Коленвал Land Rover 3.0 дизель и 2.7 TDV6: почему дешёвые аналоги опасны. Анализ стали, дефекты ТВЧ-закалки, падение давления масла и ускоренный износ двигателя Discovery 3/4.
Введение
Дизельные двигатели Land Rover Discovery 3 и Discovery 4, а также Range Rover Sport и Range Rover Vogue с моторами 2.7 TDV6 (276DT) и 3.0 TDV6 (306DT / 30DDTX) чувствительны к качеству коленчатого вала больше, чем кажется на первый взгляд.
В первой части мы начали разбирать, чем опасны дешёвые аналоги коленвала Land Rover и почему «выгодная цена» часто оборачивается ускоренным износом двигателя.
В части 2 рассматриваем еще один вариант аналога коленвала и проводим его технический анализ:
химический состав стали, ТВЧ-закалка, глубина упрочнения, измерение твёрдости и практические последствия для ресурса двигателя.
На фото представлен образец исследуемого коленчатого вала 3.0 дизель (аналог), который позиционируется как замена
- коленвала Land Rover Discovery 4 3.0 дизель
- коленвала Range Rover Sport 3.0 дизель.
Визуально он выглядит «почти как оригинал». Но именно в деталях — марке стали, термообработке и равномерности ТВЧ-закалки — и проходит граница между реальной экономией и будущим капитальным ремонтом двигателя.
Внешне изделие выглядит аккуратно и визуально привлекательно. Однако настораживает наличие ярко выраженных тёмных пятен, характерных для ТВЧ-закалки. Именно этот момент и стал поводом для детального исследования.
Подготовка образцов для исследований
Из данного коленчатого вала были изготовлены экспериментальные образцы, предназначенные для:
- химического анализа состава стали;
- оценки термообработки;
- измерения глубины закалки;
- определения твёрдости по Роквеллу.
1. Определение марки стали коленчатого вала
1.1. Химический анализ состава
Первым этапом было выполнено химическое исследование состава для определения марки стали.
Проведены два независимых измерения.
- Первый химический анализпоказал марку стали, приближенную к 40ХЛ по ГОСТ 977-88
Второй анализ подтвердил аналогичный результат — также 40ХЛ по ГОСТ 977-88.
1.2. Что такое сталь 40ХЛ
40ХЛ — это легированная литейная сталь, применяемая для изготовления отливок.
Расшифровка обозначения:
40 - содержание углерода около 0,40 %, обеспечивающее базовую прочность;
Х - легирование хромом (до 2,5 %), повышающее износостойкость;
Л - литейный характер стали.
1.3. Области применения стали 40ХЛ
Сталь 40ХЛ применяется в следующих отраслях:
- тяжёлое и транспортное машиностроение (корпуса редукторов, порталы станков, балансиры);
- прокатное оборудование (шпиндели, станины, шестерни);
- энергетическое машиностроение (корпуса насосов, отдельные детали турбин);
- судостроение (кронштейны, клюзы);
- горнодобывающая промышленность (корпуса дробилок, зубья ковшей);
- общее машиностроение - коленчатые валы двигателей средней мощности.
(Источник: spb.cvet-met.com/marka/40hl/)
1.4. Почему 40ХЛ — слабое место для Land Rover
Ключевой момент заключается в том, что 40ХЛ допускается для коленчатых валов двигателей с невысокими нагрузками.
Дизельные двигатели 276DT и 306DT, устанавливаемые на Land Rover, Range Rover и Discovery, являются:
- высоконагруженными;
- работающими с высоким крутящим моментом;
- чувствительными к качеству коленчатого вала.
Использование стали 40ХЛ для изготовления коленвала Land Rover 3.0 дизель и коленвала Discovery 4 3.0 дизель может быть сопряжено с рядом негативных факторов:
- склонность к отпускной хрупкости;
- зависимость свойств от точности термообработки;
- возможные проблемы с усталостной прочностью.
2. Термообработка и закалка коленвала
2.1. Следы ТВЧ-закалки
На исследуемом коленвале Land Rover 3.0 дизель (аналог) хорошо видны следы ТВЧ-закалки коленчатого вала — ярко выраженные тёмные пятна на шатунных и коренных шейках.
