Co sprawia, że ​​tłoki ze stopu tytanu stanowią rdzeń lekkich-silników spalinowych o wysokich osiągach?

Jako główny ruchomy element silników spalinowych, tłoki są stale poddawane zmiennym obciążeniom wysokiej temperatury i wysokiego ciśnienia. Ich materiał bezpośrednio determinuje ogólną wydajność i żywotność silników. Konwencjonalne tłoki ze stopu aluminium nie spełniają wymagań silników o dużym wzmocnieniu. Dla kontrastu,Stop tytanu klasy 5tłoki przełamują ograniczenia materiałowe dzięki wyjątkowej wytrzymałości właściwej,-stabilności w wysokiej temperaturze i właściwościom termofizycznym, przyczyniając się do poprawy lekkości konstrukcji i wysokich osiągów silników spalinowych.

 

 

Tłoki pracują w trudnych warunkach pracy: ich górne powierzchnie osiągają temperatury w zakresie od 300 do 650 stopni, wytrzymując jednocześnie wysokie ciśnienie i obciążenia udarowe posuwisto-zwrotne.

 

Tłoki z kutego stopu aluminium charakteryzują się dojrzałymi procesami produkcyjnymi i możliwymi do kontrolowania kosztami. Jednak ich wytrzymałość gwałtownie spada powyżej 300 stopni, czemu towarzyszy wysoki współczynnik rozszerzalności cieplnej, znaczne straty tarcia i wady zmęczenia cieplnego, co czyni je nieodpowiednimi do silników o wysokim-doładowaniu.

 

Podstawową przeszkodą w branży jest kompromis- pomiędzy lekką konstrukcją a wytrzymałością na-wysokotemperaturowe-nośność. Stopy tytanu rozwiązują ten konflikt: dzięki gęstości 4,51 g/cm3 znacznie niższej niż stal, wytrzymałości na rozciąganie 900–1100 MPa, lepszym-odpornościom na wysokie temperatury niż stopy aluminium, a także niskiemu współczynnikowi rozszerzalności cieplnej, doskonałej odporności na zmęczenie cieplne i odporności na korozję gazową,-dobrze nadają się do ekstremalnych warunków pracy tłoków.

 

 

1. Redukcja masy i tarcia w celu zwiększenia mocy i zużycia paliwa

Topologicznie zoptymalizowane tłoki ze stopu tytanu osiągają ponad 40% redukcję masy w porównaniu z tłokami stalowymi. To drastycznie zmniejsza bezwładność ruchu posuwisto-zwrotnego i bezwładność obrotową, wyostrza reakcję przepustnicy, łagodzi opóźnienie turbodoładowania, zmniejsza straty tarcia w skrzyni biegów, zwiększa maksymalną prędkość obrotową silnika i moc właściwą oraz pasuje do pojazdów hybrydowych,-motocykli o wysokich osiągach i silników wyścigowych.

 

2. Wysoka-odporność na temperaturę i pełzanie w bardzo wzmocnionych warunkach pracy

Silniki z wysokim-doładowaniem-z wtryskiem bezpośrednim poddawane są dużym obciążeniom termicznym, które łatwo powodują deformację i ablację tłoków ze stopu aluminium. Stopy tytanu zachowują wysoką wytrzymałość, odporność na pełzanie, odporność na utlenianie i odporność na korozję gazową w temperaturze 400–550 stopni. Zapewniają znacznie dłuższą żywotność niż tłoki aluminiowe w warunkach spalania ubogiego i pracy EGR.

 

3. Stabilność wymiarowa w celu zmniejszenia tarcia i optymalizacji NVH

Stopy tytanu mają znacznie niższy współczynnik rozszerzalności cieplnej niż stopy aluminium, zapewniając doskonałą stabilność wymiarową. Pozwala to uzyskać mniejsze luzy montażowe tłoków, skutecznie poprawiając uszczelnienie cylindrów, eliminując hałas-rozruchu na zimno, przedmuch-gazu i nadmierne zużycie oleju, zmniejszając straty tarcia i poprawiając ogólną wydajność NVH silnika.

