Способ восстановления поршневого пальца

Способ восстановления поршневых пальцев автотракторных дизелей из цементуемых марок стали

Способ восстановления предназначен для использования в машиностроении, ремонте машин. Способ позволяет повысить качество изделия, долговечность восстановления поршневых пальцев. Способ восстановления поршневых пальцев автотракторных дизелей из цементуемых марок стали включает нагрев выше точки Ac3 и охлаждение закалочной жидкостью изнутри, причем в отличие от известных аналогичных способов после нагрева дополнительно ведут охлаждение на воздухе до температуры ниже точки Ar1 на 50 — 80 o C и проводят дополнительную термоциклическую обработку путем многократного нагрева выше точки Ac1 на 20 — 50 o C и охлаждения ниже точки Ar1 на 50 — 80 o C и окончательное охлаждение закалочной жидкостью изнутри с температуры Ac1 + (20 — 50) o C. Способ восстановления позволяет проводить классический (ступенчатый) способ термической обработки цементуемых марок стали, рационально использовать термоциклическую обработку в технологическом процессе восстановления деталей из цементуемых марок стали. Совокупность применяемых приемов в технологическом процессе дает качественно новые свойства восстановленных поршневых пальцев, что повышает их долговечность после ремонта. 1 ил., 1 табл.

Изобретение относится к машиностроению и ремонту машин, в частности к восстановлению поршневых пальцев двигателей внутреннего сгорания из цементируемых марок стали.

Известен способ восстановления внутренних поверхностей заготовок, включающий объемный нагрев до 750-770 o C со скоростью 30-60 o C/с, охлаждение — со скоростью 200-300 o C/с (SU, авт.св. N 1341223, C 21 D 1/78, 1987).

Однако известный способ не позволяет получить материал с высокими физико-механическими свойствами.

Наиболее близок к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату способ восстановления трубчатых изделий из цементируемых марок стали, например поршневых пальцев двигателей внутреннего сгорания, включающий индукционный нагрев точки Ас3 и охлаждение изнутри потоком жидкости (А. С. 495367, C 21 D 1/56, Опубл. Б.И. N 46, 1975).

Однако данный способ не позволяет получить материал с высокими физико-механическими свойствами пластичности и вязкости, что приводит к пониженной прочности.

Задачей изобретения является повышение качества за счет увеличения долговечности восстановленных поршневых пальцев.

Поставленная задача достигается тем, что в способе восстановления поршневых пальцев автотракторных дизелей из цементируемых марок стали, включающем нагрев выше точки Ас3 и охлаждение закалочной жидкости изнутри, согласно изобретению после нагрева ведут охлаждение на воздухе до температуры ниже точки Ar1 на 50. 80 o C и проводят дополнительную термоциклическую обработку (ТЦО), заключающуюся в многократном нагреве выше точки Ac1 на 20. 50 o C и охлаждении ниже точки Ar1 на 50. 80 o C, и окончательное охлаждение закалочной жидкостью изнутри с температуры Ac1 + (20. 50) o C.

При дополнительном охлаждении пальцев на воздухе до температуры ниже точки Ar1 на 50. 80 o C, дополнительной ТЦО, заключающейся в многократном нагреве выше точки Ac3 на 20. 50 o C и охлаждении ниже точки Ar1 на 50. 80 o C, и окончательном охлаждении жидкостью изнутри с температуры Ac1 + (20. 50) o C не перегревается цементованный слой, т.е. не наблюдается рост зерна аустенита, в результате получается структура мелкоигольчатого мартенсита, что придает высокую твердость наружной поверхности восстановленного поршневого пальца HRC 58. ..62, а твердость сердцевины пальцев HRC 20. 35 и удовлетворяет ГОСТ 619-70 и ГОСТ 76-66 на технические требования к поршневым пальцам соответственно тракторных дизелей и автомобильных двигателей, и позволяет получить необходимые припуски на механическую обработку 0,2. 0,25 мм. А также при закалке, ТЦО и термоупругопластическом деформировании поршневых пальцев в металле как цементованной поверхности, так и низкоуглеродистой сердцевины формируется мелкозернистая структура, что повышает пластичность и вязкость материала, а следовательно, увеличивает прочность изделия в целом.

Дополнительное охлаждение на воздухе до температуры выше точки Ar1 — 50 o C, дополнительная ТЦО, заключающаяся в многократном нагреве ниже точки Ac1 + 20 o C и охлаждении выше точки Ar1 — 80 o C, и окончательное охлаждение жидкостью изнутри с температуры ниже Ac1 + 50 o C проводить нецелесообразно из-за того, что металл не успевает претерпеть переход из одного состояния в другое, а также уменьшается величина остаточной упругопластической деформации.

