Dzīvsloku materiāli: izturības izpratne augstas temperatūras apstākļos

Dzīvsloku materiāli: izturības izpratne augstas temperatūras apstākļos

Degkamera ir viena no agresīvākajām vidēm, kādā var atrasties automašīnas sastāvdaļa. Temperatūra var sasniegt vairāk nekā 1 400 °C (2 500 °F), radot ievērojamu termisko un mehānisko slodzi dzīvslokiem, ko regulē gaisa un izplūdes kustība. Piemērota dzīvsloka materiāla un konstrukcijas izvēle nav luksusa izvēle, bet gan būtisks inženierijas jautājums, kas tieši ietekmē ražojumdarbību, uzticamību un kalpošanas laiku. Šis raksts aplūko svarīgākos aspektus, kas nodrošina dzīvsloku ilgmūžību šādos grūtos apstākļos.

Ar nātriju pildīti vai cieta stieņa dzīvsloki – dzesēšanas un stiprības pētījums

Galvenā problēma, kas skārusi izplūdes vārstu, ir lielā siltuma zudums, ko tas saņem no degšanas gāzēm. Ir divi populāri dizaini, kas to risina atšķirīgi.

Standarta tipi ir cieta stieņa vārsti, kas izgatavoti no vienas gabala materiāla. Tie ir izturīgi, ekonomiski un nodrošina augstu mehānisko izturību, tāpēc piemēroti plašai lietojumu jomai, īpaši ieplūdes vārstiem, kurus atdzesē ienākošais gaisa-degvielas maisījums.

Kad situācija ir kritiska un īpaši smagiem darba apstākļiem, piemēram, augstas veiktspējas dzinējos vai turbolādētos dzinējos, kur izplūdes vārsti tiek nepārtraukti pakļauti karstuma iedarbībai, vēl labāki ir nātriju saturoši vārsti. Šie vārsti ir dobi un daļēji piepildīti ar metālisku nātriju. Nātrija kušanas temperatūra ir pārsteidzoši zema, turklāt tas ir ļoti siltumvadošs elements. Kad vārsts darbojas, nātrijs kļūst par šķidrumu un šļakstās iekšā stienī, kas efektīvi novada siltumu no karstākās vārsta galvas uz aukstāko stieni. Pārmērīgais siltums tiek izvadīts dzinēja dzesēšanas sistēmā caur vārsta gultni.

Nerūsējošais tērauds pret Inconel: materiālu izvēle veiktspējas dzinējiem

Pirmais aizsardzības līmenis vārstim ir materiāls, no kura tas ir izgatavots. Ir divas sakausējuma veidi, kas izceļas veiktspējas dzinējos, katram no tiem būdam spēcīgas puses.

Nerūsējošā tērauda sakausējumi, īpaši augsta niķeļa un hroma saturu sakausējumi (piemēram, 21-4N), ir plaši izmantoti un universāli. Tie ļoti labi balansē augstas temperatūras izturību, lieliskas oksidācijas izturības (nodiluma) īpašības un nodilumizturību. Tas padara tos par spēcīgu izvēli gan ieplūdes, gan izplūdes vārstiem lielākajā daļā augsta jaudas dzinēju, nodrošinot būtisku uzlabojumu salīdzinājumā ar vecākiem oglekļa tēraudiem, neprasot liegto cenu, kāda piemīt specializētākām materiālu grupām.

Lai sasniegtu augstāko termoizturību, Inconel (hroma un niķeļa super sakausējums) bieži tiek izmantots, kad nepieciešams izvēlēties labākos materiālus sarežģītāko sacensību un piespiedu iekļaušanas lietojumprogrammu būvniecībai. Inconel zaudē mazāku daļu savas stiepes izturības augstākās temperatūrās salīdzinājumā ar nerūsējošo tēraudu. Šis augstais ilgstošās deformācijas līmenis nozīmē, ka materiāls ir daudz mazāk uzņēmīgs pret izstiepšanos, deformāciju vai tulip formas izmaiņām ekstrēmos termiskos slodzēs. Tā papildu cena un svars var tikt kompensēti ar faktu, ka tas spēj izturēt augstu temperatūru pie liela paaugstinājuma vai augstas apgriezienu skaita dzinējiem, tādēļ tas ir nepieciešamais ļaunums, ņemot vērā potenciāli katastrofālas sekas, ja notiek vārsta bojājums.

Nodrošinot vārsta sēdekļa savietojamību un nodilumizturību

Vārsta izturību nevar definēt atsevišķi; vārsta uzvedība kopā ar vārsta sēdienu ir visbūtiskākā. Savietojamības trūkums šajā gadījumā ir ātra nodiluma un dzinēja bojājuma cēlonis.

Cietie vārstu sēdekļi tiek izmantoti mūsdienu dzinējos cilindru galvā. Vārsta materiālam jābūt pareizi saskaņotam ar sēdekļa materiālu, lai panāktu kompromisu starp nodilumizturību un kalpošanas ilgumu. Vārsts nedrīkst būt pārāk ciets, jo tas izraisītu pārmērīgu sēdekļa nodilumu. Savukārt pārāk ciets sēdeklis ātri nodilinātu vārstu.