МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ СЕДЕЛ КЛАПАНОВ ДИЗЕЛЬНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
DOI:
https://doi.org/10.32339/0135-5910-2024-10-42-55Ключевые слова:
материалы для седел клапанов, износостойкость, горячая твердость, коррозионная стойкостьАннотация
Повышение мощности современных дизельных двигателей и использование рециркуляции отработанных газов неизбежно сопровождается ростом механических и тепловых нагрузок, а также усилением коррозионного воздействия на седла клапанов. Для предотвращения ускоренного износа седел клапанов требуется разработка специализированных материалов, обладающих более высокой износостойкостью и коррозионной стойкостью по сравнению с традиционными материалами. В статье рассмотрены основные группы традиционных материалов для седел клапанов дизельных двигателей, производимых стандартными литейными технологиями: модифицированные мартенситные нержавеющие и инструментальные стали, а также сплавы на основе кобальта и никеля. Проведен анализ научно-технической литературы по материалам нового поколения для седел клапанов дизельных двигателей, разработанным ведущими зарубежными компаниями и нашедшими коммерческое применение. Выполненный анализ показал, что основной тенденцией в разработке материалов для седел клапанов является стремление заменить дорогостоящие сплавы на основе кобальта и никеля сплавами на основе железа с мартенситной, ферритной или аустенитной матрицей, в которых повышенная горячая прочность и износостойкость обеспечиваются регулированием микроструктуры и использованием дополнительных механизмов упрочнения. Отмечается, что разработка отечественных материалов для седел впускных и выпускных клапанов, способных работать в условиях более высоких температур и давлений в более агрессивных средах, является важной и актуальной научно-технической задачей, стоящей перед российскими металловедами.
Библиографические ссылки
Kruger G. Valve seat insert – State of the Art End of 2001 // Technical Paper Series. 2002. P. 1–11. — URL: https://www.yumpu.com/en/document/view/7604323/valve-seat-inserts-bleistahl.
Wang Y. Introduction to Engine Valve trains. — SAE International, 2007. — 586 p. — URL: https://books.google.ru/books?id=-uObEAAAQBAJ&printsec=frontcover&hl=ru#v=onepage&q&f=false.
Lewis R., Dwyer-Joyce R. Automotive Engine Valve Recession. — Wiley, 2002. — 138 p. — URL: https://www.academia.edu/45478578/_pdf_Automotive_Engine_Valve_Recession.
Van Diesel R., Barber G., Larson J., Narasimhan S. Engine Valve Seat and Insert Wear // SAE Technical Paper 892146. 1989. P. 1–12. DOI: 10.4271/892146.
Wang Y. S., Schaefer S. K., Bennett C., Barber G. C. Wear Mechanisms of Valve Seat and Insert in Heavy Du-ty Diesel Engine // SAE Technical Paper 952476. 1995. DOI: 10.4271/952476.
Zhao R., Barber G. C., Wang Y. S., Larson J. E. Wear Mechanism Analysis of Engine Exhaust Valve Seats with a Laboratory Simulator // Tribology Transactions. 1997. V. 40. № 2. P. 209–218. DOI: 10.1080/10402009708983647.
Wang Y. S., Narasimhan S., Larson J. M., Schaefer S. K. Wear and Wear Mechanism Simulation of Heavy-Duty Engine Intake Valve and Seat Inserts // Journal of Materials Engineering and Performance. 1998. V. 7. P. 53–65. DOI: 10.1361/105994998770348043.
Liang X., Strong G. A Study of Valve Seat Insert Wear Mechanisms // SAE Technical Paper 1999-01-3673. 1999. DOI: 10.4271/1999-01-3673.
Lewis R., Dwyer-Joyce R. S. Wear of diesel engine inlet valves and seat inserts // Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part D: Journal of Automobile Engineering. 2002. V. 216. № 6. P. 205–216. DOI: 10.1243/0954407021529048.
Forsberg P., Hollman P., Jacobson S. Wear mechanism study of exhaust valve system in modern heavy duty combustion engines // Wear. 2011. V. 271. P. 2477–2484. DOI: 10.1016/j.wear.2010.11.039.
Wang Y. S., Narasimhan S., Larson J. M., Barber G. C. The effect of operating conditions on heavy-duty en-gine valve seat wear // Wear. 1996. V. 201. P. 15–25. DOI: 10.1016/S0043-1648(96)06945-1.
Гольдштейн М. И., Грачев С. В., Векслер Ю. Г. Специальные стали. — М.: МИСиС, 1999. — 408 с.
Гарбер М. Е. Износостойкие белые чугуны: свойства, структура, технологии, эксплуатация. — М.: Машиностроение, 2010. — 280 с.
Lima M., Behnam M., Yousefli S. Higher quality, better mechanical properties of PM valve seat inserts: by identifying key parameters in copper infiltration process // Metal Powder Report. 2016. V. 71. № 6. P. 465–468. DOI: 10.1016/j.mprp.2016.05.001.
Christopherson D., Zwein F. New Materials for Valve Seat Inserts // MTZ Worldwide. 2015. V. 76. № 11. P. 30–35. DOI: 10.1007/s38313-015-0055-1.
Gomes M., Santos I. etc. P/M Valve Seat Inserts. Air Quenching and Characterization // SAE Technical Paper 2017-01-5014. 2017. DOI: 10.4271/2017-01-5014.
Romański A., Cygan-Bączek E. High Performance Valve Seat Materials for CNG Powered Combustion En-gines // Materials. 2021. V. 14. № 17. 4860. DOI: 10.3390/ma14174860.
