МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ УКРАЇНИ
СУМСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
Виконала: Мислівченко О.М.
Суми
2009
1. Задана деталь: випускний клапан двигуна внутрішнього згоряння
o Клапан служать для періодичного відкриття і закриття отворів впускних і випускних каналів залежно від положення поршнів в циліндрі і від порядку роботи двигуна. Клапан складається з голівки і стрижня.
Двигун внутрішнього згоряння (ДВЗ) - пристрій, що перетворює теплову енергію, одержувану при згорянні палива в циліндрах, в механічну роботу.
Рисунок 1 - Загальний вид двигуна
Робочий цикл чотиритактного карбюраторного двигуна.
Чотиритактний двигун внутрішнього згоряння працює за наступним принципом;
SHAPE \ * MERGEFORMAT 
Малюнок 2 - Впуск горючої суміші
Впуск - поршень переміщується від верхньої мертвої точки до нижньої мертвої точки. Відкрито впускний отвір. Внаслідок збільшення обсягу всередині циліндра створюється розрідження 0,075 - 0,085 МПа, а температура суміші знаходиться в межах 90 -125 ° С. Циліндр заповнюється свіжим зарядом пальної суміші.
Стиснення - поршень рухається від н.м.т. кв. м.т. Впускний і випускний отвори закриті. Обсяг над поршнем зменшується, а тиск і температура до кінця такту відповідно досягають величин 1,0 ... 1,2 МПа і 350. 450 ° С. Робоча суміш стискається, завдяки чому поліпшується випаровування і перемішування парів бензину з повітрям.
Робочий хід (згоряння і розширення) - стисла робоча суміш запалюється іскрою. Поршень під тиском розширюються газів переміщується від ст. м. т. до н.м.т. Впускний і випускний отвори закриті. Тиск газів досягає величини 3,5 ... 4,0 МПа, а температура сягає 2000 ° С.
Малюнок 3 - Робочий хід поршня
Випуск - поршень рухається від н.м.т. кв. м.т. Відкрито випускний клапан. Тиск газів знижується до 0,11 ... 0,12 МПа, а температура-до 300 ... 400 ° С.
Малюнок 4 - Випуск газів при допомогою опускання випускного клапана (вид А)
2. Умови роботи випускного клапана
Клапани двигуна внутрішнього згоряння функціонують в екстремальних умовах. Вони схильні до спільної дії змінної механічного навантаження, високої температури, зносу, корозії і ерозії. Під час роботи двигуна температура нагріву головки клапана може досягати 800 ˚ С, стрижень навантажений циклічними розтягуючими зусиллями пружини, поверхня стержня піддається сильному впливу факторів тертя, торець стрижня випробовує інтенсивні контактні навантаження. Клапани і сідла клапанів піддаються зносу в результаті ударів головки клапана про сідло, повторюваних з великою частотою, корозійного дії агресивних відпрацьованих газів при підвищеній температурі, а також ерозійного дії струменя газу та продуктів неповного згоряння палива. Після деякого періоду, роботи сідло покривається нагаром, який під впливом високої температури розжарюється, що призводить до випалюванню опорної поверхні клапана і втрати герметичності. Не герметичність клапанів, у свою чергу, призводить до порушень в роботі двигуна, до яких відносяться утруднений запуск, зменшення потужності та ін При цьому через щілини, що утворилися під високим тиском проходить струмінь гарячих робочих газів, сильно нагрівають голівку клапана. Внаслідок такого нагріву краю головки підправляється і клапан руйнується. З плином часу матеріал клапана може настільки знизити свою міцність в результаті вигорання деяких компонентів сплаву, що можливий навіть відрив головки від стрижня клапана. На інтенсивність зносу сідел клапанів впливає також склад усмоктуваної в циліндри суміші. Вели суміш занадто бідну, то згорання відбувається при більш високій температурі і корозійне дію відпрацьованих газів виявляється сильнішим. Коли суміш занадто багата, згорання йде повільніше і при більш низькій температурі. Незгорілі важкі фракції палива прискорюють осадження шару нагару, корозійно-агресивного до матеріалу клапана. Тому до клапанів пред'являються дуже жорсткі технічні та якісні вимоги.
Можливі причини виходу з ладу або дефектів при експлуатації випускних клапанів.
