Способ восстановления чугунныхколенчатых валов двигателей

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. саид-ву (22) Заявлено 121078 (21) 2673440/22-02

CoIo3 Соаетскик

Социалистических

Республик

tttt 800212 (511М. Кп. с присоединением заявки ¹â€”

С 21 0 1/78//

С 21 0 5/00

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (23) Приоритет

Опубликовано 300181, Бюллетень ЙЯ 4 (>>) АК 621. 785. . 79 (088. 8) Дата опубликования описания 30.0181

A.À. Беркман г! г ), /,() . ГЗК).г, )) .) / г г ))). ) Алма-Атинский институт инженеров Велезевул)цорожног6 транспорта -- " : (72) Автор изобретения (71) Заявитель (54) СПОСОБ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ЧУГУННЫХ

КОЛЕНЧАТЫХ ВАЛОВ ДВИГАТЕЛЕЙ

Изобретение относится к восстановлению изношенных деталей машин и может быть использовано при восстановлении чугунных коленчатых валов автотракторных двигателей.

Известен способ восстановления коленчатых валов двигателей, в которых в процессе эксплуатации использованы все ремонтные размеры диаметров шеек. Восстановление таких коленчатых валов осуществляют посредством высокого отпуска -при 600-650ОС последующей механической обработкой, закалкой ТВЧ с самоотпуском и окончательной шлифовкой (1) .

Способ применяется для восстановления коленчатых валов двигателей, изготовленных из среднеуглеродистой стали.

Известен также способ восстановления чугунных коленчатых валов двигателей, включающий промывку изношенного вала, контроль, правку (в случае необходимости), шлифовку под наплавку вначале коренных, а затем шатунных шеек, наплавку шеек и их механическую обработку 2 .

Недостаток известного способа заключается в том, что при восстановлении чугунных коленчатых валов, усталостная прочность отремонтированных деталей снижается на 50-60Ъ по срав5 нению с новыми, что вызывает резкое увеличение поломок восстановленных коленчатых валов в процессе их эксплуатации и приводит к росту потребности. ремонтных предприятий в дефи10 цитных и дорогостоящих запасных частях. Снижение усталостной прочности объясняется тем, что при наплавке шеек в зоне сплавления основного металла с наплавленным происходит отбел чугуна и образуется сетка первичного цементита. Кроме того, в зоне термического влияния на участке неполного расплавления, где температура нагрева основного металла при наплавке достигала 1150-1250 С, металличес0 ,кая матрица чугуна имеет крупнозер нистое мартенситное строение, а вокруг глобулей графита также возникают области отбела. Образование та2с ких структур происходит из-за наличия структурносвободного углерода, который при высоких температурах стремится раствориться в аустенитной матрице. Вследствие интенсивной диффузии углерода от шаровидных включе800212 ний в аустенитную матрицу понижается

1темнература плавления матрицы и происходит ее расплавление в зонах вокруг шаровидных включений. В условиях быстрого охлаждения сварного соединения эта фаза, обогащенная углеродом, затвердевает с образованием цементитной эвтектики. Присутствие в структуре зон оплавления и термического влияния игл первичного цементита, ледебурита и крупноигольчатого мартенсита охрупчивает металл этих зон, что и является причиной снижения усталостной прочности вос становленных чугуйных коленчатых валов, а следовательно и их эксплуатационной стойкости. 1$

Цель изобретения — увеличение эксплуатационной стойкости за счет повышения усталостной прочности.

Цель достигается тем, что в известном способе восстановления, вклю- 2О чающем операции мойки, контроля, правки, шлифовки под наплавку вначале коренных, а затем шатунных шеек, наплавки шеек и их последующей механической обработки, коленчатые валы после наплавки шеек нагревают со скоростью 50-60 град/мин до 850-900 С, выдерживают при этой теМпературе в течении 10-15 мин, охлаждают на воздухе до 600-650оС, а затем в воде.

Нагрев наплавленного коленчатого вала выше 900ОС приводит к перегреву наплавленного слоя и получению крупнозернистой структуры, что ухудшает механические свойства металла этой эоны. Нагрев ниже 850 С не устраняет наличия хрупких составляющих (ледебурит и первичный цементит) в зоне сплавления и следовательно, не обеспечивает необходимой усталостной прочности. 40

Увеличение длительности выдержки при 850-900 С более 15 мин приводит к снижению твердости наплавленного слоя ниже 45. HRC, что недопустимо, а выдержка менее 10 мин не обеспечивает распад хрупких составляющих и снижает тем самым усталостную прочность

При скорости нагрева более

60 град/мин до 850-900 С в стальном наплавленном слое возникают трещины, приводящие к его отслоению и вспучиванию в процессе эксплуатации восстановленного вала, а при скоростях нагрева менее 50 град/мин происходит разупрочнение -восстанавливаемого ва- $$ ла в результате,графитизации металлической матрицы. Охлаждение восстановленного вала вначале на воздухе до

650 С, а затем в воде приводит к возникновению остаточных сжимающих напряжений, способствующих повышению усталостной прочности вала.

