close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY 15690

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
BY (11) 15690
(13) C1
(19)
(46) 2012.04.30
(12)
(51) МПК
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
(2006.01)
ПОРШНЕВОЙ ПАЛЕЦ
(21) Номер заявки: a 20091843
(22) 2009.12.23
(43) 2011.08.30
(71) Заявители: Открытое акционерное
общество "БЕЛКАРД" (BY); Закрытое акционерное общество "Научнопроизводственная компания "Технология машиностроения и объемно-поверхностная закалка" (RU)
(72) Авторы: Кравченко Виктор Иванович (BY); Костюкович Геннадий
Александрович (BY); Кипнис Марат
Ефимович (BY); Семеняко Михаил
Михайлович (BY); Пекер Аркадий
Моисеевич (RU); Никитин Сергей
Иванович (RU); Лернер Игорь Семенович (US); Куприянов Алексей
Александрович (RU); Карпов Анатолий Александрович (RU); Васин
Евгений Александрович (RU)
BY 15690 C1 2012.04.30
F 16J 1/16
(73) Патентообладатели: Открытое акционерное общество "БЕЛКАРД" (BY);
Закрытое акционерное общество "Научно-производственная компания "Технология машиностроения и объемноповерхностная закалка" (RU)
(56) БОЛШТЯНСКИЙ А.П. и др. Основы
конструирования автомобиля. - М.: За
рулем, 2005. - С. 41.
SU 129138, 1960.
RU 2356680 C1, 2009.
SU 1207401 A, 1986.
(57)
1. Поршневой палец, выполненный из термически обработанной стали и включающий
наружную и внутреннюю цилиндрические поверхности, образующие его стенку, которые
с двух сторон ограничены кольцевыми плоскими торцами, причем стенка состоит из расположенного на наружной цилиндрической поверхности закаленного слоя и сердцевины,
отличающийся тем, что выполнен из углеродистой стали с пониженной прокаливаемостью с содержанием углерода от 0,40 до 0,85 мас. %, имеющей идеальный критический
диаметр, характеризующий ее прокаливаемость, составляющий от 0,8 до 1,2 толщины
стенки; закаленный слой продлен на оба плоских торца на длину, составляющую, по
меньшей мере, половину толщины стенки, при этом глубина закаленного слоя составляет
Фиг. 1
BY 15690 C1 2012.04.30
от 0,12 до 0,24 толщины стенки, а микроструктура состоит из отпущенного мартенсита с
твердостью от 55 до 63 HRC и организована из исходного аустенита с величиной действительного размера зерна от 11 до 14 баллов, кроме того, сердцевина стенки выполнена с
микроструктурой в виде троостита, или троостосорбита, или сорбита с твердостью от 30
до 50 HRC.
2. Поршневой палец по п. 1, отличающийся тем, что на обоих торцах закаленный
слой продлен на длину, составляющую толщину стенки, и продлен с обоих торцов на всю
длину внутренней цилиндрической поверхности без изменения глубины закаленного слоя,
его микроструктуры и твердости.
Изобретение относится к области машиностроения, а именно к двигателестроению автомобильного, автотракторного, судостроительного и тепловозостроительного производства, и может быть использовано в конструкциях поршневой группы двигателей
внутреннего сгорания.
Известен поршневой палец, включающий наружную и внутреннюю цилиндрические
поверхности, образующие его стенку, которые с двух сторон ограничены кольцевыми
плоскими торцами, выполненный из термически обработанной стали, причем стенка
пальца состоит из расположенного на наружной цилиндрической поверхности закаленного слоя и сердцевины [Болштянский А.П., Зензин Ю.А., Щерба В.Е. Основы конструкции
автомобиля. - М.: Легион - Автодата, 2005. - С. 41-42].
Однако известный поршневой палец при использовании имеет следующие недостатки:
обладает недостаточной усталостной долговечностью, т.к. после термической обработки закаленный слой имеет микроструктуру в виде среднеигольчатого мартенсита 56 баллов, который образуется из исходного аустенита применяемой стали с величиной
действительного зерна 7-9 баллов;
большой разброс по статической прочности и усталостной долговечности, т.к. после
термической обработки закаленный слой получается с различной глубиной и неравномерной твердостью по всей его длине, кроме того, образуется зона пониженной твердости
между закаленным слоем и сердцевиной стенки;
обладает недостаточной статической прочностью при изгибе и при раздавливании изза низкой твердости сердцевины стенки, порядка 22…30 HRC, а также из-за отсутствия
закаленного слоя на внутренней цилиндрической поверхности и торцах;
высокая стоимость изготовления как в случае применения дорогих легированных сталей марки 20Х или 20ХН3А с термической обработкой в виде цементации, так и в случае
применения углеродистой стали марки 40Х или 45Х с термической обработкой в виде
улучшения с последующей поверхностной закалкой ТВЧ.