Характерними дефектами випускних клапанів є їх прогоряння та зависання, обрив клапанних тарілок (термічне руйнування денця). На випускні клапани припадає до 12% загального числа відмов по дизелю. Основна частка відмов (близько 60%) пов'язана з руйнуванням робочих пошуків клапанів та їх сідел через утворення глибоких раковин, що вимагають проточки і притирання. Спостерігається також зношування стрижня по довжині і направляючих втулок. (Слід зазначити, що випускні клапани і сідла зношуються набагато швидше впускних, так як їх корозія розвивається інтенсивніше.)
Найбільших втрат випускним клапанів завдає газова корозія. Газова корозія - корозія металів, що викликається дією парів і газів зазвичай при високих температурах Метали окислюються киснем, парами води, оксидом вуглецю, оксидом сірки по наступних рівняннях;
2Ме + О 2 + t → 2MeO
Me + C О 2 + t → MeO + CO
Me + H 2 O + t → MeO + H 2
3 Me + SО 2 + t → 2MeO + MeS
Матеріали використовувані для виробництва випускних клапанів.
Для клапанів використовується завжди жаростійкий (найчастіше хромистая) сталь, що містить 8-15% Сг, 2-3% Si, 0,45% С. Наприклад: 4Х10С2М (ЕІ107) Клапани двигунів, кріпильні деталі, що працюють при 600-650 ° С . 3Х13Н7С2 (ЕІ72,) - Клапани впускання авіадвигунів і випуску автомобільних, тракторних двигунів.
5Х20Н4АГ9 (ЕП3О3) Клапани випуску автомобільних двигунів. У авіаційних поршневих двигунах, як у вітчизняній, так і зарубіжній практиці для випускних клапанів використовують хромоникельвольфрамомолибденовую сталь марки 4Х14Н14В2М (ЕІ69).
Прогресивні технологічні рішення для збільшення терміну служби випускних клапанів.
3. Спосіб захисту - плазмово-порошкове наплавлення
З існуючих способів плазмово-порошкове наплавлення набула найбільшого поширення як найбільш універсальний метод. При плазмово-порошкової наплавленні присадкою служать гранульовані металеві порошки, які подаються в плазмотрон транспортуючим газом за допомогою спеціального живильника. Метод порошкової плазмової наплавки (ППН) є найбільш оптимальним за продуктивністю, ціною і якістю.
Переваги методу плазмового наплавлення полягають у наступному:
· Висока продуктивність наплавлення - вище 25 кг / год;
· Ефективність методу - близько 85%;
· Низька розчинність основного металу в наплавленном шарі (до 5%);
· Висока якість наплавленого металу;
· Можливість наплавлення щодо тонких шарів (0,5-5,0 мм).
Важливою особливістю ППН є відмінне формування наплавлених валиків, стабільність і хороша відтворюваність їх розмірів. Встановлено, що у 95% наплавлених деталей відхилення товщини наплавленого шару від номінального розміру не перевищує 0,5 мм. Це дозволяє істотно скоротити витрату наплавочних матеріалів, час наплавлення, а також витрати на механічну обробку наплавлених деталей.
Встановлення взаємозв'язку між температурою оплавлення порошку і часом витримки при температурі оплавлення порошку дозволяє регулювати і управляти властивостями покриття. Оптимальний вибір технологічних режимів процесу плазмового наплавлення забезпечує мінімальне перемішування наплавляемого матеріалу з основним металом, практично, з нульовою глибиною проплавлення (що дозволяє при одношарової наплавленні забезпечити заданий склад навіть тонкого шару покриття), а також мінімальну окислюваність наплавляемого матеріалу за рахунок спеціальної інертної або відновлювальної захисної середовища.
Плазмова порошкове наплавлення забезпечує високу працездатність деталей за рахунок відмінної якості наплавленого металу, його однорідності, а також сприятливої структури, яка визначається специфічними умовами кристалізації металу зварювальної ванни.
Продуктивність плазмової наплавки з введенням порошкоподібного матеріалу в стовп дуги транспортуючим газом можна підвищувати або за рахунок збільшення теплової потужності дуги, або за рахунок більш ефективного нагрівання порошку в дузі. Особливості процесів плавлення присадочного і основного металів при плазмовому наплавленні обумовлені можливістю регулювати в широкому діапазоні співвідношення між тепловою потужністю дуги, кількістю і температурою подається в зварювальну ванну присадочного порошку. Змінюючи це співвідношення, можна забезпечити мінімальне проплавлення основного металу.
