Способ восстановления чугунныхКОлЕНчАТыХ ВАлОВ дВигАТЕлЕй Советский патент 1981 года по МПК C21D1/78 C21D5/00 

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 бОО-бЗО С 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 50-60% по сравнению с новыми, что вызывает резкое увеличение поломок восстановленных коленчатых валов в процессе их эксплуатации и приводит к росту потребности ремонтных предприятий в дефи0 цитныхи дорогостоящих запасных частях. Снижение усталостной прочности объясняется тем, что при наплавке шеек в зоне сплавления основного металла с наплавленным происходит отбел

5 чугуна и образуется сетка первичного цементита. Кроме того, в зоне термического влияния на участке неполного расплавления, где температура нагрева основного металла при наплавке достигала 1150-1250с, металличес0кая матрица чугуна имеет крупнозернистое мартенситное строение, а вокруг глобулей графита также возникают области отбела. Образование таких структур происходит из-за нали5чия структурносвободного углерода, который при высоких температурах стремится раствориться в аустенитной матрице. Вследствие интенсивной диффузии углерода от шаровидных включе ний в аустенитную матрицу понижается температура 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 сплавления и термического влияния игл первичного цементита, ледебурита и крупноигольчатого мартенсита охрупчивает металл этих зон, что и является причиной снижения усталостной прочности восстановленных чугунных коленчатых валов, а следовательно и их эксплуатационной стойкости.

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

Цель достигается тем, что в известном способе восстановления, включающем операции мойки, контроля, праки, 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, вьщерживают при . TeNjnepaType в течении 10-15 мин, охлаждают на воздухе до 600-650 С, а затем в воде.

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

Увеличение длительности выдержки при 850г900с более 15 мин приводит к снижению твердости наплавленного слоя ниже 45. HRC, что недопустимо, а вьщержка менее 10 минне обеспечивает распад хрупких составляющих и снижает тем самым усталостную прочность.

При. скорости нагрева более 60 град/мин до 850-900 0 в стальном наплавленном слое возникают трещины, приводящие к его отслоению и вспучиванию в процессе эксплуатации восстановленного вала, а при скоростях нагрева менее 50 гргщ/мин происходит разупрочнение восстанавливаемого вала в результате .графитиэации металлической матрицы. Охлаждение восстановленного вала вначале на воздухе до , а затем в воде приводит к возникновению остаточных сжимакяцих напряжений, способствукхцих 1Говышени о 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%-нрм 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, имекнцие прогиб более 0,2 мм, правят под прессом. Шейки коленчатых валовJ прошедших контроль, шлифуют под наплавку, которую производят тремя методами: двухслойной электродуговой проволокой марки СВ-08А и ПК-2, диаметром соответственно 1,2 и 1,6 NM под флюсом АН-348А с добавками феррохрома и графита; электродуговой по стальной расплавляемой оболочке (толщиной 0,8 мм), обернутой и прижатой к поверхности восстанавливаемых иеек 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

5 J смеси флюсов АН-6 О и АНК-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 бО с/мин до 900°С, выдерживают 10 мин, а затем охлаждают на воздух до и опускают в бак с водой. Нагрев коленчатых валов проводят в электрической печи Н-50. Для получения требуемой скорости нагрева коленчатые вгшы загружают в печь, нагретую до 950-1000с, Контроль температур 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 закреплённом натурном образце.

Система машина - натурный обра зец представляет собой консольно защемленную раму на1груженную 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) возле защемленной усиленной щеки коленчатого вала. Для получения сравнительных данньйс наряду с усталостными испытания ми коленчатых валов, восстановленных по пpeдлaгaeмoIv y способу, испытывают новые коленчатые валы, а также колен чатые в,алы, восстановленные по известному способу. Количество образцов в каждой серии равнялось 6. Испытания каждой серий образцов проводят на трех-четырех уровнях нагружения. База испытаний - 10 циклов. Ка}вдый образец испытывают до полного разрушения и фиксируют число циклов до его разрушения (долговечность), Результаты усталостных испытаний показывают, что усталостная прочност чугунных коленчатых валов двигателей ГАЗ-53, восстановленных по предлагаемому способу, на 25-30% выше, чем у аналогичных деталей, восстановленных по известному способу, и составляет 82,5% от уровня новых. По окончанию усталостных испытаний определяют твердость наплавленного слоя и вырезают шлифы для проведения металлографического 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 ан лиз показывает, что при восстановлеНИИ чугунных коленчатых валов по предлагаемому способу, металл в зона сплавления чугуна с металлопокрытием и термического влияния имеет однородную структуру, в которой хрупкие структурные составляющие отсутствуют. При использовании предлагаемого способа повышается усталостная прочность восстс1новленных чугунных коленчатых валов, что увеличивает срок их эксплуатации и сокращает потребность в запасных частях. Формула изобретения Способ восстановления чугунных коленчатых валов двигателей, включающий промывку, контроль, шлифовку шеек под наплавку, наплавку и окончательную-механическую обработку, отличающийся ;тем, что, с целью увеличения эксплуатационной стойкости за счет повьвиения усталостной прочности, после наплавки шеек коленчатый вал нагревают со скоростью 5060 град/мин до 850-900 С, выдерживают в течение 10-15 мин, охлаждают на воздухе до ОО-бБО С, а затем в воде. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Кондратьев Е.Т. Термическая обработка в ремонтном деле. Волгоград, Нижне-Волжское книжное издательство, 1971, с. 152-15.5: 2.Доценко Г.Н. Восстановление чугунных коленчатых валов автоматической наплавкой. Транспорт, 1970, с. 2-8.