Исследование применения сплавов системы Al-Mg-Si для производства поршней гоночных автомобилей

ОГЛАВЛЕНИЕ 1. Введение .2. Литературный обзор по теме диплома 1. Сплавы системы Al - Si - Mg . 2. Сплавы системы Al - Mg - Si 3. Жаропрочность поршневых литейных алюминиевых сплавов 1.Влияние легирующих элементов на жаропрочность поршневых сплавов 2. Жаропрочность высококремниевых легированных сплавов .27 2.4. Кратковременные испытания литейных алюминиевых сплавов при повышенных температурах 1. Кратковременные испытания сплавов на растяжение по обычной методике .5. Диаграмма Al - Mg - Si 6. Быстрозакристаллизованные сплавы на основе алюминия и способы их получения 3. Экспериментальная часть 3.1 Обоснование выбора сплавов для исследования 2. Исследование гранулированных сплавов 3. Коэффициент линейного расширения исследуемых сплавов 58 3.4. Выводы 4. Экономика 1. Технико - экономическое обоснование НИР .2. Организация и планирование НИР .3. Индивидуальное производственное задание на выполнение НИР .4. Составление сметы затрат на дипломную НИР 5. Промышленная экология и безопасность производства 5.1. Общий анализ условий труда при проведении исследований 2. Разработка инженерных мероприятий по защите от ОПФ и ВПФ 3. Обеспечение пожарной безопасности при проведении исследований 4. Защита окружающей среды . 6. Заключение 7. Литература 1. ВВЕДЕНИЕ Приоритетные свойства материалов для поршней двигателей внутреннего сгорания и дизельных двигателей можно классифицировать следующим образом низкий коэффициент линейного расширения, высокая прочность и жаропрочность, износостойкость и, соответственно, высокая технологичность и эффективность при производстве.

Очевидно, что особые эксплуатационные условия для двигателя современной гоночной машины предопределяют иной список приоритетов для поршневых материалов.

Целью данной исследовательской работы является разработка поршневого материала, имеющего особый комплекс свойств низкая плотность, высокая жаропрочность и термостабильность, высокая теплопроводность и т.д. Основными материалами, используемыми в двигателях Формулы-1, являются алюминиевые магниевые, титановые и стальные сплавы, хотя в отдельных случаях могут применяться и другие, например, керамика и углеволокно.

Алюминий - наиболее распространенный материал благодаря его жесткости.

Поэтому из него делают главные элементы двигателя, например, головки цилиндров, блок цилиндров, поршни. Многие из этих компонентов производятся из специальных алюминиевых сплавов, например Metal Matrix Composite MMC , который только начал появляться в Формуле-1. Дополнительным плюсом в использовании алюминия является его высокая теплопроводность. В результате этого тепло, создаваемое внутри двигателя, быстро отводится наружу и эффективно рассеивается.

Магний легче алюминия, но его жесткость ниже, так что он используется в таких частях как оболочки кулачков. Шатуны сделаны из титана.

Хотя эти материалы тяжелее алюминия, но гораздо жестче. Из стали в состав которой входят различные количества никеля и хрома делают коленчатый вал, поскольку на этот узел воздействует огромная энергия, а значит, требуется высокий уровень прочности.

Углеволокно карбоновое волокно, широко применяемое при изготовлении шасси, в производстве двигателя почти не участвует. Но его все же можно увидеть например в качестве оболочки пружин. Низкий вес и изоляционные свойства керамики представляют широкий интерес для применения, однако недостаточная прочность пока ограничивают ее использование в двигателях Формулы-1. Некоторые производители применяют ее как покрытие впускных клапанов, чтобы предотвратить теплопередачу от выхлопных газов к головкам цилиндра.

В некоторых командах из керамики сделаны выхлопные трубы. Сама система выхлопа сделана из инконеля, специального сплава никеля, цинка и хрома, который применяется в авиационных двигателях. Это очень тонкий и легкий металл, но выдерживающий высокие температуры, порядка 800-900 градусов. Он с легкостью выдерживает режимы быстрого нагрева и охлаждения, свойственные работе системы выхлопа болида Формулы-1. В форсированных моторах применение кованых поршней если уж не обязательно, то во всяком случае желательно. Но прежде чем говорить об их преимуществах, внесем ясность в терминологию. Точное название процесса не ковка, а изотермическая штамповка, поскольку заготовку поршня получают из прутка выдавливанием без плавления - единственным ходом пресса при постоянной температуре 495 5 С. Фотографии поршней гоночных болидов Formula-1 фирмы Mahle По сравнению с литыми штампованные поршни легче и одновременно прочнее, их форма оптимальна для форсированных двигателей, склонность к прогоранию меньше. В подтверждение обратимся к цифрам.

