Diesel Motorretarako Metalezko C Eraztun Zigilu Estatikoen Diseinu eta Aplikazio Ikerketa 700 °C / 100 MPa-ko Muturreko Baldintzetan

Diesel motor modernoen ikerketan, garapenean eta diseinuan, zilindro-buruaren junta (zigilatzeko egitura) motor osoko karga termiko-mekaniko akoplatuenak jasaten ditu. Burdinurtuzko motor-blokearen eta aluminiozko aleaziozko zilindro-buruaren arteko propietate fisikoen arteko desberdintasunengatik, desplazamendu eta deformazio oso zailak gertatzen dira tenperatura altuetan, presio altuetan eta inpaktu zikliko dinamikoetan.

Muturreko funtzionamendu-baldintzei aurre egiteko700–800 °C-ko tenperatura maximoa, 100 MPa-ko pultsu ziklikoen presioa, etaburdinurtuzko / aluminiozko aleazio metalen konbinazio desberdina, -aMetalezko C eraztun zigilu estatikoa, bere egitura-elastikotasun eta malguki-ahalmen paregabeari esker, zilindroaren errekuntza-presioaren ihesak saihesteko irtenbide aproposa da.

1. Eragiketa-erronkak eta mekanismoen azterketa

Metal C eraztunen aplikazioa aztertu aurretik, funtzionamendu-baldintza hauek dakartzaten hiru erronka nagusi definitu behar dira:

1. Tentsio Termikoaren eta Hedapen Termikoaren Desadostasuna (Tentsio Termikoa / Zizailadura Deformazioa):

   Hedapen termiko linealaren koefizienteaburdinurtuzko zilindro-blokeagutxi gorabehera $10 \sim 12 \times 10^{-6} /\text{K}$ da, eta -rena, berriz,aluminiozko aleaziozko zilindro-burua$22 \sim 24 \times 10^{-6} /\text{K}$-ra iristen da. 700–800 °C-ko tenperatura maximoetan, aluminiozko zilindro-buruaren hedapena burdinurtuzko blokearena baino nabarmen handiagoa da, eta horrek kalte larriak eragiten ditudesplazamendu termiko erlatiboak eta zizailadura-indarrakzigilatzeko interfazean. Gainera, aluminiozko aleazioen trakzio- eta etekin-erresistentziak 200-250 °C-tik gora nabarmen jaisten direnez, ezin da gehiegizko lokalizazio-lotura-indarrik aplikatu, erraz eragingo bailuke aluminiozko buruaren ildaskaren gainazalean plastikozko koska.

2. 100 MPa-ko presio aldakorra (zigilatze-tarteen bereizketa dinamikoa):

   Diesel errekuntza-presioak maiztasun handiko eta gorabehera handiko pultsu-ezaugarriak ditu. 100 MPa-ko presio zikliko maximoak zilindro-buruaren torlojuen luzapen elastiko txikia eragiten du, eta horrek...mikrometro eskalako tarte alternoen bereizketazilindro-buruaren eta motorraren blokearen artean. Ohiko juntura gogorrek edo metalezko junturek ez dute auto-energizatzeko gaitasunik eta berreskuratze-tasarik, eta horrek oso zaurgarriak bihurtzen ditu mikro-ihes edo higaduraren aurrean, tarteen gorabehera dinamiko horien pean.

3. Tenperatura altuko diesel errekuntzako gasen higadura:

   Errekuntzako ihes-gasek oxido konplexuak, erre gabeko karbono partikulak eta sulfuroak dituzte. 800 °C-ko muturreko tenperaturetan, oxidazio termiko eta korrosibotasun handia erakusten du; beraz, zigilatzeko substratuaren materialak tenperatura altuko oxidazio-erresistentzia eta arrastatze-erresistentzia apartekoak izan behar ditu.

2. Metalezko C eraztunen funtzionamendu printzipioa eta auto-energizazio mekanismoa

C metalikozko eraztuna zeharkako sekzio irekia duen metalezko hodi kurbatu edo eraztun moldatu bat da, non irekidura presio handiko aldera begira dagoen (hau da, errekuntza-ganberaren barrualdera).

Presio handiko aldea (errekuntza-ganbera 100 MPa) ────► │ ╭────┐ │ │ │ ◄── Metalezko C eraztun formako hormako zilindroa │ │ ◄─── Presio handiko sarrera (barrura irekitzen da) burua │ │ │ (aluminioa) │ ╰────┘ ────► Presio baxuko aldea (atmosfera / ur-geruza)

1. Hasierako aurre-estutze zigilua:Instalazioan zehar, zilindro-buruaren torlojuen bidez aplikatutako aurre-estutze indarrak C eraztunak deformazio elastiko lautzailea jasaten du. C eraztunaren kanpoko arku-gainazalak ildaskaren goiko eta beheko zigilatze-gainazalei itsasten zaizkie, hasierako zigilatze-kontaktu-presioa sortuz.

