THE EFFECTS OF TEMPERATURE ON STRENGTH OF THE NEW PISTON ALUMINUM MATERIALS

Transkrypt

1 Jurnal f KONES Internal Cmbustin Engines 23, vl. 1, N 3-4 THE EFFECTS OF TEMPERATURE ON STRENGTH OF THE NEW PISTON ALUMINUM MATERIALS Barbara Siemińska - Jankwska Instytut Ltnictwa BK, Warszawa, Al. Krakwska 11/114, tel , fax ajank@ilt.edu.pl Stanisław Pietrwski Pl. Łódzka, Katedra Systemów Prdukcji, Łódź, ul. Stefenwskieg 1 / 15, tel Abstract: Amng all cmpnents f the engine, the pistns are prbably the ne subjected t the widest range f stress and temperature. Therefre selectin f the prper material n the pistn in varied temperature is very imprtant. A satisfactry pistn material must fulfill many, ften cnflicting, requirements. It is expsed t a range f static and dynamic stress with a wide range f temperatures frm sub-zer t abut 35. This paper describes the research results f strength prperties f eutectic and hypereutectic aluminium - silicn allys cmprise sme nntraditinal allyed elements, as C, Cr, M and higher cntents f Ni, Cu. The strength prperties f these silumins are shwn in representative strength - temperature, hardness - temperature, strength - allying element cntents, hardness - allying element cntents curves. The researches were cnducted with eutectic and hypereutectic allys in which Si and Mg cntents were set at cnstant level but Cu, Ni cntents were changed frm 1% t 4.5%, but C, Cr, M cntents were varied frm % t 1%. The tensile strength f siluminium increases if the C, Cr, M cntents grwths t abut.4% -.6%. The best results f strength prperties were btained when the silumins cntain abut 4% Cu, 4% Ni and.5% M. The tested elements frms multimetalic cmpunds which set n bundary f grains, which are runded in shape and increase the strength prperties f silumins. ZALEŻNOŚĆ WYTRZYMAŁOSCI NOWYCH STOPÓW ALUMINIUM NA TŁOKI OD TEMPERATURY Streszczenie: Isttne wymaganie materiału na tłki dtyczy jeg parametrów wytrzymałściwych w temperaturze tczenia raz przy różnych wartściach temperatury pracy tłka. Wraz ze wzrstem temperatury następuje bniżenie parametrów wytrzymałściwych materiałów na tłki. Zmniejszenie parametrów wytrzymałściwych silnie zależy d zawartści pierwiastków stpwych w materiale tłków. W publikacji pdan wyniki badań parametrów wytrzymałściwych nwych materiałów na tłki w funkcji składu chemiczneg i temperatury. Materiały wyknan na bazie siluminów kłeutektycznych i nadeutektycznych, d których wprwadzn nieknwencjnalne ddatki stpwe takie, jak kbalt, mlibden, chrm raz zwiększną zawartść miedzi i niklu. Wyniki badań pzwalają cenić wpływ pszczególnych pierwiastków stpwych ddawanych pjedyńcz, jak i łącznie. Stwierdzn, że wprwadzenie takich pierwiastków stpwych, jak: kbalt, mlibden, chrm pwduje plepszenie parametrów wytrzymałściwych zarówn w temperaturze tczenia jak i, c szczególnie isttne, parametrów w maksymalnych temperaturach pracy tłków. Stwierdzn także mniejszy spadek wytrzymałści przy zwiększaniu temperatury aż d temperatury pracy tłków. 1. Wstęp Wytrzymałść materiałów które są stswane na tłki raz wytrzymałść strukturalna knstrukcji tłków, należą d najważniejszych wymagań związanych z knstrukcją tłków.

