CC BY
19
УДК 621.43
ПОВЫШЕНИЕ НАДЕЖНОСТИ БЛОКА ЦИЛИНДРА ДВС
К. В. Василюк, В. С. Щемирский, А. А. Снежко
Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
E-mail: xjunchik@mail.ru
Анализируются методики восстановления и упрочнения алюминиевых блоков цилиндров двигателей легковых автомобилей. Показаны особенности технологии упрочнения деталей из алюминиевых сплавов: Локасил, Алюсил, Никасил, микродуговое оксидирование.
Ключевые слова: блок цилиндров, ремонт, силумины, износостойкость, микродуговое оксидирование.
IMPROVING THE RELIABILITY OF THE CYLINDER BLOCK
OF THE INTERNAL COMBUSTION ENGINE
K. V. Vasilyuk, V. S. Shhemirskij, A. А. Snezhko
Reshetnev Siberian State University of Science and Technology 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation
E-mail: xjunchik@mail.ru
The paper analyzes the methods of restoration and strengthening of aluminum cylinder blocks of passenger car engines. The features of the technologies of hardening of details from aluminium alloys: Lokasil, Alusil, Nikasil, Microarc oxidation.
Keywords: cylinder block, repair, silumins, wear resistance, micro-arc oxidation.
Блок цилиндров является основной и базовой деталью двигателя внутреннего сгорания, на него приходится основная часть нагрузки и в нем размещаются основные узлы и механизмы. Поэтому к блоку цилиндров предъявляют жесткие требования, его производят из материалов высокого качества и обрабатывают на специальных высокоточных станках. В основном блоки цилиндров выполняют из перлитного серого чугуна с небольшими добавками легирующих элементов, но все чаще в погоне за низким весом агрегатов блоки стали делать из алюминия и даже магния.
В современных автомобилях, блоки цилиндров изготавливают из алюминия, с последующим формированием покрытий на рабочих алюминиевых поверхностях цилиндров. Большинство этих блоков не имеют ремонтных размеров. Для упрочнения рабочих поверхностей алюминиевых блоков применяют различные технологии: Локасил, Алюсил, Никасил.
Технология Локасил (фирма Kolbenschmidt) предусматривает, что при формировании литейной заготовки блока цилиндров в него устанавливаются цилиндровые вставки из сплава алюминия с повышенным содержанием (20-27 %) кремния. Такая конструкция блока цилиндров предполагает обработку изношенных цилиндров в ремонтные размеры [1].
Технология Алюсил (фирма Kolbenschmidt) и Силумал (фирма Mahle) предусматривает, что отверстия цилиндров обрабатываются непосредственно в самом материале блока. При этом за счет направленной кристаллизации алюминиевого сплава формируется прилегающий к поверхности цилиндра слой металла с повышенным содержанием кремния (17 %). Отверстия цилиндров таких блоков также могут обрабатываться в предусмотренные изготовителем ремонтные размеры.
Традиционно рабочие поверхности алюминиевых блоков цилиндров упрочняются установкой чугунной гильзы или специальными упрочняющими покрытиями типа Nikasil и ему подоб-
Актуальные проблемы авиации и космонавтики - 2018. Том 2
ными. Защитные покрытия в отличие от чугунных гильз позволяют более полно использовать массогабаритные, технологические и эксплуатационные преимущества применения алюминиевых сплавов для изготовления корпусных деталей. Однако методы нанесения покрытий на поверхности алюминиевых сплавов отличаются дороговизной, сложностью и иногда экологической вредностью технологии (например, №ка8Й).
