Методика визначення порогу повзучості матеріалу поршня для оцінки параметричної надійності його бічної поверхні

Abstract

Постійне підвищення питомої потужності двигунів призводить до роботи матеріалів, що утворюють камеру згоряння, на межі їх міцності та зменшення надійності конструкцій двигунів. Передбачення надійної роботи елементів конструкції двигуна стає все більш актуальним і вимагає наявності відповідних методик для такої оцінки. За найбільш показовий елемент камери згоряння взято поршень. Він працює при значних термічних навантаженнях і саме його поверхні можуть працювати на межі призначених показників надійності. Аналіз публікацій показав актуальність поставленої задачі через зафіксовані випадки втрати параметричної надійності поршня з цілого ряду причин. Для забезпечення параметричної надійності бічної поверхні поршня під час проектування необхідно застосовувати додатковий критерій, якій повинен враховувати значення порогу повзучості матеріалу в продовж експлуатації. В роботі відмічена специфічність багатьох матеріалів – незначна тривалість першої стадії повзучості – їх зміцнення. В дослідженні розглянуто схему деформування критичної зони юбки поршня при визначенні порогу повзучості матеріалу за традиційною методикою та при врахуванні факту наявності стадії повзучості початкового зміцнення матеріалу. Встановлено відмінності результатів при врахуванні властивостей незміцненого та зміцненого поршневого алюмінієвого сплаву АК12М2МгН внаслідок повзучості. Показано, що результати досліджень щодо порогу повзучості незміцненого алюмінієвого сплаву слід враховувати в оцінках параметричної надійності бокової поверхні поршнів форсованих за потужністю двигунів. Саме для цієї зони межа повзучості матеріалу найбільше відрізняється для зміцненого і незміцненого матеріалу. Наступний напрям робіт пов'язано з визначенням порогу повзучості інших матеріалів та застосування отриманих даних в критерії параметричної надійності.

The constant increase in the specific power of engines leads to the work of the materials that form the combustion chamber, on the verge of their strength and reduce the physical reliability of engine designs. The prediction of reliable operation of engine structural elements is becoming increasingly important and requires the availability of appropriate methods for such an assessment. The piston is taken as the most significant element of the combustion chamber. It works under large thermal loads and it is its surfaces that can work on the verge of reliability. The analysis of publications showed the relevance of the task due to the recorded cases of loss of the parametric reliability of the piston due to a number of reasons. To ensure the parametric reliability of the piston side surface, an additional criterion must be applied during design, which should take into account the value of the creep threshold of the material during operation. The work noted the specificity of aluminum alloys - a small duration of the first stage of creep. The study considers the scheme of deformation of the critical zone of the piston skirt when determining the creep threshold of the material according to the traditional method and taking into account the fact of the presence of the creep stage of the initial strengthening of the material. In the course of the study, differences in the results were established when taking into account the properties of non-hardened and hardened piston aluminum alloy AK12M2MgN due to creep. It is shown that the results of studies on the creep threshold of an unhardened aluminum alloy should be taken into account in assessing the parametric reliability of the side surface of pistons in forced engines. It is for this zone that the creep limit of the material differs most of all for the hardened and non-hardened material. The further direction of research is related to the determination of the creep threshold of other materials and the application of the obtained data in the criterion of parametric reliability.