كيف تؤثر مادة معدات الصمام على أداء المنتج؟

تلعب معدات الصمام دورًا حاسمًا في المحرك ، المسؤول عن التحكم في تبديل المدخول والعادم ، مما يؤثر بشكل مباشر على أداء المحرك وكفاءته وحياة المحرك. إن اختيار المواد لمعدات الصمام له تأثير عميق على أدائها ، ينعكس بشكل أساسي في الجوانب التالية: مقاومة الحرارة ، ومقاومة التآكل ، ومقاومة التآكل ، والقوة الميكانيكية ، والوزن وتكاليف التصنيع. سيناقش ما يلي بالتفصيل تأثير المواد على أداء معدات الصمام.

1. مقاومة الحرارة

تتعرض الصمامات لدرجات حرارة عالية أثناء تشغيل المحرك ، وخاصة صمامات العادم ، والتي يمكن أن تعمل في درجات حرارة تتراوح بين 700°ج إلى 900°لذلك ، يجب أن يكون لمادة الصمام مقاومة جيدة للحرارة للتأكد من أنها يمكن أن تحافظ على خصائص ميكانيكية مستقرة ودقة الأبعاد في درجات حرارة عالية. إذا كانت مقاومة الحرارة للمادة غير كافية ، فقد يتم تشويه الصمام أو تليينه أو يذوبه في درجات حرارة عالية ، مما يؤدي إلى فشل ختم الصمام ، مما يؤثر على نسبة الضغط وكفاءة الاحتراق للمحرك.

الحرارة شائعة الاستخدام-تشمل المواد المقاومة الحرارة-الصلب المقاوم للسبائك والفولاذ المقاوم للصدأ والنيكل-سبائك قائمة. على سبيل المثال ، 21-4N (21% الكروم ، 4% النيكل) هي مادة صمام العادم شائعة الاستخدام مع مقاومة عالية درجة الحرارة عالية. بالإضافة إلى ذلك ، يتم استخدام سبائك التيتانيوم تدريجياً في تصنيع الصمامات العالية-محركات الأداء بسبب وزنها الخفيف ومقاومة الحرارة العالية.

2. ارتداء المقاومة

سيتصل الصمام بشكل متكرر بمقعد الصمام أثناء عملية العمل ، خاصة في المرتفع-محرك السرعة ، والاحتكاك بين الصمام والمقعد سيؤدي إلى التآكل. إذا كانت مقاومة التآكل لمادة الصمام غير كافية ، فإن سطح التلامس بين الصمام وحلقة مقعد الصمامات سوف تلبس تدريجياً ، مما يؤدي إلى ختم صمام فضفاض ، مما سيؤثر على نسبة الضغط وكفاءة الاحتراق للمحرك.

لتحسين مقاومة التآكل ، عادة ما تتطلب مواد الصمام معالجة السطح ، مثل النترنج أو الكربنة أو الطلاء. على سبيل المثال ، يتم طلاء بعض الصمامات بسبائك صلبة ، مثل كربيد التنغستن أو نيتريد التيتانيوم ، لتحسين مقاومة التآكل. بالإضافة إلى ذلك ، فإن صلابة مادة الصمام هي أيضًا مؤشر مهم ، وعادة ما يكون للمواد ذات الصلابة العالية مقاومة تآكل أفضل.

3. مقاومة التآكل

أثناء تشغيل المحرك ، سيتم إنتاج عدد كبير من منتجات الاحتراق ، مثل الكبريتيد ، وأكاسيد النيتروجين ، وما إلى ذلك ، والتي ستؤدي إلى تآكل سطح الصمام. صمامات العادم ، على وجه الخصوص ، أكثر عرضة للتآكل بسبب فترة طويلة-مصطلح التعرض لدرجات الحرارة المرتفعة والغازات التآكل. إذا كانت مقاومة تآكل مادة الصمام غير كافية ، فسيتم تآكل سطح الصمام تدريجياً ، مما يؤدي إلى فشل ختم الصمام ، مما سيؤثر على أداء المحرك وحياة المحرك.

من أجل تحسين مقاومة التآكل ، عادة ما تحتاج مواد الصمام إلى إضافة بعض العناصر المقاومة للتآكل ، مثل الكروم والنيكل وما إلى ذلك. على سبيل المثال ، الفولاذ المقاوم للصدأ (مثل الفولاذ المقاوم للصدأ مارتينيسيتيك والفولاذ المقاوم للصدأ الأوستينيتي) غالبًا ما يستخدم في تصنيع الصمامات بسبب مقاومة التآكل الجيدة. بالإضافة إلى ذلك ، تتم معالجة بعض مواد الصمامات أيضًا ، مثل طلاء الكروم أو الطلاء المقاوم للتآكل ، لزيادة تحسين مقاومة التآكل.

4. القوة الميكانيكية

يحتاج الصمام إلى تحمل التأثير المتكرر من ربيع الصمام وعلى ارتفاع-عمل غاز الضغط من غرفة الاحتراق أثناء عملية العمل ، وبالتالي يجب أن يكون لمادة الصمام قوة ميكانيكية كافية لمقاومة هذه القوى الخارجية. إذا كانت القوة الميكانيكية لمادة الصمام غير كافية ، فقد يكسر الصمام أو تشوه أثناء فترة طويلة-تشغيل مصطلح ، مما أدى إلى فشل المحرك.

من أجل تحسين القوة الميكانيكية ، عادة ما تحتاج مواد الصمام إلى معالجتها بالحرارة ، مثل التبريد والتهدئة ، لتحسين صلابة وصيادتها. بالإضافة إلى ذلك ، يعد تصميم تكوين مادة الصمام مهمًا جدًا أيضًا ، مثل إضافة كمية مناسبة من الكربون والمنغنيز والسيليكون والعناصر الأخرى ، والتي يمكن أن تحسن قوة وصلابة المادة.

الخطوة 5: الوزن

وزن الصمام له أيضًا تأثير مهم على أداء المحرك. يمكن للصمام الأخف أن يقلل من قوة القصور الذاتي للمحرك وتحسين استجابة السرعة والاقتصاد في استهلاك الوقود للمحرك. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن للصمام الأخف أيضًا أن يقلل من حمولة نابض الصمام وتمديد عمر ربيع الصمام.

من أجل تقليل وزن الصمام ، غالبًا ما تستخدم المواد الخفيفة مثل سبيكة التيتانيوم. لا تتمتع سبائك التيتانيوم بقوة عالية فحسب ، بل هي أيضًا كثافة منخفضة ، هي المادة المثالية لتصنيع الصمامات الخفيفة. ومع ذلك ، فإن سبائك التيتانيوم لها تكلفة أعلى وعادة ما تستخدم فقط في ارتفاع-محركات الأداء أو محركات السباقات.

6. تكلفة التصنيع

تكلفة مادة الصمام هي أيضًا عامل مهم يؤثر على اختياره. عالي-مواد الأداء ، مثل سبائك التيتانيوم والنيكل-على الرغم من أن السبائك المستندة إلى الأداء الممتاز ، إلا أن تكلفتها أعلى وعادة ما تستخدم فقط في ارتفاع-نهاية أو خاصة-محركات الغرض. على النقيض من ذلك ، فإن الفولاذ العادي والفولاذ المقاوم للصدأ يتمتعون بتكلفة أقل ويستخدمون على نطاق واسع في محركات السيارات العادية.

من أجل تحقيق توازن بين الأداء والتكلفة ، يختار مصنعو الصمامات عادة المادة المناسبة للمتطلبات المحددة للمحرك. على سبيل المثال ، بالنسبة للسيارات العائلية العادية ، من الشائع اختيار مواد صمام أداء أقل ولكنها كافية ، في حين أن عالية-محركات الأداء أو محركات السباقات ، تكلفة أعلى ولكن سيتم اختيار مواد أداء أفضل.

7. الموصلية الحرارية

يحتاج الصمام إلى إجراء الحرارة بسرعة إلى مقعد الصمام ورأس الأسطوانة أثناء التشغيل لمنع الصمام من ارتفاع درجة الحرارة. إذا كانت الموصلية الحرارية لمادة الصمام ضعيفة ، فقد يتم تشوه الصمام أو تلفها بسبب ارتفاع درجة الحرارة ، مما يؤثر على أداء المحرك وحياة المحرك.

من أجل تحسين الموصلية الحرارية ، عادة ما تحتاج مادة الصمام إلى الموصلية الحرارية الجيدة. على سبيل المثال ، غالبًا ما تستخدم سبيكة الألومنيوم لصنع حلقات مقاعد الصمام بسبب الموصلية الحرارية الجيدة ، وعادة ما يتم اختيار مادة الصمام كصلب من الصلب أو الفولاذ المقاوم للصدأ مع توصيل حراري جيد.

8. معامل التمدد الحراري

سيشهد الصمام تغييرات جذرية في درجة الحرارة أثناء التشغيل ، وبالتالي يجب أن يتطابق معامل التمدد الحراري لمادة الصمام مع مادة حلقة مقعد الصمام ورأس الأسطوانة. إذا لم يتطابق معامل التمدد الحراري ، فقد يكون الصمام عالقًا أو مغلقًا بشكل فضفاض في درجات حرارة عالية ، مما يؤثر على أداء المحرك.

من أجل ضمان مطابقة الصمام مع معامل التوسع الحراري لمقعد الصمام ورأس الأسطوانة ، يحتاج اختيار مادة الصمام عادة إلى النظر في التصميم العام للمحرك. على سبيل المثال ، تستخدم بعض المحركات مواد مع معامل مماثل من التمدد الحراري لصنع الصمامات ومقاعد الصمام لضمان الحفاظ على أداء ختم جيد في درجات حرارة عالية.

خاتمة

إن مادة معدات الصمام لها تأثير مهم على أدائها ، ومقاومة الحرارة ، ومقاومة التآكل ، ومقاومة التآكل ، والقوة الميكانيكية ، والوزن ، وتكلفة التصنيع ، والتوصيل الحراري ، ومعامل التوسع الحراري وعوامل أخرى يجب مراعاتها في اختيار المادة. سيناريوهات تطبيق المحرك المختلفة لها متطلبات مختلفة لمواد الصمام ، لذلك يحتاج مصنعو الصمامات إلى اختيار المادة المناسبة وفقًا لاحتياجاتهم الخاصة للتأكد من أن معدات الصمام يمكن أن تؤدي في المحرك. مع تطور علوم المواد ، قد يكون هناك المزيد-الأداء ، منخفض-مواد صمام التكلفة في المستقبل ، مما يعزز تقدم تقنية المحرك.