PL187246B1

PL187246B1 - Zawór wylotowy do silnika spalinowego wewnętrznego spalania

Info

Publication number: PL187246B1
Application number: PL97330430A
Authority: PL
Inventors: Harro A. Hoeg
Original assignee: Man B & W Diesel As
Priority date: 1996-06-07
Filing date: 1997-06-03
Publication date: 2004-06-30
Also published as: JP2000505149A; DK173348B1; NO985515L; US20020020384A1; DE69703654D1; US6298817B1; KR100419435B1; NO985515D0; ATE197982T1; EP0901565A1; CN1221473A; NO320598B1; CN1088149C; WO1997047862A1; DK64296A; ES2153667T3; EP0901565B1; KR20000016046A; US6443115B1; HK1019915A1

Abstract

1. Zawór wylotowy do silnika spalinowego wewnetrznego spalania, w szczególnosci do dwusuwowego silnika wodzikowego, zawieraja- cy ruchomy trzonek z grzybkiem zaworu, który na swej górnej powierzchni ma pierscieniowy obszar przylgni z materialu innego niz podsta- wowy material grzybka zaworu, który to obszar przylgni styka sie z odpowiadajacym mu obsza- rem przylgni na nieruchomym elemencie zawo- ru, gdy zawór jest zamkniety, znamienny tym, ze obszar (6) przylgni na górnej powierzchni grzybka (4) zaworu jest wykonany z materialu, który ma umowna granice plastycznosci (Rp0, 2) wynoszaca co najmniej 1000 MPa w temperatu- rze okolo 20°C. FIG. I PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest zawór wylotowy do silnika spalinowego wewnętrznego spalania, w szczególności do dwusuwowego silnika wodzikowego, zawierającego ruchomy trzonek z grzybkiem zaworu, który na swej górnej powierzchni ma pierścieniowy obszar przylgni z materiału innego niż podstawowy materiał grzybka zaworu, który to obszar przylgni styka się z odpowiadającym mu obszarem przylgni na nieruchomym elemencie zaworu, gdy zawór jest zamknięty.

Rozwój zaworów wylotowych do silników spalinowych był przez wiele lat ukierunkowany na zwiększenie trwałości i niezawodności zaworów. W tym celu trzonki zaworów wykonywano z grzybkami z materiału odpornego na działanie temperatury i korozję od strony dolnej powierzchni grzybka i z materiału twardego w obszarze przylgni.

Obszar przylgni ma szczególnie istotne znaczenie dla niezawodności zaworu wylotowego, ponieważ prawidłowe działanie zaworu wymaga jego szczelnego zamykania. Jest rzeczą dobrze znaną, że zdolność przylgni do szczelnego zamykania może zmniejszyć się wskutek korozji w pewnym obszarze w wyniku tzw. wypalania, a wówczas w poprzek pierścieniowej powierzchni uszczelniającej pojawia się rynienka w kształcie kanału, przez którą przepływa gorący gaz, gdy zawór jest zamknięty. W niekorzystnych okolicznościach ten stan uszkodzenia może pojawić się i rozwinąć powodując całkowitą niesprawność zaworu w czasie krótszym niż 80 godzin pracy, co oznacza, że często niemożliwe jest wykrycie początkowego uszkodzenia w trakcie normalnego przeglądu. W konsekwencji wypalenie przylgni zaworu może spowodować nieplanowane przestoje. Jeżeli silnik jest jednostką napędową statku, wada może powstać, rozwinąć się i doprowadzić do awarii zaworu podczas konkretnego rejsu pomiędzy dwoma portami, co może spowodować problemy podczas rejsu i niezamierzone postoje w porcie.

Mając na względzie zapobieganie wypalaniu przylgni zaworów, na przestrzeni lat opracowano wiele materiałów o coraz większej twardości na przylgnie zaworów, aby uczynić przylgnię zaworu odporną na zużycie poprzez zwiększenie jej twardości i zmniejszyć zjawisko tworzenia się wgnieceń. Wgniecenia stanowią warunki sprzyjające tworzeniu się wypaleń, ponieważ wgniecenia mogą utworzyć małą nieszczelność, przez którą przepływa gorący gaz. Gorący gaz może nagrzewać materiał wokół nieszczelności do temperatury, przy której gaz ze składnikami aktywnymi wywiera oddziaływanie korodujące na materiał przylgni, a wówczas nieszczelność szybko się rozrasta i natężenie przepływu gorącego gazu rośnie, co powoduje eskalację erozji. Oprócz zwiększania twardości, materiałom przylgni starano się także nadać wyższą odporność na korozję termiczną w celu opóźnienia erozji po wystąpieniu małej nieszczelności. Specjalne wymogi stawiane materiałowi przylgni i pochodne im specjalne wymogi stawiane właściwościom materiału w pozostałych obszarach ruchomego elementu zaworu, wymagają stosowania obszaru przylgni z innego materiału niż podstawowy materiał grzybka zaworu, co zapewnia również korzyści w procesie wytwarzania. Poniżej podano pewną liczbę przykładów znanych materiałów przylgni.

