Сідла і направляючі клапанів з порошкового металу демонструють очевидні переваги перед литими матеріалами

24.10.2016

Буршайд, Німеччина. Нові матеріали з порошкового металу для виготовлення вставок клапанних сідел та клапанних напрявляючих від компанії Federal-Mogul Powertrain, підрозділу Federal-Mogul Holdings Corporation, були показані на виставці IAA Commercial Vehicles (Гановер) у вересні цього року в якості частини портфоліо двигунобудування компанії.

Пропонуючи поліпшену стійкість до корозії, більш високу механічну міцність і більш низьку вартість в порівнянні з використовуваними литими матеріалами, нові матеріали з порошкового металу - застосовуються переважно в двигунах шосейних, позашляхових автомобілів, а також високопотужних двигунах морських суден для прогулянок - можуть сприяти скороченню викидів СО2, забезпечуючи більш ефективний потік газу через фаски клапанних сідел.

«Перехід від литих матеріалів до порошковим металів почався кілька десятиліть тому в секторі легкових автомобілів, і зараз ми бачимо таку ж тенденцію серед двигунів великої потужності з досягненням більш високої стійкості до корозії, високих характеристик зношування і відмінною механічної міцності,» говорить Джиан Марія Оліветті, головний технолог компанії Federal-Mogul Powertrain. «На сьогоднішній день матеріали з порошкового металу в двигунах великої потужності займають ринкову нішу близько 25%, інтерес покупців до них стрімко зростає».

Переваги матеріалів з порошкового металу пояснюються їх структурою; вони не повинні бути однорідними, тому їх фази і мікроструктури можуть підбиратися індивідуально для кожної області застосування для забезпечення оптимальних властивостей. Вони також дозволяють обробляти компоненти до остаточної форми при виготовленні, скорочуючи кількість операцій по механічній обробці і роблячи виготовлення як оброблених, так і напівоброблених деталей, більш економічно ефективним.

Вставки клапанних сідел

Federal-Mogul FM-S20B - новий матеріал для виготовлення вставок сідел впускних клапанів, що має високу стійкість до корозії. Всмоктування солі двигуном з дорожніх покриттів в зимовий період і зміни в рівні вмісту сірки в паливі сприяють внутрішній корозії так само, як і конденсація, яка виникає через підвищення рівня рециркуляції відпрацьованих газів (EGR).

У матеріалі FM-S20B використовується економічний сплав на основі заліза, на відміну від порівнюваних литих сплавів, в яких застосовується дорогий сплав на основі кобальту. У тестах під час розробки кілець клапанних сідел, виготовлені з FM-S20B, показали більш високу стійкість до корозії, ніж різні марки литого матеріалу. Поточні тестування двигунів підтверджують заявлені рівні продуктивності.

Для вставок сідел випускних клапанів, які під час використання піддаються високим термічним і механічним навантаженням, компанія Federal-Mogul Powertrain розробила FM-S33P, виключно зносостійкий матеріал максимальної щільності, що поєднує в собі кобальт і швидкорізальну інструментальну сталь. Доступний в дослідних виробничих зразках для оцінки виробниками високо-навантажених двигунів, матеріал S33P був успішно протестований в порівнянні з литими матеріалами T400 на основі кобальту, а в цьому році Federal-Mogul Powertrain проведе програму випробувань щодо застосування даного матеріалу в двигунах, що працюють на стисненому природному газі (CNG).

Надмірне навантаження на сідла клапанів у високо-навантажених двигунів привело до зменшення кута посадки клапана з 45 градусів до водостійких 30 або навіть 20 градусів. Це компроміс по відношенню до витоку газів з метою збільшення терміну служби. Розробка вдосконалених матеріалів від компанії Federal-Mogul Powertrain дозволяє повернути оптимальне значення кута посадки клапана, забезпечуючи як високу зносостійкість, так і більш низьку кількість викидів СО2.

Ще однією перевагою вставок клапанних сідел, виготовлених з порошкових металевих матеріалів, є можливість включення в задній шар, що знаходиться ближче до головки циліндра, іншого складу до активного шару. Задній шар може складатися з різних матеріалів в залежності від вимог покупця: більш економічного матеріалу для зниження витрат, насиченого міддю матеріалу для поліпшення теплопередачі або матеріалу підвищеної міцності у відповідності з модулем пружності чавунних головок з литого чавуну.

Компанія Federal-Mogul Powertrain розробила два матеріали для заднього шару, FM-S60A і S60B, з метою відповідності вимогам посилених головок циліндра з литого чавуну, кожен з матеріалів був вдосконалений для досягнення найкращих результатів при використанні з окремим активним шаром.

Направляючі клапанів

Компанія Federal-Mogul Powertrain має два нових, готових до виходу на ринок, порошкових металевих матеріалу для виготовлення направляючих клапанів, FM-G15E і G15N, для застосування в високо-навантажених двигунах, підданих великому навантаженню, включаючи електрогенераторні установки, що працюють на стисненому природному газі (CNG).

У матеріалі FM-G15E використовується великий об`єм твердої мастильної речовини в спеціально обробленому молібденово-нікелевому порошку для зменшення тертя і поліпшення зносостійкості. Він пропитаний вакуумним маслом для надання додаткової трибологічної підтримки і забезпечення поєднання оброблюваності і довговічності. Сама компанія описала оброблюваність матеріалу G15E і може дати покупцям поради щодо оптимальних умов механічної обробки.

Для застосування при надмірно високих температурах і бічних навантаженнях компанія Federal-Mogul Powertrain розробила матеріал FM-G15N. Він забезпечує необхідну довговічність і зносостійкість завдяки матриці з хромистої легованої сталі, що містить добре розподілену тверду мастильну речовину та пропитана вакуумним маслом. Направляючі, що виготовлені з матеріалу FM-G15N, недавно пройшли 1500-годинне випробування двигуна, повністю відповідаючи вимогам замовника щодо застосування як на впуску, так і на випуску.

Federal-Mogul Powertrain має можливість застосовувати переваги порошкових металевих матеріалів до двигунів з направляючими клапанів довжиною понад 100 мм, долаючи труднощі компактирування, пов'язаних компонентів такої довжини. Направляючі клапанів поставляються як в обробленому, так і в напівобробленому стані при такій довжині. Перед розточуванням для операції обробки використовується високоточний процес сверління.

«Вставки клапанних сідел і направляючі клапанів з порошкових металевих матеріалів компанії Federal-Mogul Powertrain спочатку були розроблені для застосування в бензинових і високо-навантажених дизельних автомобільних двигунах, але вони також зарекомендували себе і в нафтопромислових електрогенераторних установках, що працюють на стисненому природному газі (CNG) , де сухі високотемпературні умови без мастильної дії можуть привести до прискореного зносу литих компонентів», - прокоментував Франк Цвайн, директор з інжинірингу глобального застосування, клапанних сідел і направляючих, Federal-Mogul Powertrain. «У випробуваннях двигунів ми експлуатували їх протягом більш ніж 10000 годин в цьому жорсткому середовищі зі зносом від низького до нульового».

Результат випробування на прояв корозії у вологому середовищі в лабораторних умовах на основі стандарта методу випробувань замовника:


Технологія порошкового металу компанії Federal-Mogul Powertrain на виставці IAA Commercial Vehicles демонструє поліпшену стійкість до корозії і більш високу міцність

ці зображення показують порівняльну глибину корозії на поверхні компонента після впливу суміші кислоти / солі при 50°С, не ілюструючи практично ніякої глибини корозії на FM-S20B (зліва ) і показує глибоке проникнення корозії відлитого сплаву на кобальтовій основі (праворуч).