В якості матеріалу вибираються композиційні порошки на основі заліза (у тому числі і нержавіючі сталі), кобальту, нікелю (в тому числі і самофлюсующіеся), що володіють властивостями забезпечують корозійну, ударну, теплову стійкості і стійкість до зношування.
Для автоматизації процесу застосовуються роботизовані комплекси, що забезпечують безперервність процесу виготовлення зміцнених клапанів.
Надмірне підвищення температури оплавлення сплаву і часу витримки при температурі оплавлення призводить до огрублення структури, зниження механічних властивостей основи і покриття.
Деталі при наплавленні швидко нагріваються до високих температур; змінюються теплові умови формування покриттів, збільшуються глибина проплавлення і ступінь перемішування матеріалів покриття та основи, наплавочні матеріал у покритті втрачає свої початкові властивості. Необхідність управління тепловими умовами плазмово-порошкового наплавлення, вибору оптимальних режимів диктує необхідність побудови фізико-математичної моделі з подальшим використанням її у комп'ютерному проектуванні та управління процесом нанесення покриттів. Завдяки можливості регулювання в широкому діапазоні співвідношення між тепловою потужністю дуги і подачею присадочного порошку, плазмова порошкове наплавлення забезпечує досить високу продуктивність при мінімальному проплавлення основного металу, що дозволяє забезпечувати необхідну твердість і заданий хімічний склад наплавленого металу вже на відстані 0,3-0,5 мм від поверхні сплаву. Це дає можливість обмежитися одношарової наплавленням там, де електродуговим способом необхідно наплавить 3-4 шари.
Основними перевагами цього методу є:
· Гнучкість регулювання тепловкладення як до основного металу, так і в матеріал, що наплавляється;
· Мінімальна зона термічного впливу; висока щільність і міцність наплавленого металу;
· Зниження деформацій виробів; висока продуктивність;
· Зручність нанесення покриттів
4. Спосіб захисту - лазерне легування
Для здійснення процесу лазерного легування необхідно, щоб температура металу на поверхні досягала значень, трохи перевищують температуру його плавлення. У процесі плавлення матеріалу основи відбувається інтенсивне перемішування його з легуючими елементами, розміщеними на оброблюваній поверхні. Глибина легування визначається потужністю променя лазера, його діаметром і швидкістю сканування. Глибина легування в залежності від режимів обробки насиченого і легуючого матеріалів може досягати, наприклад при насиченні вуглецевої сталі кобальтом, 1, 2 мм. Лазерне легування дозволяє значно підвищити зносостійкість, корозійну стійкість і протиударну міцність клапанів. Великого поширення в двигунобудування отримала наплавлення. Для наплавлення фасок клапанів застосовуються різні методи та матеріали на кобальтової і нікелевій основі, наприклад стелліти (4.5% W, 30% Сг, 60% Со, решта С, Fe, і Si). Товщина наплавлених твердих складних сплавів типу стеллітов, наприклад вольфрамохромокобальтового сплаву ВЗК або ніхрому Х20н80, становить 1-1,5 мм-Сплав наноситься на поверхню нагрітої заготовки. Стеллітовие покриття перевищують твердість поверхні в більшій мірі, ніж гарт або азотування. Сплави ВЗК і Х20н80 мають гарну жаростійкістю до 1000-1100 ° С. Твердість ВЗК близько HRC 70. Ніхром має меншу твердість, але завдяки великій пластичності краще прірабативается до сідла; щільне прилягання забезпечується навіть при викривленні сідел.
5. Спосіб захисту - наплавлення струмами високої частоти
У вітчизняному двигунобудуванні застосовують також наплавлення з використанням струмів високої частоти. Сутність процесу наплавлення струмами високої частоти полягає в наступному: на заготівлю клапана, в виточку, укладається кільце з жароміцного сплаву, зона наплавлення захищається від окислення порошковим флюсом або газовим захистом (аргон, азот) .
Спеціальний індуктор нагріває кільце струмами високої частоти до розплавлення і підігріває заготівлю клапана до температури, що забезпечує дифузійне з'єднання.