Przykładowo w międzynarodowej publikacji nr W092/13179 ujawniono zastosowanie stopu na bazie niklu o nazwie Alloy 50, stopu na bazie kobaltu o nazwie Stellite 6 i stopu na bazie niklu, którego najważniejszymi składnikami są 20-24% Cr, 0,2-0,55% C i 4-7% Al. Jednym ze wspomnianych celów ich stosowania jest nadanie materiałom przylgni twardości dla ograniczenia tworzenia się wgnieceń.

W szwedzkim opisie patentowym nr SE-B-422388 ujawniono zawór do silników spalinowych wewnętrznego spalania mający korpus podstawowy ze stopu niklu z zawartością chromu, na którym osadza się stop kobaltu z zawartością chromu w temperaturze przewyższającej 3000°C, po czym korpus poddaje się obróbce mechanicznej i starzeniu w temperaturze wyższej od temperatury roboczej. Celem tych operacji jest poprawa odporności na korozję materiału przylgni i nadanie mu dużej twardości.

187 246

Z duńskiego opisu patentowego nr DK-B-165125 jest znany zawór wylotowy do silnika spalinowego wewnętrznego spalania z obszarem przylgni z napawaną warstwą ze stopu odpornego na korozję, zawierającego 13-17% Cr, 2-6% Al, 0,1-8% Mo, 1,5-3,5 B, 0,5-35 Ti, 4-7% Co i resztę Ni. Pożądana jest wysoka twardość materiału przylgni.

Z amerykańskiego opisu patentowego nr US-A-4425300 ujawnia przeznaczony do napawania stop utwardzający zawierający 10-25% Cr, 3-15% Mo, 3-7% Si, 1-1,2% C, 1-30% Fe i resztę Ni. Stop jest nieporowaty i ma twardość porównywalną z twardością stopów na bazie kobaltu.

W europejskim opisie patentowym nr EP-A-0529208 ujawniono stop z zawartością niklu i chromu do napawania utwardzającego obszaru przylgni zaworu w silniku samochodowym. Stop zawiera 30-48% Ni, 1,5-15% W i/lub 1,0-6,5% Mo, a resztę stanowi co najmniej 40% Cr. W i Mo powodują utwardzanie roztworowe stopu. C można dodawać w ilości od 0,3 do 2,0% w celu podwyższenia twardości poprzez tworzenie węglików, a B można dodawać w ilości od 0,1 do 1,5% w celu podwyższenia twardości poprzez tworzenie borku chromu. Nb można dodawać w ilości od 1,0 do 4,0% w celu wytworzenia zwiększających twardość związków międzymetalicznych, jak również węglików i borków.

W europejskim opisie patentowym nr EP-A-0521821 ujawniono zawór wykonany ze stopu NIMONIC 80A albo NIMONIC 81, który zaopatrzony jest w warstwę ze stopu INCONEL 625 albo INCONEL 671 w obszarze przylgni, aby nadać obszarowi przylgni odporność na korozję większą od odporności podstawowego korpusu ze stopu NIMONIC. Odnośnie stopu INCONEL 671 publikacja wspomina, że wystarczy go tylko napawać, podczas gdy w odniesieniu do stopu INCONEL 625 wspomina ona, że po napawaniu stop ten zawiera węgliki o strukturze dendrytycznej i że wskutek tego obszar przylgni musi być poddany obróbce plastycznej na gorąco w celu ujednorodnienia rozkładu węglików w strukturze, aby poprawić odporność na korozję.

Książka „Diesel engine combustion chamber materials for heavy fuel operation” opublikowana w 1990 przez The Institute of Marine Engineers w Londynie, w szeregu artykułów zawiera doświadczenie zebrane w dziedzinie materiałów na zawory wylotowe i dostarcza zaleceń odnośnie konstruowania zaworów pod kątem uzyskania długiego okresu trwałości. Co się tyczy przylgni zaworów, artykuły te jednogłośnie stwierdzają, że materiał przylgni musi mieć wysoką twardość i być materiałem o wysokiej odporności na korozję na gorąco. Szereg różnorodnych, korzystnych materiałów na zawory wylotowe omówiono w artykule 7 książki „The physical and mechanical properties of valve alloys and their use in component evaluation analyses”, włączając do zawartej w nim analizy mechanicznych właściwości materiałów tablicę porównawczą umownej granicy plastyczności, wynoszącej poniżej około 820 MPa.

