วัสดุของอุปกรณ์วาล์วมีผลต่อประสิทธิภาพของผลิตภัณฑ์อย่างไร

อุปกรณ์วาล์วมีบทบาทสำคัญในเครื่องยนต์รับผิดชอบในการควบคุมการบริโภคและการสลับไอเสียส่งผลโดยตรงต่อประสิทธิภาพประสิทธิภาพและอายุการใช้งานของเครื่องยนต์ การเลือกวัสดุของอุปกรณ์วาล์วมีผลกระทบอย่างลึกซึ้งต่อประสิทธิภาพซึ่งส่วนใหญ่สะท้อนให้เห็นในด้านต่อไปนี้: ความต้านทานความร้อน, ความต้านทานการสึกหรอ, ความต้านทานการกัดกร่อน, ความแข็งแรงเชิงกล, น้ำหนักและต้นทุนการผลิต ต่อไปนี้จะกล่าวถึงรายละเอียดเกี่ยวกับผลกระทบของวัสดุที่มีต่อประสิทธิภาพของอุปกรณ์วาล์ว

1. ความต้านทานความร้อน

วาล์วสัมผัสกับอุณหภูมิสูงในระหว่างการทำงานของเครื่องยนต์โดยเฉพาะอย่างยิ่งวาล์วไอเสียซึ่งสามารถทำงานได้ที่อุณหภูมิตั้งแต่ 700°C ถึง 900°C. ดังนั้นวัสดุวาล์วจะต้องมีความต้านทานความร้อนที่ดีเพื่อให้แน่ใจว่าสามารถรักษาคุณสมบัติเชิงกลที่มีเสถียรภาพและความแม่นยำมิติที่อุณหภูมิสูง หากความต้านทานความร้อนของวัสดุไม่เพียงพอวาล์วอาจผิดรูปอ่อนหรือละลายที่อุณหภูมิสูงส่งผลให้เกิดความล้มเหลวของซีลวาล์วซึ่งส่งผลต่ออัตราส่วนการบีบอัดและประสิทธิภาพการเผาไหม้ของเครื่องยนต์

ความร้อนที่ใช้กันทั่วไป-วัสดุที่ทนได้รวมถึงความร้อน-เหล็กอัลลอยด์สแตนเลสและนิกเกิลทน-อัลลอยด์อิง ตัวอย่างเช่น 21-4N (21% โครเมียม 4% นิกเกิล) เป็นวัสดุวาล์วไอเสียที่ใช้กันทั่วไปที่มีความต้านทานอุณหภูมิสูงที่ยอดเยี่ยม นอกจากนี้โลหะผสมไทเทเนียมจะค่อยๆใช้ในการผลิตวาล์วสูง-เครื่องยนต์ประสิทธิภาพเนื่องจากน้ำหนักเบาและความต้านทานความร้อนสูง

2. ความต้านทานการสึกหรอ

วาล์วมักจะติดต่อกับที่นั่งวาล์วในระหว่างกระบวนการทำงานโดยเฉพาะอย่างยิ่งในระดับสูง-เครื่องยนต์ความเร็วแรงเสียดทานระหว่างวาล์วและที่นั่งจะนำไปสู่การสึกหรอ หากความต้านทานการสึกหรอของวัสดุวาล์วไม่เพียงพอพื้นผิวสัมผัสระหว่างวาล์วและวงแหวนที่นั่งวาล์วจะค่อยๆเสื่อมสภาพส่งผลให้ซีลวาล์วหลวมซึ่งจะส่งผลต่ออัตราส่วนการบีบอัดและประสิทธิภาพการเผาไหม้ของเครื่องยนต์

เพื่อปรับปรุงความต้านทานการสึกหรอวัสดุวาล์วมักจะต้องใช้การรักษาพื้นผิวเช่นไนไตรด์คาร์บูไรซิ่งหรือการเคลือบ ตัวอย่างเช่นวาล์วบางตัวถูกเคลือบด้วยโลหะผสมแข็งเช่นทังสเตนคาร์ไบด์หรือไทเทเนียมไนไตรด์เพื่อปรับปรุงความต้านทานการสึกหรอของพวกเขา นอกจากนี้ความแข็งของวัสดุวาล์วยังเป็นตัวบ่งชี้ที่สำคัญและวัสดุที่มีความแข็งสูงกว่ามักจะมีความต้านทานการสึกหรอที่ดีขึ้น