2 W związku z tym, że pracują ne w szerkim zakresie wartści temperatury, jeżeli chdzi tłki wyknane ze stpów Al, t d 35 C, a więc wymaga się aby właściwści wytrzymałściwe materiału tłków były dpwiednie w szerkim zakresie zmiennści temperatury, zarówn przy bciążeniach statycznych jak i bciążeniach szybkzmiennych, w tym generujących duże gradienty naprężeń. Z pwdu wyskich bciążeń mechanicznych i termicznych knstrukcja tłków zapłnie samczynnym charakteryzuje się większymi wymiarami gemetrycznymi i większą masą. Jednakże wartści temperatury w pszczególnych miejscach tłka, w całym zakresie pracy silnika, nie mgą być zbyt duże, zarówn w dniesieniu d silników zapłnie iskrwym jak i wyskprężnych. Decydują bwiem tym właściwści materiałów na tłki raz właściwści paliw i lejów smarujących. Temperatura tłka nie mże w żadnym miejscu siągnąć temperatury tpnienia, a nawet temperatury, w której wytrzymałść materiału staje się zbyt mała, a z drugiej strny, w miejscach gdzie lej styka się z knstrukcją tłka, jeg temperatura musi być niższa d temperatury rzkładu leju czy paliwa. Przekrczenie tych wartści temperatury mże być szkdliwe nie tylk dla knstrukcji tłka ale także mże prwadzić d pwstawania sadzy i substancji tksycznych w spalinach. Tak więc w tłkach wyskbciążnych silników spalinwych częst knieczne staje się wprwadzenie chłdzenia aby utrzymać temperaturę w różnych miejscach tłka na załżnym pzimie. Najisttniejszymi parametrami wytrzymałściwymi dla ceny knstrukcji tłków jest wytrzymałść na rzciąganie R m, wydłużenie względne p rzerwaniu A m raz twardść. W związku z tym, że tłki prcują w szerkim zakresie temperatury ważne są właściwści fizyczne materiałów na tłki przede wszystkim w temperaturze pracy a nie tylk w temperaturze tczenia. Wytrzymałść na rziąganie i wydłużenie względne są isttne z punktu widzenia maksymalnych bciążeń tłka, które występują na gół krótktrwałe lub w sytuacjach awaryjnych. Dtyczy t więc na gół wytrzymałści w warunkach występwania maksymalnej temperatury w tłku kł C. Twardść materiału decyduje przede wszystkim zużyciu rwków pdpierścieniwych i piast tłków a wartść tej twardści dtyczy temperatury pdczas pracy silnika, która w dniesieniu d rwków pdpierścieniwych nie pwinna być wyższa, niż 23 C. Pnadt z punktu widzenia jakści tłków isttna jest wytrzymałść zmęczeniwa, i t zarówn cieplna, jak i mechaniczna, raz wytrzymałść na pełzanie. Tłk pdlega bwiem zmiennym w szerkim zakresie bciążenim, jak i długtrwałym dużym bciążenim charakterze statycznym. Materiał na tłki pwinien więc charakteryzwać się dpwiedni wyskimi właściwściami w warunkach nrmalnych, jak i w warunkach pracy przy wyskich temperaturach panujących w kmrze spalania. Najszerzej stswanymi materiałami na tłki są siluminy tłkwe kłeutektyczne zawierające kł 11-13% krzemu i siluminy nadeutektyczne zawierające kł 17-24% krzemu. Wadą standardwych stpów aluminium na tłki jest stsunkw szybki spadek wytrzymałści na rzciąganie i twardści w funkcji temperatury. Siluminy kłeutektyczne w temperaturze 15 C mają wytrzymałść kł 1% mniejszą, w temperaturze 25 C spadek wytrzymałści wynsi już 4-5%, a w temperaturze 3 C stp dyspnuje tylk kł 35% tej wytrzymałści, którą miał w temperaturze +2 C. W dniesieniu d siluminów nadeutektycznych spadek wytrzymałści w funkcji temperatury jest niec mniejszy ( kł 5%) a szczególnie jest t zauważalne w najwyższych temperaturach, pwyżej 25 C. W dniesieniu d twardści siluminy tłkwe wykazują znacznie szybszy spadek w funkcji temperatury. Już w temperaturze 15 C twardść siluminów kłeutektycznych jest mniejsza kł 25%, niż w temperaturze 2 C, natmiast w temperaturze 25 C twardść jest mniejsza kł 7%, natmiast w temperaturze 35 C kł 8% mniejsza, niż w temperaturze 2 C. W siluminach nadeutektycznych ten spadek jest pwlniejszy ale głównie