Для кристалізації розплавленого сплаву на торець клапана знизу подається вода, в результаті відбувається «наморожуванню», тобто спрямована кристалізація сплаву. Рівномірність нагрівання забезпечується обертанням клапана. Для наплавлення клапанів ТВЧ розроблені спеціальні самофлюсующіеся сплави на нікель-хром-бористої основі, такі як НХ16С2Р2 (ЕП616), НХ26С2Р2 (ЕП616А), НХ24С2Р2Б (ЕП616Б), і НХ10С2Р2 (ЕП616В), які в чотири рази дешевше кобальтових стеллітов, мають високу стійкість проти корозії і достатню гарячу твердість. На робочій наплавленою поверхні клапана не повинно бути тріщин, раковин і неметалевих включень. На клапанах з діаметром тарілки більш 70 мм допускаються окремі ділянки междендрітной усадочної пористості, кількість і розміри яких встановлені технічною документацією на конкретні клапани. Ділянки пористості не повинні виходити на краю притирається поверхні. Відсутність тріщин, заходів, розкутих і розкатаних бульбашок перевіряють методами магнітної дефектоскопії, а для немагнітних матеріалів - капілярним методом. Зарубіжні фірми на проміжну наплавлення, в основному виконану зі сплаву на кобальтової основі (Стелліт-6 твердістю HRC 39-49 та ін), наплавляють ще шар твердого корозійно-стійкого сплаву на нікелевій основі (70% Ni і більше) з високою твердістю ( HRC 48-62). Для збільшення стійкості клапанів торець стрижня клапана також наплавляють зносостійким матеріалом, а поверхні стрижня піддають азотуванню або хромуванню.
Порівняльна характеристика методів відновлення клапанів.
У таблиці 1 представлені характеристики основних методів, використовуваних для зміцнення і ремонту клапанів двигунів внутрішнього згоряння.
Таблиця 1
Отже в ремонтних роботах слід використовувати - наплавлення ТВЧ, в дрібносерійному виробництві та ремонті - лазерне легування, в серійному і великосерійному-плазмово-порошкове наплавлення.
СУМСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
Кафедра ПМ і ТКМ
Контрольна робота
З дисципліни: Корозія і захист матеріалів
На тему: Захист випускного клапана двигуна внутрішнього згорянняВиконала: Мислівченко О.М.
група МТ-71
Перевірила: Марченко С.В.Суми
2009
1. Задана деталь: випускний клапан двигуна внутрішнього згоряння
o Клапан служать для періодичного відкриття і закриття отворів впускних і випускних каналів залежно від положення поршнів в циліндрі і від порядку роботи двигуна. Клапан складається з голівки і стрижня.
Двигун внутрішнього згоряння (ДВЗ) - пристрій, що перетворює теплову енергію, одержувану при згорянні палива в циліндрах, в механічну роботу.
|
Рисунок 1 - Загальний вид двигуна
Робочий цикл чотиритактного карбюраторного двигуна.
Чотиритактний двигун внутрішнього згоряння працює за наступним принципом;
Впускний клапан |
Циліндр |
Випускний клапан |
Малюнок 2 - Впуск горючої суміші
Впуск - поршень переміщується від верхньої мертвої точки до нижньої мертвої точки. Відкрито впускний отвір. Внаслідок збільшення обсягу всередині циліндра створюється розрідження 0,075 - 0,085 МПа, а температура суміші знаходиться в межах 90 -125 ° С. Циліндр заповнюється свіжим зарядом пальної суміші.
Стиснення - поршень рухається від н.м.т. кв. м.т. Впускний і випускний отвори закриті. Обсяг над поршнем зменшується, а тиск і температура до кінця такту відповідно досягають величин 1,0 ... 1,2 МПа і 350. 450 ° С. Робоча суміш стискається, завдяки чому поліпшується випаровування і перемішування парів бензину з повітрям.
Робочий хід (згоряння і розширення) - стисла робоча суміш запалюється іскрою. Поршень під тиском розширюються газів переміщується від ст. м. т. до н.м.т. Впускний і випускний отвори закриті. Тиск газів досягає величини 3,5 ... 4,0 МПа, а температура сягає 2000 ° С.
Малюнок 3 - Робочий хід поршня
Випуск - поршень рухається від н.м.т. кв. м.т. Відкрито випускний клапан. Тиск газів знижується до 0,11 ... 0,12 МПа, а температура-до 300 ... 400 ° С.
