Из какой стали делают клапана двс: Материалы для изготовления клапанов механизма газораспределения двигателя внутреннего сгорания

Производство клапанов в Астане | ГК Велунд Сталь

О производстве

Вы можете заказать товар на заказ или выбрать готовые размеры.

Невозможно представить современные производства без использования клапанов. Они применяются почти везде.

Клапан является устройством, которое создано для закрытия, открытия или регулировки какого-либо потока при возникновении определённых условий. В технике клапан применяется в трубопроводной арматуре, в моторостроении клапаны закрывают и открывают определённые отверстия в блоке цилиндров. В электротехнике – диод по сути электронный клапан. В медицине применяются клапаны сердца. Даже музыкальные инструменты не обошлись без этих устройств.

Виды клапанов

Бывают следующие:

• Запорный. Элемент для запора в этом клапане перемещается параллельно потоку среды. Применяется для перекрывания потока рабочей среды с фиксированной герметичностью;
• Регулирующий. Применяется для регулировки давления и расхода рабочей среды. Металл, из которого изготавливается клапан, зависит от среды, с которой будет контактировать клапан;
• Обратный. Применяется для защиты различного оборудования, пропускает среду в одном направлении и перекрывает движение в противоположном;
• Клапан предохранительный. Предназначается для защиты оборудования от механических повреждений. Изделие обеспечивает перекрытие сброса среды при восстановлении давления;
• Клапан ДВС. Т-образного образца применяется для двигателя, который работает на больших оборотах;
• Редукционный. Это гидравлический или пневматический дроссель, который работает автоматически;
• Гидроклапан. Применяется для регулировки характеристик потоков жидкости.

Материалы для клапанов

Металл, используемый для клапанов, отличается по стойкости к разбросу температур и образованию ржавчины, и, конечно же, отличается ценой.

• Применяют ковкий чугун или литейный;
• Используют углеродистую или нержавеющую сталь;
• Широко применяется бронза;
• Применяют металлы, в которых входит никель.

Материалы для клапанов ДВС

Для таких изделий предъявляют повышенные требования. Именно поэтому используют комбинацию разных материалов. Применяют специальные покрытия и наплавки. Пристальное внимание уделяется внедрению клапанных сплавов и сталей, которые работают при температуре 580 градусов Цельсия. Впускные клапаны для дизелей КамАЗа делают из стали 40X10CM2, а выпускные из стали ЭП-303 М. Чтобы заменить дефицитные сплавы используют металл на основе никеля, в котором нет кобальта (ЭП-649; ЭП-616; ЭП-615). Для дизелей (СМД-60; Д-240; А-41) клапана впускные делают из стали 40X10CTM, а выпускные из стали ЭП-616. Для карбюраторных двигателей клапана изготовляют из жаропрочной стали ЭП970.

Процесс производства клапанов

Изготовление выпускных и впускных клапанов моторов многогранное и сложное. Такие детали требуют ёмкую научную базу и самоотверженный труд специалистов высшего класса.

• Сырьё. Для изготовления клапанов применят стали 40X10c2M; ЭП-303; 40X9C2. Делают детали из калиброванных прутков. Каждая партия проверяется ОТК;
• Рубка. Для получения заготовки нужных параметров, калибровку рубят в размер. Рубка производится на специальном прессе с высокой скоростью;
• Электовысадка. Заготовка подаётся на карусельный автомат, где торец прутка равномерно нагревается и ему придаётся определённая форма. После этого калибровка подаётся в пресс, где формируется тарелка клапана;
• Термообработка. На этом этапе поковка приобретает прочность. Всё происходит в автоматическом режиме;
• Шлифовка. Сейчас есть автоматы, которые выдерживают все требования до микронных допусков;
• Закалка ТВЧ. Закалка обеспечивает высокую износостойкость клапана;
• Наплавка конуса клапана. Позволяет продлить срок работы клапана;
• Сварка трением. Приваривается клапанный хвостовик из износостойкой клапанной стали. Этот метод позволяет гарантировать износостойкость на весь ресурс работы двигателя;
• Хромирование. Применяется для уменьшения трения и предотвращения нагара.

Заказать производство клапанов в {{ current_filial.name_info }} можно на сайте «Велунд Сталь». Вы можете оставить заявку на нашем сайте или по телефону.

Титан или сталь?