2. Presio bidezko zigilatze efektua:100 MPa-ko diesel errekuntza-presioa C eraztunaren barnealdera igotzen denean, presio handiko medioak C eraztunaren barneko horman eragiten du, kanporantz hedapen-indar bat sortuz.Zenbat eta handiagoa izan sistemaren presioa, orduan eta handiagoa izango da C eraztunaren kanporantz hedapen-indarra.eta horrela, automatikoki konpentsatzen da 100 MPa-ko errekuntza-inpaktu-indarrak eragindako torloju-luzapen-tarte txikia.

3. Itzulera elastiko handiko konpentsazio-ahalmena:Junta metaliko solidoekin alderatuta, C eraztunek malguki-berreskuratze tasa handiak dituzte. Hedapen/uzkurdura termiko eta presio-uhinen ondorioz motorraren blokearen eta zilindro-buruaren artean mikrometro eskalako tarte dinamikoen gorabeherak gertatzen direnean ere, C eraztunak etengabeko kontaktu-presioa mantentzen du ihes-gasen isuria saihesteko.

3. Materialen hautaketa nagusia eta egitura-diseinuaren zehaztapenak

Muturreko baldintzetan epe luzerako funtzionamendu egonkorra bermatzeko, materialak eta prozesuak pertsonalizatu behar dira:

3.1 Substratu Materialaren Hautaketa (Tenperatura Altuko Marruskadura Erresistentzia eta Elastikotasun Atxikipena)

700-800 °C-ko tenperatura altuetan, altzairu herdoilgaitz konbentzionalek (304 edo 316 bezalakoek) azkar jasaten dute tentsio-erlaxazioa eta elastikotasuna galtzen dute.

• Gomendatutako materialak: Inconel 718 (nikelean oinarritutako prezipitazio-gogortze aleazioa) or Inconel X-750.

• Abantailak:Inconel 718-k etekin-erresistentzia, arrastatze-erresistentzia eta elastikotasun-modulu bikaina mantentzen ditu 700-800 °C-ko tenperatura altuetan ere, eta horrek aukera hobetsia bihurtzen du tenperatura altuko tentsio ziklikoei aurre egiteko.

3.2 Gainazalaren estaldura / estalduraren diseinua (mikro-zimurtasuneko betegarria eta aluminiozko substratuaren babesa)

• Gogortasunaren desegokitasun arazoa:Inconel aleazioak aluminiozko aleazioak baino askoz gogorragoak dira. Kontaktu zuzenak C eraztun gogorra aluminiozko ildaska bigunduaren hondoan sartuko luke, gainazala kaltetuz.

• Estaldura-soluzioa:Metal bigun eta tenperatura altuak jasaten dituen geruza bat elektroplakatzea, adibidezZilarrezko estaldura(edo urrea/platinoa baldintza oso zorrotzetan), edo tenperatura altuko estaldura espezializatuak aplikatu C eraztunaren kanpoko gainazalean.

  • 1. funtzioa:Aurrez estutzeko indarraren pean, zilarrezko geruza bigunak plastikozko fluxua jasaten du burdinurtuzko eta aluminiozko ildoetako mekanizazio-marka mikroskopikoak betetzeko, zero isuri lortuz.

  • 2. funtzioa:Aluminiozko zilindro-buruaren ildo nahiko bigunaren babes-geruza gisa balio du, koskaetatik babesteko.

  • 3. funtzioa:Tenperatura altuetan metal desberdinen arteko kontaktuak eragindako higadura saihesten du.

4. Instalazio eta zigilatze ildasken ingeniaritza praktika

5. Laburpena eta aurreikuspena

Burdinurtuzko zilindro-bloke baten eta aluminiozko aleaziozko zilindro-buru baten egitura konbinatuan, begira700–800 °C-ko tenperatura altuaeta100 MPa-ko maiztasun handiko pultsu-presioadiesel errekuntza-ingurunea,zilarrez estalitako Inconel 718 metalezko C eraztunazigilatzeko irtenbide estatiko fidagarri eta teknikoki heldua adierazten du.

Bere abantaila nagusiak honako hauetan datza:

• 100 MPa-ko presio-uhinek eragindako tarte txandakatuen bereizketak ezin hobeto egokitzen ditupresio bidezko auto-energizatzeko mekanismoa;

• Burdinurtuzko eta aluminiozko aleazioaren arteko hedapen termiko desberdina konpentsatzea erabilizNikel-oinarritutako tenperatura altuko aleazioen elastikotasun handia;

• Zimurtasun mikroskopikoen betetzea eta aluminiozko gainazalaren babesa konpontzeakanpoko gainazaleko estaldura leuna.

Diseinu prozesuan, elementu finituen bidezko analisi termomekaniko akoplatua (FEA) zorrotz egin behar da C eraztunaren torlojuen aurre-estutze indarra, ildasken dimentsio-tolerantziak eta tenperatura altuko malguki-atzerapen kurbak zehatz-mehatz kalkulatzeko, motorraren funtzionamendu eraginkorra, zero isurikoa eta fidagarria bermatuz bere zerbitzu-bizitza osoan zehar.