Малюнок 4 - Випуск газів при допомогою опускання випускного клапана (вид А)
2. Умови роботи випускного клапана
Клапани двигуна внутрішнього згоряння функціонують в екстремальних умовах. Вони схильні до спільної дії змінної механічного навантаження, високої температури, зносу, корозії і ерозії. Під час роботи двигуна температура нагріву головки клапана може досягати 800 ˚ С, стрижень навантажений циклічними розтягуючими зусиллями пружини, поверхня стержня піддається сильному впливу факторів тертя, торець стрижня випробовує інтенсивні контактні навантаження. Клапани і сідла клапанів піддаються зносу в результаті ударів головки клапана про сідло, повторюваних з великою частотою, корозійного дії агресивних відпрацьованих газів при підвищеній температурі, а також ерозійного дії струменя газу та продуктів неповного згоряння палива. Після деякого періоду, роботи сідло покривається нагаром, який під впливом високої температури розжарюється, що призводить до випалюванню опорної поверхні клапана і втрати герметичності. Не герметичність клапанів, у свою чергу, призводить до порушень в роботі двигуна, до яких відносяться утруднений запуск, зменшення потужності та ін При цьому через щілини, що утворилися під високим тиском проходить струмінь гарячих робочих газів, сильно нагрівають голівку клапана. Внаслідок такого нагріву краю головки підправляється і клапан руйнується. З плином часу матеріал клапана може настільки знизити свою міцність в результаті вигорання деяких компонентів сплаву, що можливий навіть відрив головки від стрижня клапана. На інтенсивність зносу сідел клапанів впливає також склад усмоктуваної в циліндри суміші. Вели суміш занадто бідну, то згорання відбувається при більш високій температурі і корозійне дію відпрацьованих газів виявляється сильнішим. Коли суміш занадто багата, згорання йде повільніше і при більш низькій температурі. Незгорілі важкі фракції палива прискорюють осадження шару нагару, корозійно-агресивного до матеріалу клапана. Тому до клапанів пред'являються дуже жорсткі технічні та якісні вимоги.
Можливі причини виходу з ладу або дефектів при експлуатації випускних клапанів.
Характерними дефектами випускних клапанів є їх прогоряння та зависання, обрив клапанних тарілок (термічне руйнування денця). На випускні клапани припадає до 12% загального числа відмов по дизелю. Основна частка відмов (близько 60%) пов'язана з руйнуванням робочих пошуків клапанів та їх сідел через утворення глибоких раковин, що вимагають проточки і притирання. Спостерігається також зношування стрижня по довжині і направляючих втулок. (Слід зазначити, що випускні клапани і сідла зношуються набагато швидше впускних, так як їх корозія розвивається інтенсивніше.)
Найбільших втрат випускним клапанів завдає газова корозія. Газова корозія - корозія металів, що викликається дією парів і газів зазвичай при високих температурах Метали окислюються киснем, парами води, оксидом вуглецю, оксидом сірки по наступних рівняннях;
2Ме + О 2 + t → 2MeO
Me + C О 2 + t → MeO + CO
Me + H 2 O + t → MeO + H 2
3 Me + SО 2 + t → 2MeO + MeS
Матеріали використовувані для виробництва випускних клапанів.
Для клапанів використовується завжди жаростійкий (найчастіше хромистая) сталь, що містить 8-15% Сг, 2-3% Si, 0,45% С. Наприклад: 4Х10С2М (ЕІ107) Клапани двигунів, кріпильні деталі, що працюють при 600-650 ° С . 3Х13Н7С2 (ЕІ72,) - Клапани впускання авіадвигунів і випуску автомобільних, тракторних двигунів.
5Х20Н4АГ9 (ЕП3О3) Клапани випуску автомобільних двигунів. У авіаційних поршневих двигунах, як у вітчизняній, так і зарубіжній практиці для випускних клапанів використовують хромоникельвольфрамомолибденовую сталь марки 4Х14Н14В2М (ЕІ69).
Прогресивні технологічні рішення для збільшення терміну служби випускних клапанів.
3. Спосіб захисту - плазмово-порошкове наплавлення
З існуючих способів плазмово-порошкове наплавлення набула найбільшого поширення як найбільш універсальний метод. При плазмово-порошкової наплавленні присадкою служать гранульовані металеві порошки, які подаються в плазмотрон транспортуючим газом за допомогою спеціального живильника. Метод порошкової плазмової наплавки (ППН) є найбільш оптимальним за продуктивністю, ціною і якістю.