Дополнительное охлаждение на воздухе до температуры ниже точки Ar1 — 80 o C, дополнительной ТЦО, заключающейся в многократном нагреве выше точки Ac1 + 50 o C и охлаждении ниже точки Ar1 — 80 o C, и окончательное охлаждение жидкостью изнутри с температуры Ac1 + 50 o C проводить нежелательно из-за перерасхода электрической энергии и чрезмерного увеличения остаточной упругопластической деформации, что приводит к дополнительному сошлифовыванию припуска и утоньшению закаленного цементованного слоя.

Авторам известен способ закалки цементованных изделий для повышения механических свойств после цементации, заключающийся в медленном охлаждении до комнатной температуры, а затем дается двойная закалка: первая выше точки Ac3 для сердцевины; вторая выше точки Ac1 для поверхности (см. кн. Гуляев А.П. Металловедение. Учебник для вузов. 6-е изд., перераб. и доп. — М.: Металлургия, 1986, с. 239-294, рис. 261, в), не позволяющей получать достаточные величины остаточной упругопластической деформации для компенсации износов поршневых пальцев.

Авторам известны также способы термоциклической обработки углеродистых сталей для повышения пластических свойств металла (А.С. 440424, C 21 D 1/00, опубл. в Б. И. N 5, 1975.; кн. Федюкин В.К., Смагоринский М.Е. Термоциклическая обработка металлов и деталей машин. — Л.: Машиностроение. Ленингр. отделение, 1989. — 255 с., с. 204. 205), заключающийся в многократном нагреве выше точки Ac1 и охлаждении ниже точки Ar1 сначала на воздухе, а затем в воде.

Однако указанные способы также не позволяют получить достаточные величины остаточной упругопластической деформации для компенсации износов поршневых пальцев.

В предлагаемом способе восстановления поршневых пальцев совокупность отличающихся признаков, т.е. осуществляют дополнительное охлаждение на воздухе до температуры ниже точки Ar1 на 50. 80 o C, дополнительную ТЦО, заключающуюся в многократном нагреве выше точки Ac3 на 20. 50 o C и охлаждении ниже точки Ar1 на 50. 80 o C, и окончательное охлаждение жидкостью изнутри с температуры Ac1 + (20. 50) o C, позволяет получить требуемую величину раздачи восстанавливаемых поршневых пальцев и мелкозернистую структуру как сердцевины, так и наружного закаленного цементованного слоя, т.е. выполнить иную функцию — повысить физико-механические свойства пластичности и вязкости материала, что значительно увеличит долговечность восстановленных поршневых пальцев. Таким образом, можно сделать вывод, что техническое решение соответствует критерию «существенные отличия».

На чертеже изображена схема термической обработки изношенных поршневых пальцев.

Способ осуществляется следующим образом. См. схему термической обработки. Изношенный поршневой палец объемно нагревают токами высокой частоты (с частотой 2400 Гц и мощностью 50 кВт) выше точки Ac3, т.е. 850 o C, охлаждают на воздухе до температуры ниже точки At1 на 50. 80 o C, т.е. до температуры 650. 680 o C. Производят нагрев выше точки Ac1 на 20. 50 o C (т.е. температуры 750. 780 o C) и охлаждение ниже точки Ar1 на 50. 80 o C (т.е. температуры 650. ..680 o C). Этот режим термоциклической обработки повторяют 4. 6 раз. Затем нагревают палец выше точки Ac1 на 20. 50 o C (т.е. температуры 750. . .780 o C) и окончательно охлаждают закалочной жидкостью (водой с температурой 20 o C) изнутри до температуры охлаждающей среды, т.е. 20 o C, охлаждение прекращают. Поршневой палец подвергают механической обработке на бесцентрово-шлифовальных станках до номинального размера.

Пример конкретного выполнения способа. Изношенные поршневые пальцы автотракторных дизелей ЯМЗ-236, ЯМЗ-238, ЯМЗ-240 из стали 13ХН3А с закаленной цементованной наружной поверхностью длиной 110 мм, наружный диаметр 50 мм, внутренний диаметр 30 мм нагревают индукционным способом до температуры 850 o C, проводят дополнительную термоциклическую обработку (ТЦО), заключающуюся в индукционном нагреве поршневого пальца в том же индукторе и на той же установке ТВЧ, что и первоначальный нагрев до температур 760. 780 o C и охлаждение до температур 680. 650 o C, окончательный нагрев до температур 760.. . 780 o C. Затем поршневой палец зажимают по торцам в специальном охлаждающем устройстве с двумя полыми захватами. В захват, через который подается вода, вмонтирован спрейер. Охлаждение нагретого поршневого пальца ведут водой с температурой 18. 30 o C до температуры охлаждающей среды.

