Повышение износостойкости клапанов ДВС методом лазерной наплавки

Обложка


Цитировать

Полный текст

Аннотация

Введение. При эксплуатации поршневых двигателей существует множество возможных причин, ведущих к отказу и дорогостоящему ремонту. Одним из распространённых факторов, способных негативно влиять на работу двигателя, является нарушение герметичности камеры сгорания. В процессе работы двигателя газы, сгорающие в камере, оказывают давление на рабочие поверхности клапана и седла. Если эти поверхности не обеспечивают герметичность, то отработавшие газы начинают несвоевременно проникать в выпускной трубопровод, а в некоторых случаях — и во впускной, кроме того, ухудшается наполнение цилиндров свежим зарядом. В большинстве случаев нарушение герметичности камеры сгорания происходит в результате образования дефектов на рабочих поверхностях сопряжения клапан-седло. Чтобы избежать нарушений герметичности камеры сгорания и других проблем с работой поршневых двигателей, необходимо минимизировать износ на рабочей поверхности клапана путём нанесения износостойкого покрытия.

Цель ― нанесение износостойкого и коррозионностойкого покрытия на рабочую поверхность клапана для повышения эксплуатационного ресурса.

Методы исследования. Факторы, влияющие на надёжность сопряжения клапан-седло определены путём анализа литературы. Лазерная наплавка на фаску клапана проводилась на лазерном роботизированном комплексе на базе иттербиевого волоконного лазера. Качество наплавленного покрытия на рабочей фаске клапана определено путём металлографического исследования и капиллярного контроля.

Результаты. При лазерной наплавке на рабочую фаску клапана порошкового материала марки ПР-08Х17Н8С6Г удалось получить равномерный наплавленный слой с микротвёрдостью 435–485 НV (44–48 HRC).

Заключение. Результаты исследований могут быть использованы для разработки и внедрения новых разновидностей износостойких покрытий, что даёт возможность увеличить срок службы и проводить ремонтные работы по восстановлению изношенных поверхностей деталей.

Об авторах

Алексей Викторович Завитков

Владимирский государственный университет имени А. Г. и Н. Г. Столетовых

Автор, ответственный за переписку.
Email: vip.zavitkov@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-4323-5398
SPIN-код: 9599-0692
Scopus Author ID: 57214124373
ResearcherId: 4462-2022

аспирант кафедры «Тепловые двигатели и энергетические установки»

Россия, Владимир

Александр Сергеевич Локтев

Владимирский государственный университет имени А. Г. и Н. Г. Столетовых

Email: loktev@laser33.ru
ORCID iD: 0009-0004-5978-2219

магистрант кафедры «Тепловые двигатели и энергетические установки»

Россия, Владимир

Александр Борисович Люхтер

Владимирский государственный университет имени А. Г. и Н. Г. Столетовых

Email: 3699137@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-1523-0637
SPIN-код: 5633-5549