3 przy wartściach temperatury pwyżej 2 C a więc w zakresie temperatur zbliżnych d maksymalnej temperatury rwków pdpierścieniwych raz zbliżnej d maksymalnej temperatury denka tłka. Na rys.1 przedstawin zależnść między wytrzymałścią na rzciąganie materiału tłków a temperaturą natmiast na rys.2 zależnści twardści w funkcji temperatury, w dniesieniu d standardwych materiałów na tłki. Obserwwane na wykresach wartści wytrzymałści na rzciąganie raz twardści w różnych temperaturach pzwalają na dknanie ceny jak ważne są parametry wytrzymałściwe materiału na tłki szczególnie przy wartściach temperatury zbliżnych d maksymalnej temperatury pracy Silumin nadeutektyczny Hypereutectic silumin Silumin kłeutektyczny Eutectic silumin T[ C] Rys.1. Wytrzymałść niektórych stpów aluminium krzemu w funkcji temperatury Fig. 1. Ht strength f sme Al-Si allys fr pistns internal cmbustin engines 125 Twardść / Hardness [HB] Silumin kłeutektyczny Eutectic silumin Silumin nadeutektyczny Hypereutectic silumin T[ C] Rys.2. Twardść niektórych stpów aluminium krzemu w funkcji temperatury Fig. 2. Hardness f sme aluminum allys fr pistns internal cmbustin engines Opracwując knstrukcję tłka należy uwzględnić fakt, że tłk pracuje przy maksymalnych dpuszczalnych temperaturach i pwinny być wprwadzne kreślne śrdki zapbiegające pwstawaniu uszkdzeń i mżliwści nadmierneg zużycia tłka. Takimi śrdkami jest

4 zastswanie chłdzenia tłka, wkładek metalwych pdpierścieniwych i denka tłka z materiałów wyskiej temperaturze tpnienia, psiadająceg krzystniejsze właściwści wytrzymałściwe w wyskich wartściach temperatury pracy tłka. Celem publikacji jest przedstawienie wyników badań parametrów wytrzymałściwych w funkcji składu chemiczneg i temperatury nwych materiałów tłkwych, które pracwan w parciu standardwe siluminy tłkwe. Zastswane ddatki stpwe, były dtychczas stswane głównie dla zwiększenia wytrzymałści i żarwytrzymałści stali. Tymi ddatkami stpwymi były: chrm, kbalt, mlibden, wlfram raz nikiel. Wprawdzie nikiel jest pwszechnie stswany jak ddatek d stpów aluminium pracujących w pdwyższnych temperaturach, jednakże pinie dtyczące wpływu niklu na wytrzymałść stpów aluminium w pdwyższnych wartściach temperatury nie były jednznaczne. Przebadan wpływ pszczególnych ddatków stpwych, jak również synergiczny wpływ kilku ddatków stpwych. Wyniki badań wskazują na mżliwść isttneg zwiększenia wytrzymałści stpów zawierających te ddatki zarówn w temperaturze nrmalnej, jak i temperaturze pracy aż d 35 C, przy czym krzystniejsze efekty uzyskiwan p równczesnym wprwadzeniu kilku ddatków stpwych. Wprwadzenie kilku ddatków stpwych zapewniał lepszą kmbinację różnych parametrów wytrzymałściwych tzn. na przykład równczesne zwiększenie wytrzymałści na rzciąganie i wydłużenia względneg. Zwiększenie zawartści miedzi lub niklu pwdwał ciągły wzrst wytrzymałści zarówn siluminu kłeutektyczneg jak i