3. ความต้านทานการกัดกร่อน

ในระหว่างการทำงานของเครื่องยนต์จะมีการผลิตผลิตภัณฑ์เผาไหม้จำนวนมากเช่นซัลไฟด์ไนโตรเจนออกไซด์ ฯลฯ ซึ่งจะกัดกร่อนพื้นผิววาล์ว โดยเฉพาะอย่างยิ่งวาล์วไอเสียมีความอ่อนไหวต่อการกัดกร่อนมากขึ้นเนื่องจากความยาว-การสัมผัสกับอุณหภูมิสูงและก๊าซกัดกร่อน หากความต้านทานการกัดกร่อนของวัสดุวาล์วไม่เพียงพอพื้นผิววาล์วจะค่อยๆสึกกร่อนส่งผลให้เกิดความล้มเหลวในการปิดผนึกวาล์วซึ่งจะส่งผลกระทบต่อประสิทธิภาพและอายุการใช้งานของเครื่องยนต์

เพื่อปรับปรุงความต้านทานการกัดกร่อนวัสดุวาล์วมักจะต้องเพิ่มองค์ประกอบที่ทนต่อการกัดกร่อนเช่นโครเมียมนิกเกิลและอื่น ๆ ตัวอย่างเช่นสแตนเลส (เช่นสแตนเลสสตีลมาร์เทนซิติกและสแตนเลสออสเทนนิติก) มักใช้ในการผลิตวาล์วเนื่องจากมีความต้านทานการกัดกร่อนที่ดี นอกจากนี้วัสดุวาล์วบางชนิดยังได้รับการบำบัดด้วยพื้นผิวเช่นการชุบโครเมี่ยมหรือการเคลือบที่ทนต่อการกัดกร่อนเพื่อปรับปรุงความต้านทานการกัดกร่อนของพวกเขาต่อไป

4. ความแข็งแรงเชิงกล

วาล์วจำเป็นต้องทนต่อผลกระทบซ้ำ ๆ จากสปริงวาล์วและสูง-การกระทำของก๊าซความดันจากห้องเผาไหม้ในระหว่างกระบวนการทำงานดังนั้นวัสดุวาล์วจะต้องมีความแข็งแรงเชิงกลเพียงพอที่จะต้านทานแรงภายนอกเหล่านี้ หากความแข็งแรงเชิงกลของวัสดุวาล์วไม่เพียงพอวาล์วอาจแตกหรือเสียรูปในระยะยาว-การทำงานของคำศัพท์ส่งผลให้เครื่องยนต์ล้มเหลว

เพื่อปรับปรุงความแข็งแรงเชิงกลวัสดุวาล์วมักจะต้องได้รับการรักษาด้วยความร้อนเช่นการดับและการแบ่งเบาบรรเทาเพื่อปรับปรุงความแข็งและความทนทานของพวกเขา นอกจากนี้การออกแบบองค์ประกอบของวัสดุวาล์วก็มีความสำคัญเช่นกันเช่นการเพิ่มปริมาณคาร์บอนแมงกานีสซิลิคอนและองค์ประกอบอื่น ๆ ที่เหมาะสมซึ่งสามารถปรับปรุงความแข็งแรงและความแข็งของวัสดุได้

ขั้นตอนที่ 5: น้ำหนัก

น้ำหนักของวาล์วยังมีผลกระทบที่สำคัญต่อประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ วาล์วที่มีน้ำหนักเบาสามารถลดแรงเฉื่อยของเครื่องยนต์และปรับปรุงการตอบสนองความเร็วและการประหยัดเชื้อเพลิงของเครื่องยนต์ นอกจากนี้วาล์วที่เบากว่ายังสามารถลดภาระของสปริงวาล์วและยืดอายุของสปริงวาล์ว

เพื่อลดน้ำหนักของวาล์ววัสดุที่มีน้ำหนักเบาเช่นโลหะผสมไทเทเนียมมักจะใช้ โลหะผสมไทเทเนียมไม่เพียง แต่มีความแข็งแรงสูง แต่ยังมีความหนาแน่นต่ำเป็นวัสดุที่เหมาะสำหรับการผลิตวาล์วน้ำหนักเบา อย่างไรก็ตามโลหะผสมไทเทเนียมมีค่าใช้จ่ายสูงกว่าและมักจะใช้ในระดับสูงเท่านั้น-เครื่องยนต์ประสิทธิภาพหรือเครื่องยนต์แข่ง