Твердость кованых поршней 120-130 ед. по Бриннелю против 80-90 ед. у обычных.

Термоциклическая стойкость выше в 5-6 раз. Если литые до появления первых трещин выдерживают в среднем 400 испытательных циклов нагрев-охлаждение, то штампованные - 2500. В качестве предмета исследования в данной работе были выбраны сплавы на основе Al - Mg - Si, полученные методом высокоскоростной кристаллизации распыление из перфорированного стакана в виде гранул. 2.

Литературный обзор по теме диплома

Литературный обзор по теме диплома 2.1

Сплавы системы Al - Si - Mg

Наиболее типичным сплавом силумин системы Al-Si-Mg, нашедшим широкое п... происходит перегруппировка в направлении сближения атомов кремния и ма... Образуются одномерные и двумерные зародыши метастабильной фазы Р Mg2Si... Частицы силицида магния в виде белых тонких полос расположены ориентир... С.

Сплавы системы Al - Mg - Si

Фаза Mg2Si часто кристаллизуется в этих сплавах в разветвленной паукоо... При малом содержании магния в сплаве эвтектика располагается по границ... При испытании в течение 45 дней методом распыления 3 -ного. Сплав АЛ8 по жаропрочности очень сильно уступает сплавам АЛ13 и АЛ22 в... В твердом растворе с высокой плотностью распределены точечные и мелкие...

Жаропрочность поршневых литейных алюминиевых сплавов

Поэтому к сплавам для поршней предъявляются следующие требования 1. Несмотря на лучшую, чем у других сплавов типа силумин, обрабатываемост... При этом нагрузки бывают очень большие 10 000-18 000 т и температура п... . Стабильность структуры поршня.

Влияние легирующих элементов на жаропрочность поршневых сплавов

. Примеси олова и свинца в указанных пределах заметно не влияют на механ... 10 мм при нагрузке 100 кГ и продолжительности нагружения 30 мин. 20 мм, и на отдельно отлитых в землю образцах диам. М.

Жаропрочность высококремниевых легированных сплавов

10 мм с литейной коркой. За рубежом для модифицирования заэвтектических силуминов применяют сло... . С целью устранения этого недостатка И. Предел прочности при растяжении и относительное удлинение заэвтектичес...

Кратковременные испытания литейных алюминиевых сплавов при повышенных температурах

Кратковременные испытания литейных алюминиевых сплавов при повышенных ... Литые детали из алюминиевых сплавов широко применяются в конструкциях ... В литературе имеется много данных, характеризующих жаропрочность литей... Эти данные имеют исключительно важное значение для конструкторов и тех... 2.4.1.

Кратковременные испытания сплавов на растяжение по обычной методике

Б. Локтионовой. Испытания при повышенных температурах разделялись на крат... Снижение предела прочности остальных сплавов началось с температуры 10... Высокотемпературная форма, по-видимому, кубическая. Параметр решетки т... Добавка сурьмы уменьшает поверхностное натяжение на границе раздела жи...

Диаграмма Al - Mg - Si

110. Наибольшие скорость старения и максимум упрочнения отвечают содержанию... Холодная деформация после старения может привести к уменьшению прочнос... Сплавы с меньшей концентрацией можно закаливать на воздухе, особенно в... Но путем использования специальной обработки возможно многократное пол...

Быстрозакристаллизованные сплавы на основе алюминия и способы их получения

Быстрозакристаллизованные сплавы на основе алюминия и способы их получ... Скорость охлаждения частиц зависит от размера капель, сечения и скорос... Процессы с контактным охлаждением В этих процессах теплопередача осуще... Скорости охлаждения такие же, как в способе намораживания на холодную ... Подобный способ сравнительно дешев, надежен и может быть усовершенство...

Экспериментальная часть

Экспериментальная часть 3.1

Обоснование выбора сплавов для исследования

Был разработан сплав 5-7 Mg и 1,0 - 1,5 Si. Как правило, они классифицируются как 1 доэвтектические содержание Si ... Позднее был разработан сплав Magsimal 59 5 Mg, 2 Si для производства а... Магний хорошо растворим в твёрдом растворе и понижает теплопроводность... 3.2 .

Исследование гранулированных сплавов

Выбор сплавов для исследования был сделан согласно квази - бинарному с... Для исследования были выбраны сплавы с фазовыми составами Al - Mg2Si и... Сплав был сделан в виде чешуек толщиной около 20 мкм, которые были пол... Рекомендуется подробное исследование всех факторов. Все сплавы обладали высоким модулем Юнга, низким коэффициентом линейно...