Очень популярный вопрос, который мучает многих: «Какие клапана купить: стальные или титановые». В этой статье мы постараемся помочь вам определиться с выбором.

В чем же отличия титановых и стальных клапанов, и почему нет победителя в общем зачете?

Масса клапана.

Титановый клапан кроссового мотоцикла (14 грамм)

Первое отличие, которое бросается в глаза — это масса клапана. Титановый клапан при одинаковых размерах значительно легче свое стального брата. Пружина быстрее закроет клапан, масса которого меньше, по этому, чем меньше вес клапана, тем выше можно поднять планку максимальных оборотов с меньшим риском догнать клапан поршнем.

При этом снижается нагрузка на ГРМ в целом, это дает некоторую прибавку к мощности за счет небольшого увеличения КПД. Например: практически на всех современных кроссовых мотоциклах и мотоциклах для кольцевых гонок используется титановые клапана.

Стальные клапана при том же размере имеют больший вес, поэтому с ними используются более жесткие пружины. При недостаточной жесткости пружин растет вероятность удара клапанов поршнем при работе двигателя на высоких оборотах. Жесткость пружин и больший вес клапанов создают повышенную нагрузку на ГРМ. Даже на маленьких двигателях кроссовых мотоциклов с объемом 125куб.см. со стальными клапанами используются достаточно жесткие, и даже двойные пружины.

Износостойкость.

Титановые сплавы сильно уступают стали, когда речь идет об износостойкости. Плохие антифрикционные свойства титана обусловлены налипанием титана на многие материалы и его взаимодействием с азотом и водородом при высоких температурах, из-за которых верхний слой становится хрупким и выкрашивается в процессе эксплуатации.

Разработанное в нашей мастерской многослойное защитное покрытие тарелки титанового клапана

Для улучшения антифрикционных свойств, повышения износостойкости и защиты от внешней среды титановые клапана покрывают защитными покрытиями различных типов. Толщина таких покрытий, в зависимости от типа, варьируется от нескольких тысячных до сотых миллиметра. Это делает невозможным притирку клапана к седлу с целью герметизации камеры сгорания, т.к. во время притирки неизбежно будет повреждено защитное покрытие, и клапан быстро «провалится» в седло. Поэтому при установке титановых клапанов предъявляются повышенные требования к форме, чистоте фасок на седлах и их соосности относительно направляющей втулки.

Износостойкость и антифрикционные свойства стали на порядок выше, чем у титана, но значительно ниже, чем у защитных покрытий, которыми покрыт титановый клапан. При этом износостойкость фаски стального клапана сохраняется по всей толщине тарелки, а фаска титанового клапана сохраняет свои свойства и параметры ровно до тех пор, пока держится защитное покрытие.

Теплопроводность, коэффициент расширения и тепловой зазор

Теплопроводность и стойкость к высоким температурам у титановых сплавов ниже, чем у жаропрочных сталей. Охлаждение тарелки клапана играет еще более важную роль при использовании титановых клапанов. Именно по этому с титановыми клапанами рекомендуется использовать бронзовые седла клапанов, которые лучше отводят тепло от горячей тарелки клапана.

Бронзовые седла для увеличения срока службы титановых клапанов

Коэффициент расширения титана намного меньше чем у стали. При использовании титановых клапанов допускается меньший тепловой зазор между направляющей втулкой и клапаном, чем при использовании стальных клапанов. Это положительно сказывается на точности посадки клапана в седло, что увеличивает ресурс пары седло-клапан.

Стоимость клапана и ремонта

В среднем титановые клапана дороже стальных. Во первых, потому что титан гораздо дороже в производстве чем сталь. Во вторых при производстве титановых клапанов необходимы дополнительные этапы производства (нанесение покрытий). И наконец- маркетинг.

Хотя порой можно встретить стальные клапана стоимость которых соизмерима с титановыми. Чаще такая картина наблюдается с оригинальными запчастями, где основной процент от стоимости занимает маркетинг.

В случае повреждения фаски, восстановление стального клапана обойдется в 3-4 раза дешевле, чем титанового.

Ресурс

Очень много слухов про капризность и не большой ресурс титановых клапанов. Также часто можно услышать про то, что титановые клапана часто «обрывает». На самом деле обрывает и стальные и титановые клапана одинаково часто, но одинаково предсказуемо на кривых седлах. Об этом явлении более подробно мы рассказывали в статье «Срок службы клапанов».