Экспериментальную проверку предлагаемого способа проводят на чугунных коленчатых валах двигателей

ГАЗ-53, поступивших в капитальный ремонт. Для этого коленчатые валы снятые с двигателей, очищают от продуктов износа и нагара, а затем промывают.в горячем 5%-ном растворе каустической соды. После промывки и очистки проводят контроль коленчатых валов на наЛичие трещин в галтелях шеек. Контроль проводят на магнитном дефектоскопе УМДЭ-2500М. Коленчатые валы, имеющие прогиб более 0,2 мм, правят под прессом. Шейки коленчатых валов, прошедших контроль, шлифуют под наплавку, которую производят тремя методами: двухслойной электродуговсй проволокой марки CB-OBA и ПК-2, диаметром соответственно 1,2 и 1,6 ьж под флюсом AH-348A с добавками феррохрома и графита; электродуговой по стальной расплавляемой оболочке (толщиной 0,8 мм), обернутой и прижатой к поверхности восстанавливаемых шеек проволокой Св-08А диаметром 1,6 мм под флюсом АН-348А с добавками феррохрома и графита; электродуговой двухэлектродной проволокой марки

Св-08А, диаметром 2,0 мм под слоем смеси флюсов AH-60 и AHK-18; электродуговой проволокой ЭП-439 (15ГЮСТЦА) диаметром 1,6 мм в потоке воздуха.

Режим наплавки выбирают таким образом, чтобы высота наплавленного слоя на шейках составляла 1,5-2,0 мм на сторону.

После наплавки шеек коленчатые валы нагревают в печи со скоростью

:60 C/мин до 900оС, выдерживают

10 мин а затем охлаждают на воздух до 650 С и опускают в бак с водой.

Нагрев коленчатых валов проводят в электрической печи Н-50. Для получения требуемой скорости нагрева коленчатые валы загружают в печь> нагретую до 950-1000 С. Контроль температуры при охлаждении коленчатых валов выполняют с помощью термокарандашей. После термической обработки шейки коленчатых валов шлифуют под номинальный размер. Затем из каждого коленчатого вала (восстановленного по предлагаемому способу) изготовляют два идентичных натурных образца для проведения усталостных испытаний, которые проводят на машине, осуществляющей нагружение изгибом от сил инерции при вращении силовой плоскости,и неподвижном консольно закрепленном натурном образце.

Система машина — натурный образец представляет собой консольно защемленную раму, нагруженную на свободном конце сосредоточенной силой инерции, имеющей круговое вращение с частотой 25 Гц (1500 об/мин). При принятой схеме нагружения опасное сечение образцов находится в крайних сечениях шатунной шейки (в галтели):

800212

Формула изобретения

Составитель A..Ñåêåé

Техред.И. Асталош Корректор E. Папп

Редактор:И. Ковальчук

Тираж 629 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Эаказ 10318/26

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 возле защемленной усиленной щеки коленчатого вала.

Для получения сравнительных данных наряду с усталостными испытания-. ми коленчатых валов, восстановленных по предлагаемому способу, испытывают новые коленчатые валы, а также коленчатые валы, восстановленные по известному способу. Количество образцов в каждой серии равнялось 6. Испытания каждой серии образцов прово-. дят на трех-четырех уровнях нагружения. База испытаний — 10 циклов.

Каждый образец испытывают до полного разрушения и фиксируют число циклов до его разрушения (долговечность).

Результаты усталостных испытаний показывают, что усталостная прочность чугунных коленчатых валов двигателей

ГАЗ-53, восстановленных по предлагаемому способу, на 25-30Ъ выше, чем у аналогичных деталей, восстановленных 20 по известному способу, и составляет

82,5Ъ от уровня новых. По окончанию, усталостных испытаний определяют твердость наплавленного слоя и вырезают шлифы для проведения металло- я5 графического анализа из разрушенных образцов коленчатых валов различных. серий.

Твердость восстановленных шеек предложенным способом составляет 5055 ед. HRC, т.е. на уровне известно,го способа.

Проведенный металлографический анализ показывает, что при восстановлении чугунных коленчатых валов по предлагаемому способу, металл в зонах сплавления чугуна с металлопокрытием и термического влияния имеет однородную структуру, в которой хрупкие структурные составляющие отсутствуют.

При использовании предлагаемого способа повышается усталостная прочность восстановленных чугунных коленчатых валов, что увеличивает срок их эксплуатации и сокращает потребность в запасных частях.

Способ восстановления чугунных коленчатых валов двигателей, включающий промывку, контроль, шлифовку шеек под наплавку, наплавку и окончательную механическую обработку, о т л ич а ю шийся -тем, что, с целью увеличения эксплуатационной стойкости за счет повышения усталостной прочности, после наплавки шеек коленчатый вал нагревают со скоростью 5060 град/мин до 850-9000С выдерживают в течение 10-15 мин, охлаждают на воздухе до 600-650 С, а затем в воде. о

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Кондратьев E.Т. Термическая обработка в ремонтном деле. Волгоград, Нижне-Волжское книжное издательство, 1971, с. 152-155;

2. Доценко Г.Н. Восстановление чугунных коленчатых валов автоматической наплавной. "Транспорт", 1970, с. 2-8 °