nadeutektyczneg. W wypadku wprwadzenia chrmu, kbaltu i mlibdenu zstał stwierdzne istnienie maksimum wytrzymałści przy kreślnej zawartści pierwiastka. P przekrczeniu tej zawartści pierwiastka stpweg następwał zmniejszenie jeg parametrów wytrzymałściwych. Prawdpdbnym pwdem teg jest pwstanie zbyt dużych kryształów związków międzymetalicznych, strych krawędziach, które umieszczają się na granicy ziarn i pwdują pwstanie naprężeń wewnętrznych prwadzących d mikrpęknięć w strukturze materiału. Stwierdzn, że przy dużych zawartściach pszczególnych, badanych, pierwiastków stpwych (zawartściach większych, niż dpwiadające maksymalnej wytrzymałści na rzciąganie) występwał kruche pękanie a więc wydłużenie względne był równe lub zbliżne d zera. Ftgrafie mikrstruktury w klicach przełmów wskazują na becnść dużych kryształów i dużych ilści związków międzymetalicznych na granicach ziarn. Wyniki badań wskazują, że knieczne jest dkładne kntrlwanie ilści ddatków stpwych wprwadzanych d siluminów, które zstały następnie wykrzystane d wyknania tłków. 2. Wyniki badań Przeprwadzn badania próbek nwych materiałów na tłki siluminów kłeutektycznych i nadeutektycznych zawierających różne ilści ddatków stpwych. Wprwadzn pszczególne pierwiastki alb pjedyńcz alb równcześnie kilka pierwiastków, c pzwalał na kreślenie synergiczneg ddziaływania badanych pierwiastków. Badania prwadzn na próbkach wyknanych specjalnie d badań wytrzymałściwych. Tpienie materiału próbek dbywał się w indukcyjnym piecu labratryjnym a dlewy wyknywan metdą kkilwą. Prces tpienia był kntrlwany przy zastswaniu metdy ATD (analizy termiczn - derywacyjnej). W trakcie tpienia siluminy były badane przy zastswaniu spektrgrafu dzięki czemu mżna był uzyskać wymagany skład stpu w kkili. Odlane próbki były brabiane termicznie (przesycanie + starzenie), przy czym parametry bróbki cieplnej zstały dbrane na drdze dświadczalnej. W zależnści d składu stpu stswan różne parametry bróbki cieplnej (temperatura i czas grzania), które były dkładnie kntrlwane. Parametry te miały bardz isttny wpływ

5 na właściwści materiału. Chdził tu przede wszystkim uzyskanie pwtarzalnych wyników badań, które mżna byłby prównać z wynikami dtyczącymi standardwych stpów tłkwych. Zawartść pszczególnych pierwiastków w badanych próbkach była zmieniana w szerkim zakresie: miedzi i niklu w zakresie 1-4.5%, a kbaltu, mlibdenu, chrmu i wlfranu w zakresie - 1.%. Pdstawwymi materiałami były siluminy kłeutektyczny AK12 i nadeutektyczny zawierający % Si. Skład nwych materiałów, których dtyczą wyniki badań był zmienny w taki spsób, że na stałym pzimie utrzymywan w siluminie zawartść krzemu i magnezu ( %). Zawartść miedzi i niklu zmieniała się w szerszych granicach (1% - 4.5%), niż w standardwych materiałach stswanych na tłki. Zrealizwane prace są zgdne z tendencjami światwymi w których prace nad pprawą właściwści mechanicznych siluminów są ukierunkwane na następujące zagadnienia: wpływ różnych ddatków stpwych, kreślenie czynników pwdujących sferidyzację lub zbliżną d niej pstać krystalizacji faz, zmniejszenie ilści zanieczyszczeń niemetalwych głównie tlenkwych, usuwanie zawartści szkdliwych metali w stpie, zmniejszenie zawartści wdru w stpie raz innych gazów będących pwdem twrzenia prwatści, zwiększenie szybkści krystalizacji wpływającej na rzdrbnienie składników strukturalnych, kreślenie