Экономика

Экономика 4.1

Технико - экономическое обоснование НИР

В современном мире индустрия спортивных состязаний гоночных автомобиле... Растворимость Mg2Si в алюминии намного ниже, чем у Mg. При использовании метода высокоскоростного затвердевания расплава всё ... Технико - экономическая эффективность результатов данной научно - иссл... 4.2.

Организация и планирование НИР

Этапы выполнения НИР. испол. Исполнители внутренние внешние 1 2 3 4 5 6 1 Подготови-тельный ... Получение и изучение задания 1 2 2 03.11 03.11 2. Приготовление шлифов 3 12 12 27.11 21 .11 7. Анализ полученных данных 5 3 3 23.12 23.12 14.

Составление сметы затрат на дипломную НИР

. Испытания на разрыв 6 10 14 26 40 26 40 0 0 12. Составление сметы затрат на дипломную НИР. Накладные расходы 3032,9 25,63 Итого 11833 100 Таблица 4.7. Затраты на заработную плату участников НИР а Величина затрат на основн...

Промышленная экология и безопасность производства

Промышленная экология и безопасность производства 5.1.

Общий анализ условий труда при проведении исследований

п п Опасные и вредные производст- венные факторы Наименова- ние операц... 30 мин - 8 ч. малый II 500 200 - 4,2 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 5 4 0,15 - 0,3 Светл. Производственные вибрации операция 3а . б Опасный уровень напряжения и тока в сети операции 1,2,3в,6,7 .

Разработка инженерных мероприятий по защите от ОПФ и ВПФ

Для предотвращения термического ожога применяются щипцы и рукавицы. Дл... Разработка инженерных мероприятий по защите от ОПФ и ВПФ. Уровень производственного шума и вибраций не превосходит значений ПДУ. 5.3. .

Обеспечение пожарной безопасности при проведении исследований

Количественные показатели пожаро-взрывоопасных веществ и материалов. 510оС Pmax 371 кПа dP di 23800 кПа с МВСК Y I, по объёму 1 10-6 в год,... При проектировании здания в данной лаборатории установлены фотоэлектри... Для тушения оборудования в результате возникновения пожара применяется... Ширина коридоров - 2,5 метра, проходов - 1 метр, дверей- 1,5 метра.

Защита окружающей среды

Экологическая экспертиза процесса. Операция Образующиеся отходы тверды... Na2CO3 2HNO3 2NaNO3 СО2 H2O Na2CO3 2HF 2NaF СО2 Н2О Na2CO3 2CH3COOH 2C... Образцы после испытаний собираются и отправляются на переплав, который... 44 данной работы. Прутки были подвергнуты термообработке отжиг, искусственное старение, ...

Литература

Литература 1. Добаткин В.И. в кн. Металлургия гранул , М ШЛС, Л 4, Ю88, с. П-23. 2. Промышленные алюминиевые сплавы.

Под редакцией Ф.И.Квасова и И.Н.Фридляндера, М Металлургия, 1984, 528 с. 3. Джоунс Г.И. в кн. Сверхбыстрая закалка жидких сплавов. Перевод под ред. В.Т.Борисова, М Металлургия, 1986, с.12-67. 4. Мирошниченко М.С. Закалка из жидкого состояния , М Металлургия, 1982, 168 с. 5. Добаткин В.И. в кн. Металлургия гранул , М ВИЛС, I, I983, с.23-33. 6. Добаткин В.И. в кн. Металловедение, литье и обработка легких сплавов , ВИЛС, 1986, с.3-18. 7. Данилов В.И. Строение и кристаллизация жидкости. Киев, ивд-во Киев АН УССР, 1956, 566 с. 8. Добаткин В.И. в кн. Алюминий и технический прогресс , М ВИЛС, 1987 г с.164-172. 9. Мондольфо Л.Ф. Структура и свойства алюминиевых сплавов. М Металлургия, 1979, 640 с. 10. Мирошниченко И.С Брехаря Г.П ФММ 1970, Л 3, с. 664-666. 11. Борисов В.Т Духин А.И В кн. Механизм и кинетика кристаллизации , Минск, Наука и техника , 1969, с.176-181. 12. S.Y. Savage and F.H. Froes, Metals, 1984, 36, 4, р.20-32. 13. Nicolas Y. Grant, Y. Metals, 1983, 35, 1, p.20-27 14. И. Ф. Колобнев Жаропрочные литейные алюминиевые сплавы , Москва, с.86-140.