6. ต้นทุนการผลิต

ค่าใช้จ่ายของวัสดุวาล์วเป็นปัจจัยสำคัญที่มีผลต่อการเลือก สูง-วัสดุประสิทธิภาพเช่นโลหะผสมไทเทเนียมและนิกเกิล-อัลลอยด์ตามแม้ว่าพวกเขาจะมีประสิทธิภาพที่ยอดเยี่ยมค่าใช้จ่ายของพวกเขาจะสูงกว่าและมักจะใช้ในระดับสูงเท่านั้น-จบหรือพิเศษ-เครื่องยนต์วัตถุประสงค์ ในทางตรงกันข้ามเหล็กอัลลอยด์ธรรมดาและสแตนเลสมีต้นทุนที่ต่ำกว่าและใช้กันอย่างแพร่หลายในเครื่องยนต์ยานยนต์ธรรมดา

เพื่อที่จะสร้างสมดุลระหว่างประสิทธิภาพและค่าใช้จ่ายผู้ผลิตวาล์วมักจะเลือกวัสดุที่เหมาะสมสำหรับข้อกำหนดเฉพาะของเครื่องยนต์ ตัวอย่างเช่นสำหรับรถยนต์ครอบครัวธรรมดามันเป็นเรื่องปกติที่จะเลือกต้นทุนที่ต่ำกว่า แต่วัสดุวาล์วประสิทธิภาพเพียงพอในขณะที่สูง-เอ็นจิ้นประสิทธิภาพหรือเครื่องยนต์แข่งรถจะมีการเลือกวัสดุที่ดีกว่า แต่จะเลือกวัสดุประสิทธิภาพที่ดีขึ้น

7. การนำความร้อน

วาล์วจำเป็นต้องดำเนินการความร้อนอย่างรวดเร็วไปยังที่นั่งวาล์วและหัวกระบอกสูบระหว่างการทำงานเพื่อป้องกันไม่ให้วาล์วร้อนเกินไป หากค่าการนำความร้อนของวัสดุวาล์วไม่ดีวาล์วอาจผิดรูปหรือเสียหายเนื่องจากความร้อนสูงเกินไปส่งผลกระทบต่อประสิทธิภาพและอายุการใช้งานของเครื่องยนต์

เพื่อปรับปรุงการนำความร้อนวัสดุวาล์วมักจะต้องมีค่าการนำความร้อนที่ดี ตัวอย่างเช่นอัลลอยอลูมิเนียมมักจะใช้ในการสร้างวงแหวนที่นั่งวาล์วเนื่องจากการนำความร้อนที่ดีและวัสดุวาล์วมักจะถูกเลือกเป็นเหล็กกล้าหรือสแตนเลสที่มีค่าการนำความร้อนที่ดี

8. สัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อน

วาล์วจะมีการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิอย่างมากในระหว่างการทำงานดังนั้นค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนของวัสดุวาล์วจะต้องตรงกับวัสดุของวงแหวนที่นั่งวาล์วและหัวกระบอกสูบ หากค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนไม่ตรงกันวาล์วอาจติดอยู่หรือปิดผนึกอย่างหลวม ๆ ที่อุณหภูมิสูงส่งผลกระทบต่อประสิทธิภาพของเครื่องยนต์

เพื่อให้แน่ใจว่าวาล์วตรงกับค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนของที่นั่งวาล์วและหัวทรงกระบอกการเลือกวัสดุวาล์วมักจะต้องพิจารณาการออกแบบโดยรวมของเครื่องยนต์ ตัวอย่างเช่นเครื่องยนต์บางตัวใช้วัสดุที่มีค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนที่คล้ายกันเพื่อทำวาล์วและที่นั่งวาล์วเพื่อให้แน่ใจว่าพวกเขายังคงประสิทธิภาพการปิดผนึกที่ดีที่อุณหภูมิสูง

บทสรุป

วัสดุของอุปกรณ์วาล์วมีผลกระทบที่สำคัญต่อประสิทธิภาพความต้านทานความร้อนความต้านทานการสึกหรอความต้านทานการกัดกร่อนความแข็งแรงเชิงกลน้ำหนักต้นทุนการผลิตค่าการนำความร้อนและค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนและปัจจัยอื่น ๆ ที่ต้องพิจารณาในการเลือกวัสดุ สถานการณ์การใช้งานเครื่องยนต์ที่แตกต่างกันมีข้อกำหนดที่แตกต่างกันสำหรับวัสดุวาล์วดังนั้นผู้ผลิตวาล์วจำเป็นต้องเลือกวัสดุที่เหมาะสมตามความต้องการเฉพาะของพวกเขาเพื่อให้แน่ใจว่าอุปกรณ์วาล์วสามารถทำงานได้ในเครื่องยนต์ ด้วยการพัฒนาวิทยาศาสตร์วัสดุอาจมีสูงกว่า-ประสิทธิภาพต่ำ-วัสดุต้นทุนวาล์วในอนาคตส่งเสริมความคืบหน้าของเทคโนโลยีเครื่องยนต์