mechanizmu krystalizacji pd ciśnieniem. Bardz ważnym prblemem jest usuwanie zanieczyszczeń niemetalwych, głównie tlenkwych które pwdują uszkdzenia mikrstruktury, które stają się gniskami pęknięć materiału. Ma t wpływ przede wszystkim na wytrzymałść zmęczeniwą stpów ale także na wytrzymałść na rzciąganie i wydłużenie względne materiału. Wytrzymałść zmęczeniwą materiałów determinują przede wszystkim: pasma pślizgu, zbliźniakwania, granice ziarn, granice międzyfazwe, wtrącenia i wydzielenia faz wtórnych. Inicjacja pęknięć zależy d wielkści wtrąceń, lub wydzieleń, ich wzajemnej dległści i rzkładu w snwie metalwej. Pasma pślizgów jak niejednrdne i zagęszczne dkształcenia plastyczne zmieniają lkalnie i niejednrdnie mikrgemetrię pwierzchni elementu twrząc mikrkarby i w knsekwencji pwdują również lkalne spiętrzenia naprężeń. Na gół źródłem pęknięć staje się pwierzchnia lub warstwa wierzchnia materiału, gdzie nagrmadzenie czynników sprzyjających jest największe. Czynniki prwadzące d pęknięć zmęczeniwych są także najczęściej przyczyną uszkdzeń statycznych materiału a więc w nich należy także dszukiwać się przyczyn mniejszej wytrzymałści materiału. Badania siluminów zawierających takie pierwiastki stpwe, jak chrm, kbalt, mlibden, nikiel, wlfran wskazują, że w stpach tych twrzą się związki międzymetaliczne, które umieszczają się na granicach ziarn i w zależnści d ich kształtu raz wielkści stają się przyczyną wzrstu lub zmniejszenia wytrzymałści. Pnadt pierwiastki te neutralizują szkdliwy wpływ żelaza w stpach aluminium twrząc także związki międzymetaliczne, jak (Cr, Fe) 4 Si 4 Al 13, Al 2 (CrSiFe), Al(SiMFe), Al 12 (SiWFe), AlSiFeC, Al 9 C 2, Al(SiMgCuNiFeC). W siluminach zawierających małe ilści pierwiastków stpwych a duże ilści żelaza twrzy się związek międzymetaliczny Al 9 Fe 2 Si, który występuje w pstaci długich str zakńcznych kryształów. W wyniku teg znacznie zmniejsza się wytrzymałść zmęczeniwa, wytrzymałść na rzciąganie raz wydłużenie względne materiału. Zawartść pierwiastków stpwych takich, jak C, Cr, M, Ni, W siluminach ma decydujący wpływ na pprawę właściwści wytrzymałściwych. Jak wynika z przeprwadznych badań graniczna zawartść pierwiastków w dniesieniu d C, M, W wynsi kł.5%. Dalsze zwiększenie zawartści pwduje zmniejszenie wytrzymałści na rzciąganie raz wydłużenia względneg materiału. Pwdem teg jest najprawdpdbniej becnść dużych kryształów związków międzymetalicznych na granicach ziarn c ptwierdzają wyniki badań mikrstruktury.

6 35 3 Mg Cu Ni Zawartść / Cntens [%] Rys.3. Wpływ zawartści miedzi, magnezu i niklu w siluminach tłkwych na wytrzymałść na rzciąganie Fig. 3. Influence f Cu, Mg, Ni cntents in silumin fr pistns n tensile strength Twardść / Hardness [HB] 75 5 Mg Cu Ni Zawartść / Cntens [%] Rys. 4. Wpływ zawartści miedzi, magnezu i niklu w siluminach tłkwych na twardść stpów Fig. 4. Influence f Cu, Mg, Ni cntents in pistn silumins n hardness Na rys.3 przedstawin wpływ zawartści miedzi, magnezu i niklu w siluminie na wytrzymałść na rzciąganie a na rys.4 wpływ miedzi, magnezu i niklu na twardść. Wyniki te pkazują, że wraz ze wzrstem zawartści miedzi i niklu rsła wytrzymałść na rzciąganie i twardść siluminu, natmiast jeżeli chdzi magnez t wzrst tych parametrów następwał tylk d zawartści.5% Mg natmiast przy dalszym zwiększeniu wzrst ten był bardz nieznaczny.

