СПОСОБ УПРОЧНЕНИЯ СЕДЕЛ КЛАПАНОВ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ ИЗ АЛЮМИНИЕВОГО СПЛАВА
PROCEDURE FOR STRENGTHENING SEATS OF VALVES OF INTERNAL COMBUSTION ENGINES OUT OF ALUMINIUM ALLOY

Изобретение относится к области двигателестроения, а именно к технологии упрочнения седел клапанов методом микродугового оксидирования (МДО), и может быть использовано для упрочнения алюминиевых седел клапанов двигателей внутреннего сгорания.
Известен способ упрочнения седел клапанов, изготовленных из чугунов, методом газопорошковой лазерной наплавки хромборникелевым сплавом. Наплавка ведется с подачей наплавочного порошка в зону обработки при Р=2…3 кВт и v=0,1…0,2 м/мин, толщина слоя 0,7…0,8 мм.
[Упрочнение и легирование деталей машин лучом лазера. / B.C.Коваленко, Л.Ф.Головко - К.: Тэхника, 1990 г.]
Известен способ упрочнения седел клапанов методом газопламенной наплавки с применением порошков. Обработка наплавочного слоя и упрочнение производится плазмой. Наплавка производится порошковой проволокой ПП-НП-25Х5ФМС, под флюсом АН-20. Режим наплавки: диаметр проволоки 5 мм, сила тока 450-530 А, скорость наплавки 25 м/ч. [Плазменное поверхностное упрочнение. / Л.К.Лещинский - К.: Тэхника, 1990 г.]
Недостатками вышеописанных способов упрочнения поршневых канавок являются сложность химического состава легирующего компонента и, соответственно, его высокая стоимость. К тому же технология упрочнения связана с расплавлением материала, что обычно характеризуется низкой адгезией наплавляемого материала к подложке.
Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является способ упрочнения седел клапанов двигателя внутреннего сгорания композиционными электрохимическими покрытиями (КЭП), которые получают электроосаждением металла с дисперсными частицами. КЭП получают в гальванической ванне, в которую заливают электролит, засыпают порошок (Ni, Si, C), устанавливают аноды, деталь является катодом; дисперсную фазу электролита поддерживают во взвешенном состоянии или транспортируют к катоду. При пропускании через суспензию электрического тока на детали образуется покрытие (КЭП Ni-SiC). Толщина покрытия ≈0,1 мм, микротвердость слоя порядка 10 ГПа. [Бородин И.Н. Упрочнение деталей композиционными покрытиями. - М.: Машиностроение, 1982 г.]
Недостатком способа, выбранного в качестве прототипа, является то, что для получения такого покрытия в электролит необходимо добавлять порошки (т.е. получение дисперсной фазы, размеры частиц в которой тоже имеют значение), а также необходимость поддержания дисперсной фазы электролита во взвешенном состоянии.
Задача изобретения: повышение износостойкости седел клапанов в двигателях внутреннего сгорания за счет упрочнения МДО, использование в ДВС седел клапанов из алюминиевых сплавов.
Поставленная задача достигается тем, что в способе упрочнения седел клапанов двигателя внутреннего сгорания, при котором осуществляют упрочнение поверхности седла клапана в электролите, упрочнение поверхности осуществляют методом микродугового оксидирования в течение 2-х часов при силе тока I=0,1÷1 А и напряжении U=400÷600 В, а седло клапана выполнено из алюминиевого сплава.
Толщина упрочненного слоя, формируемого методом МДО, может составлять до 0,3 мм, имеет хорошее сцепление с подложкой и характеризуется высокой микротвердостью до 24 ГПа.
Пример конкретной реализации способа.
Методом МДО было произведено упрочнение седел клапанов двигателя ДМ 1, изготовленных из алюминиевого сплава Д 16.
Предлагаемый способ упрочнения седел клапанов реализуется с использованием установки МДО, которая состоит из ванны, заполненной электролитом, в нее погружают катод и анод (роль анода выполняет седло клапана), затем через них пропускают электрический ток.
Технологические параметры:
- электролит состоит из дистиллированной воды с добавлением
2
3
1-2 г/л КОН и 2-6 г/л NaSiO;
- обработка ведется в течение 2 часов;
- при обработке ведется контроль за следующими показателями:
a
к
a
к
(t - температура электролита, I - сила тока на аноде, I - сила тока на катоде, U - падения напряжения на аноде, U - падение напряжения на катоде).
В процессе обработки выше приведенные параметры имели следующие значения:
t=24÷32°C.
Ia-0,1÷1A,
Iк=0,1÷1А,
Ua=345-405 В,
Uк=90-130 В.
После упрочнения микротвердость поверхности седла клапана стала Нµ=10 ГПа.
Были проведены стендовые испытания седел клапанов на износостойкость. Результаты испытаний на износ для однотипных седел клапанов сведены в таблицу.
Седла клапана
Изменение массы седла клапана Δm, г
Разность между начальным и конечным Δl, мм
Седло клапана без упрочнения
0,021
0,0275
Седло клапана, упрочненное методом МДО
0
0,0005
Предложенный способ упрочнения седел клапанов из алюминиевого сплава имеет по сравнению с существующими способами следующие преимущества:
- высокая твердость;
- высокая износостойкость;
- высокая адгезия к подложке;
- высокая технологичность способа.