Технические науки/ 3 Отраслевое машиностроение

Д.т.н. Афанасьев В.К., к.т.н. Прудников А.Н., Горшенин А.В.

Сибирский государственный индустриальный университет, Россия

Новые деформируемые сплавы на основе заэвтектических силуминов (Сообщение 2)

При разработке новых поршневых материалов приходится уделять значительное внимание проблеме повышения жаропрочности. Это связано с тем, что в процессе работы двигателя днище поршня нагревается до 300 °С, а для тяжелонагруженных двигателей, работающих в форсированном режиме, эта температура может составлять 350 – 400 °С [1]. Поэтому работоспособность поршня будет определяться не только его механическими характеристиками при обычной температуре, но и при повышенной и, в первую очередь, длительной прочностью.

Для разработки состава деформируемого заэвтектического силумина с повышенной жаропрочностью на основе Al - 15¸20 % Si, не содержащего дефицитного никеля, было скорректировано содержание меди в сторону увеличения до 5% и введены микродобавки церия и азота, способного образовывать жаропрочные выделения нитридов. Для модифицирования структуры слитков полунепрерывного литья из опытного сплава использовали наводороживание совместно с введением фосфористой меди. Указанная комплексная обработка расплава силумина обеспечивает регламентированное содержание фосфора и водорода и достаточный уровень измельчения кристаллов первичного кремния в структуре слитка, позволяющий получить полуфабрикаты и детали обработкой давлением. Причем, в дальнейшем в процессе деформации слитков, получения поршневых заготовок и их термической обработке водород удаляется и его содержание стабилизируется на уровне не превышающем 0,1 – 0,2 см³/ 100 г. Свойства опытного сплава в деформированном состоянии после термической обработки и известных поршневых сплавов приведены в таблице 1, а прочность сплавов при повышенной температуре в таблице 2 [2].

Таблица 1 – Механические свойства и КЛР опытного и известных поршневых сплавов.

Сплав	Механические характеристики			α∙10^6, град ^-1, в интервале 20 – 300 °С
	σВ, МПа	δ, %	НВ, МПа
опытный с повышенной жаропрочностью	432-488	5,3-6,4	1140-1420	17,3-18,0
АК12Д	365	4,8	950	22,0
АК21М2,5Н2,5 (ГОСТ 1583-93)	173	0,2	1050	18,0

Таблица 2 – Прочность опытных и известных поршневых сплавов при 300°С.

Сплав	Кратковременная прочность, σВ^300, МПа	Длительная прочность за 100 часов, σВ^300, МПа
Опытные: - с повышенной жаропрочностью - высокопрочный	220 176	30 25
Известные: АК12Д АК21М2,5Н2,5 (АЛ26)	148 115	25 47

Из данных, таблиц 1 и 2 видно, что по уровню механических свойств при обычной и повышенной температурах опытный сплав превосходит свойства деформируемых аналогов, а по коэффициенту линейного расширения сопоставим с лучшими литейными сплавами (АК21М2,5Н2,5; KS280; Mahle 138).

Из опытного силумина с повышенной жаропрочностью в условиях ОАО «СМК» (г. Ступино) была изготовлена партия поршней объемом 50 штук для тяжелонагруженных дизельных двигателей и проведены успешные объектовые испытания в форсированном режиме.

Таким образом, показана возможность изготовления поршней для тяжелонагруженных двигателей с улучшенными характеристиками из опытных заэвтектических легированных силуминов с использованием традиционных технологий литья слитков полунепрерывным способом и горячей деформации на гидравлических прессах.

Литература:

1. Строганов Г.Б., Ротенберг В.А., Гершман Г.Б. Сплавы алюминия с кремнием. – М.: Металлургия, 1977. – 271 с.

2. Прудников А.Н. Разработка состава и исследование структуры и свойств поршневого деформируемого заэвтектического жаропрочного силумина // Изв. ВУЗов. Черная металлургия. – 2009. – №6 – С. 25-29.