7 45 4 M C Zawartść / Cntents [%] Rys.5. Wpływ zawartści kbaltu, mlibdenu na wytrzymałść na rzciąganie siluminów nadeutektycznych Fig. 5. Influence f C and M n tensile strength f hypereutectic silumins Na rys.5 przedstawin wpływ zawartści kbaltu i mlibdenu w zakresie d % d 1% w siluminach kłeutektycznych na wytrzymałść na rzciąganie. W zakresie tych zawartści pczątkw następwał wzrst wytrzymałści, d zawartści kł.6% w dniesieniu d kbaltu i d.5% w dniesieniu d mlibdenu a p przekrczeniu tej granicy następwał zmniejszenie wytrzymałści. Ddatek mlibdenu miał większy wpływ na wytrzymałść materiału, niż ddatek kbaltu. 5 4 M 3 2 C Zawartść / Cntents [%] Rys.6. Wpływ zawartści kbaltu i mlibdenu na wytrzymałść na rzciąganie siluminów kłeutektycznych Fig. 6. Influence f C and M n tensile strength f eutectic silumins Na rys.6 przedstawin wpływ zawartści kbaltu i mlibdenu w siluminach nadeutektycznych na wytrzymałść na rzciąganie. Stwierdzn pdbnie jak w dniesieniu d siluminów kłeutektycznych występwanie maksimum wytrzymałści na rzciąganie w zakresie zawartści kbaltu d.3% d.4% i mlibdenu w zakresie d.4% d.5%. Również tutaj mlibden miał większy wpływ na wytrzymałść, niż kbalt. A więc zarówn w siluminach kłeutektycznych, jak i nadeutektycznych charakter przebiegu zmian wytrzymałści na rzciąganie, w dniesieniu d siluminów zawierających ddatek mlibdenu, jak i kbaltu był pdbny. Wraz ze wzrstem zawartści kbaltu i

8 mlibdenu w granicach.3% -.6% w siluminie ich wytrzymałść rsła. P przekrczeniu tej wartści następwał zmniejszenie wytrzymałści. Na pdstawie tych rezultatów badań wytypwan próbki d badań zależnści wytrzymałści d temperatury, które przeprwadzn w zakresie wartści temperatury d 2 C d 35 C, a więc praktycznie w całym zakresie wartści temperatury pracy tłków w silnikach spalinwych NE 2% Ni OE 2% Ni NE 4% Ni OE 4% Ni T [ C] Rys. 7. Wpływ temperatury na wytrzymałść siluminu kłeutektyczneg i nadeutektyczneg przy zawartści 4% Ni raz 2% Ni Fig. 7. Influence f temperature n tensile strength f eutectic (OE) and hypereutectic (NE) silumins cntained 4% Ni and 2% Ni Na rys.7 przedstawin wpływ temperatury na wytrzymałść siluminów kłeutektyczneg i nadeutektyczneg, przy różnych zawartściach niklu: 4% raz 2%. Charakterystyczne jest, że w miarę zwiększania się temperatury malała różnica między wytrzymałścią siluminów kłeutektyczneg i nadeutektyczneg. Spadek wytrzymałści w funkcji temperatury dla siluminu kłeutektyczneg był więc większy, niż dla siluminu nadeutektyczneg.

9 7 6 5 OE,5% M 4 3 OE,2% M T [ C] Rys. 8. Wpływ temperatury na wytrzymałść siluminu kłeutektyczneg przy zawartści mlibdenu,5% raz,2% Fig. 8. Influence f temperature n tensile strength f eutectic (OE) silumins cntained.5% M and.2% M Na rys.8 przedstawin wpływ temperatury na wytrzymałść siluminu kłeutektyczneg, przy różnej zawartści mlibdenu.2% i.5%. Wpływ ten był pdbny także w dniesieniu d siluminu nadeutektyczneg zarówn jeżeli chdzi charakter przebiegu, jak i wartści bezwzględne wytrzymałści, które różniły się między sbą w granicach 1% NE,5% C NE,2% C OE,5% C OE,2% C T [ C] Rys. 9. Wpływ temperatury na wytrzymałść siluminu kłeutektyczneg i nadeutektyczneg, przy zawartści,5% raz,2% kbaltu Fig. 9. Influence f temperature n tensile strength f eutectic (OE) and hypereutectic (NE) silumins cntained.5% C and.2% C

