Дипломная работа на тему: Литературный обзор по теме диплома. Сплавы системы Аl - Si

Введение

Приоритетные свойства материалов для поршней двигателей внутреннего сгорания и дизельных двигателей можно классифицировать следующим образом: низкий коэффициент линейного расширения, высокая прочность и жаропрочность, износостойкость и, соответственно, высокая технологичность и эффективность при производстве.

Очевидно, что особые эксплуатационные условия для двигателя современной гоночной машины предопределяют иной список приоритетов для поршневых материалов.

Целью данной исследовательской работы является разработка поршневого материала, имеющего особый комплекс свойств: низкая плотность, высокая жаропрочность и термостабильность, высокая теплопроводность и т.д.

Основными материалами, используемыми в двигателях Формулы-1, являются алюминиевые магниевые, титановые и стальные сплавы, хотя в отдельных случаях могут применяться и другие, например, керамика и углеволокно.

Алюминий - наиболее распространенный материал благодаря его жесткости. Поэтому из него делают главные элементы двигателя, например, головки цилиндров, блок цилиндров, поршни. Многие из этих компонентов производятся из специальных алюминиевых сплавов, например Metal Matrix Composite (MMC), который только начал появляться в Формуле-1. Дополнительным плюсом в использовании алюминия является его высокая теплопроводность. В результате этого тепло, создаваемое внутри двигателя, быстро отводится наружу и эффективно рассеивается.

Магний легче алюминия, но его жесткость ниже, так что он используется в таких частях как оболочки кулачков. Шатуны сделаны из титана. Хотя эти материалы тяжелее алюминия, но гораздо жестче. Из стали (в состав которой входят различные количества никеля и хрома) делают коленчатый вал, поскольку на этот узел воздействует огромная энергия, а значит, требуется высокий уровень прочности. Углеволокно (карбоновое волокно), широко применяемое при изготовлении шасси, в производстве двигателя почти не участвует. Но его все же можно увидеть например в качестве оболочки пружин. Низкий вес и изоляционные свойства керамики представляют широкий интерес для применения, однако недостаточная прочность пока ограничивают ее использование в двигателях Формулы-1. Некоторые производители применяют ее как покрытие впускных клапанов, чтобы предотвратить теплопередачу от выхлопных газов к головкам цилиндра. В некоторых командах из керамики сделаны выхлопные трубы. Сама система выхлопа сделана из инконеля, специального сплава никеля, цинка и хрома, который применяется в авиационных двигателях. Это очень тонкий и легкий металл, но выдерживающий высокие температуры, порядка 800-900 градусов. Он с легкостью выдерживает режимы быстрого нагрева и охлаждения, свойственные работе системы выхлопа болида Формулы-1.

В форсированных моторах применение кованых поршней если уж не обязательно, то во всяком случае желательно. Но прежде чем говорить об их преимуществах, внесем ясность в терминологию. Точное название процесса не ковка, а изотермическая штамповка, поскольку заготовку поршня получают из прутка выдавливанием без плавления - единственным ходом пресса при постоянной температуре 495±5°С.

Фотографии поршней гоночных болидов Formula-1 фирмы Mahle

По сравнению с литыми штампованные поршни легче и одновременно прочнее, их форма оптимальна для форсированных двигателей, склонность к прогоранию меньше. В подтверждение обратимся к цифрам. Твердость кованых поршней 120-130 ед. по Бриннелю против 80-90 ед. у обычных. Термоциклическая стойкость выше в 5-6 раз. Если литые до появления первых трещин выдерживают в среднем 400 испытательных циклов "нагрев-охлаждение", то штампованные - 2500.

В качестве предмета исследования в данной работе были выбраны сплавы на основе Аl - Мg - Si, полученные методом высокоскоростной кристаллизации (распыление из перфорированного стакана) в виде гранул.

