Зміцнення клапанів двигуна газовим азотуванням
Автор: Коровайник Назар Орестович
Кваліфікаційний рівень: магістр
Спеціальність: Автомобільний транспорт
Інститут: Інститут механічної інженерії та транспорту
Форма навчання: денна
Навчальний рік: 2023-2024 н.р.
Мова захисту: українська
Анотація: Клапани газорозподільчого механізму двигунів внутрішнього згорання працюють в умовах максимальних температурних і механічних навантажень. Нагріваються клапани двигунів за рахунок згоряння паливо-повітряної суміші циліндрах автомобіля. Особливо це має вплив на тонкі краї тарілок клапанів, які піддаються різкому нагріванню. Механічним навантаженням клапани піддаються в місці контакту тарілки клапана і його сідла в головці блоку. При високих обертах двигуна клапани швидко опускаються в сідла, що створює удар на краях деталі. Випускний клапан, який відкриває отвір, в дизельних двигунах нагрівається до 700?С, а в бензинових аналогах – до 900? вище нуля. Ситуація ускладнюється тим, що при такому сильному нагріванні відкритий клапан не охолоджується. Що стосується впускних клапанів, то вони охолоджуються за рахунок контакту з сідлом головки блоку і впускною порцією повітряно-паливної суміші. Проте, їх температура теж висока – близько 300 градусів, тому не допускається, щоб при нагріванні ці деталі деформувалась [1]. При таких великих коливаннях температури і навантажень виникає також і нагальна необхідність у обробці стрижня клапана, щоб добре чинити опір стиранню у направляючій втулці клапана, при умовах обмеженого їх мащення, або інших видів зносу. Для підвищення зносостійкості високонавантажених взаємодіючих поверхонь деталей автомобіля зі сталі до сьогодні найбільш часто використовують хромування значної товщини( 0,07...0,08 мм), або процес цементації з наступним загартуванням. Альтернативою цих процесів є поверхневе зміцнення методом азотування. При цьому йдеться про термохімічний процес дифузії для збагачення поверхневого шару деталей азотом. Азот при цьому вступає у взаємодію з основним металом та легуючими елементами, утворюючи хімічні сполуки. В результаті азотування в поверхневій зоні деталі виникає азотований шар із зовнішньою областю (т.зв. сполучний шар СС) і внутрішньою областю дифузії (т.зв. зона дифузії ЗД). Завдяки твердості азотованого шару і напругам, що виникають в ньому, збільшуються зносостійкість, корозійностійкість і опір тривалим навантаженням, незалежно від міцнісних характеристик деталі. При цьому істотною перевагою азотування в порівнянні з цементацією є те, що для дифузії азоту в сталь необхідні температури, еквівалентні температурам відпуску для покращуваних та інструментальних сталей. Структурні перетворення та пов’язані з ними короблення, зміна розмірів та міцності при азотуванні істотно нижчі. Крім того, після азотування, як правило, не потрібна додаткова обробка [2]. Об’єкт дослідження – процес дифузійного азотування поверхні клапана автомобільного двигуна. Предмет дослідження – металеві впускні та випускні клапани газорозподільчого механізму автомобільного двигуна, які пройшли процес дифузійного азотування. Мета і завдання дослідження. Розробити спосіб дифузійного азотування низьколегованої конструкційної сталі 40Х. Для цієї мети слід розв’язати наступні задачі: 1. Підібрати спосіб і основні параметри процесу азотування деталей типу клапани: темература, тиск газу, пролонгаціюї. 2. Визначити методики контролю параметрів властивостей азотованих поверхонь . 3. Дослідити вплив хімічного складу матеріалу виробів та пераметрів процесу азотування на властивості. 4. Дослідити вплив фінішної обробки на структуру та фазовий склад азотованих шарів сталі. Основні результати. - Комбінована обробка низьколегованої конструкційної сталі 40Х, що включає ультразвукову фінішну обробку та високоінтенсивну низькоенергетичну імплантацію іонами азоту ефективно впливає на структуру та фазовий склад азотованих шарів сталі. - В процесі високоінтенсивної низькоенергетичної імплантації іонами азоту на поверхні сталі 40Х формується азотований шар товщиною до 200 мкм, що представляє зону внутрішнього азотування наступного фазового складу: твердий розчин азоту в ферит, цементит, нітриди заліза - ?-Fe3N.. - При підвищенні температури імплантації з 350 до 500 ?С збільшується частка низькоазотистого нітриду Fe4N, що пов’язано зі збільшенням глибини азотування. - Попередня ультразвукова фінішна обробка інтенсифікує процес імплантації, збільшуючи глибину зміцненого шару за рахунок прискореної дифузії іонів азоту за додатковими дефектами кристалічної будови і підвищуючи мікротвердість азотованого шару, за рахунок збільшення частки нітридних фаз. 1. https://uk.avtotachki.com/klapan-dvigatelya-naznachenie-ustrojstvo- konstrukcziya/ 2. https://www. Mehanika.ru/informatory/puplications/ kolonka- mastera/iznos-shtoka / Спеціальні покриття стержнів клапанів у ДВС, як засіб зменшення зносу.