Подобные следы выявлены и на коленвалах других производителей аналогов.
Именно этот визуальный признак и вызывает серьёзные опасения, так как чётко выраженные чёрные пятна могут указывать на нарушение технологии закалки.
2.2. Возможные причины дефектов
a) Перегрев при ТВЧ-закалке
Неравномерное распределение температуры приводит к локальному перегреву поверхности.
Последствия:
- крупнозернистая структура;
- снижение прочности;
- риск трещин.
b) Нарушение режима охлаждения
Резкое или неравномерное охлаждение формирует зоны с разной твёрдостью.
Последствия:
- перепады твёрдости;
- локальные зоны хрупкости.
2.3. Глубина ТВЧ-закалки
Был выполнен срез шатунной шейки до середины для оценки глубины закалки.
Результат:
- на стороне, противоположной масляному каналу, глубина закалки ≈ 2 мм;
- в зоне масляного канала линия закалки сужается и исчезает.
Это подтверждает наличие дефекта термообработки.
2.4. Измерение твёрдости по Роквеллу (HRC)
Согласно ГОСТ Р 53444-2009, для коленвалов с ТВЧ-закалкой твёрдость поверхности должна быть 53–63 HRC.
Фактические измерения рассматриваемого изделия показали:
- в зоне масляного канала: 35–45 HRC;
- на противоположной стороне: 52–57 HRC;
- внутри материала: 28–31 HRC.
Дополнительно зафиксировано:
- сохранение вмятин от зажимов токарного станка в зоне мягкого металла (зона масляного канала);
- отсутствие деформаций на закалённой стороне (противоположной стороне от масляного канала).
По нашим исследованиям и наблюдениям, подобная неравномерность твёрдости на рабочей поверхности шейки (закаленной), является типичной проблемой недорогих аналогов коленвала Land Rover, особенно в дизельных двигателях Discovery 3 / Discovery 4 2.7 и 3.0 TDV6.
3. Выводы по результатам исследования
Исследуемый коленчатый вал (аналог для Range Rover Sport 3.0 дизель и Discovery 4 3.0 дизель) имеет следующие критические недостатки:
- сталь 40ХЛ не оптимальна для высоконагруженных дизельных ДВС Land Rover;
- выявлены дефекты ТВЧ-закалки;
- присутствуют зоны с недостаточной твёрдостью в рабочей области шеек.
4. Чем это заканчивается в реальной эксплуатации
Если шатунные и коренные шейки не имеют корректной закалки, это почти всегда приводит к разрушению двигателя.
a) Ускоренный износ шеек
- мягкий металл;
- овальность;
- нарушение масляного клина.
b) Разрушение вкладышей
- перегрев;
- прихваты;
- проворот вкладышей.
c) Падение давления масла
- рост зазоров;
- падение давления «на горячую»;
- запоздалая реакция ЭБУ.
d) Задиры и перегрев
- адгезионный износ;
- быстрый выход из строя шеек.
e) Потеря усталостной прочности
- микротрещины;
- риск разрушения коленвала.
Заключение
Коленчатый вал в дизельных двигателях Land Rover Discovery 3 и Discovery 4 2.7 и 3.0 дизель — это ключевой элемент, определяющий ресурс двигателя, стабильность давления масла и срок службы вкладышей.
Дешёвые аналоги могут выглядеть «почти как оригинал», но именно глубина и равномерность ТВЧ-закалки, марка стали и качество термообработки определяют, где заканчивается экономия и начинается риск.
В двигателях Land Rover цена коленвала — это цена:
- стабильного давления масла;
- корректной работы вкладышей;
- отсутствия задиров;
- ресурса всего ДВС.
Там, где на металле сэкономили, выгода заканчивается в момент первого пуска.
В части 3 будет вскрыт ещё один аналог коленвала — с результатами, которые наглядно покажут, где именно производитель решил сэкономить и чем это заканчивается для двигателя.
Почему дешёвый коленвал Discovery 3/4 опасен — Часть 1