«Обрыв» титанового клапана Yamaha Phazer 500 и «обрыв» стального клапана KTM EXC 450

Из-за тонкого защитного покрытия титановые клапана действительно более капризны, чем стальные, особенно при небрежном отношении и неквалифицированном обслуживании. Но, по опыту, и стальные и титановые клапана при должном внимании и обслуживании служат одинаково долго.

За время работы нам приходилось видеть «убитые» клапана при небольших пробегах, как на стальных, так и на титановых комплектах.

Итоги и рекомендации.

В большинстве случаев мы рекомендуем своим клиентам использовать оригинальные клапана и пружины, особенно если техника используется по прямому назначению.

Стальные клапана имеет смысл менять на титановые в случаях если:

— двигатель регулярно эксплуатируется на повышенных оборотах

-планируется модернизация двигателя с целью увеличения мощности

-производится регулярное качественное обслуживание техники

-происходит смена назначения техники (из эндуро в кросс, например)

Титановые клапана имеет смысл менять на стальные если:

-двигатель не эксплуатируется на повышенных оборотах

-сложности с обслуживанием (проведение самостоятельного обслуживания и ремонта)

-нет возможности обрабатывать седла (есть возможность притереть клапана)

-титановый аналог слишком дорогой

Всегда используйте только те пружины, которые предназначены для данного типа клапанов!

При использовании новых клапанов настоятельно рекомендуем обрабатывать седла (формировать фаски) на хорошем оборудовании. Это особенно важно при использовании титановых клапанов. Притирка титановых клапанов не допускается.

Надеемся, что данные рекомендации помогут вам определится с выбором клапанов. Вы всегда можете оставить заявку на обратный звонок или позвонить мастеру и проконсультироваться.

Насколько хорошо вы знаете шланги?

В серьезном сообществе производительности есть больше впускных и выпускных клапанов, чем кажется на первый взгляд. Благодаря технологическим достижениям, достигнутым в индустрии гоночных компонентов, сегодня у нас есть ошеломляющий выбор. В этой статье мы попытаемся объяснить различные материалы и конструкции, чтобы лучше понять современные предложения клапанов.

Клапаны из нержавеющей стали. Хотя клапаны из нержавеющей стали могут предлагаться в различных марках и составах сплавов, высокопроизводительные клапаны из нержавеющей стали чаще всего изготавливаются из материала, называемого EV8 (более дорогой сверхпрочный материал из нержавеющего сплава), и изготавливаются из одного сплава. -штучная поковка. Кроме того, некоторые производители клапанов предлагают более прочную формулу нержавеющей стали, обеспечивающую более высокую термостойкость. Некоторые производители используют EV8 только для своих выпускных клапанов, в то время как другие используют этот материал как для впускных, так и для выпускных клапанов.

Высококачественные клапаны из нержавеющей стали должны иметь наконечники из твердого стеллита (поскольку нержавеющая сталь не закаливается, закаленный наконечник должен быть приварен к штоку) и штоков с твердым хромированием (не дешевое мгновенное хромирование) для уменьшения износа направляющих. Шток с подрезкой способствует небольшому снижению веса и улучшает характеристики потока. Примечание. Если клапаны из нержавеющей стали определенной марки не имеют твердого наконечника, потребуется использовать колпачки для защелок.

Титановые клапаны. Титан предлагает самое высокое отношение прочности к весу среди всех известных металлов. В нелегированном состоянии титан так же прочен, как некоторые стальные материалы, но примерно на 45% легче. При производстве автомобильных клапанов титан сплавляют с небольшим процентным содержанием различных материалов, включая медь и молибден. Титан может быть сложным в обработке, так как он может истираться, если инструменты недостаточно твердые и острые, а также если материал не охлаждается должным образом во время обработки.

Многие титановые клапаны изготавливаются путем ковки, а затем механической обработкой до окончательной формы. Но некоторые производятся по двухсекционной инерционно-сварной конструкции. Согласно Xceldyne Technologies, этот процесс настолько эффективен, что клапаны с инерционной сваркой были сертифицированы как имеющие лучшую структуру зерна, чем цельные кованые конструкции. Затем клапан обрабатывается на станке с ЧПУ и во многих случаях в области штока делается подрезка, чтобы обеспечить место для вставки покрытия. Затем на клапан наносится плазменно-молибденовое покрытие.

Определенные участки клапана дополнительно обрабатываются, а шток шлифуется, оставляя плазменно-молибденовое покрытие только на желаемой области штока. Затем канавки головки, штока и держателя подвергаются окончательной обработке. Шлифовка штока завершается, чтобы установить размерный допуск в пределах 0,0002 дюйма. Окончательная прецизионная полировка снижает вероятность образования нагара.

Обычно доступны три типа наконечников клапанов, включая наконечник из закаленной стали или наконечник с керамическим покрытием (керамические наконечники следует использовать вместе с заглушками) и тонкопленочные технологии, такие как плазменное осаждение из паровой фазы (PVD) покрытие.

Поскольку титан является относительно мягким материалом, для него требуется защитная контактная поверхность на концах штока, обычно закаленные колпачки для защелок. Компания Xceldyne отметила, что, когда диаметр штока клапана меньше 5/16 дюймов (7 мм или менее), на кончик штока наносится специальное твердое покрытие для защиты от трения о крышки защелок.

Прочное твердое керамическое покрытие предназначено для защиты титана от трения, вызванного колпачком защелки. На наконечники могут быть нанесены другие покрытия, такие как обработка PVD, обработка нитридом хрома, химическое осаждение из паровой фазы (CVD), алмазоподобный углерод (DLC) или другое узкоспециализированное защитное покрытие. Этот закаленный элемент на кончике предотвращает перенос материала или истирание между наконечником и колпачком ремешка.

Полые титановые клапаны также доступны либо с полым штоком, либо с комбинацией полого штока и полой головки. Конструкция с полым штоком снижает вес клапана примерно на 10%. Конструкция с полой головкой — это запатентованный процесс, который позволяет снизить дополнительный вес на 6–8 граммов (в зависимости от размера клапана). В рамках запатентованного процесса внутренняя часть головки клапана может быть усилена для обеспечения прочности и жесткости опорной конструкции.

При обращении с титановыми клапанами и их использовании следует соблюдать следующие меры предосторожности:

• Не прикасайтесь к поверхности клапана голыми руками, так как кислоты от отпечатков пальцев могут повредить покрытие. Перед работой используйте перчатки или смажьте клапан маслом.

• Никогда не используйте притирочную пасту или какой-либо абразивный материал, если клапан покрыт PVD-покрытием.

• Заменяйте седла клапана во время каждого ремонта, чтобы обеспечить надлежащий контакт клапана с седлом. Ширина контактной зоны (от торца клапана до седла клапана) должна быть не менее 1 мм.

•Новые седла клапанов должны быть изготовлены из относительно мягкого материала, например, из бронзы или чугуна с шаровидным графитом (термически обработанного до Rockwell RC32 или ниже).

• Если производителем клапана не указано иное, всегда используйте закаленные колпачки на титановых клапанах. Некоторые производители предлагают клапаны с закаленными наконечниками, сваренными трением. Голые, незащищенные титановые наконечники будут расти как грибы при воздействии сил коромысла.

Если титановый клапан оснащен наконечником из стеллита, наконечники можно шлифовать во время обслуживания клапана, но с осторожностью. Вы должны быть в состоянии безопасно удалить не более 0,015–0,020 дюйма.

Что касается седел клапанов, традиционные литые или твердые седла могут изнашивать канавку на поверхности клапана, поэтому материал седла из никель-бронзы рекомендуемые. Также доступны сиденья из других экзотических металлов.

Титановые клапаны предназначены для применения в тех случаях, когда необходимо уменьшить вес клапанного механизма, для высоких оборотов и увеличенных оборотов, поскольку титановые клапаны допускают более высокие обороты двигателя и подходят для очень агрессивных профилей распределительных валов. Однако в условиях экстремальных температур (двигатели с наддувом, турбо- и нитродвигатели) титан не может быть идеальным выбором. Кроме того, для многих уличных применений титан может быть не лучшим выбором для двигателя, которому не нужно набирать такие высокие обороты, или для двигателя, который будет застегнут на все пуговицы, а не разобран и не будет регулярно обслуживаться. Другими словами, вероятно, лучше всего зарезервировать использование титана для безнаддувных гонок или приложений с принудительной индукцией на стороне впуска, где вес клапанного механизма и устойчивое использование высоких оборотов имеют первостепенное значение.

Клапаны из инконеля. Inconel является зарегистрированной торговой маркой Special Metals Corp. и относится к семейству жаропрочных сплавов на основе никеля. Сплавы Inconel представляют собой устойчивые к окислению и коррозии материалы, предназначенные для использования в условиях высоких температур. Инконель сохраняет прочность в широком диапазоне рабочих температур. В отличие от стали или алюминия, он не так сильно ползет (меняет размер) при использовании при высоких температурах.

В состав сплава Inconel могут входить углерод, марганец, кремний, фосфор, сера, никель, кобальт, хром, железо, алюминий, молибден, титан, бор и медь, при этом самая высокая концентрация материала приходится на никель и хром.

Обычно используются пять марок инконеля — 600, 625, 690, 718 и 939. Основные преимущества инконеля включают малый вес, устойчивость к экстремальным температурам, высокую прочность и устойчивость к термической динамике.

Клапаны из сплава инконель обладают чрезвычайно высокой термостойкостью и предназначены для работы в условиях высоких температур, например, в двигателях с турбонаддувом, наддувом и закиси азота.

Клапаны Nimonic 90. Нимоник — это никель-хромовый сплав, особая марка которого — Нимоник 9.0 — используется некоторыми производителями для производства высокоэффективных клапанов. Nimonic 90 представляет собой суперсплав, состоящий из никеля, хрома и кобальта, который обеспечивает высокую прочность и способность выдерживать чрезвычайно высокие температуры, по сообщениям, в диапазоне 2000 ° F, без деформации. Мэнли сообщает, что они добились успеха в таких экстремальных приложениях, как нитрометан, и турбонаддувах с высоким наддувом, таких как многотурбинные тракторные двигатели.

Клапаны с натриевым наполнением. Клапаны, заполненные натрием, имеют штоки, просверленные прецизионным пистолетом и заполненные натрием специального состава. Это обеспечивает снижение веса (результат сверления пистолетом для создания полого ствола) и лучшее рассеивание тепла. Существуют некоторые споры об эффективности этой теплопередачи из-за опасений, что теплопередача к направляющим увеличивает износ направляющих. Даже с учетом этих опасений интересно отметить, что двигатель Chevy LS7 оснащен выпускными клапанами, заполненными натрием (наряду с титановыми впускными клапанами).

Полые пространства в головке и штоке клапана с натриевым охлаждением примерно на 60% своего объема заполнены металлическим натрием, который плавится при температуре около 206°F. Силы инерции, возникающие при открытии клапана, заставляют жидкий натрий мигрировать вверх внутри штока, передавая тепло направляющей клапана, а затем водяной рубашке.

Клапаны с полым штоком. Клапаны с полым штоком из нержавеющей стали или титана (без натриевого наполнения) имеют перфорированное сверление для создания полых штоков строго для снижения веса — примерно на 10% по сравнению с сопоставимым клапаном со сплошным штоком.

Общие рекомендации

Для большинства уличных двигателей рекомендуется использовать качественный клапан из нержавеющей стали. Титан, как правило, предпочтительнее для большинства гоночных двигателей, но некоторые производители двигателей, специализирующиеся на двигателях с турбонаддувом, предпочитают клапаны из инконеля с высоким содержанием никеля. Клапаны с полым штоком, как правило, отлично работают на стороне впуска, но их намного сложнее изготовить и осмотреть на наличие дефектов на внутреннем диаметре. поверхность. По этой причине многие ведущие производители двигателей избегают полых клапанов в гонках на выносливость (NASCAR или 24-часовой стиль).

Клапаны из нержавеющей стали чаще всего используются в уличных гонках и гонках с умеренными характеристиками. Титан используется, когда важен вес клапана, а стоимость не имеет значения. Инконель используется, когда температура выхлопных газов становится очень высокой. Нержавеющая сталь (для уличного использования) имеет гораздо лучшие характеристики долговечности, чем титан, и уличные парни обычно не видят реальных преимуществ титана. В гонках используйте титан, если хотите похудеть… и потратить много денег.

Если ваш клиент заботится о долговечности, и он уже производит столько мощности, сколько хочет, и уже крутит двигатель так, как хочет, тогда используйте материал из нержавеющей стали. Если он использует нитрометан, то лучшим выбором для финиша в гонке будет выпускной клапан из инконеля.

На выпускной стороне заполнение натрием — лучший способ увеличить пропускную способность полого выпускного клапана. Если требуются стальные клапаны стандартного диаметра, но вес клапана не обязателен, переход на полый впуск и выпуск, заполненный натрием, безусловно, является большим преимуществом.

Наиболее важным моментом является удаление массы из клапана. Чем легче клапан, тем жестче система клапанного механизма по отношению к массе, которую она должна перемещать. Кроме того, по мере уменьшения массы клапана вы можете уменьшить усилие пружины, необходимое для управления заданным движением клапана, и/или перейти к более агрессивной конструкции кулачка, которая может обеспечить большую мощность.

В то время как некоторые производители клапанов предлагают конструкции только со сплошным штоком, полые штоки, безусловно, имеют меньшую массу. Теоретически это был бы лучший путь, но при производстве полого клапана необходимо преодолеть очень серьезные препятствия, связанные с производством и проверкой.

Вопрос для вашего клиента звучит так: Куда лучше и безопаснее вложить мои деньги при создании этого двигателя для этого конкретного приложения в пределах этого бюджета? Иногда ответом будет полый клапан, но в большинстве случаев это, вероятно, будет цельный шток клапана, если мы не увидим серьезного технического скачка на стороне производства. Поскольку OEM-производители начинают использовать более экзотические технологии производства клапанов для массового рынка, новые технологии могут стать доступными для вторичного рынка, чтобы сделать эти детали более производительными и гоночными.

В то время как 95% рынка используют замки с квадратными канавками, напряжения в клапане минимизируются за счет одной круглой (радиусной) канавки. Система с наименьшим напряжением представляет собой конструкцию верхнего замка с небольшой круглой канавкой в ​​верхней части замка. Замок сконструирован под немного меньшим углом, чем фиксатор, поэтому клапан удерживается усилием цангового зажима, сжимающим больше нижнюю часть интерфейса замок-клапан.

Закругленные канавки решают проблему зон концентрации напряжений, связанных с очень малым радиусом внутреннего угла замка с квадратной канавкой. В высококлассных гонках с клапанами из любого материала фиксаторы и замки могут использовать только одну канавку, потому что это заставляет замок захватывать шток клапана и удерживать его на месте. Многие оригинальные двигатели оснащены стальными замками и клапанами с несколькими канавками, которые позволяют клапану вращаться в замках, что хорошо для уличных и бюджетных автомобилей. Поскольку между клапаном и замками имеется свободная посадка, это может привести к перенапряжению при использовании в тяжелых гонках.

Загрузить PDF

Клапаны из нержавеющей стали с Эрсоном. Материал решает все

Вероятно, самым важным фактором в высокопроизводительном или полнофункциональном гоночном двигателе является его способность дышать. Вне зависимости от того, поступает ли воздух/топливо в зону сгорания или выходит в виде выхлопных газов, клапаны двигателя играют неотъемлемую роль в обеспечении эффективности потока, необходимой для чистой мощности. Когда вы посещаете ведущего производителя гоночных двигателей, вы, вероятно, заметите, что на испытательный стенд расходуется больше времени, чем на любой другой инструмент для исследований и разработок, потому что воздушный поток — это все.

Клапаны из нержавеющей стали не обязательно изготавливаются из одних и тех же основных материалов у разных производителей.

Мы исследовали некоторые из новейших конструкций клапанов двигателей, чтобы увидеть, как они справляются с постоянно растущими требованиями по обеспечению большего расхода и долговечности. Чтобы поднять стрелку динамометра постоянно выше, увеличенный подъем кулачка и большие дозы сжатия или даже «форсированные» двигатели также больше нагружают впускные и выпускные клапаны.

Примечательно, что многие профессиональные производители двигателей используют в своих конструкциях клапаны производства Erson. Мы встретились с Джеком Макиннисом, директором по маркетингу Erson, чтобы ознакомиться с новейшими технологиями в различных линиях клапанов для высокопроизводительных и гоночных двигателей.

 Материалы, используемые сегодня в клапанах, обеспечивают самый большой скачок в технологиях, связанных с долговечностью. Сплавы, используемые сегодня для клапанов из нержавеющей стали, могут сильно различаться; предполагая, что они все одинаковы, не является хорошей практикой. – Джек Макиннис, PBM/Erson

Сырье

Мы тщательно изучили различные клапаны, предлагаемые производителями, и подтвердили, что металлургия может значительно различаться между брендами и теми, кто предоставляет спецификации сырья для своих клапанов. Лично настораживает то, что при таком большом количестве сортов нержавеющей стали, различающихся по прочности, приходится подвергать сомнению используемые материалы от производителя, предлагающего в своем описании не более подробной информации, чем просто «клапаны из нержавеющей стали».

«Серия Erson 2000 — это то, что мы называем клапаном гоночной серии, — объясняет Макиннис. «Это то, что мы определяем как клапан из нержавеющей стали для уличных / стрип- и спортивных гонок. Начнем с цельной поковки из нержавеющего сплава ЭВ-8. Этот сплав содержит немного больше никеля и хрома в необработанной поковке, поэтому они необычайно прочны».

Мартенситная сталь — это материал, используемый производителями автомобилей в клапанах двигателей оригинального оборудования. Он предлагает такие функции, как коррозионная стойкость, но ему не хватает прочности для высокопроизводительного применения. Макиннис добавляет: «Мартенситная сталь прочнее при комнатной температуре по сравнению со сплавами из нержавеющей стали, но по мере повышения температуры в зависимости от мощности она теряет некоторую прочность на растяжение, в то время как нержавеющая сталь приобретает прочность».

Спецификации SAE

Некоторые из спецификаций, которые вы хотите искать в клапанах с высокими эксплуатационными характеристиками и гонками, взяты из «кодовой системы», сертифицированной Обществом автомобильных инженеров (SAE). Описание EV8 или EV-8 для нержавеющей стали клапанов не является конкретным металлом, а основано на использовании аккумулятивных сплавов.

Такие примеры кода SAE включают код «NV» для низколегированного впускного клапана и код «HNV» для материала впускного клапана из высоколегированного сплава. Другой обычно используемый код материала обозначается как «EV» — клапанный сплав с содержанием хрома от 16 до 30 процентов и никеля от 2 до 20 процентов для улучшения качества поверхности, формуемости и износостойкости.

SAE описывает этот сплав с кодом EV как материал, популярный для использования в выпускных клапанах с высокими эксплуатационными характеристиками. Что обеспечивает долговечность клапанов Erson серии 2000? Это использование этого нержавеющего сплава EV-8 как для впускных, так и для выпускных клапанов.

На другом уровне

Клапаны второго и более высокого уровня производства Erson предназначены для всесторонних соревнований.

«Наши клапаны серии 1000 изготовлены из нержавеющей стали PS824, — объясняет Макиннис. «Это материал клапана из нержавеющей стали более высокого качества. Это то, что мы обычно рекомендуем для любого применения, где применяется любая комбинация роликового кулачка с большим подъемом, более высокого давления пружины клапана и / или работы на более высоких оборотах ».

В отличие от клапанов серии 2000, использующих классификацию материалов EV-8 согласно SAE, в клапанах серии 1000 используется специальный нержавеющий сплав PS824, обладающий высокой усталостной прочностью и прочностью на растяжение, опять же при высоких температурах сгорания.

Сплавы нержавеющей стали, используемые Erson, рассчитаны на прочность; эта металлургия, составляющая эти рабочие и всесторонние конкурентные клапаны, не может быть закалена. Закаленный стеллитный материал приваривается к наконечнику или запорной части клапана Erson. С этим жестким наконечником на каждом клапане Erson не требуются колпачки для защелок.

Макиннис отметил: «Есть два основных фактора при выборе клапана для вашего гоночного двигателя. С одной стороны, это способность клапана отводить тепло от камеры сгорания. Другой — способность клапана справляться с повышенным давлением пружины, поскольку подъем кулачка и число оборотов растут с большей производительностью».

Выпускные клапаны из инконеля

Еще один фактор, который следует учитывать при работе с закисью азота или двигателями с высоким наддувом, вступает в игру, когда температура выхлопных газов превышает диапазон температур выхлопных газов 1600 градусов (по Фаренгейту). Существует два варианта материалов для клапанов Erson серии 1000: ранее описанная нержавеющая сталь PS824 и материал Inconel. Этот материал Inconel следующего уровня используется исключительно для выпускного клапана.

