Новые материалы из порошкового металла для изготовления вставок клапанных седел и клапанных направляющих от компании Federal-Mogul Powertrain, подразделения Federal-Mogul Holdings Corporation, были показаны на выставке IAA Commercial Vehicles (Гановер) в сентябре этого года в качестве части портфолио двигателестроения компании.

Предлагая улучшенную устойчивость к коррозии, более высокую механическую прочность и более низкую стоимость по сравнению с используемыми литыми материалами, новые материалы из порошкового металла – применяемые преимущественно в двигателях шоссейных, внедорожных автомобилей, а также высокомощных двигателях морских прогулочных судов – могут  способствовать сокращению выбросов СО2, обеспечивая более эффективный поток газа через фаски клапанных седел.

«Переход от литых материалов к порошковым металлам начался несколько десятилетий назад в секторе легковых автомобилей, и сейчас мы видим такую же тенденцию среди двигателей большой мощности с достижением более высокой устойчивости к коррозии, высоких характеристик изнашивания и отличной механической прочности,»  говорит  Джиан Мария Оливетти, главный технолог компании Federal-Mogul Powertrain. «На сегодняшний день материалы из порошкового металла в двигателях большой мощности занимают рыночную нишу около 25%, интерес покупателей к ним стремительно растет».

Преимущества материалов из порошкового металла объясняются их структурой; они не должны быть однородными, поэтому их фазы и микроструктуры могут подбираться индивидуально для каждой области применения для обеспечения оптимальных свойств. Они также позволяют обрабатывать компоненты до окончательной формы при изготовлении, сокращая количество операций по механической обработке и делая изготовление как обработанных, так и полуобработанных деталей, более экономически эффективным.

Вставки клапанных седел

Federal-Mogul FM-S20B – новый материал для изготовления вставок седел впускных клапанов, обладающий высокой устойчивостью к коррозии. Всасывание соли двигателем с дорожных покрытий в зимний период и изменения в уровнях содержания серы в топливе способствуют внутренней коррозии так же, как и конденсация, которая возникает из-за повышения уровня рециркуляции отработанных газов (EGR).

В материале FM-S20B используется экономичный сплав на основе железа, в отличие от сравниваемых литых сплавов, в которых применяется дорогостоящий сплав на основе кобальта. В тестах во время разработки колец клапанных седел, изготовленные из FM-S20B , показали более высокую устойчивость к коррозии, чем различные марки литого материала. Текущие тестирования двигателей подтверждают заявленные уровни производительности.

Еще одним преимуществом вставок клапанных седел, изготовленных из порошковых металлических материалов, является возможность включения в задний слой, находящийся ближе к головке цилиндра, иного состава к активному слою. Задний слой может состоять из различных материалов в зависимости от требований покупателя: более экономичного материала для снижения затрат, насыщенного медью материала для улучшения теплопередачи или материала повышенной прочности в соответствии с модулем упругости чугунных головок из литого чугуна.

Компания Federal-Mogul Powertrain разработала два материала для заднего слоя, FM-S60A и S60B, с целью соответствия требованиям усиленных головок цилиндра из литого чугуна, каждый из материалов был усовершенствован для достижения наилучших результатов при использовании с отдельным активным слоем.

Направляющие клапанов

Компания Federal-Mogul Powertrain имеет два новых, готовых к выходу на рынок, порошковых металлических материала для изготовления направляющих клапанов, FM-G15E и G15N, для применения в высоко-нагруженных двигателях, подверженных большой нагрузке, включая электрогенераторные установки, работающие на сжатом природном газе (CNG).

В материале FM-G15E используется большой объем твердого смазочного вещества в специально обработанном молибденово-никелевом порошке для уменьшения трения и улучшения износостойкости. Он пропитан вакуумным маслом для придания дополнительной трибологической поддержки и обеспечения сочетания обрабатываемости и долговечности. Сама компания описала обрабатываемость материала G15E и может дать покупателям советы в отношении оптимальных условий механической обработки.

Для применения при избыточно высоких температурах и боковых нагрузках компания  Federal-Mogul Powertrain разработала материал FM-G15N. Он обеспечивает требуемую долговечность и износостойкость благодаря матрице из хромистой легированной стали, содержащей хорошо распределенное твердое смазочное вещество и пропитанная вакуумным маслом. Направляющие, изготовленные из материала FM-G15N, недавно прошли 1500-часовое испытание двигателя, полностью соответствуя требованиям заказчика по применению как на впуске, так и на выпуске.

Federal-Mogul Powertrain имеет возможность применять преимущества порошковых металлических материалов к двигателям с клапанными направляющими длиной более 100 мм, преодолевая сложности компактирования, связанных компонентов такой длины. Направляющие клапанов поставляются как в обработанном, так и в полуобработанном состоянии при такой длине. Перед  растачиванием для операции обработки используется высокоточный процесс сверления.

«Вставки клапанных седел и направляющие клапанов из порошковых металлических материалов компании Federal-Mogul Powertrain изначально были разработаны для применения в бензиновых и высоко-нагруженных дизельных автомобильных двигателях, но они также зарекомендовали себя и в нефтепромышленных электрогенераторных установках, работающих на сжатом природном газе (CNG), где сухие высокотемпературные условия без смазочного действия могут привести к ускоренному износу литых компонентов,» прокомментировал Франк Цвайн, директор по инжинирингу глобального применения, клапанных седел и направляющих, Federal-Mogul Powertrain. «В испытаниях двигателей мы эксплуатировали их на протяжении более 10000 часов в этой жесткой среде с износом от низкого до нулевого».

Результат испытания на проявление коррозии во влажной среде в лабораторных условиях на основе стандарта метода испытаний заказчика:

эти изображения показывают сравнительную глубину коррозии на поверхности компонента после воздействия смеси кислоты / соли при 50°С, не иллюстрирующий практически никакой глубины коррозии на FM-S20B (слева) и показывающий глубокое проникновение коррозии отлитого сплава на кобальтовой основе (справа).