Материјали за клинове мотора: Разумевање издржљивости у условима високе температуре

Материјали за клинове мотора: Разумевање издржљивости у условима високе температуре

Комора за сагоревање једна је од најнеповољнијих средина у којој могу бити изложени делови аутомобила. Температуре могу достићи више од 1.400 °C (2.500 °F), што доводи до интензивног термичког и механичког оптерећења клинова мотора који су под утицајем кретања ваздуха и издувних гасова. Избор одговарајућег материјала и конструкције клина није луксуз, већ велики инжењерски проблем који има директан утицај на перформансе, поузданост и век трајања. У овом раду разматрају се најважнији фактори који обезбеђују дуговечност клинова у овој неповољној средини.

Клинови са натапањем натријумом насупрот чврстим клиновима – студија хлађења и чврстоће

Главни проблем који погођује издувни клан јесте отпуштање велике количине топлоте коју прими од гасова добијених сагоревањем. Постоје две популарне конструкције које то решавају на различите начине.

Стандардни типови су чврсти засечени вентили који су направљени од једног дела материјала. Јаки су, економични и пружају високу механичку чврстоћу, па су стога одлично погодни за широк спектар употребе, посебно као улазни вентили који се хладе долазном смешом ваздуха и горива.

Када је рад под критичним и екстремним оптерећењем, као што су мотори са високим перформансама или мотори са турбопунилачем код којих изпусни вентили доживљавају непрестано загревање, још бољи су вентили испуњени натријумом. Ови вентили су шупљи и делом испуњени металним натријумом. Температура топљења натријума је изузетно ниска, а сам натријум је веома добар проводник топлоте. Док вентил ради, натријум се топи и крече се унутар засека, чиме ефикасно преноси топлоту са топлијег дела главе вентила на хладнији део засека. Вишак топлоте се предаје систему за хлађење мотора преко водича вентила.

Нерђајући челик против Инконела: Избор материјала за перформансне моторе

Прва линија одбране клапна је материјал од ког је направљен. Постоје две легуре које се истичу у раду мотора, а свака има своје предности.

Легуре од нерђајућег челика, посебно са високим садржајем никла и хрома (као што је 21-4N), су широко коришћене и врло прикладне. Веома добро балансирају отпорност на високе температуре, изузетну отпорност на оксидацију (наметање) и особине отпорности на хабање. То их чини одличним избором за усисне и издувне клапнове у већини мотора са великим снагама, омогућавајући значајно побољшање у односу на старије челике са угљеником, без прекомерне цене специјализованијих материјала.

Da bi se postigla najviša moguća otpornost na visoke temperature, Inconel (superalijaga hroma i nikla) se često koristi kada su potrebni najbolji mogući materijali za izradu najzahtevnijih trkačkih motora i sistema sa prisilnim punjenjem. Inconel ne gubi toliko veliki procenat čvrstoće pri zatezanju na višim temperaturama koliko to čini nerđajući čelik. Ova visoka otpornost na puzanje znači da je materijal znatno manje sklon istezanju, deformaciji ili oblikovanju 'tulipa' pod ekstremnim termičkim opterećenjima. Dodatna cena i težina ovog materijala mogu se opravdati time što može izdržati visoke temperature motora sa jakim prenaponima ili visokim brojem obrtaja, zbog čega se smatra neophodnim zlom, s obzirom na potencijalno katastrofalne posledice sloma ventila kada do njega dođe.

Obezbeđivanje kompatibilnosti sedišta ventila i otpornosti na habanje

Izdržljivost ventila ne može se definisati samostalno; ponašanje ventila u odnosu na njegovo sedište ima najvažniju ulogu. U ovom slučaju, nekompatibilnost je uzrok brzog habanja i oštećenja motora.

Уситњени седишта вентила се користе у модерним моторима у зиду цилиндра. Материјал вентила треба да буде правилно усклађен са материјалом седишта како би се постигао компромис између отпорности према хабању и трајности. Вентил не би требало да буде превише чврст јер ће доћи до прекомерног хабања седишта. С друге стране, превише чврсто седиште ће брзо изабусирати вентил.