канд. техн. наук, доцент кафедры «Тепловые двигатели и энергетические установки

Россия, Владимир

Список литературы

  1. Kwon O.G., Han M.S. Failure analysis of the exhaust valve stem from a Waukesha P9390 GSI gas engine // Engineering Failure Analysis. 2004. Vol. 11, N 3. С. 439–447. doi: 10.1016/j.engfailanal.2003.05.015
  2. Panţuru M., Chicet D., Paulin C., et al. Wear aspects of internal combustion engine valves // IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng. 2016. Vol. 147. P. 012036. doi: 10.1088/1757-899X/147/1/012036
  3. Forsberg P., Hollman P., Jacobson S. Wear mechanism study of exhaust valve system in modern heavy duty combustion engines // Wear. 2011. Vol. 271, N 9. P. 2477–2484. doi: 10.1016/j.wear.2010.11.039
  4. Raghuwanshi N.K., Pandey A., Mandloi R.K. Failure analysis of internal combustion engine valves: a review // International Journal of Innovative Research in Science, Engineering and Technology. 2012. Vol. 1, N 2. P. 173–181.
  5. Dorfman M.R. Thermal spray applications // Advanced Materials & Processes. 2002. Vol. 160, N 10. P. 66–69.
  6. Dorfman M.R. Thermal spray basics // Advanced Materials & Processes. 2002. Vol. 160, N 7. P. 47–51.
  7. Malatesta M.J., Barber G.C., Larson J.M., et al. Development of a laboratory bench test to simulate seat wear of engine poppet valves // Tribology Transactions. 1993. Vol. 36, N 4. P. 627–632. doi: 10.1080/10402009308983204
  8. Forsberg P. Combustion valve wear: a tribological study of combustion valve sealing interfaces. Doctoral thesis. Uppsala, 2013.
  9. Cavalieri F.J., Zenklusen F., Cardona A. Determination of wear in internal combustion engine valves using the finite element method and experimental tests // Mechanism and machine theory. 2016. Vol. 104. P. 81–99. doi: 10.1016/j.mechmachtheory.2016.05.017
  10. Forsberg P., Debord D., Jacobson S. Quantification of combustion valve sealing interface sliding — A novel experimental technique and simulations // Tribology International. 2014. Vol. 69. P. 150–155. doi: 10.1016/j.triboint.2013.09.014
  11. MAHLE. Компоненты двигателей и фильтры. Дефекты, их причины и профилактика. Stuttgart: MAHLE.
  12. Scott C.G., Riga A.T., Hong H. The erosion-corrosion of nickel-base diesel engine exhaust valves // Wear. 1995. Vol. 181. P. 485–494.
  13. Черевань В.С. Восстановление деталей сваркой и наплавкой // Способы, методы и процессы технического и технологического развития. Сборник статей по итогам Международной научно-практической конференции. Стерлитамак 2020. Уфа: Агентство международных исследований, 2020. С. 102–104.
  14. Бабанин А.Я., Чухаркин А.В. Упрочняющая и восстановительная наплавка клапанов газораспределительного механизма двигателей внутреннего сгорания // Сб. науч. тр. Донбас. гос. техн. ин-та. Вып. 68. Алчевск, 2021. С. 26–31.
  15. Завитков А.В., Печников И.С. Современные методы восстановления и повышения износостойкости деталей двигателя внутреннего сгорания // Актуальные проблемы эксплуатации автотранспортных средств. Материалы XXIII Международной научно-практической конференции. Владимир, 18–19 ноября 2021 года. Владимир: Владимирский государственный университет им. А.Г. и Н.Г. Столетовых, 2021. С. 111–115.
  16. Zieliński A., Smolenska H., Serbinski W., et al. Characterization of the Co-base layers obtained by laser cladding technique // Journal of Materials Processing Technology. 2005. Vol. 164. P. 958–963.
  17. Lyukhter A.B., Palkin P.A., Zavitkov A.V., et al. Dependence of the structure and characteristics of a Russian alternative for AISI 304 stainless steel powder on the parameters of their laser cladding on substrates from low-carbon and structural steels // IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng. 2019. Vol. 681, N 1. P. 012028. doi: 10.1088/1757-899X/681/1/012028
  18. Палкин П.А., Люхтер А.Б., Завитков А.В. Опыт отработки технологии лазерной наплавки порошковых материалов // Лазерные, плазменные исследования и технологии ЛАПЛАЗ-2019. V Международная конференция. Ч. 2. 2019. Москва, 12–15 февраля 2019 года. Москва: НИЯУ «МИФИ», 2019. С. 279–281.
  19. Гоц А.Н., Люхтер А.Б., Гусев Д.С., и др. Выбор режимов лазерной наплавки порошка ПР-08Х17Н8С6Г // Черные металлы. 2020. №. 11(1067). С. 46. doi: 10.17580/chm.2020.11.07
  20. Gots A.N., Gusev D.S., Lukhter A.B., et al. Selection of rational modes of laser powder cladding // IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng. 2020. Vol. 971, N 2. P. 022093.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Деформация тарелки клапана из-за давления сил газов (Pz) (S0-микроскольжение).

Скачать (51KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Износ на рабочей поверхности.

Скачать (210KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Внешний вид наплавленных выпускных клапанов.

Скачать (118KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Капиллярный контроль наплавленного покрытия на фаску выпускного клапана.

Скачать (106KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Микрошлиф наплавленного покрытия.

Скачать (737KB)
Метаданные

© Эко-Вектор, 2023

Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».