10 Na rys.9 przedstawin wpływ temperatury na wytrzymałść siluminów kłeutektyczneg i nadeutektyczneg różnej zawartści.2% C i.5% C. Charakter zmian w funkcji temperatury jest pdbny zarówn dla siluminu kłeutektyczneg jak i nadeutektyczneg. Charakterystyczne jest, że nie ma bardz streg zmniejszenia wytrzymałści p przekrczeniu temperatury 25 C, c jest bserwwane w wypadku standardwych siluminów tłkwych % Ni, 4% Cu,,5% M % Ni, 4% Cu,,2 M T [ C] Rys. 1. Wpływ zawartści mlibdenu, niklu i miedzi na wytrzymałść siluminu kłeutektyczneg w funkcji temperatury przy zawartści 4% Ni, 4% Cu,,2% raz,5% M Fig. 1. Influence f M, Ni, Cu cntents n tensile strength in varied temperature fr eutectic silumin fr cntents 4% Ni, 4% Cu and.2% M and.5% M Na rys.1 przedstawin synergiczny wpływ zawartści mlibdenu, niklu i miedzi na wytrzymałść siluminu w funkcji temperatury. Silumin zawierał 4% Ni, 4% Cu raz.5% M. Charakterystyczny był praktycznie liniwy spadek wytrzymałści w funkcji temperatury, przy czym w temperaturze 35 C wytrzymałść jeg była kł dwukrtnie wyższa, niż uzyskana w dniesieniu d siluminu zawierająceg standardwe zawarści niklu i miedzi, bez ddatku mlibdenu. Na rys.11 przedstawin synergiczny wpływ zawartści kbaltu, niklu i miedzi na wytrzymałść siluminu w funkcji temperatury. Silumin zawierał 4% Ni, 4% Cu raz.5% C. Uzyskan praktycznie liniwy spadek wytrzymałści w funkcji temperatury aż d temperatury 35 C, która nie jest przekraczana w warunkach nrmalnej pracy tłków w silniku spalinwym. Pdbne efekty, jeżeli chdzi wytrzymałść na rzciąganie uzyskan także w dniesieniu d innych zawartści i innych ddatków stpwych. Przez wprwadzenie tych nieknwencjnalnych ddatków stpwych d siluminów uzyskan także zwiększenie twardści siluminu szczególnie w warunkach wyższych wartści temperatury. Dla przykładu na rys.12 przedstawin zmianę twardści stpów zawierających 4% Ni, 4% Cu raz.2% i.5% C w funkcji temperatury a na rys.13 stpu zawierająceg.2% i.5% C raz standardwe zawartści miedzi i niklu.

11 % Ni, 4% Cu,,2% C 4% Ni, 4% Cu,,5% C T [ C] Rys. 11. Wpływ zawartści kbaltu, niklu i miedzi na wytrzymałść siluminu kłeutektyczneg w funkcji temperatury przy zawartści 4% Ni, 1% Cu,,2% raz,5% C Fig. 11. Influence f C, Ni, Cu cntents n tensile strength in varied temperature fr eutectic silumin fr cntents 4% Ni, 4% Cu and.2% C and.5% C 15 Twardść / Hardness [HB] % Ni, 4% Cu,,2% C 4% Ni, 4% Cu,,5% C T [ C] Rys. 12. Zmiana twardści siluminu zawierająceg 4% Ni, 4% Cu raz,2% i,5% C w funkcji temperatury Fig. 12. Variatins f silumin hardness with 4% Ni, 4% Cu and.2% C and.5%c fr different temperature

12 15 Twardść / Hardness [HB] ,2% C,5% C T [ C] Rys. 13. Zmiana twardści w funkcji temperatury stpu zawierająceg,2% i,5% C raz standardwe zawartści miedzi i niklu Fig. 13. Variatins f silumin hardness versus temperature fr silumin with.5% C and.2% C and standard cntents f Cu and Ni Charakter przebiegów jest pdbny jeżeli chdzi także inne pierwiastki stpwe (Cr, W), które były przedmitem badań, przy czym zmieniają się bezwzględne wartści twardści i wytrzymałści. Zapewnienie właściwej pracy tłków wymaga jednak także, aby siluminy, które charakteryzują się dbrymi właściwściami wytrzymałściwymi charakteryzwały się także dbrą stabilnścią wymiarwą. W dniesieniu d siluminów zawierających takie ddatki stpwe, jak C, Cr, M, Ni, W mżna uzyskać bardz dbre właściwści wytrzymałściwe raz dbrą stabilnść wymiarwą wyrażającą się małą histerezą współczynnika rzszerzalnści termicznej α pdczas grzewania i chłdzenia stpu. Wniski 1. Przeprwadzne badania wpływu zawartści składników stpwych takich, jak kbalt, chrm, miedź, mlibden, nikiel wlfran w siluminach kłeutektycznych i nadeutektycznych na wytrzymałść pzwliły na uzyskanie zależnści ilściwych i jakściwych dtyczących przebiegu wytrzymałści na rzciąganie, twardści i wydłużenia względneg d zawartści pszczególnych pierwiastków stpwych. 