Жаропрочность поршневых литейных алюминиевых сплавов.
На поршни в различных двигателях действуют знакопеременные нагрузки при постоянном их контакте с агрессивными жидкими и газовыми средами. При этом нагрузки бывают очень большие 10 000-18 000 т и температура пламени повышается до 800 С. Поэтому к сплавам для поршней предъявляются следующие требования 1. Пониженная плотность, снижающая нагрузку на шатун. 2. Пониженный коэффициент термического расширения, так как цилиндры двигателей стальные, коэффициент термического расширения которых в два раза меньше, чем у алюминия.
При низком коэффициенте у алюминиевого поршня необходимо делать минимальный зазор между поршнем и цилиндром, что будет способствовать повышению мощности двигателя, меньшему расходу смазывающего вещества и горючего, а также увеличению срока эксплуатации цилиндров, поршневых колец и поршней. Таким образом, коэффициент термического расширения - одна из важнейших характеристик поршня. 3. Повышенная теплопроводность, обеспечивающая быстрый отвод тепла от камеры сгорания двигателя. 4. Повышенная твердость.
Это определяет износостойкость поршней. 5. Высокая плотность проникновение газа в поры и микротрещины приводит к быстрому разрушению поршней . 6. Стабильность структуры поршня. Структурные изменения могут привести к объемному изменению поршня к явлениям роста к заклиниванию его и быстрому выходу из строя. 7. Коррозионная стойкость в среде горячих агрессивных газов.
Воздействуя на днище поршня, газы могут привести его к быстрому разрушению. До последнего времени поршни отечественных автомобильных и тракторных двигателей в большинстве своем отливали из вторичного алюминиевого сплава АЛ10В. Несмотря на лучшую, чем у других сплавов типа силумин, обрабатываемость резанием, сплав АЛ10В имеет ряд недостатков повышенный коэффициент термического расширения, склонность к объемным изменениям в процессе эксплуатации и пониженную коррозионную стойкость.
Это приводит к образованию на поршнях задиров и трещин. В других странах для литья поршней широко применяют сплавы типа Лоу-Экс или АЛ25 с 10-14 Si, a также сплавы с высоким содержанием кремния до 26 , имеющие большие преимущества перед сплавом АЛ 10В высокая жидкотекучесть, пониженная линейная усадка, малая склонность к образованию горячих трещин, что позволяет получать из них ажурные отливки с большой разностенностыо.
Кроме того, высококремниевые сплавы более коррозионностойки, что позволяет увеличивать ресурс использования поршней и двигателя, работающих на различных видах топлива. Чем выше содержание кремния в этих сплавах, тем ниже коэффициент термического расширения. С увеличением содержания кремния понижается пластичность сплавов и ухудшается их обрабатываемость резанием. Для устранения этих недостатков необходимо разработать более совершенные методы модифицирования сплавов. Высококремниевые алюминиевые сплавы наиболее перспективны для изготовления поршней, поэтому в настоящей главе уделяется большое внимание подробному исследованию влияния легирующих элементов и примесей на жаропрочность этих сплавов. 2.3.1.