Клапаны Erson, изготовленные из инконеля, имеют «интерметаллическую фазу», которая действует как «клей» внутри микроскопических зерен металла. Эта металлургия предотвращает увеличение размера этих зерен при воздействии высоких температур. Эта целостность материала обеспечивает прочность клапана при высоких температурах.

«Материал Inconel называют «суперсплавом», потому что он на самом деле становится более твердым и долговечным по мере повышения температуры выхлопных газов», — объясняет Макиннис. «Но также примите во внимание, что вы не хотите использовать клапаны Inconel, если вы используете метанол или этанол без наддува, потому что более низкие температуры выхлопа приведут к более слабому выпускному клапану».

К сожалению, этот суперсплав Inconel экспоненциально увеличивает цену выпускного клапана конкурентов. Но, если экстремальные температуры выхлопа являются фактором, материал Inconel — ваш лучший друг.

Хромирование штока клапана

Другие спецификации для линий Erson включают штоки с твердым хромированием и закаленный стеллитный материал, приваренный к наконечнику или в области фиксатора клапана. С этим жестким наконечником на каждом клапане Erson колпачки для защелок не требуются.

«Твердое» покрытие штоков клапанов Erson представляет собой ступень качества, значительно отличающуюся от других гоночных клапанов с использованием того, что описывается просто как стандартное хромирование или процесс «флеш-хромирования». Различный процесс нанесения покрытия на шток клапана, определенный Американским обществом по испытаниям и материалам (ASTM), в основном зависит от толщины наносимого хромового материала.

«Энтузиасты должны понимать разницу между блестящим хромом и твердым хромом, поскольку он применяется к штоку клапана», — добавил Макиннис. «Качественные клапаны должны иметь тяжелую хромированную поверхность с твердым покрытием. Эта большая толщина хрома обеспечивает покрытие штока на микроскопическом уровне с небольшими карманами, которые задерживают масло, и обеспечивает гораздо большую смазывающую способность между штоком клапана и направляющей».

ASTM определяет «твердый хром», обычно наносимый на шток клапана с толщиной покрытия от 3 до 35 микрометров. Сравните это со стандартным «хромированием», толщина которого обычно составляет всего один микрометр. Все клапаны Erson покрыты твердым хромом.

Подрезанный шток клапана Erson

Подрезанный шток клапана, реализованный Erson, обеспечивает значительно улучшенный поток воздуха в области портов головки блока цилиндров. Все клапаны Erson серий 1000 и 2000 стандартно поставляются с такой конструкцией с подрезкой. Уменьшенный диаметр поднутрения может быть очевидным недостатком без лучших металлов и процессов обработки.

Уменьшенный диаметр штока с выточкой значительно повышает текучесть всех клапанов Erson. Компромисс, очевидно, может быть точкой отказа в этой области. Эта потребность в прочности является причиной того, что инженеры-металлурги Erson разрабатывают клапаны с использованием лучших металлов и процессов обработки в качестве приоритета.

«Качество материала клапана, используемого производителями, играет жизненно важную роль в обеспечении прочности в этой области поднутрения», — добавляет Макиннис. «В отличие от других компонентов двигателя, которые можно закалить для повышения прочности, правильные нержавеющие сплавы, используемые в автоспорте, закаливать нельзя; максимально прочным должен быть сам материал».

Домашнее задание по вашему гоночному клапану

Изучение этих материалов и характеристик закалки может показаться утомительным. Тем не менее, как указано в сравнительных описаниях выше, это может означать разницу между надежным двигателем высокой мощности и двигателем, у которого «проваливается клапан».

«Когда речь идет о клапанах, используемых в диапазоне от 800 до 900 лошадиных сил, некоторые производители двигателей предпочитают использовать клапаны Erson серии 1000 более высокого качества, — объясняет Макиннис. Нержавеющая сталь PS824, используемая в этих клапанах, обеспечивает долговечность при более высоких оборотах и ​​более высокую прочность при повышенных температурах сгорания.

Знание материалов имеет значение

Мы описали множество сценариев, когда одна конструкция гоночных клапанов может быть лучше для одного применения, а не для другого. Проще говоря, экзотические или более дорогие клапаны могут не обязательно быть лучшими для вашего индивидуального хот-рода или тотальной гонки.

Знание материалов и того, как создаются клапаны разных марок, может объяснить разницу между прочным гоночным двигателем и «упавшим клапаном», который нанесет ущерб вашим поршням, штокам, стенкам цилиндров и головкам.