Патент на изобретение №2390587

(54) СПОСОБ УПРОЧНЕНИЯ СЕДЕЛ КЛАПАНОВ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ ИЗ АЛЮМИНИЕВОГО СПЛАВА

(57) Реферат:

Изобретение относится к области двигателестроения, а именно к технологии упрочнения седел клапанов методом микродугового оксидирования, и может быть использовано для упрочнения седел клапанов двигателей внутреннего сгорания из алюминиевого сплава. Способ включает упрочнение поверхности седла клапана в электролите, при этом упрочнение осуществляют методом микродугового оксидирования в течение 2-х часов в электролите, состоящем из дистиллированной воды с добавлением 1-2 г/л КОН и 2-6 г/л Na₂SiO₃, при силе тока на аноде Ia=0,1÷1,0 А, силе тока на катоде Iк=0,1÷1,0 А, напряжении на аноде Ua=345-405 В и напряжении на катоде Uк=90-130 В. Технический результат: повышение износостойкости и микротвердости седел клапанов и технологичности способа. 1 табл.

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=23 кВт и v=0,10,2 м/мин, толщина слоя 0,70,8 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

1-2 г/л КОН и 2-6 г/л Na₂SiO₃;

– обработка ведется в течение 2 часов;

– при обработке ведется контроль за следующими показателями:

(t – температура электролита, I_a – сила тока на аноде, I_к – сила тока на катоде, U_a – падения напряжения на аноде, U_к – 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 m, г	Разность между начальным и конечным l, 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.

Формула изобретения

Способ упрочнения седел клапанов двигателя внутреннего сгорания из алюминиевого сплава, включающий упрочнение поверхности седла клапана в электролите, отличающийся тем, что упрочнение поверхности осуществляют методом микродугового оксидирования в течение 2-х часов в электролите, состоящем из дистиллированной воды с добавлением 1-2 г/л КОН и 2-6 г/л Na₂SiO₃, при силе тока на аноде Ia=0,1÷1,0 А, силе тока на катоде Iк=0,1÷1,0 А, напряжении на аноде Ua=345-405 В и напряжении на катоде Uк=90-130 В.