Рущиц С. В., Созыкина А. С. Материалы для клапанов двигателей внутреннего сгорания // Черная ме-таллургия. Бюллетень научно-технической и экономической информации. 2024. Т. 80. № 7. С. 21–36. DOI: 10.32339/0135-5910-2024-7-21-36.
ГОСТ 7769–82. Чугун, легированный для отливок со специальными свойствами.
Liang X., Strong G. Recent Developments in Valve Seat Insert Alloys // SAE Technical Paper 982047. 1998. DOI: 10.4271/982047.
URL: https://lejones.com/wp-content/uploads/2023/06/LEJ-Alloy-System-Brief-Summary-Portion.pdf.
URL: https://www.winsert.com/alloy-portfolio/.
Pat. US6702905 B1. Corrosion and wear resistant alloy / C. Y. Qiao, T. Trudeau. 2004. — URL: https://patents.google.com/patent/US6702905B1/de.
Narasimhan S. L., Larson J. M., Whelan E. P. Wear characterization of new nickel-base alloys for internal combustion engine valve seat applications // Wear. 1981. V. 74. № 2. P. 213–227. DOI: 10.1016/0043-1648(81)90164-2.
Химушин Ф. Ф. Нержавеющие стали. — М.: Металлургия, 1967. — 797 с.
Li D., Liu L., Zhang Y. etc. Phase diagram calculation of high chromium cast irons and influence of its chemi-cal composition // Materials & Design. 2009.V. 30. № 2. P. 340–345. DOI: 10.1016/j.matdes.2008.04.
Barkalow R. H., Kraft R. W., Goldstein J. I. Solidification of M2 high speed steel // Metallurgical and Materials Transactions B. 1972. V. 3. № 4. P. 919–926. DOI: 10.1007/bf02647667.
Boccalini M., Goldenstein H. Solidification of high-speed steels // International Materials Reviews. 2001. V. 46. № 2. P. 92–115. DOI: 10.1179/095066001101528411.
Liu R., Yao J. H., Zhang Q. L. etc. Sliding wear and solid-particle erosion resistance of a novel high-tungsten Stellite alloy // Wear. 2015. V. 322–323. P. 41–50. DOI: 10.1016/j.wear.2014.10.012.
Liu R., Yao M. X., Patnaik P. C., Wu X. Effects of Heat Treatment on Mechanical and Tribological Properties of Cobalt-Base Tribaloy Alloys // Journal of Materials Engineering and Performance. 2005. V. 14. № 5. P. 634–640. DOI: 10.1361/105994905x64567.
Pat. US5674449. Iron base alloys for internal combustion engine valve seat inserts, and the like / X. Liang, G. Strong. 1997. — URL: https://patents.google.com/patent/US5674449A/en.
Pat. US6881280 B2. Iron-based alloy for internal combustion engine valve seat inserts and the like / C. Y. Qi-ao. 2005. — URL: https://patents.google.com/patent/US6881280B2/en.
Pat. US9458743 B2. Iron-based alloy and methods of making and use thereof / C. Y. Qiao, P. Vennema, D. Doll, T. Trudeau. 2016. — URL: https://patents.google.com/patent/US9458743/en.
Pat. US8940110 B2. Corrosion and wear resistant iron based alloy useful for internal combustion engine valve seat insert and method of making and use thereof / C. Y. Qiao, D. Doll. 2015. — URL: https:// https://patents.google.com/patent/US8940110/en.
Pat. US8479700 B2. Iron-chromium alloy with improved compressive yield strength and method of making and use thereof / C. Y. Qiao, T. Trudeau. 2013. — URL: https://patents.google.com/patent/US8479700B2/en.
Pat. US2019/0055860 A1. High performance iron-based alloys for engine valvetrain application and methods of making and use thereof / C. Y. Qiao, D. D. Doll, T. Trudeau, D. Dooley. 2019. — URL: https://patents.google.com/patent/US20190055860A1/en.
Pat. US 2010/0147247 A1. Superaustenitic stainless steel and methods of making and use thereof / C. Y. Qiao, T. Trudeau. 2008. — URL: https://patents.google.com/patent/US20100147247/en.
Pat. US11530460 B1. Low-carbon iron-based alloy useful for valve seat inserts / C. Y. Qiao. 2021. — URL: https://patents.google.com/patent/US11530460B1/en.
Pasini W. M., Pereira L., Bitka A. etc. Improving the wear resistance of Chromium cast iron through high en-tropy alloys concepts and microstructure refinement // Materials research. 2023. V. 26. № 6. 0278. DOI: 10.1590/1980-5373-MR-2023-0278.
Wang Y. P., Li D. Y., Parent L., Tian H. Improving the wear resistance of white cast iron using a new concept – High-entropy microstructure // Wear. 2011. V. 271. P. 1623–1628. DOI:10.1016/j.wear.2010.12.029.
Pat. EP1172452 B1. Wear-resistant iron base alloy / X. Liang, G. Strong. 2000. — URL: https://patents.google.com/patent/EP1172452.
Pat. US9932867 B2. Iron-based alloys and methods of making and use therefor / C. Y. Qiao, D. Doll, T. Tru-deau, P. Vennema. 2013. — URL: https://patents.google.com/patent/US9932867B2/en.
Qiao C. P. Sustainable alloy solution for engine valvetrain applications // AM&P Technical Articles. 2023. V. 181. № 1. P. 36, 37. — URL: https://static.asminternational.org/amp/202301/40/.
Загрузки
Опубликован
Выпуск
Раздел
Лицензия
Copyright (c) 2024 ЧЕРНАЯ МЕТАЛЛУРГИЯ. Бюллетень научно-технической и экономической информации
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-ShareAlike» («Атрибуция — На тех же условиях») 4.0 Всемирная.
