Двигатели
внутреннего сгорания

 
         

 

Главная
Основы конструирования
Расчеты
Силы и моменты
Поршневая группа
Шатуны и штоки
Коленчатые валы
Подшипники
Система газораспределения
Корпусные детали
Анализ конструкции
Устройство и
принцип действия

КШМ
ГРМ
Система смазки
Система охлаждения
Система питания
Система зажигания
Пуск двигателей
Увеличение мощности
Разное

Материалы шатунов

Шатуны большей частью изготовляют ковкой в штампах с последующей термической и механической обработкой. В качестве материала для изготовления шатунов наиболее часто применяют углеродистую или легированную сталь.
Для шатунов форсированных двигателей целесообразно применять легированные стали, учитывая необходимость обеспечения достаточной циклической прочности без значительного увеличения размеров опасных сечений, а также получения однородных свойств металла в детали после термообработки, т.е. достижения равномерной прокали ваемости по сечениям.
Рекомендуемые легированные стали, проверенные длительным опытом производства и эксплуатации двигателей с учетом выбора из них умеренно легированных, следующие: для высоконагруженных шатунов, имеющих достаточно большие размеры сечений,-стали 40ХН2МА, 40Х2Н2МА, 36Х2Н2МФА, ЗОХМА, 40ХФА;
для шатунов форсированных быстроходных дизелей-стали 40ХН2МА, 38Х2Н2МА, 38Х2МЮА;
для шатунов стационарных и малооборотных судовых двигателей-стали 40Х, 45Х, 40ХН, 45Г2.
Углеродистые стали находят применение для шатунов относительно небольших размеров при умеренной их напряженности или шатунов наиболее крупных размеров. При этом применяют для шатунов автомобильных и тракторных двигателей стали марок 30, 35, 40, 45; для шатунов стационарных и судовых тихоходных двигателей -40, 45, 50.
Для лучшего использования высоких свойств легированных сталей в готовой детали необходимо учитывать их повышенную чувствительность к качеству поверхности, т.е. к ее макро-и микрогеометрии, состоянию поверхностного слоя и др. В этом случае оставлять в целях снижения трудоемкости необработанную поверхность после штамповки значит потерять в результате разупрочнения 50-70% циклической прочности материала по выносливости, т.е. получить деталь, по прочности одинаковую с изготовленной из углеродистых сталей. Причиной такого снижения является, помимо влияния грубой обработки поверхности, наличие ослабленного слоя металла, в котором вследствие высоких повторных нагревов при штамповке и термообработке (закалке) выгорает значительная часть углерода и легирующих элементов.
Шатуны быстроходных двигателей в отдельных случаях изготовляют из легких алюминиевых и реже из магниевых сплавов. Такие шатуны легче стальных на 25-30%.
Толщина так называемого обсзуглероженного слоя после штамповки и термообработки шатуна пропорциональна времени нахождения заготовки в нагревательной печи и определяется его размерами; для шатунов массой 100-150 кг она может достигать 1,0-1,5 мм.
У двухтактных двигателей при наличии в стержне только напряжений сжатия ослабляющий эффект «черной» поверхности практически не проявляется, и дообра-ботка ее может быть минимальной (устранение окалины и очистка).
Шатуны, выполняемые из легированных сталей, необходимо механически обрабатывать (или зачищать) для удаления обезу-глероженного слоя или нагревать под штамповку в защитной среде. При толщине слоя до 0,3-0,4 мм, остающегося после зачистки или возникающего в предварительно обработанной детали после ее нагрева под закалку, неблагоприятное разупрочнение может быть полностью компенсировано обдувкой поверхности стальной дробью (наклепа дробью).
При уровне растягивающих напряжений в стержне выше 20 МПа, характерном для шатунов четырехтактных двигателей повышенной быстроходности, резко возрастает опасность развития усталостных трещин в поверхностном слое ослабленного и поврежденного металла и возникновения последующих поломок. Отсюда необходимо почти полное удаление обезуглеро-женного слоя и проведение компенсирующей обработки полученной чистой поверхности шатуна стальной дробью для устранения возможного влияния остатков дефектного слоя в готовой детали.
Особое внимание должно уделяться величине напряженности и выбору технологии обработки стержней главных шатунов V-образных двигателей (четырех-и двухтактных) ввиду появления при работе в отдельных сечениях значительного изгиба от силового действия прицепных шатунов. Аналогично циклическому растяжению при циклическом изгибе, начиная с состояния, характеризуемого напряжением более 20 МПа, требуется выполнить для стержня главного шатуна частичную дополнительную обработку поверхности с удалением наиболее ослабленной внешней зоны обезуглероженного слоя и назначение для нее компенсирующей упрочняющей обработки.
Шатунные болты разъемных головок шатунов современных двигателей изготовляют в основном из легированных конструкционных сталей. В малооборотных двигателях (в первую очередь в двухтактных) используют в ряде случаев углеродистые конструкционные стали (35, 40, 45 и др.), а также хромо-никелевые среднеуглеродистые стали. Эти же материалы идут для изготовления штоков МОД. Стали 45, 50, а также хромо-молибденовые и хромоникелевые среднеуглеродистые стали применяют для изготовления поперечин с последующей термической обработкой. Ползуны малооборотных двигателей отливают из сталей 20Л-50Л. Для изготовления шатунных болтов тепловозных двигателей, а также быстроходных форсированных следует применять наиболее прочные и вязкие хромо-никельмолибденовые (или вольфрамовые) и хромоникельмо-либденованадиевые стали 40XH2MA, 40X2H2MA, 38XH3MA, 36Х2Н2МФА.
Для шатунных болтов автомобильных и тракторных двигателей успешно используют легированные стали 40Х, 45Х, 30ХМА, 35XM, 40ХН2МА.
Проведенные исследования и опыт эксплуатации двигателей показали, что для шатунных болтов, а также для других болтовых соединений с большим усилием затяжки не следует применять легированные стали 18X2H4MA, 20ХНЗА и др. с низким содержанием углерода, чтобы при длительной работе не накапливались пластические деформации (вытяжки) и не ослабевали усилия затяжки.

1 2 3 4 5 6 7 8

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

 



  Разработано специально для liciss.ru, все права защищены.
Копирование материалов сайта разрешается только с указанием прямой индексируемой ссылки на источник.