Задачей изобретения является создание поршневого пальца.
Техническим результатом при использовании предложенного поршневого пальца является повышение его усталостной долговечности, повышение статической прочности
при изгибе и при раздавливании с одновременным получением на каждом изготавливаемом поршневом пальце одинаковых прочностных характеристик, что обеспечит всем
пальцам одной размерности одинаковый срок службы. Кроме того, техническим результатом при использовании предложенного поршневого пальца является снижение стоимости
его изготовления.
Технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что предложен поршневой палец, выполненный из термически обработанной стали и включающий
наружную и внутреннюю цилиндрические поверхности, образующие его стенку, которые
с двух сторон ограничены кольцевыми плоскими торцами, причем стенка состоит из расположенного на наружной цилиндрической поверхности закаленного слоя и сердцевины,
при этом он выполнен из углеродистой стали с пониженной прокаливаемостью с содер2
BY 15690 C1 2012.04.30
жанием углерода от 0,40 до 0,85 мас. %, имеющей идеальный критический диаметр, характеризующий ее прокаливаемость, составляющий от 0,8 до 1,2 толщины стенки; закаленный слой продлен на оба плоских торца на длину, составляющую, по меньшей мере,
половину толщины стенки, при этом глубина закаленного слоя составляет от 0,12 до 0,24
толщины стенки, а микроструктура состоит из отпущенного мартенсита с твердостью от
55 до 63 HRC и организована из исходного аустенита с величиной действительного размера зерна от 11 до 14 баллов, кроме того, сердцевина стенки выполнена с микроструктурой
в виде троостита, или троостосорбита, или сорбита с твердостью от 30 до 50 HRC. При
этом на обоих торцах закаленный слой продлен на длину, составляющую толщину стенки,
и продлен с обоих торцов на всю длину внутренней цилиндрической поверхности без изменения глубины закаленного слоя, его микроструктуры и твердости.
Среди признаков, характеризующих предложенный поршневой палец, существенными
являются:
выполнение из углеродистой стали с пониженной прокаливаемостью с содержанием
углерода от 0,40 до 0,85 мас. %, имеющей идеальный критический диаметр, характеризующий ее прокаливаемость, составляющий от 0,8 до 1,2 толщины стенки пальца;
продление на обоих торцах закаленного слоя на длину, составляющую половину толщины стенки;
выбор глубины закаленного слоя пальца в пределах от 0,12 до 0,24 толщины стенки;
выполнение микроструктуры закаленного слоя пальца в виде отпущенного мартенсита
с твердостью от 55 до 63 HRC;
организация микроструктуры закаленного слоя пальца из исходного аустенита с величиной действительного размера зерна от 11 до 14 баллов;
выполнение сердцевины стенки пальца с микроструктурой в виде троостита, или троостосорбита, или сорбита с твердостью от 30 до 50 HRC;
продление на обоих торцах закаленного слоя на длину, составляющую толщину стенки, кроме того, его продление с обоих торцов на всю длину внутренней цилиндрической
поверхности без изменения его глубины, микроструктуры и твердости.
Выполнение предложенного поршневого пальца из углеродистой стали с пониженной
прокаливаемостью с содержаним углерода от 0,40 до 0,85 мас. %, имеющей идеальный
критический диаметр, характеризующий ее прокаливаемость, равный от 0,8 до 1,2 толщины стенки пальца, позволяет получать закаленный слой, имеющий одинаковую глубину и
равномерную твердость по всей его длине, а также организовать плавный переход твердости от закаленного слоя к сердцевине стенки. Это обеспечивает получение одинаковых
прочностных характеристик и одинаковый срок службы поршневых пальцев одной размерности.
Идеальный критический диаметр - параметр, характеризующий прокаливаемость стали, - диаметр прутка стали, который при закалке с бесконечно быстрым охлаждением поверхности приобретает в центре сечения прутка структуру полумартенсита, а на
поверхности прутка - структуру мартенсита.
Выбор интервала содержания углерода от 0,40 до 0,85 мас. % в углеродистой стали с
пониженной прокаливаемостью обеспечивает применение предложенного поршневого
пальца как в бензиновом двигателе внутреннего сгорания, так и в дизельном двигателе.
Выбор глубины закаленного слоя пальца в пределах от 0,12 до 0,24 толщины стенки
позволяет обеспечивать изготовление как тонкостенных, так и толстостенных поршневых
пальцев с заданной усталостной долговечностью. Расширение верхнего предела глубины
закаленного слоя создает опасность получения сквозной закалки на тонкостенных поршневых пальцах.
