Se siete distributori di ricambi, riparatori di motori o responsabili di una grande officina meccanica, le valvole del motore probabilmente vi sembreranno dei semplicissimi pezzi di acciaio. Sono progettate per chiudere un foro e permettere all'aria di entrare e uscire. Quanto può essere complessa la metallurgia in questo caso?
La risposta: spaventosamente complessa. Una moderna valvola di scarico viene spinta nell'ambiente più violentemente contraddittorio del pianeta Terra. La metà inferiore della valvola è investita da un fuoco supersonico a 800 °C (1.472 °F) generato dall'esplosione del motore. La metà superiore della valvola, invece, si trova al di fuori di questo fuoco, dove viene violentemente colpita migliaia di volte al minuto dal pesante bilanciere in acciaio.
Non esiste al mondo una singola lega di acciaio a prezzi accessibili in grado di resistere contemporaneamente alla fusione in un fuoco così estremo e al brutale attrito meccanico nella parte superiore. La geniale soluzione ingegneristica che alimenta l'intera industria automobilistica moderna? Le valvole motore bimetalliche .
Il difetto delle valvole "One Piece"
Per capire perché una valvola bimetallica sia geniale, bisogna comprendere perché le valvole monoblocco standard falliscono in ambienti ad alte prestazioni o in condizioni di utilizzo gravose.
Se una fabbrica a basso costo costruisce una valvola di scarico interamente in acciaio resistente al calore (come l'Austenitico 21-4N o il SUH35), la testa della valvola resiste facilmente all'intenso incendio a 800 °C. Tuttavia, l'acciaio austenitico è intrinsecamente molto "morbido" e non può essere temprato. Dopo poche migliaia di chilometri, il punterie che martella aggressivamente sulla parte superiore dello stelo della valvola, ancora morbido, corroderà il metallo riducendolo in polvere, distruggendo il sistema di distribuzione.
Al contrario, se la fabbrica realizza l'intera valvola in acciaio martensitico super resistente e ad alta resistenza all'attrito, la parte superiore dello stelo resiste perfettamente. La parte inferiore della valvola, tuttavia, non è in grado di sopportare lo shock termico estremo. L'incendio a 800 °C fonderà la superficie della valvola, deformandola in modo permanente e causando un'immediata e violenta mancata accensione.
Che cos'è una valvola di scarico bimetallica?
Le fabbriche di componenti auto di alta gamma risolvono questo problema fisico creando un componente "Frankenstein". Una valvola di scarico bimetallica è letteralmente composta da due pezzi di acciaio completamente diversi, fisicamente fusi insieme per creare un unico componente perfetto.
La fabbrica prende una barra di acciaio martensitico eccezionalmente resistente e durissimo (che fungerà da stelo della valvola superiore). Poi, prende una barra di super-acciaio austenitico 21-4N, incredibilmente costoso e altamente resistente al calore (che fungerà da testa della valvola inferiore).
Unendo questi due metalli, la valvola ottiene il meglio da entrambi i mondi. La parte inferiore resiste senza sforzo alle violente fiamme della combustione, mentre lo stelo superiore scorre brillantemente attraverso la guida della valvola senza usurarsi, sopportando la massima sollecitazione da parte delle pesanti molle della valvola.
La magia della saldatura a frizione dei componenti del motore
Come si fa a unire in modo permanente due leghe di acciaio completamente diverse con una resistenza tale da impedirne la rottura a 7.000 giri al minuto? Non si può semplicemente usare una fiamma ossidrica o una saldatrice ad arco. Bisogna ricorrere alla saldatura a frizione robotizzata.
La saldatura per attrito è uno dei processi più violenti e visivamente impressionanti all'interno di uno stabilimento di produzione OEM. Il macchinario robotizzato tiene fermo lo stelo in acciaio temprato in un mandrino massiccio e lo fa ruotare a migliaia di giri al minuto. Con estrema rapidità, un enorme pistone idraulico spinge violentemente lo stelo rotante direttamente contro la testa della valvola, fissa e resistente al calore.
L'intenso e violento attrito tra il metallo rotante e quello fermo genera un calore così rapido da fondere istantaneamente entrambi i pezzi. Poiché non vengono utilizzati gas esterni o filo di saldatura, le molecole dei due acciai si incastrano fisicamente e si fondono in modo permanente. La saldatura risultante è spesso strutturalmente più resistente dell'acciaio grezzo originale.
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Tenere in magazzino valvole di scarico economiche e monometalliche per applicazioni turbo o diesel commerciali ad alto stress è una strada sicura verso guasti catastrofici che invalidano la garanzia. I vostri clienti esigono componenti progettati per resistere all'apocalisse.
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