МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ
ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение
высшего образования
«Дальневосточный федеральный университет»
(ДВФУ)
ИНЖЕНЕРНАЯ ШКОЛА ДВФУ
Кафедра технологии машиностроения
Контрольная работа
Выполнил: студент группы М3209
Дренин А.С
Проверил:
Доцент Ружицкая Е.В
Владивосток
2018 г.
ВАРИАНТ 28
Задание: выбрать материал для изготовления впускных клапанов ДВС,
работающих при температуре 500℃ и взаимодействующих с химически
активным рабочим телом. Приведите характеристики материала.
Впускной клапан – элемент механизма газораспределения ДВС, который
отвечает за пропуск в рабочую камеру сгорания топливно-воздушной смеси
или только воздуха (для дизельных ДВС или моторов с непосредственным
впрыском). Впускной клапан ГРМ осуществляет открытие доступа в цилиндр
двигателя, а затем перекрывает доступ перед тем моментом, когда начнется
такт сжатия. Изображение впускного клапана представлено на рисунке 1.
Впускные клапаны изготавливают из особой стали. К такой стали для
изготовления клапанов двигателя внутреннего сгорания выдвигаются
отдельные требования:

высокая твердость поверхности;

достаточная теплопроводность материала;

узкий коэффициент термического расширения;

противостояние разъедающему влиянию продуктов сгорания;

возможность противостоять регулярным динамическим нагрузкам
при высоком нагреве
Рисунок 1 – Впускной клапан
Дополнительные требования к стали для клапанов предполагают
отсутствие эффекта закаливания в момент охлаждения клапана после работы
в условиях высоких температур. Это означает, что при остывании сталь не
должна становится хрупкой. Данным требованиям на 100% не соответствует
ни одна из разработанных сегодня марок стали.
Клапана изготавливают из стали мароки: 40Х9С2, титановых сплавов
ПТ-3В, с намного низкой температурной стойкостью (только впускные
клапаны) ВТ18У. Клапаны из сплавов на основе интерметаллида TiAl имеют
сравнимо низкую плотность металла, соответственно и меньший вес с
большей твердостью и жаропрочностью даже в сравнении с привычными
сплавами на основе титана. Но возникают трудности при изготовлении по
привычным технологиям, позволяющим добавить прочность, из-за низкой
пластичности. В таком случае изготавливают методом литья, но в этом случае,
в структуре металла образуется пористость, которая удаляется только
высокотемпературным газоизостатированием, очень дорогая процедура,
составляющая себестоимость клапана.
Характеристика материала 40Х9С2:
Классификация: Сталь жаропрочная высоколегированная (сталь
жаростойкая и жаропрочная)
Применение: для изготовления клапанов впуска и выпуска
автомобильных, тракторных и дизельных двигателей, трубок рекуператоров,
теплообменников, колосников, крепежные деталей.
Характеристика материала ПТ-3В:
Марка ПТ3В обозначает титановый деформируемый сплав с высокими
прочностными и антикоррозионными свойствами. Основными легирующими
элементами для этой марки титана являются алюминий и ванадий. Из других
примесей следует отметить цирконий, железо, кислород, кремний, углерод,
азот и водород. Марка ПТ3В по своей внутренней структуре относится к
псевдо α-сплавам. Она достаточно пластична и хорошо обрабатывается
давлением в горячем состоянии. Сплав ПТ-3В легко сваривается различными
видами сварки. Он не поддается термическому упрочнению, за исключением
полного или неполного отжига.
Химический состав:
Титан: 91,39-95%
Алюминий: 3,5-5%
Характеристика материала ВТ18У:
Классификация: Титановый деформируемый сплав
Сплав системы Ti-Al-Zr-Mo-Nb-Si относится к высокопрочным псевдо αсплавам. Большое содержание алюминия и циркония обеспечивает высокое
сопротивление ползучести и высокую длительную прочность до температур
550 - 600°С. Это один из наиболее жаропрочных титановых сплавов.
Пластические свойства и технологичность при обработке давлением у сплава
ВТ18У.
Широко применяется комбинированная система, когда стержень
выполняется из низколегированных сплавов с большей твердостью, а тарелка
из жаропрочных. Готовые детали в последствии свариваются различными
методами или напрессовываются, конструкция считается не очень надежной.
Другой вариант изготовления, стержень и торец клапана
изготавливаются из одного сплава, в последствии деформационной и
термообработки создаются разные микроструктуры метала, в головке
обеспечиваются высокая твердость и сопротивление ползучести в тарелке
высокая термостойкость.