Организация микроструктуры закаленного слоя пальца из исходного аустенита с величиной действительного размера зерна от 11 до 14 баллов позволяет получить ее в виде
скрыто- или мелкоигольчатого мартенсита не крупнее 3 баллов и с твердостью от 55 до
3
BY 15690 C1 2012.04.30
63 HRC, что обеспечивает предложенному поршневому пальцу более высокую усталостную долговечность.
Продление на обоих торцах закаленного слоя на длину, составляющую половину толщины стенки, а также выполнение сердцевины стенки пальца с микроструктурой в виде
троостита, или троостосорбита, или сорбита с твердостью от 30 до 50 HRC обеспечивает
предложенному поршневому пальцу дизельного двигателя более высокую статическую
прочность при изгибе.
Продление на обоих торцах закаленного слоя на длину, составляющую толщину стенки, а также его продление с обоих торцов на всю длину внутренней цилиндрической поверхности без изменения его глубины, микроструктуры и твердости обеспечивает
предложенному поршневому пальцу бензинового двигателя более высокую статическую
прочность при раздавливании.
Предложенное техническое решение применимо, т.к. может быть изготовлено промышленным способом, работоспособно, осуществимо и воспроизводимо, а следовательно,
соответствует условию "промышленная применимость".
Сравнение заявляемого технического решения с уровнем техники по научно-технической и патентной документации показывает, что совокупность существенных признаков
не известна, а следовательно, соответствует условию патентоспособности "новизна".
Следует отметить, что технология изготовления предложенной конструкции поршневого пальца не представляет собой особой сложности, при этом содержание остальных
химических элементов в используемой стали с пониженной прокаливаемостью и технология термической обработки поршневого пальца являются предметом "ноу-хау" и служат
предметом отдельной заявки.
Экспериментальные исследования и испытания предложенного поршневого пальца
показали его высокую эффективность. Было установлено, что предложенный поршневой
палец по сравнению с известным обладает повышенной усталостной долговечностью, повышенной статической прочностью при изгибе и при раздавливании с одновременным
получением на каждом изготавливаемом поршневом пальце одинаковых прочностных характеристик, что обеспечивает всем пальцам одной размерности одинаковый срок службы. Кроме того, при изготовлении предложенного поршневого пальца достигнуто
снижение стоимости его изготовления по сравнению с известным не менее чем в 1,5 раза.
Результаты экспериментальных исследований и испытаний приведены в таблице.
№ п/п
Параметры
1
Содержание углерода в стали, мас. %
Идеальный критический диаметр стали,
мм
Отношение идеального критического
диаметра стали к толщине стенки пальца
Отношение глубины закаленного слоя к
толщине стенки
Отклонение твердости на наружной цилиндрической поверхности
2
3
4
5
6
Микроструктура закаленного слоя
7
Твердость сердцевины стенки пальца
Количество поршневых пальцев одной
размерности, имеющих одинаковые
прочностные характеристики и одинаковый срок службы, %
8
4
Известный поршневой палец
0,42
Предложенный
поршневой палец
0,40-0,85
38,9
9,3-14,0
3,33
0,8-1,2
0,27
0,12-0,24
±5 HRC
±1 HRC
среднеигольчатый мелкоигольчатый
мартенсит, 5 баллов мартенсит, 3 балла
25…28 HRC
35…38 HRC
70
100
BY 15690 C1 2012.04.30
№ п/п
Параметры
9
Статическая прочность при изгибе, %
Статическая прочность при раздавливании, %
Усталостная долговечность, %
10
11
Продолжение таблицы
Известный поршнеПредложенный
вой палец
поршневой палец
100
130
100
125
100
не менее 150
В качестве известного поршневого пальца в таблице представлен поршневой палец
КМЗ 740.51.1004020 ООО "Камского моторного завода", выполненный из углеродистой
стали марки 40Х, прошедший термическую обработку в виде улучшения с последующей
закалкой ТВЧ только наружной цилиндрической поверхности.
Сущность предложенного технического решения поясняется чертежами, где на фиг. 1
показан поршневой палец, имеющий закаленный слой на наружной цилиндрической поверхности, который и на обоих торцах выполнен на длине, составляющей половину толщины его стенки, на фиг. 2 показан поршневой палец, имеющий закаленный слой на
наружной и внутренней цилиндрических поверхностях и на обоих торцах, а на фиг. 3 вид А.
Поршневой палец содержит наружную цилиндрическую поверхность 1 и внутреннюю
цилиндрическую поверхность 2, которые образуют между собой его стенку, а также два
кольцевых плоских торца 3, которые с двух сторон ограничивают обе цилиндрические поверхности. Стенка пальца состоит из сердцевины 4 и расположенного на наружной 1 и
внутренней 2 цилиндрических поверхностях, а также на обоих торцах 3 закаленного
слоя 5.
Эксплуатация предложенного поршневого пальца является стандартной. Однако за
счет своих более высоких прочностных характеристик эксплуатация предложенного
поршневого пальца может производиться в более тяжелых условиях работы, чем эксплуатация известного поршневого пальца.
Фиг. 2
Фиг. 3
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
5
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
243 Кб
Теги
15690, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа