Обґрунтування складу заевтектичного силуміну з підвищеним вмістом кремнію на основі досвіду розвитку поршневих сплавів системи Al-Si. Частина 1. Поршневі сплави автомобілебудування визнаних світових фірм

Анотація

Підвищення ефективності та надійності важконавантажених форсованих дизельних двигунів, що експлуатуються в екстремальних умовах теплонапруженого стану, потребує матеріалів, забезпечуючих довготривалу стабільну роботу поршневої пари при температурах 200–400 ºС. У світовій практиці це досягається застосуванням заевтектичних алюмінієвих сплавів з вмістом кремнію 22–26 %, основною перевагою яких є значно нижчий коефіцієнт термічного розширення при високих температурах порівняно з доевтектичними і евтектичними поршневими сплавами. За вітчизняним стандартом на ливарні алюмінієві сплави (ДСТУ 2839-94) лише в одному сплаві максимальна концентрація кремнію складає 22 %.

Збільшення потужності двигунів, що випускаються на підприємствах України, наближення їх технічних характеристик до європейських і світових показників зумовлює пошук нових рішень для створення економнолегованого сплаву підвищеної зносостійкості, з максимально низьким тепловим розширенням, що зазвичай досягається підвищенням концентрації кремнію. У роботі вирішення цієї задачі здійснювалося на основі використання більш ніж вікового досвіду провідних виробників поршневих сплавів. З цією метою проведено систематизацію сплавів із вмістом кремнію від 11 до 26 %, що застосовуються у автомобілебудуванні відомих світових фірм. Проаналізовано особливості їх хімічного складу та механічних характеристик відповідно до діапазону  робочих температур. Серед 35 розглянутих сплавів лише чотири є висококремнієвими (> 22 %), причому склади трьох із них збігаються, що зменшує обсяг інформації, корисної для обґрунтування складу нового сплаву. Оскільки три десятки поршневих сплавів з меншим вмістом кремнію довели свою ефективність за нижчих температур експлуатації, при створенні нового сплаву досліджували співвідношення не лише кремнію і легуючих компонентів, але й цих компонентів між собою. Традиційний підхід пошуку взаємозв’язків між складом і властивостями не дав результату через значні відмінності у вмісті легуючих компонентів у сплавах з однаковою концентрацією кремнію. Це зумовило необхідність розробки нової методики аналізу, яка враховує відмінності хімічного складу всіх відомих поршневих сплавів. Особливість методики і ефективність її застосування буде розглянуто у другій частині цієї статті, а структурно-фазовий аналіз сплаву, створеного з використанням оригінальної методики, – в третій, заключній, її частині.