Как можно значительно улучшить характеристики распределительного вала? Ответ кроется в процессе нормализации, который имеет решающее значение для улучшения механических свойств распределительных валов из стали Cf53, используемых в высокопроизводительных двигателях. В этой статье мы рассмотрим, как регулировка температуры нормализации и скорости охлаждения влияет на прочность, твердость и общую долговечность распределительного вала, обеспечивая его соответствие строгим стандартам. Узнайте о существенных корректировках технологического процесса, которые могут повысить качество и надежность этого важнейшего компонента двигателя.
Распределительный вал - важнейший компонент привода клапанов двигателя внутреннего сгорания. Он отвечает за регулирование открытия и закрытия клапанов в соответствии с определенной последовательностью работы и фазами клапанов, обеспечивая достаточный подъем клапанов. Таким образом, он играет решающую роль в общей производительности привода клапанов.
В четырехтактном двигателе скорость вращения распределительного вала в два раза меньше скорости вращения коленчатого вала. Следовательно, распределительный вал вращается с очень высокой скоростью и должен выдерживать значительный крутящий момент.
Во время работы поверхность кулачка и коромысла или толкателя испытывает высокие периодические контактные нагрузки и высокую скорость относительного скольжения. В результате распределительный вал должен обладать достаточной прочностью и жесткостью, а поверхность кулачка - хорошей износостойкостью и ударопрочностью.
Модель M - это крупногабаритный дизельный двигатель, предназначенный для морского использования. Распределительный вал этого изделия изготовлен из стали Cf53.
Во время первоначальных испытаний корпуса распределительного вала на растяжение предел текучести был признан низким. Однако после того, как поставщик внес коррективы в процесс термообработки, предел текучести соответствовали требуемым стандартам, в то время как прочность на разрыв оставалась низкой (см. табл. 1).
Таблица 1 Испытания механических свойств распределительного вала из стали Cf53
| Проект | Rm/МПа | Rp0.2/МПа |
| Стандартное значение | 710~850 | ≥400 |
| Первый тест | 717 | 358 |
| Второй тест | 685 | 408 |
Кроме того, во время ежедневного производства распределительный вал, изготовленный из стали Cf53 (эквивалент стали 55), демонстрирует проблему низкой твердости, составляющей менее 200 HBW.
Чтобы решить вышеупомянутые проблемы с качеством, мы провели расследование и анализ производственной площадки компании-поставщика, ответственной за изготовление распределительного вала типа M на ранних стадиях. Мы предложили меры по улучшению ситуации, которые включают в себя корректировку параметров процесса, в том числе оборудования для нормализации, температуры нормализации и скорости охлаждения.
Схема регулировки процесса приведена в таблице 2.
Таблица 2 Схема настройки процесса термообработки распределительного вала из стали Cf53
| Проект | Оборудование для термической обработки | Технологический маршрут | Метод охлаждения |
| Перед регулировкой | Троллейбусная печь | 820 ℃ нормализация | Принудительное воздушное охлаждение |
| После настройки | Проволока для нормализации толкающей пластины | 840 ℃ нормализация | Сильный холодный ветер |
В этой заметке анализируются физико-химические свойства материала корпуса улучшенного стального распредвала Cf53 и исследуется влияние процесс нормализации на механические свойства распределительного вала из стали Cf53. Цель - разработать разумный технологический план для улучшения комплексных свойств распределительного вала.
Химический состав распределительного вала был проверен, и результаты приведены в таблице 3, которые соответствуют требованиям спецификации материала: Стальной распределительный вал (стандарт предприятия) Q / WCG 610.22.
Таблица 3 Химический состав распределительного вала из стали cf53 (массовая доля) (%)
| Проект | C | Si | Mn | Cr | Ni | P | S |
| Стандартное значение | 0.52~0.57 | 0.15~0.35 | 0.60~0.80 | ≤0.35 | ≤0.30 | ≤0.025 | ≤0.035 |
| Значение обнаружения | 0.561 | 0.241 | 0.749 | 0.212 | 0.011 | 0.009 | 0.010 |
Испытания на растяжение при комнатной температуре проводились на разрывной машине в физико-химической лаборатории (см. рис. 1).
Рис. 1 Испытание на растяжение
И определяет твердость контрольной планки распределительного вала.
Результаты испытаний механических свойств стержня распределительного вала см. в таблице 4.
Таблица 4 Результаты испытаний механических свойств корпуса распределительного вала
| Проект | Термическая обработка | Rm/МПа | Rp0.2/МПа | A(%) | Z(%) | ТвердостьHBW |
| Стандартное значение | нормализация | 710~850 | ≥400 | ≥16 | ≥40 | 214~252 |
| 1 # образец | нормализация | 791 | 429 | 18 | 42 | 222 |
| 2 # образец | нормализация | 753 | 409 | 19 | 47 | 226 |
Показатели проверки соответствуют требованиям спецификации материала для стального распределительного вала (стандарт предприятия) Q/WCG 610.22.
