バルブ機器の材料は、製品の性能にどのように影響しますか？

バルブ機器は、エンジンで重要な役割を果たし、摂取量と排気スイッチングの制御を担当し、エンジンの性能、効率、寿命に直接影響します。バルブ装置の材料選択は、その性能に大きな影響を与えます。これは、主に耐熱性、耐摩耗性、耐性抵抗、機械的強度、重量、製造コストの次の側面に反映されています。以下では、バルブ機器の性能に対する材料の効果について詳しく説明します。

1。耐熱性

バルブは、エンジンの動作中に高温にさらされています。特に、700からの温度で動作できる排気バルブ°C〜900°C.したがって、バルブ材料は、安定した機械的特性と高温で寸法精度を維持できるように、良好な耐熱性を持つ必要があります。材料の耐熱性が不十分な場合、バルブは高温で変形したり、軟化したり、溶けたりすることさえあり、バルブシールの故障を引き起こし、エンジンの圧縮率と燃焼効率に影響します。

一般的に使用される熱-耐性材料には熱が含まれます-耐性合金鋼、ステンレス鋼、ニッケル-ベースの合金。たとえば、21-4n (21% クロム、4% ニッケル) 優れた高温抵抗を備えた一般的に使用される排気バルブ材料です。さらに、チタン合金は、高さのバルブ製造で徐々に使用されます-軽量と高耐熱性のためにパフォーマンスエンジン。

2。耐摩耗性

バルブは、作業プロセス中、特に高度に頻繁にバルブシートに接触します-スピードエンジン、バルブとシートの間の摩擦は摩耗します。バルブ材料の耐摩耗性が不十分な場合、バルブとバルブシートリングの間の接触面は徐々に摩耗し、バルブシールが緩くなり、エンジンの圧縮比と燃焼効率に影響します。

耐摩耗性を改善するために、バルブ材料は通常、ニトリッド、浸炭、コーティングなどの表面処理が必要です。たとえば、一部のバルブには、耐摩耗性を改善するために、炭化タングステンや硝化チタンなどの硬い合金でコーティングされています。さらに、バルブ材料の硬度も重要な指標であり、硬度が高い材料は通常、耐摩耗性が高くなります。

3。耐食性

エンジンの動作中、硫化物、窒素酸化物など、バルブ表面を腐食させるなど、多数の燃焼生成物が生成されます。特に排気バルブは、長いため腐食を受けやすいです-高温および腐食性ガスへの期間の曝露。バルブ材料耐性抵抗が不十分な場合、バルブ表面が徐々に腐食し、バルブシールの故障が発生し、エンジンの性能と寿命に影響します。

腐食抵抗を改善するために、バルブ材料は通常、クロム、ニッケルなどの耐食性要素を追加する必要があります。たとえば、ステンレス鋼 (マルテンサイトステンレス鋼やオーステナイトステンレス鋼など) 腐食抵抗が良好なため、バルブの製造でよく使用されます。さらに、一部のバルブ材料は、クロムメッキや耐食性コーティングなどの表面処理も行い、耐食性をさらに改善します。

4。機械的強度

バルブは、バルブスプリングとハイからの繰り返しの衝撃に耐える必要があります-作業プロセス中の燃焼室からの圧力ガス作用。したがって、バルブ材料は、これらの外力に抵抗するのに十分な機械的強度を持たなければなりません。バルブ材料の機械的強度が不十分な場合、バルブは長い間壊れたり変形したりする可能性があります-エンジンの故障をもたらす期間操作。

機械的強度を改善するために、バルブ材料は通常、クエンチングや焼き戻しなどの熱処理を行う必要があります。さらに、適切な量の炭素、マンガン、シリコン、その他の元素を追加するなど、バルブ材料の組成設計も非常に重要です。

ステップ5：重量

バルブの重量は、エンジンの性能にも重要な影響を及ぼします。軽いバルブは、エンジンの慣性力を減らし、エンジンの速度応答と燃費を改善できます。さらに、明るいバルブは、バルブスプリングの荷重を減らし、バルブスプリングの寿命を延ばすこともできます。

バルブの重量を減らすために、チタン合金などの軽量材料がよく使用されます。チタン合金は、高強度だけでなく、低密度でもあり、軽量バルブの製造に理想的な材料です。ただし、チタン合金のコストが高く、通常は高いだけで使用されます-パフォーマンスエンジンまたはレーシングエンジン。

6。製造コスト

バルブ材料のコストも、その選択に影響を与える重要な要因です。高い-チタン合金やニッケルなどのパフォーマンス素材-ベースの合金は、優れたパフォーマンスを持っていますが、コストは高く、通常は高いだけで使用されます-終了または特別-目的エンジン。対照的に、通常の合金鋼とステンレス鋼のコストは低く、通常の自動車エンジンで広く使用されています。

パフォーマンスとコストのバランスをとるために、バルブメーカーは通常、エンジンの特定の要件に適した材料を選択します。たとえば、普通の家族の車の場合、低コストで十分なパフォーマンスバルブ素材を選択するのが一般的ですが、-パフォーマンスエンジンまたはレーシングエンジン、より高いコストであるがより良いパフォーマンス資料が選択されます。

7。熱伝導率

バルブは、バルブの過熱を防ぐために、動作中にバルブシートとシリンダーヘッドに急速に熱を伝導する必要があります。バルブ材料の熱伝導率が低い場合、過熱のためにバルブが変形または損傷し、エンジンの性能と寿命に影響を与えます。

熱伝導率を向上させるために、バルブ材料は通常、良好な熱伝導率を持つ必要があります。たとえば、アルミニウム合金は、その良好な熱伝導率のためにバルブシートリングを作るためによく使用され、バルブ材料は通常、良好な熱伝導率を持つ合金鋼またはステンレス鋼として選択されます。

8。熱膨張係数

バルブは動作中に温度が劇的に変化するため、バルブ材料の熱膨張係数は、バルブシートリングとシリンダーヘッドの材料と一致する必要があります。熱膨張係数が一致しない場合、バルブが高温でゆるく詰まったり密閉されたりして、エンジンの性能に影響を与える可能性があります。

バルブがバルブシートとシリンダーヘッドの熱膨張係数と一致するようにするために、バルブ材料の選択は通常、エンジンの全体的な設計を考慮する必要があります。たとえば、一部のエンジンは、同様の熱膨張係数を持つ材料を使用して、バルブとバルブシートを作り、高温で良好なシーリング性能を維持することを保証します。

結論

バルブ装置の材料は、その性能、耐熱性、耐摩耗性、耐食性、機械的強度、重量、製造コスト、熱伝導率、熱膨張係数などに重要な影響を及ぼし、その他の要因を材料の選択において考慮する必要があります。異なるエンジンアプリケーションシナリオにはバルブ材料の要件が異なるため、バルブメーカーは、バルブ機器がエンジンで実行できるようにするために、特定のニーズに応じて適切な材料を選択する必要があります。材料科学の開発により、もっと高いかもしれません-パフォーマンス、低い-将来のコストバルブ材料は、エンジンテクノロジーの進捗をさらに促進します。