Порошковый материал для изготовления седел клапанов двигателя внутреннего сгорания

 

Изобретение относится к порошковой металлургии. Порошковый материал для изготовления седел клапанов двигателя внутреннего сгорания на основе железа содержит никель, молибден, кобальт, углерод и дополнительно медь при следующем соотношении компонентов, мас.%: никель 1,0 - 2,0; молибден 1,0 - 2,0; кобальт 5,0 - 7,0; углерод 0,3 - 0,8; медь 6,0 - 10,0; железо остальное. Технический результат заключается в снижении токсичности материала, повышении коэффициента теплопроводности и износостойкости сопряжения седло-клапан.

Изобретение относится к порошковой металлургии, а именно к порошковому материалу для изготовления седел клапанов двигателя внутреннего сгорания.

Седла клапанов, как и сами клапана, работают в очень тяжелых условиях. Температура выхлопных газов в бензиновых двигателях может достигать 950-980^oС. При этом седла клапанов подвергаются воздействию циклических тепловых и ударных нагрузок, а также химическому и физическому воздействию отходящих газов топливной смеси.

Основные эксплуатационные и технологические требования, предъявляемые к материалам для седел клапанов: - твердость, соизмеримая с твердостью клапана (35-40 HRC); - износостойкость в условиях сухого трения при температуре 600^oС для выпускного седла клапана; - термостабилизация материала по структуре и механическим свойствам в диапазоне рабочих температур; - коррозионная стойкость, жаростойкость под действием выхлопных газов; - достаточная теплопроводность, обеспечивающая быстрый отвод тепла от рабочей фаски седла; - технологичность изготовления и хорошая механическая обработка.

Известен состав порошкового материала для изготовления седел клапанов следующего состава,% (1): Никель - 1,0 - 2,0 Молибден - 1,0 - 2,0 Кобальт - 6,0 - 7,0
Углерод - 0,5 - 1,0
Свинец - 0,7 - 1,5
Железо - Остальное
Недостатком данного порошкового материала является наличие экологически вредного элемента - свинца.

Практически все производители седел клапанов уходят от применения свинца в качестве добавок, например фирма "BLEISTAHL" также предложила свой состав бессвинцовистого материала MS 20Cu (2), вместо материала СОМО 7SH, содержащего свинец. Новый материал представляет собой никель-молибденовую сталь, пропитанную медью, связывающую с интерметаллическими фазами высокотемпературные смазки.

Химический состав материала, мас.%:
Углерод - 0,40 - 0,80
Молибден - 2,50 - 3,50
Никель - 2,50 - 3,50
Вольфрам - 0,40 - 0,60
Хром - 0,50 - 1,50
Сера - 0,30 - 0,50
Медь - 14,00 - 20,00
Железо - Остальное
Недостатками данного материала являются следующие:
1. При работе седел клапанов в паре седло-клапан идет повышенный износ клапана из-за высокой твердости седла (350-450 НВ);
2. Материал MS 20 Сu более дорогой, в его составе содержится до 8% дорогих легирующих добавок и в два раза больше содержание меди. По сравнению с традиционной технологией порошковой металлургии, когда медь вводится в виде порошка в смесевой состав, технология пропитки медью требует дополнительных капиталовложений.

Задачей изобретения является:
1. Cнижение токсичности порошкового материала для изготовления седел клапанов;
2. Повышение коэффициента теплопроводности (как следствие тепловой разгрузки узла);
3. Повышение износостойкости сопряжения седло-клапан.

Задача решается следующим образом. Из состава материала исключается свинец, при этом вводится медь при следующих соотношениях компонентов, мас. %:
Никель - 1,0 - 2,0
Молибден - 1,0 - 2,0
Кобальт - 5,0 - 7,0
Углерод - 0,3 - 0,8
Медь - 6,0 - 10,0
Железо - Остальное
Предлагаемый бессвинцовистый материал на основе легированного порошка (кобальтом, никелем и молибденом) с добавками меди и графита более дешев из-за простоты химического состава и технологии изготовления. В данном материале нет трудновосстановимых окислов, таких как окислы хрома, которые ведут к сильной окисленности материала.

Предлагаемый материал за счет введения 5-7% кобальта имеет повышенное значение теплостойкости. Применение меди приводит к снижению температуры в зоне контакта седло-клапан за счет увеличения теплопроводности материала, так как медь образует разделительный слой на поверхности трения, что облегчает приработку пары седло-клапан и дает наибольший положительный эффект по увеличению износостойкости седел клапанов и, кроме того, способствует снижению шума в клапанном механизме, повышает прочность, твердость материала при работе пары седло-клапан.

Конкретное применение использовалось для подготовки серийного изготовления заготовок детали седло вставное впускного клапана автомобиля ВАЗ 2112 - деталь 2112-1007080-72. Изменения мощностных и экономических показателей в сторону ухудшения отсутствуют.

Библиография
1. Патент ФРГ 2114160, 16.03.72.

2. Проспект ф. "Блейшталь", ФРГ.

Формула изобретения

Порошковый материал для изготовления седел клапанов двигателя внутреннего сгорания на основе железа, содержащий никель, молибден, кобальт, углерод, отличающийся тем, что он дополнительно содержит медь при следующем соотношении компонентов, мас. %:
Никель - 1,0-2,0
Молибден - 1,0-2,0
Кобальт - 5,0-7,0
Углерод - 0,3-0,8
Медь - 6,0-10,0
Железо - Остальное

NF4A Восстановление действия патента Российской Федерации на изобретение

Извещение опубликовано: 27.12.2006        БИ: 36/2006

---