Лолуа Владислав, учащийся 11«а» ГБОУ лицея № 000 САО г. Москвы

Руководитель работы: , кандидат технических наук, доцент кафедры Технологии конструкционных материалов МАДИ.

  МОСКВА 2015

  Введение

Блок цилиндров - основная деталь двух и более цилиндрового поршневого двигателя внутреннего сгорания. Является цельнолитой деталью, объединяющей собой цилиндры двигателя. На блоке цилиндров имеются опорные поверхности для установки коленчатого вала, к верхней части блока, как правило, крепится головка блока цилиндров, нижняя часть является частью картера. Таким образом, блок цилиндров является основой (корпусной деталью) двигателя, к которой так или иначе крепятся остальные его компоненты.

  Материалы основных деталей отечественных двигателей

Блоки цилиндров бывают:

Чугунные

Чугунные блоки цилиндров выполняют из серого литейного чугуна с перлитной основой, с небольшими добавками легирующих элементов.

В таком случае рабочей поверхностью зеркала цилиндра является чугун отливки. Отверстие цилиндра растачивается под установленный размер, а после окончательной механической обработки поверхность стенок имеет микроструктуру, позволяющую удерживать необходимое количество масла. Чугун, особенно легированный, обладает необходимой прочностью и низким коэффициентом трения в паре материалов «чугун – чугун» или «сталь – чугун», из которых изготавливаются поршневые кольца, и в паре материалов «алюминий – чугун»,  из которого изготавливаются поршни.

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?

  Чугунные блоки применяются для грузовых автомобилей и тракторной техники. Также чугунные блоки применяются и в легковых автомобилях, таких как Toyota, Mitsubishi. Положительные качества чугунного блока цилиндров: меньшая чувствительность к перегреву, жёсткость, необходимая при высокой степени форсирования двигателя. Минус – большая масса, которая влияет на динамику легкового автомобиля.



Алюминиевые

  Алюминиевые блоки позволяют добиться серьезного снижения веса всего двигателя и автомобиля в целом, что является большим плюсом. Алюминиевые сплавы гораздо менее прочные, чем чугуны, поэтому для обеспечения необходимой жёсткости блока приходится делать более толстыми несущие стенки блока и делать сложную систему рёбер жёсткости. Алюминий имеет более высокий коэффициент температурного расширения, поэтому необходимо строго контролировать зазоры между различными деталями двигателя. Поршни всех современных двигателей для уменьшения массыизготавливаются из алюминиевых сплавов. Но коэффициент трения в паре материалов «алюминий – алюминий» очень большой, а алюминий обладает низкой износостойкостью. Поэтому поверхность цилиндров должна быть изготовлена не из алюминия, а из другого материала. В алюминиевых блоках тонкостенные чугунные гильзы из износостойкого чугуна заливают расплавленным алюминиевым сплавом при изготовлении отливки блока или запрессовывают в блок. Некоторые производители применяют закалку токами высокой частоты для повышения износостойкости рабочей поверхности гильзы цилиндров.

Из-за сложной конструкции лабиринтного типа с огромным количеством скрытых полостей алюминиевые блоки цилиндров отливают под высоким давлением. Именно высокое давление позволяет получить правильную форму, предотвратить образование неоднородности и воздушных полостей в «теле» металла. Положительными качествами алюминиевого блока являются: лёгкость и лучшее охлаждение.

В Институте Независимой Автотехнической экспертизы (ИНАЭ-МАДИ) исследовались материалы, технологии изготовления и причины отказов блоков цилиндров различных производителей: MAN, Toyota, Mitsubishi, Opel, Mercedes-Benz, BMW

  От блоков цилиндров были отрезаны фрагменты для определения химического состава и структуры. Отрезанные фрагменты заливались карбодентом, шлифовались, полировались и исследовались в микроскопе Neophot-21 при увеличениях от 100 до 500 раз до и после травления. На фото 1 представлены исследуемые объекты.

  Микрошлиф цилиндра автомобиля Mercedes-BenzGL с заливкой в карбоденте

  Фото 1. Микрошлиф цилиндра автомобиля Mercedes-BenzGL

Фото 2. Образец гильзы цилиндра  Фото 3. Образец цилиндра автомобиля  автомобиляMercedes-BenzGL
Mercedes-BenzGL

Фото 4. Микрошлиф чугунной гильзы, залитый карбодентом

Фото 6. Чугунная гильза

  3) Микрошлиф силуминового блока цилиндров автомобиляBMW

       

Фото 5. Микрошлиф силуминового блока цилиндров автомобиля BMW

Фото 6. Образец силуминового блока цилиндров автомобиля BMW

Микроструктура исследованного нами чугунного блока цилиндров автомобиля MAN

  До травления:

Фото 7. Микроструктура исследованного нами чугунного блока цилиндров автомобиля MAN до травления

  После травления:

Фото 8. Микроструктура исследованного нами чугунного блока цилиндров автомобиля MAN после травления

Химический состав исследованного нами блока цилиндров автомобиля MAN представлен в таблице 1.

Химический состав чугуна:

Микроструктура исследованного нами силуминового блока цилиндров автомобиля BMW

  До травления:

Фото 9. Микроструктура исследованного нами силуминового блока цилиндров автомобиля BMW до травления

После травления:

Фото 10. Микроструктура исследованного нами силуминового блока цилиндров автомобиля BMW после травления

Химический состав исследованного нами силуминового блока цилиндров автомобиля BMW

Микроструктура исследованного нами блока цилиндров автомобиля BMW из никосилового покрытия представлена на фото 11 и 12.

  До травления:

Фото 11. Микроструктура исследованного нами блока цилиндров автомобиля BMW из никосилового покрытия до травления

  После травления:

Фото 12. Микроструктура исследованного нами блока цилиндров автомобиля BMW из никосилового покрытия после травления

  Примеры отказов блоков цилиндров в эксплуатации

1.  Отверстие в блоке цилиндров OpelZafira

Причина – масляное голодание из-за низкого уровня масла

Фото 13. Отверстие в блоке цилиндров OpelZafira

Фото 14. Блок цилиндров автомобиля OpelZafira

  2. Задиры на зеркале цилиндра и оплавление поршня автомобиля  OpelInsignia

Причина – перегрев, вызванный нарушением работоспособности из-за попадания пуха и грязи из внешней среды.

Фото 15. Задиры на зеркале цилиндра и оплавление поршня автомобиля  OpelInsignia

Фото 16.        Задиры на зеркале цилиндра и оплавление поршня автомобиля  OpelInsignia

Фото 17. Пух и грязь, попавшие в радиатор и вызвавшие перегрев

  3.  Повреждение хонинговальной сетки на зеркале цилиндра

Причины: перегрев, масляное голодание, некачественный ремонт (установка поршневых колец не по размеру)

Фото 18. Повреждение хонинговальной сетки на зеркале цилиндра

Фото 19. Повреждение хонинговальной сетки на зеркале цилиндра

Выводы:

Одним из основных сплавов, применяемых для производства блоков цилиндров, является серый чугун.  Этот сплав имеет низкую стоимость и легко обрабатывается благодаря наличию свободного графита в его микроструктуре. Сплавы на основе алюминия (Al) широко применяются в производстве блоков цилиндров бензиновых двигателей внутреннего сгорания.  Алюминий не обладает достаточной прочностью и износостойкостью. Кремний, в сплаве с алюминием, повышает прочность. В двигателях внутреннего сгорания, долговечность конструкции обеспечивается соблюдением правильности выбора материалов, упрочняющих технологий, с соблюдением технологических требований при сборке сопрягаемых деталей.

Список литературы:

Автомобильные двигатели. Под ред. , М. «Машиностроение», 1977 и др. Автомобильные материалы. Справочник. Изд.3. М. «Транспорт», 1989 Двигатели внутреннего сгорания. М. Высшая школа, 1995 , , Автомобили. Теория и конструкция автомобиля и двигателя. М. Академия, 2003 и др. Двигатели внутреннего сгорания. М. Машиностроение, 1990