После полного охлаждения поршневые пальцы получают приращение наружного диаметра и высокие физико-механические свойства металла (см. табл.). После раздачи поршневые пальцы проходят механическую обработку до номинального размера.

По результатам таблицы видно, что наиболее оптимальными режимами нагрева и охлаждения поршневых пальцев с точки зрения получения необходимых приращений наружного диаметра и улучшения механических свойств являются режимы 1 и 2.

Использование изобретения по сравнению с прототипом позволяет проводить классический (ступенчатый) способ термической обработки цементируемых марок стали, рационально использовать термоциклическую обработку в технологическом процессе восстановления деталей из цементируемых марок стали. А совокупность применяемых приемов в технологическом процессе дает качественно новые свойства восстановленных поршневых пальцев, что значительно повышает их долговечность после ремонта.

Способ восстановления поршневых пальцев атотракторных дизелей из цементируемых марок стали, включающий нагрев выше Ас3 и охлаждение закалочной жидкостью изнутри, отличающийся тем, что после нагрева ведут дополнительное охлаждение на воздухе до Ar1-(50-80) o C, проводят дополнительную термоциклическую обработку с многократным нагревом до Ac1+(20-50) o C и охлаждением до Ar1-(50-80) o C и окончательное охлаждение закалочной жидкостью изнутри с Ac1+(20-50) o C.

Источник

Способ восстановления поршневого пальца

Посту­пившие для восстановления поршневые пальцы сортиру­ют по внутреннему диаметру на три размерные группы (табл. 23).

Замеряют отверстия сортировочными линейками (рис. 42,а) с обоих концов поршневого пальца. Размерную группу поршневого пальца определяют по наибольшему диаметру отверстия.

Для отжига поршневые пальцы укладывают в же­лезные ящики и засыпают песком. В каждый ящик сле­дует укладывать поршневые пальцы одной размерной группы.

Отжиг пальцев производят при температуре 815±15° с выдержкой при этой температуре 1,5—2 часа и после­дующим медленным охлаждением в течение 12—15 ча­сов.

Твердость отожженных пальцев должна быть в пре­делах НRС 20 ? 28.

Раздачу пальцев производят прошивкой пуансонами с использованием специального приспособления (рис. 42,б). Пуансоны изготавливают из инструментальной стали 5ХГМ, 5ХНМ, У7 или У8; рабочую часть калят до твердости HRС 40?45.

Для раздачи палец устанавливают в матрицу при­способления, рабочую часть пуансона смазывают ма­шинным маслом и прошивают на гидравлическом прессе П-413. Прошивка на пневматическом молоте не реко­мендуется, так как часто приводит к расплющиванию торца поршневого пальца, опирающегося на уступ мат­рицы.

Прошивку производят в 2—3 прохода пуансонами с последовательно установленными диаметрами до полу­чения наружного диаметра поршневого пальца, равного 42,2—42,5 мм (СМД-14) и 40,2—40,5 мм (СМД-7).

Величину раздачи поршневых пальцев контролируют замером диаметров пальцев скобой (рис. 42,в).

Уменьшение длины поршневых пальцев в результате раздачи допускается до 100,5 мм (СМД-14) и 96,6 мм (СМД-7). Трещины на поршневых пальцах после разда­чи не допускаются. Проверку поршневых пальцев на от­сутствие трещин производят на магнитном дефектоскопе типа М-217.

После раздачи по,ршневые пальцы подвергаются тер­мической обработке. Закалку производят при температу­ре 800±10° в масле и отпуск при температуре 210±10° в масле. Твердость наружной поверхности поршневого пальца должна быть НRС 56?62. Замер твердости не­обходимо производить в трех точках по окружности на равных расстояниях друг от друга. По,ршневые пальцы с твердостью выше НЯС 62 подвергают дополнительно­му отпуску при температуре 230—350° в масле. Поршне­вые пальцы с твердостью ниже НКС 56 подвергают це­ментации.

Для цементации в отверстия поршневых пальцев за­сыпают сухой песок и их торцы заделывают замазкой, состоящей из 70% огнеупорной глины и 30% сухого пес­ка, замешанного на жидком стекле. После замазки от­верстий поршневые пальцы просушивают. Подготовлен­ные таким образом пальцы укладывают в железные ящики и засыпают карбюризатором (85—90% березово­го угля и 15—10% углекислого натрия). Слой карбюри­затора между поршневыми пальцами и дном, стенками и крышкой допускается не менее 30—50 мм.