 

4. Izolacja cieplna i kontrola temperatury dla wyższej wydajności cieplnej

Niska przewodność cieplna stopów tytanu blokuje wewnętrzne przenoszenie ciepła w tłokach, odciąża układy chłodzenia, optymalizuje równowagę cieplną silnika, tłumi stuki i stwarza korzystne warunki dla zwiększenia stopnia sprężania i ogólnej sprawności cieplnej.

 

 

1. Wysokie koszty obróbki

Stopy tytanu powodują poważne zużycie narzędzi podczas skrawania, co utrudnia masową produkcję tradycyjnymi procesami. Drukowanie 3D metodą selektywnego topienia laserowego (SLM) i prasowanie izostatyczne na gorąco (HIP) w pobliżu-kształtowania siatkowego umożliwiają bezpośrednie wytwarzanie półproduktów tłoków z wbudowanymi-kanałami chłodzącymi i pustymi strukturami, minimalizując-obróbkę końcową i zwiększając elastyczność projektowania.

 

2. Słaba odporność podłoża na zużycie

Stopy tytanu mają niską twardość, co prowadzi do ścierania i zatarcia na powierzchniach styku tarcia. Aby połączyć odporność powierzchni na zużycie z dużą wytrzymałością podłoża, stosuje się obróbkę powierzchniową, w tym azotowanie,-utlenianie mikrołukiem i twarde powłoki PVD.

 

3. Niedopasowanie par tarcia

Tytan wykazuje słabą kompatybilność z żeliwnymi tulejami cylindrowymi i aluminiowymi blokami cylindrów. Zastosowano zoptymalizowane systemy smarowania, powłoki i profile osłon tłoków, aby uniknąć ryzyka zatarcia cylindra.

 

Postępy w technologiach wytwarzania przyrostowego, obróbki powierzchni i kucia precyzyjnego stale obniżają koszty. Tłoki ze stopu tytanu rozszerzyły zakres zastosowań z samochodów wyścigowych Formuły 1,-wyczynowych motocykli i sprzętu specjalnego, aż po wysokiej-hybrydowe pojazdy osobowe i-przemysłowe silniki wysokoprężne o dużej mocy.

 

 

1.Perspektywa krótkoterminowa-

Tłoki ze stopu tytanu będą stosowane głównie w-silnikach hybrydowych dużej mocy, pojazdach gąsienicowych, motocyklach-o dużej pojemności skokowej i specjalnych jednostkach napędowych. Te wysokie-scenariusze wymagają dużej prędkości obrotowej, szybkiej reakcji i wyjątkowej niezawodności.

 

2.Perspektywa średnio- i długoterminowa-

Silniki spalinowe nie zostaną w najbliższej przyszłości wycofywane, a-wysokowydajne hybrydowe układy napędowe pozostaną głównym nurtem przez długi czas. Bardziej rygorystyczne przepisy dotyczące emisji i zużycia paliwa wymuszają modernizację silników, podczas gdy tłoki ze stopu aluminium zbliżają się do granic wydajności, przyspieszając wprowadzanie tłoków ze stopu tytanu.

 

Produkcja przyrostowa umożliwia produkcję zoptymalizowanych topologicznie lekkich tłoków, które w pełni wykorzystują wysoką wytrzymałość właściwą stopów tytanu, aby uzyskać redukcję masy, doskonałą odporność na ciepło i niskie tarcie. Oczekuje się, że w miarę dojrzewania tytanowego łańcucha przemysłowego tłoki ze stopu tytanu zyskają szersze zastosowanie w-produkowanych masowo-wysokiej klasy pojazdach osobowych.

 

Ruihang, jako bezpośredni producent wyrobów tytanowych, dostarcza surowce o optymalnej jakości do produkcji precyzyjnych komponentów. Zapraszamy do kontaktu poprzez e-mail:Sam.Rui@bjrh-titanium.com