МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ КЛАПАНОВ ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
DOI:
https://doi.org/10.32339/0135-5910-2024-7-21-36Ключевые слова:
впускные и выпускные клапаны, клапанные материалы, мартенситные и аустенитные стали, сплавы на основе никеля, сплавы с промежуточным содержанием никеляАннотация
Основной стратегией повышения эффективности двигателей внутреннего сгорания является увеличение давления в цилиндрах, которое неизбежно приводит к росту механических и температурных нагрузок на основные компоненты двигателей, в том числе на впускные и выпускные клапаны. Однако традиционные материалы, используемые для клапанов двигателей, в настоящее время работают на пределе своих возможностей. Таким образом, повышение эффективности двигателей внутреннего сгорания следующего поколения требует разработки новых клапанных материалов с более высоким комплексом эксплуатационных свойств при повышенных температурах. В статье рассмотрены условия работы клапанов двигателей и требования, предъявляемые к клапанным материалам. Выполнен сравнительный анализ традиционных российских и зарубежных клапанных материалов, широко используемых в настоящее время (мартенситные и аустенитные стали, сплавы на основе никеля). Отмечено, что российские стандарты по клапанным материалам содержат рекомендации по применению для клапанов двигателей некоторых сталей, давно потерявших свои рыночные позиции за рубежом в силу присущих им недостатков. С другой стороны, некоторые зарубежные материалы, специально разработанные для выпускных клапанов дизельных двигателей, российская промышленность не производит. Выполнен обзор клапанных материалов нового поколения, разработанных ведущими зарубежными компаниями — лидерами в данной области взамен дорогостоящих сплавов на основе никеля. Отмечено, что разработка новых отечественных экономически эффективных клапанных материалов, способных работать в условиях более высоких температур и давлений в более агрессивных средах, является важной научно-технической задачей, решение которой необходимо для ускоренного развития российского двигателестроения.
Библиографические ссылки
Pierce D., Haynes A., Hughes J. etc. High Temperature Materials for Heavy Duty Diesel Engines: Historical and Future Trends // Progress in Materials Science. 2019. V. 103. P. 109–179. DOI: 10.1016/j.pmatsci.2018.10.00.
Schaefer S. K., Larsen J. M., Jenkins L. F., Wang Y. Evolution of Heavy Duty Engine Valves Materials and De-sign // ASM International Materials Park. 1997. P. 129–139.
Larson J. M., Jenkins L. F., Narasimhan S. L., Belmore J. E. Engine valves – Design and Material evolution // Journal of Engineering for Gas Turbines and Power. 1987. V. 109. P. 355–361. DOI: 10.1115/1.3240048.
Beddoes G. N. Valve materials and design // Surface Engineering. 1993. V. 9. № 1. P. 44–50. DOI: 10.1179/sur.1993.9.1.44.
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 Series. 1995. DOI: 10.4271/952476.
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.
Lewis R., Dwyer-Joyce R. Automotive Engine Valve Recession. — Wiley, 2002. — 138 p.
Chaudhuri A. Hot Corrosion of Diesel Engine Exhaust Valves // SAE Transactions. 1973. V. 82. P. 2478–2486. DOI: 10.4271/730679.
Ari-Gur P., Noble V., Narasimhan S., Larson J. Hot Corrosion Studies of Automotive Exhaust Valves // SAE Technical Paper 910633. 1991. DOI: 10.4271/910633.
Scott C. G., Riga A. T., Hong H. The erosion-corrosion of nickel-base diesel engine exhaust valves // Wear. 1995. V. 181–183. P. 485–494. DOI: 10.1016/0043-1648(95)90162-0.
Nicholls J. R. Coatings and hardfacing alloys for corrosion and wear resistance in diesel engines // Materials Science and Technology. 1994. V. 10. P.1002–1012. DOI: 10.1179/mst.1994.10.11.1002.
Тарасенко Л. В., Унчикова М. В. Материалы для поршневых двигателей: учеб. пособие. — М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2013. — 103 с.
ГОСТ Р 53810–2010. Двигатели автомобильные. Клапаны. Технические требования и методы испыта-ний. — М.: Стандартинформ, 2010. — 12 с.
ГОСТ 5632–2014. Легированные нержавеющие стали и сплавы коррозионностойкие, жаростойкие и жаропрочные. — М.: Стандартинформ, 2015. — 112 с.
ГОСТ Р 54909–2012. Металлопродукция из легированной стали и сплавов для клапанов двигателей внутреннего сгорания. Технические условия. — М.: Стандартинформ, 2012. — 26 с.
UNE BS EN 10090:1998. Valve steels and alloys for internal combustion engines. CEN. — 25 p.
Химушин Ф. Ф. Жаропрочные стали и сплавы. — М.: Металлургия, 1969. — 752 с.
Wang Y. Introduction to Engine Valvetrains. — SAE International, 2007. — 586 p.
Сорокин В. Г., Гервасьев М. А., Палеев В. С. и др. Стали и сплавы. Марочник: Справ. изд. — М.: Интер-мет Инжиниринг, 2001. — 608 с.
Гольдштейн М. И., Грачев С. В., Векслер Ю. Г. Специальные стали. — М.: МИСиС, 1999. — 408 с.
Bharath R. R., Ramanathan R., Sundararajan B., Srinivasan P. B. Optimization of process parameters for deposition of Stellite on X45CrSi93 steel by plasma transferred arc technique // Materials & Design. 2008. V. 29. № 9. P. 1725–1731. DOI: 10.1016/j.matdes.2008.03.02.
Pugacheva N. B., Bykova T. M., Trushina E. B., Malygina I. Y. Studying the structure and micromechanical properties of a hardfaced wear-resistant coating // AIP Conference Proceedings. 2018. V. 2053. Iss. 1. 040079. DOI: 10.1063/1.5084517.
Erisir E., Prahl U., Bleck W. Effect of precipitation on hot formability of high nitrogen steels // Materials Science and Engineering: A. 2010. V. 528. № 1. P. 519–525. DOI: 10.1016/j.msea.2010.09.045.
Jenkins L. F., Larson J. M. The Development of a New Austenitic Stainless Steel Exhaust Valve Material // SAE Technical Paper 780245. 1978. DOI: 10.4271/780245.
Grzesik Z., Mrowec S., Jurasz Z., Adamaszek K. The Behavior of Valve Materials Utilized in Diesel Engines Under Thermal Shock Conditions // High Temperature Materials and Processes. 2010. V. 29. P. 35–46. DOI: 10.1515/htmp.2010.29.1-2.35.
Yamagata H. The science and technology of materials in automotive engines. — Woodhead Publishing Lim-ited. 2005. — 310 p.
Patent US3972713. Sulfidation Resistant Nickel-Iron Base Alloy / D. Muzyka, C. Whitney. Published: Aug. 3. 1976.
Technical Data Sheet Carpenter Technology. 31V Alloy. — 5 p. — URL: https://www.carpentertechnology.com/hubfs/7407324/Material%20Saftey%20Data%20Sheets/31V.pdf.
Evans N. D., Yamamoto Y., Maziasz P. J., Shingledecker J. P. Age Induced Gamma Prime Coarsening and Hardness Behavior in Pyromet 31V // Microscpy and Microanalysis. 2006. V. 12. № 502. P. 1044–1045. DOI: 10.1017/S1431927606063938.
Evans N. D., Maziasz P. J., Truhan J. J. Phase transformations during service aging of Nickel based superalloy Pyromet 31V // Solid-Solid Phase Transform. Inorg. Mater. V. 200. P. 809–817.
Sato K., Saka T., Ohno T. etc. Development of Low-Nickel Superalloys for Exhaust Valves // SAE Technical Paper Series 980703. 1998. DOI:10.4271/980703.
Tsuyumu T., Ueta S., Kurata S., Toji A. Resource-conserving, Heat-resistant Ni-based Alloy for Exhaust Valves // SAE Technical Paper 2009-01-0259. 2009. DOI: 10.4271/2009-01-0259.
Pat. EP2038444 B1. Wear resistant high temperature alloy / M. K. Sawford, S. Sinharoy, S. Narasimhan etc. 2015. — URL: https://patents.google.com/patent/EP2038444A2/no.
Farina A. B., Liberto R. C. N., Barbosa C. A. Development of New Intermediate Nickel Alloys for Application in Automotive Valves of High Performance Engines // SAE Technical Paper Series 2013-01-1153. 2013. DOI: 10.4271/2013-01-1153.
Bonhin E. S. Effect of machining parameters on turning of VAT32® superalloy with ceramic tool // Materials and Manufacturing Processes. 2019. V. 34. Iss. 7. P. 1–7. DOI: 10.1080/10426914.2019.1594261.
Kondo M. Y., Pinheiro C., de Paula M. A. etc. Cutting parameters influence investigations on cutting consumed power, surface roughness and tool wear during turning of superalloy VAT 32 with PVD coated carbide tools us-ing Taguchi method // Materials Researcher Express. 2019. V. 6. № 6. 066543. DOI: 10.1088/2053-1591/ab0da8.
Pat. US9605565 B2. Low-cost Fe–Ni–Cr alloys for high temperature valve applications // G. Muralidharan. 2017. — URL: https://patents.google.com/patent/US9605565B2/en.
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.
