Поршневые сплавы Поршневые <a href=сплавы" title="Поршневые сплавы" align="left" width="200" height="162" class=""/>

Поршневые сплавы составляют важнейшую часть всех сплавов II группы. В нашей стране и за рубежом производится огромное количество двигателей внутреннего сгорания (ДВС) и, соответственно, миллионы поршней для этих двигателей.

При работе поршни подвергаются значительным нагрузкам. Они движутся в цилиндрах с высокими скоростями и ускорениями в условиях одностороннего нагрева. Чтобы рабочий цилиндр не перегревался, поршень должен быть из материала с высокой теплопроводностью. Сплав должен иметь малое тепловое расширение, чтобы его не заклинило в цилиндре при рабочих температурах и не требовался большой предварительный зазор в холодном состоянии. При эксплуатации поршень должен сохранять свои геометрические размеры. От массы поршня зависят размеры и масса остальных деталей двигателя: шатунов, коленчатых валов с противовесами и т.д. Чем меньше масса двигателя, тем выше его экономичность (меньше расход топлива).

Таким образом, к поршневым сплавам предъявляются следующие требования:

-    высокая статическая и динамическая прочность;

-    высокий предел выносливости;

-    достаточная твердость при высоких температурах;

-    высокая теплопроводность;

-    низкий коэффициент термического расширения;

-    малая плотность;

-    хорошие антифрикционные свойства и высокая износостойкость;

-    высокая коррозионная стойкость;

-    удовлетворительная технологичность.

Наиболее полно удовлетворяют приведенным требованиям медистые силумины с добавками магния, никеля, марганца, титана и хрома.

В течение длительного времени большинство поршней ДВС различного назначения изготовляли из вторичного чушкового сплава АК5М7 (АЛ10В). Уровень свойств этого сплава удовлетворял лишь условиям эксплуатации ДВС малой мощности. В настоящее время он включен в ГОСТ 1583–93, но не рекомендуется для использования в новых конструкциях. Из новых поршневых материалов с лучшей стороны проявили себя сплавы АК12М2МгН (АЛ25), АК12ММгН (АЛ30) и АК21М2,5Н2,5 (ВКЖЛС2). Эти сплавы имеют более сложный состав, чем у сплава АК5М7, и меньшее содержание примесей. По всем характеристикам, включая литейные и физические свойства и коррозионную стойкость, они превосходят своего предшественника.

Сплавы АК12М2МгН (АЛ25), АК12ММгН (АЛ30) имеют эвтектическую концентрацию кремния. Они дополнительно легированы магнием, медью, никелем, а в сплав АК12М2МгН введены еще марганец и титан. Сплавы имеют сложный фазовый состав. Кроме пересыщенного твердого раствора, устойчивого при повышенных температурах, в сплавах присутствуют частицы таких сложных фаз, как AlxMg5Si4Cu4, Al12Mn2Cu, Al6Cu3Ni и др., которые располагаются по границам зерен и придают сплавам высокую жаропрочность.

Сплавы обладают высокими литейными свойствами, хорошей коррозионной стойкостью и менее склонны к объемным изменениям при эксплуатации. Коэффициент термического расширения у них составляет (19,0 – 20,0) ·106 1/К против 24,4·106 1/К у сплава АК5М7. Сплавы могут работать при температурах до 300 °С.

Сплав АК21М2,5Н2,5 (ВКЖЛС2) является завтектическим силумином. Он имеет еще более сложный состав (добавлен хром) Ранее использовался и заэвтектический сплав АЛ26 с близким составом. Высокое содержание кремния способствует уменьшению коэффициента термического расширения до 18·106 1/К (у кремния он ниже, чем у алюминия). Жаропрочность несколько выше, чем у эвтектических сплавов. Поршни могут работать при температурах 300–320 °С.

Поскольку эвтектическая точка сильно сдвинута вправо (33 % Cu) и в ее состав входит хрупкий интерметаллид, то эвтектические сплавы не нашли практического применения изза низких механических свойств. Температура плавления эвтектики ниже, чем у силуминов, поэтому интервал кристаллизации больше. Это указывает на то, что литейные свойства сплавов данной группы будут хуже, чем у силуминов.

Практика показала, что сплавы системы Al – Cu склонны к образованию горячих трещин и рассеянной усадочной пористости. Они имеют меньшую жидкотекучесть, хуже заполняют литейную форму.

Сплав АМ5 (АЛ19) кроме основы содержит марганец и титан. Марганец упрочняет твердый раствор и задерживает его распад при нагреве, а титан оказывает модифицирующее действие, измельчает зерно.

  • Читать все новости