Альтернативой покрытиям является технология микродугового оксидирования (МДО) алюминиевых сплавов. В основе процесса лежит высокотемпературная электрохимическая реакция в виде микродуговых разрядов на поверхности деталей, помещенных в электролит. Результатом реакции является образование покрытия большой толщины (до 400 мкм), обладающего высокой твердостью, прочностью [2], низкой химической активностью, тепло- и электропроводностью. Микродуговое оксидирование - эффективный и экологически чистый способ обработки алюминиевых сплавов, в результате которого на поверхности изделия под действием хаотически перемещающихся электрических дуг с характерным размером 102-104 нм формируется керамический оксидный слой на основе оксида алюминия с твердостью до 23 ГПа. Оксидные МДО-покрытия, благодаря своим механическим, тепловым, электроизоляционным свойствам, а также возможности получения покрытий большей толщины, выгодно отличаются от оксидных пленок, полученных традиционным анодированием. Вопрос оксидируемости алюминиевых сплавов с высоким (более 3 %) содержанием кремния, которые традиционно считаются плохо поддающимися МДО остается открытым. Качество МДО-слоев на силуминах нестабильно, особенно при обработке крупногабаритных отливок корпусных деталей, типа блок цилиндров ДВС.
Проведенные к настоящему времени под руководством М. М. Криштала исследования позволили заложить основы решения проблемы микродугового оксидирования силуминов, обеспечивая стабильно высокое качество МДО. В основе подхода лежит понимание и обоснование того, что исходная структура силуминов при одном и том же химическом составе сильно влияет на качество оксидных слоев, получаемых методом МДО [3; 4]. При этом обнаружен ряд неизвестных ранее эффектов и явлений, в том числе:
- явление торможения частицами кремния роста оксидного слоя при МДО алюминиево-кремниевых сплавов;
- эффект наследования от исходной структуры силуминов химической неоднородности распределения кремния в оксидных слоях;
- технологический эффект залечивания сквозной пористости и раковин при МДО силуминов, что делает этот процесс технологически устойчивым к качеству отливки, обеспечивая возможность проведения МДО без специальных требований к пористости отливок (необходимое качество МДО достигается при 2 балле пористости).
Такие испытания позволили провести предварительный анализ и определить, является ли данное свойство МДО слоя критическим при подготовке технологии МДО силуминов к промышленному внедрению [5].
После проведения испытаний в работе [3], было проведено оксидирование блока цилиндра. В результате на зеркале цилиндра получен равномерный оксидный слой, то есть показана возможность создания качественного оксидного слоя методом МДО на крупногабаритной отливке из алюминиевого сплава.
Параллельно возникает интерес к возможной замене силуминов на другие алюминиевые сплавы. Перспективным в отношении износостойкости является сплав Д16Т.
Он обладает стабильной структурой, высокими прочностными характеристиками, повышенным сопротивлением микроскопической деформации в процессе эксплуатации и обнаруживает [2; 4], более качественные, прочные слои после МДО, что существенно повысить надежность блоков цилиндров ДВС.
Библиографические ссылки
1. Долгалев С. Г. Влияние адгезионных слоев на кинетику отверждения эпоксидных покрытий и оптимизация режимов их формирования : дис. ... канд. техн. наук: 05.17.06. М., 2011. 149 с.
2. Василюк К. В., Снежко А. А. Совершенствование технологии деталей поршневой группы ДВС // Актуальные проблемы авиации и космонавтики : материалы III Междунар. науч.-практ. конф., посвящ. Дню Космонавтики. Красноярск, 2017.
3. Повышение износостойкости деталей алюминиевых сплавов методом МДО для работы в экстремальных режимах трения / М. М. Криштал, П. В. Ивашин, А. В. Полунин и др. // Изв. Самар. науч. центра Рос. акад. наук, 2011. Т. 13, № 4 (3). С. 765-768.
4. Голенкова А. А. Совершенствование технологии формирования износостойких покрытий на алюминиевых сплавах микродуговым оксидированием : дис. ... канд. техн наук: 05.02.08. Красноярск, 2006.
5. Криштал М. М., Рюмкин М. О. Влияние исходной структуры Al-Si сплавов на свойства получаемых методом микродугового оксидирования оксидных слоев и торможение частицами кремния роста оксидного слоя // Материаловедение. 2008. № 12. С. 50-61.
© Василюк К. В., Щемирский В. С., Снежко А. А., 2018