Переваги методу плазмового наплавлення полягають у наступному:
· Висока продуктивність наплавлення - вище 25 кг / год;
· Ефективність методу - близько 85%;
· Низька розчинність основного металу в наплавленном шарі (до 5%);
· Висока якість наплавленого металу;
· Можливість наплавлення щодо тонких шарів (0,5-5,0 мм).
Важливою особливістю ППН є відмінне формування наплавлених валиків, стабільність і хороша відтворюваність їх розмірів. Встановлено, що у 95% наплавлених деталей відхилення товщини наплавленого шару від номінального розміру не перевищує 0,5 мм. Це дозволяє істотно скоротити витрату наплавочних матеріалів, час наплавлення, а також витрати на механічну обробку наплавлених деталей.
Встановлення взаємозв'язку між температурою оплавлення порошку і часом витримки при температурі оплавлення порошку дозволяє регулювати і управляти властивостями покриття. Оптимальний вибір технологічних режимів процесу плазмового наплавлення забезпечує мінімальне перемішування наплавляемого матеріалу з основним металом, практично, з нульовою глибиною проплавлення (що дозволяє при одношарової наплавленні забезпечити заданий склад навіть тонкого шару покриття), а також мінімальну окислюваність наплавляемого матеріалу за рахунок спеціальної інертної або відновлювальної захисної середовища.
Плазмова порошкове наплавлення забезпечує високу працездатність деталей за рахунок відмінної якості наплавленого металу, його однорідності, а також сприятливої структури, яка визначається специфічними умовами кристалізації металу зварювальної ванни.
Продуктивність плазмової наплавки з введенням порошкоподібного матеріалу в стовп дуги транспортуючим газом можна підвищувати або за рахунок збільшення теплової потужності дуги, або за рахунок більш ефективного нагрівання порошку в дузі. Особливості процесів плавлення присадочного і основного металів при плазмовому наплавленні обумовлені можливістю регулювати в широкому діапазоні співвідношення між тепловою потужністю дуги, кількістю і температурою подається в зварювальну ванну присадочного порошку. Змінюючи це співвідношення, можна забезпечити мінімальне проплавлення основного металу.
В якості матеріалу вибираються композиційні порошки на основі заліза (у тому числі і нержавіючі сталі), кобальту, нікелю (в тому числі і самофлюсующіеся), що володіють властивостями забезпечують корозійну, ударну, теплову стійкості і стійкість до зношування.
Для автоматизації процесу застосовуються роботизовані комплекси, що забезпечують безперервність процесу виготовлення зміцнених клапанів.
Надмірне підвищення температури оплавлення сплаву і часу витримки при температурі оплавлення призводить до огрублення структури, зниження механічних властивостей основи і покриття.
Деталі при наплавленні швидко нагріваються до високих температур; змінюються теплові умови формування покриттів, збільшуються глибина проплавлення і ступінь перемішування матеріалів покриття та основи, наплавочні матеріал у покритті втрачає свої початкові властивості. Необхідність управління тепловими умовами плазмово-порошкового наплавлення, вибору оптимальних режимів диктує необхідність побудови фізико-математичної моделі з подальшим використанням її у комп'ютерному проектуванні та управління процесом нанесення покриттів. Завдяки можливості регулювання в широкому діапазоні співвідношення між тепловою потужністю дуги і подачею присадочного порошку, плазмова порошкове наплавлення забезпечує досить високу продуктивність при мінімальному проплавлення основного металу, що дозволяє забезпечувати необхідну твердість і заданий хімічний склад наплавленого металу вже на відстані 0,3-0,5 мм від поверхні сплаву. Це дає можливість обмежитися одношарової наплавленням там, де електродуговим способом необхідно наплавить 3-4 шари.
