Una sede valvola è l'anello temprato nella testata contro cui la faccia della valvola si chiude per sigillare la camera di combustione e condurre il calore nella testata. Ogni valvola necessita di una sede, quindi il numero di sedi è uguale al numero di valvole. La maggior parte delle autovetture ha da 8 a 24 valvole; ad esempio, un comune motore a quattro cilindri e 16 valvole ha 16 sedi valvola. Molte testate in alluminio utilizzano inserti di sede sostituibili in polvere metallica o in lega di acciaio per una maggiore durata.
Contenuti
Funzione della sede della valvola
La sede della valvola assorbe l'impatto ad alta velocità della valvola, offrendo al contempo una superficie durevole e resistente al calore che assicura una tenuta stagna per le valvole.
Questa sigillatura mantiene la camera di combustione ermetica, il che è essenziale per il funzionamento efficiente del motore.
Anche le sedi delle valvole di scarico conducono il calore lontano dalla testata del cilindro.
Ambiente di lavoro della sede della valvola
La sede valvola del motore opera in un ambiente molto difficile, sopportando carichi ad alto impatto dalla valvola e l'esposizione a gas corrosivi e temperature elevate.
Alta temperatura
La temperatura di esercizio della sede valvola è estremamente elevata, compresa tra 200 e 450 °C per le valvole di aspirazione e tra 500 e 800 °C per le valvole di scarico.
Temperature così elevate riducono la durezza della sede della valvola, provocandone una deformazione e un'usura più rapida.
Ambiente corrosivo
Le sedi delle valvole di aspirazione sono esposte a gas ossidanti ad alta temperatura, mentre le valvole di scarico sono soggette a erosione, solfurazione e ossidazione causate da gas ad alta temperatura.
Carico ad alto impatto
Le sedi valvola sono sottoposte a ripetuti urti da parte della valvola stessa. In alcuni motori di grandi dimensioni, la frequenza degli urti supera le 1,000 volte al minuto.
Materiali della sede della valvola
Per le sedi delle valvole è possibile scegliere tra i seguenti materiali: materiali di metallurgia delle polveri, ghisa, acciaio forgiato o ceramica.
Materiali della metallurgia delle polveri
Sedi valvola in metallo in polvere sono diventati sempre più popolari grazie ai vantaggi economici nella produzione di massa, al minor numero di processi e alla progettazione flessibile dei materiali.
Tuttavia, rispetto a quelle forgiate, le sedi valvola sinterizzate contengono pori interni, che ne riducono la resistenza alla corrosione e la robustezza.
Utilizzando processi quali la rispressatura e la risinterizzazione, la forgiatura a polvere o l'infiltrazione di rame, la densità della sede della valvola può essere aumentata fino a oltre 7.6 g/cm³, migliorandone significativamente le prestazioni.
Ghisa
La ghisa bassolegata è adatta per sedi valvola di motori a basso carico, poiché la sua temperatura di esercizio è relativamente bassa. Tuttavia, i motori ad alto carico operano a temperature più elevate e in ambienti più corrosivi. Pertanto, è consigliabile aggiungere elementi di lega come Cr, Ni, Co e Mo alla ghisa. Questi elementi aumenteranno notevolmente la resistenza della sede valvola alle alte temperature, all'usura e alla corrosione.
Ceramica
La ceramica ha un'eccellente resistenza alle alte temperature, all'usura e alla corrosione, ed è un materiale ideale per le sedi delle valvole. Tuttavia, è difficile da lavorare e comporta costi di fabbricazione elevati.
Processo di fabbricazione della sede della valvola di metallurgia delle polveri
Il processo di fabbricazione delle sedi valvola in ferro mediante metallurgia delle polveri comprende la miscelazione della polvere, la pressatura, la sinterizzazione, l'infiltrazione di rame, ecc.
Miscelazione
La miscelazione combina diverse polveri metalliche con lubrificanti e polvere di grafite. I lubrificanti migliorano la fluidità delle polveri metalliche e riducono l'usura dello stampo, mentre la grafite migliora le proprietà meccaniche dei pezzi sinterizzati.