Оглавление

- 1. Введение

- Литературный обзор по теме диплома

- Сплавы системы Аl - Si - Мg

- Сплавы системы Аl - Мg - Si

- Жаропрочность поршневых литейных алюминиевых сплавов

- Влияние легирующих элементов на жаропрочность поршневых сплавов

- Жаропрочность высококремниевых легированных сплавов

- Кратковременные испытания литейных алюминиевых сплавов при повышенных температурах

- Кратковременные испытания сплавов на растяжение по обычной методике

- Диаграмма Аl - Мg - Si

- Быстрозакристаллизованные сплавы на основе алюминия и способы их получения

- Экспериментальная часть

- Обоснование выбора сплавов для исследования

- Исследование гранулированных сплавов

- Коэффициент линейного расширения исследуемых сплавов

- 3.4. Выводы

- Экономика

- Технико - экономическое обоснование НИР

- Организация и планирование НИР

- Индивидуальное производственное задание на выполнение НИР

- Составление сметы затрат на дипломную НИР

- Промышленная экология и безопасность производства

- Общий анализ условий труда при проведении исследований

- Разработка инженерных мероприятий по защите от ОПФ и ВПФ

- Обеспечение пожарной безопасности при проведении исследований

- Защита окружающей среды

- 6. Заключение

- 7. Литература

Заключение

В результате проведённой исследовательской работы можно сделать следующие выводы:

1) Исследование на текущем этапе можно считать успешным, так как среди выбранных для исследования сплавов многие обладали хорошим комплексом технологических свойств. Анализ остаточной твёрдости показал, что все сплавы систем Аl - Mg2Si и Аl - Mg2Si - Si обладают более высокой твёрдостью после воздействия высоких температур (300, 350оС), чем промышленный сплав АК4-1. Структура сплавов при высокой температуре очень стабильна - остаточная твёрдость после 250, 300 и 350оС почти такая же, как в состоянии после прессования. Высокая жаропрочность сплавов подтвердилась результатами исследования "длительной прочности". Все сплавы обладали высоким модулем Юнга, низким коэффициентом линейного расширения, но теплопроводность оказалась ниже, чем ожидалось, причину этого в ходе данного этапа исследования выявить не удалось.

2) Выбранный для литья сплавов метод высокоскоростной кристаллизации оправдал себя, предварительные результаты показали, что твёрдость всех сплавов достаточно высока в прессованном состоянии, высокая скорость кристаллизации упрочнила сплавы.

3) Сплав №2R обладает наилучшим комплексом свойств, что можно увидеть на основании табличных данных, и он рекомендован для дальнейшего исследования.

Список литературы

1. Добаткин В.И. в кн.: "Металлургия гранул", М., ШЛС, Л 4, Ю88,

с.П-23.

2. Промышленные алюминиевые сплавы. Под редакцией Ф.И.Квасова и И.Н.Фридляндера, М., Металлургия, 1984, 528 с.

3. Джоунс Г.И. в кн.: "Сверхбыстрая закалка жидких сплавов". Перевод под ред. В.Т.Борисова, М., Металлургия, 1986, с.12-67.

4. Мирошниченко М.С. "Закалка из жидкого состояния", М., Металлургия, 1982, 168 с.

5. Добаткин В.И. в кн.: "Металлургия гранул", М., ВИЛС, * I, I983, с.23-33.

6. Добаткин В.И. в кн.: "Металловедение, литье и обработка легких сплавов", ВИЛС, 1986, с.3-18.

7. Данилов В.И. "Строение и кристаллизация жидкости". Киев, ивд-во "Киев" АН УССР, 1956, 566 с.

8. Добаткин В.И. в кн.: "Алюминий и технический прогресс", М., ВИЛС, 1987 г., с.164-172.

9. Мондольфо Л.Ф. "Структура и свойства алюминиевых сплавов". М., Металлургия, 1979, 640 с.

10. Мирошниченко И.С., Брехаря Г.П. - ФММ., 1970, Л 3, с. 664-666.

11. Борисов В.Т., Духин А.И. - В кн.: "Механизм и кинетика кристаллизации", Минск, "Наука и техника", 1969, с.176-181.

12. S.Y. Savage and F.Н. Froes, Metals, 1984, 36, № 4, р.20-32.

13. Nicolas Y. Grant, Y. Metals, 1983, 35, №1, р.20-27

14. И. Ф. Колобнев "Жаропрочные литейные алюминиевые сплавы", Москва, с.86-140