Ящики с поршневыми пальцами загружают в терми­ческую печь, нагревают до температуры 900—940° и вы­держивают при этой температуре 3—6 часов.

Глубина цементационного слоя наружной цилиндри­ческой поверхности поршневого пальца должна состав­лять 1,3—1,7 мм. Проверку глубины цементационного слоя производят по образцу-свидетелю, которым являет­ся один из поршневых пальцев. Этот поршневой палец вынимают через определенное время, закаливают, отпус­кают и производят проверку твердости наружной его поверхности. Если твердость пальца-свидетеля равна НRС 56 ?62, цементацию прекращают. По окончании цементации пальцы вынимают из печи и охлаждают на воздухе вместе с ящиками.

При наличии в ремонтном предприятии электропечи сопротивления для газовой цементации Ц-60 цемента­цию поршневых пальцев производят по следующей тех­нологии. Поршневые пальцы с заделанными отверстиями (как было описано выше) устанавливают на торец в специальной корзине (рис. 43). Устройство ее следую­щее. Нижнее ребро-основание 4 соединено с верхним ребром 1 при помощи трех штанг 2 (диаметром 25 мм) сваркой. Между нижним и верхним ребрами расположе­ны четыре диафрагмы 3 толщиной 2 мм, по окружности которых на равных расстояниях приварены установоч­ные шайбы диаметром 20 мм и толщиной 2 мм. На ниж­нем ребре-основании 4 также приварены установочные шайбы.

Поршневые пальцы, которые подлежат цементации, устанавливают по шайбам между нижним ребром-осно­ванием 4 и диафрагмами 3, как показано на рис. 43. Для загрузки наполненной корзины в газовую печь и выгруз­ки ее из печи верхнее ребро 1 корзины имеет скобу. Все детали корзины изготовлены из стали Ст. 3.

Корзину с поршневыми пальцами загружают в печь и пальцы подвергают цементации при температуре 900— 940° в течение 2—3 часов. Время цементации контроли­руется по пальцу-свидетелю. По окончании цементации корзины вынимают из печи и пальцы охлаждают на воз­духе вместе с корзиной. Цементированные пальцы калят и отпускают, а их внутренние и наружные поверхности очищают от окалины. Все цементированные поршневые пальцы подвергают проверке на твердость.

Восстановленные раздачей и термообработанные поршневые пальцы шлифуют до диаметра 42 +0,01 +0.02 мм (СМД-14) и 40 +0,01 +0,02 мм (СМД-7), а затем полируют до нормального размера и необходимой чистоты.

Шлифуют и полируют поршневые пальцы на бесцентровошлифовальных станках 3184 или 3180. Шлифу­ют поршневые пальцы шлифовальным кругом ПП500?150?305 мм Э25СМ2-С1К и ведущим кругом ПВД350?150?127 мм Э16СТВ. Полируют поршневые пальцы шлифовальным кругом ПП350?200?162 мм ЭБЗСМ1Б и ведущим кругом ПВД300Х200Х127 мм ЭБЗСМ2В.

Режимы шлифования и полирования приведены в табл. 24.

Если нет специального станка, полирование поршне­вых пальцев можно производить при помощи жимков шлифовальной шкуркой зернистостью 4—3 или при по­мощи притиров с использованием пасты ГОИ-15.

После полирования все поршневые пальцы проверя­ются на магнитном дефектоскопе на отсутствие трещин.

Чистота поверхности должна соответствовать 9 клас­су. Наружная поверхность пальца должна быть глад­кой, без рисок, трещин и забоин. Овальность, конусность и граненность не должна превышать 0,002 мм. Разностенность поршневого пальца должна быть не более 0,5 мм. На торцах поршневого пальца заусеницы долж­ны быть зачищены, а острые кромки притуплены.

Обработанные поршневые пальцы шртируют по на­ружному диаметру на группы (табл. 22) с помощью ры­чажной скобы пределом измерения 25—50 мм, минимет­ра, оптиметра ПН-6 или пневматического измерительно­го прибора (ротаметра) конструкции завода «Калибр». Окраску групп производят маслобензостойкой краской на внутренней поверхности поршневого пальца площа­дью не менее 2 см 2 . Кроме того, поршневые пальцы раз­бивают на две весовые группы. Разновес поршневых пальцев в одной весовой группе не должен превышать 6 г. Разбивку поршневых пальцев на весовые группы производят взвешиванием на циферблатных весах ВНЦ-2.

Источник