Pressatura
I punzoni superiore e inferiore premono le polveri miscelate nella cavità dello stampo ad alta pressione. La sede valvola in polvere metallica pressata, chiamata "compatto verde", richiede un'ulteriore lavorazione.
sinterizzazione
La sinterizzazione riscalda il compatto verde al di sotto del punto di fusione del metallo. Per le sedi valvola a base di ferro, la temperatura di sinterizzazione raggiunge in genere i 1120 °C. Processo di sinterizzazione lega le particelle di polvere, conferendo alla sede della valvola integrità strutturale, proprietà meccaniche e proprietà fisiche.
Infiltrazione di rame
L'infiltrazione di rame riempie i pori interconnessi di parti di metallurgia delle polveri con rame fuso per capillarità. Le sedi valvola infiltrate di rame raggiungono una densità di 7.6 g/cm³ e una durezza superiore a 30 HRC.
Vantaggi delle sedi valvola sinterizzate
Gli inserti per sedi valvola convenzionali, realizzati in lega fusa o forgiata, spesso si usurano prematuramente e si rompono. Produrre sedi valvola mediante metallurgia delle polveri è economicamente e tecnicamente vantaggioso.
Flessibilità nella progettazione dei materiali
La metallurgia delle polveri (MP) offre una maggiore flessibilità nella progettazione dei materiali. Ad esempio, l'aggiunta di elementi di lega alle sedi valvola realizzate con metallurgia delle polveri a base di ferro ne migliora la resistenza alle alte temperature, all'usura e alla ruggine.
Queste sedi valvola sinterizzate in lega alta possono essere applicate a motori a gas ad alta potenza e motori diesel.
Elevato utilizzo dei materiali
La metallurgia delle polveri è un processo di produzione di forme prossime al prodotto finito, con un tasso di utilizzo del materiale fino al 95%, che riduce efficacemente i costi di produzione delle sedi valvola.
Costo-efficace
Le sedi valvola sinterizzate offrono vantaggi in termini di costi grazie al minor spreco di materiale, al minor numero di fasi di lavorazione e al minor consumo energetico nella produzione di massa.
Coerenza di qualità
Il processo di metallurgia delle polveri consente un controllo di produzione stabile, con conseguente elevata costanza qualitativa tra lotti diversi.
Tolleranze strette
La tolleranza della sede valvola sinterizzata è generalmente IT8-IT9 e, dopo il processo di dimensionamento, può raggiungere IT5-IT7.
BLUE è un produttore di metallurgia delle polveri certificato ISO 9001:2015 con 20 anni di esperienza.
Forniamo una gamma completa di sedi valvola in polvere metallica a base di ferro per motori automobilistici. Sedi valvola PM a base di ferro con infiltrazione opzionale di rame per un migliore trasferimento di calore e una migliore resistenza all'usura. Le sedi valvola sinterizzate offrono qualità costante, dimensioni precise e prestazioni convenienti.
FAQ
Quali sono le cause del guasto della sede valvola?
Guasto al montaggio: a causa di un montaggio non corretto o di una tolleranza eccessiva della sede della valvola, si verifica un'usura eccentrica che porta alla frattura della sede della valvola.
Guasto dovuto all'usura: la sede della valvola viene esposta a temperature elevate per periodi prolungati, il che ne riduce la durezza e ne provoca la deformazione.
Guasto dovuto alla corrosione: i gas di scarico emessi dal motore contengono sostanze corrosive che rendono la superficie della sede non più liscia, aumentano il fattore di attrito e intensificano l'usura.
Quali sono gli effetti della temperatura di sinterizzazione sulle sedi delle valvole realizzate in metallurgia delle polveri?
Le sedi valvola realizzate con metallurgia delle polveri a base di ferro e sinterizzate a 1120 °C raggiungono una densità di circa 7.5 g/cm³, una durezza di 86 HRB e una resistenza alla compressione di 220 MPa.
Sinterizzando a 1150°C, la densità aumenta a 7.6 g/cm³, la durezza migliora a 92 HRB e la resistenza alla compressione sale a 300 MPa.