Основними перевагами цього методу є:
· Гнучкість регулювання тепловкладення як до основного металу, так і в матеріал, що наплавляється;
· Мінімальна зона термічного впливу; висока щільність і міцність наплавленого металу;
· Зниження деформацій виробів; висока продуктивність;
· Зручність нанесення покриттів
4. Спосіб захисту - лазерне легування
Для здійснення процесу лазерного легування необхідно, щоб температура металу на поверхні досягала значень, трохи перевищують температуру його плавлення. У процесі плавлення матеріалу основи відбувається інтенсивне перемішування його з легуючими елементами, розміщеними на оброблюваній поверхні. Глибина легування визначається потужністю променя лазера, його діаметром і швидкістю сканування. Глибина легування в залежності від режимів обробки насиченого і легуючого матеріалів може досягати, наприклад при насиченні вуглецевої сталі кобальтом, 1, 2 мм. Лазерне легування дозволяє значно підвищити зносостійкість, корозійну стійкість і протиударну міцність клапанів. Великого поширення в двигунобудування отримала наплавлення. Для наплавлення фасок клапанів застосовуються різні методи та матеріали на кобальтової і нікелевій основі, наприклад стелліти (4.5% W, 30% Сг, 60% Со, решта С, Fe, і Si). Товщина наплавлених твердих складних сплавів типу стеллітов, наприклад вольфрамохромокобальтового сплаву ВЗК або ніхрому Х20н80, становить 1-1,5 мм-Сплав наноситься на поверхню нагрітої заготовки. Стеллітовие покриття перевищують твердість поверхні в більшій мірі, ніж гарт або азотування. Сплави ВЗК і Х20н80 мають гарну жаростійкістю до 1000-1100 ° С. Твердість ВЗК близько HRC 70. Ніхром має меншу твердість, але завдяки великій пластичності краще прірабативается до сідла; щільне прилягання забезпечується навіть при викривленні сідел.
5. Спосіб захисту - наплавлення струмами високої частоти
У вітчизняному двигунобудуванні застосовують також наплавлення з використанням струмів високої частоти. Сутність процесу наплавлення струмами високої частоти полягає в наступному: на заготівлю клапана, в виточку, укладається кільце з жароміцного сплаву, зона наплавлення захищається від окислення порошковим флюсом або газовим захистом (аргон, азот) .
Спеціальний індуктор нагріває кільце струмами високої частоти до розплавлення і підігріває заготівлю клапана до температури, що забезпечує дифузійне з'єднання.
Для кристалізації розплавленого сплаву на торець клапана знизу подається вода, в результаті відбувається «наморожуванню», тобто спрямована кристалізація сплаву. Рівномірність нагрівання забезпечується обертанням клапана. Для наплавлення клапанів ТВЧ розроблені спеціальні самофлюсующіеся сплави на нікель-хром-бористої основі, такі як НХ16С2Р2 (ЕП616), НХ26С2Р2 (ЕП616А), НХ24С2Р2Б (ЕП616Б), і НХ10С2Р2 (ЕП616В), які в чотири рази дешевше кобальтових стеллітов, мають високу стійкість проти корозії і достатню гарячу твердість. На робочій наплавленою поверхні клапана не повинно бути тріщин, раковин і неметалевих включень. На клапанах з діаметром тарілки більш 70 мм допускаються окремі ділянки междендрітной усадочної пористості, кількість і розміри яких встановлені технічною документацією на конкретні клапани. Ділянки пористості не повинні виходити на краю притирається поверхні. Відсутність тріщин, заходів, розкутих і розкатаних бульбашок перевіряють методами магнітної дефектоскопії, а для немагнітних матеріалів - капілярним методом. Зарубіжні фірми на проміжну наплавлення, в основному виконану зі сплаву на кобальтової основі (Стелліт-6 твердістю HRC 39-49 та ін), наплавляють ще шар твердого корозійно-стійкого сплаву на нікелевій основі (70% Ni і більше) з високою твердістю ( HRC 48-62). Для збільшення стійкості клапанів торець стрижня клапана також наплавляють зносостійким матеріалом, а поверхні стрижня піддають азотуванню або хромуванню.
Порівняльна характеристика методів відновлення клапанів.
У таблиці 1 представлені характеристики основних методів, використовуваних для зміцнення і ремонту клапанів двигунів внутрішнього згоряння.
Таблиця 1
| Назва методу | Розчинність основного металу | Зчеплення з основою | Ступінь автоматизації |
| Наплавлення ТВЧ | 20 - 30% | відмінне | напівавтомат |
| Лазерне легування | 5 - 10% | відмінне | напівавтомат |
| Плазмова наплавлення | 2 - 5% | відмінне | повна |