2. Badania wpływu składu chemiczneg na wytrzymałść siluminu przeprwadzn w zakresie zawartści miedzi i niklu d d 4.5% natmiast w dniesieniu d chrmu, kbaltu, mlibdenu i wlfranu w zakresie d d 1.%. 3. Wraz ze wzrstem zawartści miedzi i niklu, w zakresie d 4.5% następwał stały (liniwy), wzrst wytrzymałści na rzciąganie zarówn w siluminach kłeutektycznych jak i nadeutektycznych. 4. Wraz ze wzrstem zawartści kbaltu, mlibdenu, chrmu, wlfranu w siluminach następwał pczątkw wzrst wytrzymałści na rzciąganie siluminów a następnie spadek wytrzymałści. Maksymalne wartści wytrzymałści wystąpiły przy zawartściach

13 mlibdenu, kbaltu i chrmu w granicach d.3% d.6%. 5. Ddatek mlibdenu miał większy wpływ na wytrzymałść, niż ddatek kbaltu. Charakter zmian był pdbny, ale maksimum wytrzymałści występwał przy niec mniejszych zawartściach kbaltu, niż mlibdenu. Bezwzględne wartści wytrzymałści na rzciąganie były znacznie wyższe w wypadku ddatku mlibdenu, niż kbaltu. 6. Wyniki badań wpływu temperatury na wytrzymałść siluminów zawierających ddatki stpwe takie, jak chrm, kbalt, miedź, mlibden, nikiel, wlfran wykazały, że w wyniku ddatku tych pierwiastków spadek wytrzymałści siluminów w funkcji temperatury był mniejszy w prównaniu z siluminami pwszechnie stswanymi d wyknania tłków. 7. Najwyższe wartści wytrzymałści siluminów w temperaturze 35 C, zbliżnej d maksymalnej temperatury pracy tłków, uzyskan przy wyskiej synergicznej zawartści niklu, miedzi i takiej zawartści mlibdenu przy której występwał maksimum wytrzymałści w temperaturze nrmalnej czyli.5%. 8. Równie ważnym parametrem ceny materiałów na tłki, jak jeg wytrzymałść jest współczynnik rzszerzalnści termicznej α i jeg histereza. Siluminy zawierające ddatek kbaltu, mlibdenu, niklu charakteryzują się nie tylk bardz dbrymi właściwściami wytrzymałściwymi ale także małą histerezą współczynnika α, c pzwala je stswać z dbrym efektem jak materiał na tłki. LITERATURA [1] Day R.A, Smart R.F., Tmmis N.: Pistn Materials Technlgy. Prceedings f the Assciated Engineering Grup Technical Sympsium. June , Cawstn Huse, Great Britain. [2] Catherall J.A., Smart R.F.: The Effects f Nickel in Aluminium - Silicn Eutectic Allys. Metallurgia, Vl.79, N.476, [3] Pietrwski S.: Siluminy. Wyd. Pl. Łódzkiej, 21, ISBN [4] Pietrwski S.: Siluminy tłkwe. Mngrafia PAN: Krzepnięcie metali i stpów, z.29, [5] Pietrwski S.: Silumin nadeutektyczny z ddatkami Cr, M, W i C. Krzepnięcie Metali i Stpów, PAN, Kmisja Odlewnictwa. Nr.38, [6] Pietrwski S.: Silumin wielskładnikwy. Patent RP Nr. P [7] Pietrwski S., Siemiñska - Jankwska B.: The Cefficient f Linear Thermal Expansin f Synthetic and Technical Silumins. Plish CIMAC. Vl.1, N.1, Warsaw, [8] Pietrwski S., Siemińska - Jankwska B.: Wpływ rdzaju stpu i pstaci krzemu eutektyczneg na współczynnik liniwej rzszerzalnści cieplnej siluminów. Prceedings f Internatinal Scientific Cnference n Internatinal Cmbustin Engines KONES 93, Gdañsk - Jurata, ISBN [9] Siemińska - Jankwska B.: Badania symulacyjne bciążeń cieplnych materiałów na tłki silników spalinwych. Prceedings f Internatinal Scientific Cnference n Internatinal Cmbustin Engines KONES 93, Gdańk - Jurata, ISBN [1] Pniewierski Z.: Krystalizacja, struktura i właściwści siluminów. WNT, Warszawa, 1989.