В таблице 1 приведено сравнение результатов испытаний механических свойств распределительного вала из стали Cf53 до и после корректировки процесса. Механические свойства, особенно прочность на разрыв (RM), значительно улучшились после корректировки процесса.
На рис. 2a показана структура центра кулачкового вала модели M после коррозии с использованием спирта азотной кислоты 4%. В позиции B можно наблюдать отчетливую вытянутую область диаметром 1,5 мм, которая по цвету полностью отличается от окружающих областей. Металлографическая структура этой области представлена на рис. 2b.
Структурные характеристики района B заметно отличаются от района A, что свидетельствует о формировании региональной сегрегации.
Рис. 2 Макроструктура и металлографическая структура оси кулачка после коррозии
На рис. 3 показана металлографическая структура области A в центре распределительного вала для модели M.
Металлографическая микроструктура оценивается с помощью диаграммы оценки металлографической структуры и метода оценки стальных штамповок в соответствии с GB/T 13320-2007.
Структура ядра состоит из перлита и феррита с равномерным размером зерен.
Рейтинг структуры - 2 класс.
Согласно методу GB/T 6394-2002 для определения среднего размера зерна металлов, фактический размер зерна аустенит 8 класс, что соответствует техническим требованиям.
На рис. 4 представлена металлографическая структура области B в центре распределительного вала для модели M.
Структура сердцевины в основном перлитовая с небольшим количеством распределенного феррита, зерна перлита относительно однородны.
Рис. 3 металлографическая структура участка 4 центра кулачкового вала
Рис. 4 Металлографическая структура участка B центра кулачкового вала
Центральная область стержня распределительного вала является конечной точкой кристаллизации и содержит большое количество C, S, P и других элементов. Содержание WC в стали Cf53 составляет от 0,52% до 0,57%, а область сегрегации основного компонента близка к эвтектоидной точке компонента. Таким образом, в основном формируется перлитная структура, и лишь небольшое количество ферритной структуры.
Согласно диаграмме оценки дефектов макроструктуры конструкционной стали GB/T 1979-2001, центральная сегрегация оценивается как класс 1, что находится в допустимом диапазоне технических требований.
Поэтому очень важно контролировать зону сегрегации в центре распределительного вала, повышать чистоту расплавленной стали, использовать разумный процесс заливки и большой коэффициент ковки при ковке и прокатке прутковой заготовки.
Поскольку сильная сегрегация может существенно повлиять на качество стали, проверка дефектов сегрегации должна проводиться под разумным контролем при входном контроле сортового материала, чтобы гарантировать качество заготовки.
Глубина слоя поверхностного индукционного упрочнения и результаты испытаний на твердость кулачкового наконечника персика, круга основания и опорного журнала (см. рис. 5) приведены в таблице 5.
Таблица 5 Результаты обнаружения слоя огня краски индукции распределительного вала
| Персиковый кончик | Базовая окружность | Цапфа подшипника | ||||
| Закаленный корпус/мм | ТвердостьHRC | Закаленный корпус/мм | ТвердостьHRC | Закаленный корпус/мм | ТвердостьHRC | |
| Критерий | 1.5~5.5 | 59~63 | 1.5~3.5 | ≥55 | 1.5~3.5 | ≥55 |
| Тест | 5.0 | 61.2 | 3.5 | 63.4 | 3.5 | 63.2 |
Соответствует стандартным требованиям.
Металлографическая структура слоя индукционной закалки показана на рисунке 6.
Оценка этой структуры проводится в соответствии с QC/T 502-1999, который является стандартом для металлографического контроля автомобильных деталей индукционной закалки.
Наблюдаемая структура идентифицируется как тонкая игла мартенситОтносится к классу 4 и удовлетворяет требованиям стандарта 20200718.
Рис. 6 Металлографическая структура слоя индукционной закалки
После анализа распределительного вала типа М, изготовленного из стали Cf53 после технологической регулировки, можно сделать следующие выводы:
Как основатель MachineMFG, я посвятил более десяти лет своей карьеры металлообрабатывающей промышленности. Мой обширный опыт позволил мне стать экспертом в области производства листового металла, механической обработки, машиностроения и станков для обработки металлов. Я постоянно думаю, читаю и пишу об этих предметах, постоянно стремясь оставаться на переднем крае своей области. Позвольте моим знаниям и опыту стать преимуществом для вашего бизнеса.
RU 
EN 
AR 
DE 
ES 
FR 
ID 
IT 
JA 
NL 
PT 
PT_BR 
KO 
TR