем соотношении 16 легирующих элементов, мас.%:Known casting heat-resistant alloy based on Nickel, containing carbon, chromium, titanium, aluminum, cobalt, niobium, tungsten, molybdenum, iron, lanthanum, hafnium, boron, cerium and yttrium, additionally contains tantalum and rhenium in the following ratio of 16 alloying elements, wt .%:
(пат. №2081930, С22С 19/05 - аналог)(US Pat. No. 2081930, С22С 19/05 - analogue)
К недостатку этого многокомпактного сплава относится малая стойкость к истиранию и износу при температурах более 900°С, несмотря на обилие легирующих элементов.The disadvantage of this multicompact alloy is its low resistance to abrasion and wear at temperatures above 900 ° C, despite the abundance of alloying elements.
Наиболее близким аналогом является (патент США №3497349, МПК С22С 19/05) жаропрочный сплав для клапана выпускного ДВС (на основе никеля), содержащий никель, углерод, хром, молибден, железо, вольфрам, бор, ниобий, кремний, марганец при следующем соотношении компонентов, мас.%:The closest analogue is (US patent No. 3497349, IPC С22С 19/05) a heat-resistant alloy for the exhaust valve of the internal combustion engine (nickel-based) containing nickel, carbon, chromium, molybdenum, iron, tungsten, boron, niobium, silicon, manganese in the following the ratio of components, wt.%:
К недостатку вышеуказанного сплава относится наличие ниобия, примесей кремния и марганца, что не гарантирует от образования окислов даже в вакууме, не способствует образованию упрочняющей интерметаллидной фазы, не позволяет получить сплав с плотной мелкозернистой структурой.The disadvantage of the above alloy is the presence of niobium, impurities of silicon and manganese, which does not guarantee the formation of oxides even in a vacuum, does not contribute to the formation of a strengthening intermetallic phase, and does not allow to obtain an alloy with a dense fine-grained structure.
Технической задачей данного изобретения является повышение стойкости сплава к износу рабочей фаски выпускного клапана ДВС при температурах более 900°С и получение сплава с плотной мелкозернистой структурой.The technical task of this invention is to increase the resistance of the alloy to wear on the working facet of the exhaust valve of the internal combustion engine at temperatures above 900 ° C and to obtain an alloy with a dense fine-grained structure.
Для решения поставленной задачи используется жаропрочный сплав интерметаллидного упрочнения, без аллотропических превращений в плотной равноосной структуре, стабилизированной после литья в вакууме термообработкой до 1200°С+20°С, сравнительно простого химического состава, содержащий никель, углерод, хром, молибден железо, вольфрам, бор. Данный сплав содержит дополнительно алюминий, титан, цирконий и церий, что влияет на процесс кристаллизации и на образование упрочняющей интерметаллидной фазы при стабилизирующей термообработке и следующем соотношении всех составляющих в сплаве, мас.%:To solve this problem, a heat-resistant alloy of intermetallic hardening is used, without allotropic transformations in a dense equiaxial structure, stabilized after casting in vacuum by heat treatment to 1200 ° C + 20 ° C, of a relatively simple chemical composition containing nickel, carbon, chromium, molybdenum iron, tungsten, boron. This alloy additionally contains aluminum, titanium, zirconium and cerium, which affects the crystallization process and the formation of a strengthening intermetallic phase during stabilizing heat treatment and the following ratio of all components in the alloy, wt.%:
Таким образом, выпускной клапан ДВС такой конструкции, изготовленный из данного сплава и таким способом, высокотехнологичен, имеет небольшую трудоемкость, надежен в работе, позволяет получить плотную мелкозернистую структуру, обладает большой стойкостью к износу, имеет длительный срок службы, оптимальную массу. Взаимозаменяемость литых и кованых клапанов при эксплуатации и ремонте двигателей сохраняется.Thus, the exhaust valve of an internal combustion engine of this design, made of this alloy and in this way, is high-tech, has little laboriousness, is reliable in operation, allows to obtain a dense fine-grained structure, has great resistance to wear, has a long service life, and optimal weight. The interchangeability of cast and forged valves during operation and repair of engines is maintained.
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2006132945/06A RU2339822C9 (en) | 2006-09-13 | 2006-09-13 | Ice exhaust valve, method of its production and high-temperature alloy for its production |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2006132945/06A RU2339822C9 (en) | 2006-09-13 | 2006-09-13 | Ice exhaust valve, method of its production and high-temperature alloy for its production |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2006132945A RU2006132945A (en) | 2008-03-20 |
RU2339822C2 true RU2339822C2 (en) | 2008-11-27 |
RU2339822C9 RU2339822C9 (en) | 2009-09-10 |
Family
ID=39279535
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2006132945/06A RU2339822C9 (en) | 2006-09-13 | 2006-09-13 | Ice exhaust valve, method of its production and high-temperature alloy for its production |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2339822C9 (en) |
-
2006
- 2006-09-13 RU RU2006132945/06A patent/RU2339822C9/en not_active IP Right Cessation
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2339822C9 (en) | 2009-09-10 |
RU2006132945A (en) | 2008-03-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Okada | Automotive and industrial applications of structural ceramics in Japan | |
US6173702B1 (en) | Movable wall member in the form of an exhaust valve spindle or a piston in an internal combustion engine | |
JP5036879B2 (en) | Movable wall member in the form of an exhaust valve spindle or piston for an internal combustion engine and a method of manufacturing the member | |
CN1867699A (en) | Protective layer for the protection of a component against corrosion and oxidation at elevated temperatures, and component | |
WO2015098643A1 (en) | Assembly of internal combustion engine valve and valve seat | |
WO2011122342A1 (en) | Ni-based alloy, and gas turbine rotor blade and stator blade each using same | |
JP6701726B2 (en) | Internal combustion engine piston, internal combustion engine, and method of manufacturing internal combustion engine piston | |
US20200102629A1 (en) | High temperature alloy for casting engine valves | |
RU2339822C2 (en) | Ice exhaust valve, method of its production and high-temperature alloy for its production | |
JPH11315356A (en) | Lightweight and hollow valve device | |
CN111188660B (en) | Internal combustion engine | |
CN209892344U (en) | Piston and engine | |
RU2723498C1 (en) | Sliding element and internal combustion engine sliding element | |
US5803037A (en) | Joined type valve seat | |
Larson et al. | Engine valves—Design and material evolution | |
CN1871370A (en) | Metal protective coating | |
EP1231286A1 (en) | Preliminarily formed article and formed article and parts for internal-combustion engine | |
CN106715880A (en) | Piston, piston machine having such a piston, and motor vehicle having such a piston machine | |
JP6246187B2 (en) | Assembly for an internal combustion engine comprising a piston and a crankcase | |
KR100235598B1 (en) | The method for surface hardening of piston | |
JPS59138711A (en) | Valve shaft guide for internal combustion engine | |
WO2016008861A1 (en) | Process for obtaining a piston and piston so obtained | |
JP3142224B2 (en) | Ferritic heat-resistant cast steel and diesel engine pre-combustion chamber member using the same | |
CN117627807A (en) | Remelting piston with upper and lower throats and process | |
JPS62180083A (en) | Ceramic coated metallic member |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
TZ4A | Amendments of patent specification | ||
TH4A | Reissue of patent specification | ||
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20130914 |