Компания Federal-MogulPowertrain создала материалы, отличающиеся высокой прочностью и повышенной коррозионной стойкостью.
Новые металлические порошки, предназначенные для изготовления направляющих втулок и седел клапанов производства компании Federal-Mogul Powertrain, подразделения Federal-Mogul Holdings Corporation (NASDAQ: FDML), обеспечивают повышенную стойкость к коррозии, механическую прочность и уменьшенные расходы по сравнению с традиционными материалами для литья. Изделия, изготовленные из этих материалов, способствуют снижению выбросов CO2 — они позволяют изготавливать седла клапанов с фаской под таким углом, при котором выхлопные газы быстрее покидают камеру сгорания. Эти изделия в основном предназначены для применения в двигателях магистральных и внедорожных грузовых автомобилей, а также в мощных двигателях прогулочных судов.
«Переход от использования сплавов к применению металлических порошков в сфере легковых автомобилей начался несколько десятилетий назад, а сейчас мы наблюдаем аналогичную тенденцию в области двигателей для тяжелой техники. Новые материалы отличаются повышенной коррозионной стойкостью, износостойкостью и механической прочностью, — сказал Жан-Мария Оливетти (Gian Maria Olivetti), директор по технологиям Federal-Mogul Powertrain. — В настоящее время на долю металлических порошков приходится примерно 25 % рынка деталей двигателей для тяжелой техники, и на фоне проявляемого производителями техники интереса эта цифра стабильно увеличивается».
Преимущества металлических порошков обусловлены особенностями их структуры: такие материалы не должны быть однородными, поэтому для достижения конкретных свойств можно подбирать фазы и микроструктуры порошков — все зависит от поставленных задач. Кроме того, изделия из таких материалов сразу производятся в чистовом размере, что уменьшает количество операций обработки и повышает рентабельность производства изделий и заготовок.
Седла клапанов
Federal-Mogul FM-S20B — это новый материал для изготовления седел впускных клапанов, отличающийся непревзойденной коррозионной стойкостью. Соль, которую посыпают на дороги в развитых странах, и топливо с варьирующимся процентом содержания серы, распространенное на развивающихся рынках, способствуют коррозии впускных клапанов двигателя и увеличению конденсата из-за большего объема рециркуляции отработавших газов.
Материал FM-S20B создан на основе железа, чем выгодно отличается от сравнимых литых сплавов на базе дорогостоящего кобальта. В рамках испытаний во время разработки седла клапанов из FM-S20B продемонстрировали более высокую коррозионную стойкость, чем изделия различных классов, полученные литьем. Достижение заявленных характеристик было подтверждено в ходе испытаний деталей в двигателях.
Для седел выпускных клапанов, которые подвергаются более высоким тепловым и механическим нагрузкам, специалисты компании Federal-Mogul Powertrain разработали материал FM-S33P. Входящие в состав кобальт и быстрорежущая сталь делают его исключительно износостойким. Из материала, запущенного в опытное производство, была изготовлена партия деталей, предназначенных для проведения испытаний клиентами, эксплуатирующими соответствующие двигатели. Он очень хорошо зарекомендовал себя в сравнении со сплавом Т400 на основе кобальта. Позднее в текущем году специалисты компании Federal-Mogul Powertrain проведут испытания деталей из этого материала в двигателях, работающих на сжатом природном газе.
Экстремальные нагрузки, которые испытывают седла клапанов двигателей тяжелой техники, вынудили разработчиков перейти от традиционного 45-градусного угла фаски к углу, равному 30 и даже 20 градусам, что позволяет повысить износостойкость. Такое решение — компромисс: ухудшились характеристики потока газов, но увеличился срок службы деталей. Разработка специалистами компании Federal-Mogul Powertrain новых материалов позволяет вернуться к использованию оптимального угла фаски при сохранении выдающейся износостойкости и снижении выбросов CO2.
Еще одним преимуществом седел клапанов, изготовленных из металлических порошков, является двуслойность конструкции: задняя поверхность седла, прилегающая к головке блока цилиндров, отличается по составу от передней поверхности, которая контактирует с клапаном. В зависимости от требований заказчика задняя поверхность седла может быть изготовлена из различных материалов: более дешевого материала для снижения стоимости детали, обогащенного медью материала для улучшенного отвода тепла или более прочного материала для соответствия по модулю упругости чугунным головкам блока цилиндров.
Для задней поверхности седел клапанов инженеры компании Federal-Mogul Powertrain разработали два материала — FM-S60A и FM-S60B, соответствующие требованиям при изготовлении чугунных головок блока цилиндров двигателей тяжелой техники. Каждый материал оптимизирован для достижения наилучших характеристик при взаимодействии с активным слоем седел.
Направляющие втулки клапанов
Для направляющих втулок клапанов компания Federal-Mogul Powertrain подготовила к выпуску на рынок два новых металлических порошка: FM-G15E и FM-G15N. Они создавались для применения в двигателях, эксплуатируемых в тяжелых условиях и испытывающих высокую поперечную нагрузку, включая работающие на сжатом природном газе энергетические установки.
Материал FM-G15E представляет собой специально обработанный порошок стали с большим содержанием твердых смазывающих частиц, снижающих трение и повышающих износостойкость. Обработка вакуумным маслом обеспечивает дополнительную смазывающую способность и исключительное сочетание механической обрабатываемости и долговечности. Специалисты компании Federal-Mogul Powertrain располагают данными о механической обрабатываемости материала FM-G15E и могут порекомендовать своим клиентам оптимальные режимы обработки.
Для применения в условиях чрезмерно высоких температур и поперечных нагрузок создан материал FM-G15N. Он обеспечивает необходимые надежность и износостойкость за счет применения хромистой стали с однородным распределением твердых смазывающих частиц и обработки вакуумным маслом. Направляющие втулки, изготовленные из материала FM-G15N, прошли 1500-часовое испытание в двигателе и продемонстрировали полное соответствие требованиям клиентов как к впускным, так и к выпускным клапанам.
Преимущества материалов из порошковой стали дают компании Federal-Mogul Powertrain возможность применять их и в двигателях с направляющими втулками клапанов длиной более 100 мм, так как ее специалистам удалось преодолеть проблему сжатия таких длинных деталей. Направляющие втулки поставляются как полностью готовыми к установке, так и в виде заготовки необходимой длины. Процесс обработки предусматривает предварительное рассверливание и последующую развертку для получения окончательного отверстия.
«Компания Federal-Mogul Powertrain изначально разрабатывала направляющие втулки и седла клапанов из металлического порошка для бензиновых автомобильных двигателей, работающих в условиях высоких температур, и мощных дизельных двигателей. Однако эти втулки хорошо показали себя при использовании в двигателях энергетических установок, работающих на сжатом природном газе непосредственно на нефтяных месторождениях в условиях жаркой и сухой погоды, а также отсутствие смазки в виде нагара от сгорания дизельного топлива ведет к повышенному износу литых деталей, — прокомментировал Фрэнк Цвайн (Frank Zwein), технический руководитель отдела по применению седел и направляющих втулок клапанов компании Federal-Mogul Powertrain. — Испытание деталей в двигателе длилось более 10 тысяч часов в тяжелых условиях и выявило почти нулевой уровень износа».
Компания Federal-Mogul Powertrain представит ассортимент седел и направляющих втулок клапанов, а также смежных деталей на Международном автомобильном салоне в Ганновере (Германия), который пройдет с 22 по 29 сентября 2016 года. Продукцию компании можно будет увидеть на стенде C28 в зале 13.