Pożądane jest przedłużenie żywotności zaworu wylotowego, a w szczególności zmniejszenie lub uniknięcie nieprzewidywalnego i szybkiego rozwoju wypaleń w obszarze przylgni zaworu. Zgłaszający przeprowadził próby z powstawaniem wgnieceń w materiałach przylgni i w przeciwieństwie do ustalonego stanu wiedzy odkrył zupełnie nieoczekiwanie, że twardość materiału przylgni ma niewielki wpływ na pojawianie się wgnieceń. Celem niniejszego wynalazku jest dostarczenie materiałów przylgni, w przypadku których wzięto pod uwagę mechanizm prowadzący do powstawania wgnieceń, dzięki czemu osłabia się lub eliminuje podstawowy warunek występowania wypaleń.

Tak więc zawór wylotowy według wynalazku charakteryzuje się tym, że obszar przylgni na górnej powierzchni grzybka zaworu wykonany jest z materiału, który ma umowną granicę plastyczności (Rpo.2) wynoszącą co najmniej 1000 MPa w temperaturze około 20°C.

Wgniecenia tworzą się w wyniku oddziaływania cząstek produktów spalania, takich jak cząstki koksu, które płyną z komory spalania poprzez zawór i do układu wylotowego, gdy zawór wylotowy jest otwarty. Gdy zawór zamyka się, cząstki mogą zostać pochwycone pomiędzy zamykającymi się powierzchniami uszczelniającymi przylgni i gniazda zaworowego.

Badając liczne wgniecenia na trzonkach pracujących zaworów zaobserwowano, że nowe wgniecenia bardzo rzadko osiągają górne obrzeże zamykające tzn. linię obwodową, wzdłuż której górna krawędź nieruchomego elementu zaworu styka się z ruchomą, stożkową

187 246 przylgnią zaworową. W praktyce wgniecenia kończą się w odległości około 0,5 mm od obrzeża zamykającego, które to zjawisko pozostaje nie wyjaśnione, ponieważ także w tym obszarze można oczekiwać pochwycenia cząstki.

Teraz właśnie stwierdzono, że brak wgnieceń bezpośrednio przy obrzeżu zamykającym spowodowany jest faktem, że cząstki koksu i inne, nawet bardzo twarde cząstki, ulegają rozbiciu na proszek zanim zawór zamknie się całkowicie. Część proszku zostaje wydmuchnięta równocześnie z rozbiciem cząstek, ponieważ gaz z komory spalania przepływa przez szczelinę pomiędzy zamykającymi się powierzchniami uszczelniającymi w przybliżeniu z prędkością dźwięku. Wysoka prędkość gazu powoduje wydmuchnięcie proszku znajdującego się w pobliżu obrzeża zamykającego, a nieobecność wgnieceń poza obrzeżem pokazuje, że prawie wszystkie cząstki chwytane pomiędzy powierzchniami uszczelniającymi ulegają sproszkowaniu. Nawet bardzo grube cząstki tracą grubość w wyniku skruszenia i wydmuchiwania proszku, a w praktyce wytrącone stosiki proszku mogącego spowodować wgniecenia mają największą grubość równą 0,5 mm, a normalną grubość maksymalną rzędu 0,3-0,4 mm.

W szczególności w najnowszych rozwiązaniach silników, w których maksymalne ciśnienie może wynosić 19,5 MPa, nacisk na dolną powierzchnię grzybka może osiągać do 400 ton. Gdy zawór wylotowy jest zamknięty i ciśnienie w komorze spalania osiąga maksimum, powierzchnie uszczelniające są całkowicie dociśnięte do siebie wokół zamkniętego stosiku proszku. Nie można temu zapobiec bez względu na to, jak twarde są przylgnie i gniazda.

Gdy rozpoczyna się spalanie paliwa i wzrasta ciśnienie w cylindrze, a tym samym nacisk na grzybek zaworu, zamknięty stosik proszku zaczyna wędrować w głąb dwóch powierzchni uszczelniających, a jednocześnie materiały przylgni ulegają odkształceniu sprężystemu. Podczas tego odkształcania sprężystego nacisk powierzchniowy pomiędzy stosikiem' proszku a powierzchniami uszczelniającymi wzrasta, co zwykle powoduje taką deformację stosika proszku, że zajmuje on większą powierzchnię. Jeżeli stosik proszku jest dostatecznie gruby, odkształcenie sprężyste zachodzi nadal, aż do osiągnięcia przez nacisk w obszarze styku stosiku proszku wartości umownej granicy plastyczności materiału przylgni o najniższej umownej granicy plastyczności, po czym ten materiał przylgni ulega odkształceniu plastycznemu i rozpoczyna się proces powstawania wgniecenia. Odkształcenie plastyczne może spowodować wzrost umownej granicy plastyczności w wyniku utwardzania przez zgniot. Gdy obydwa materiały przylgni w lokalnym obszarze wokół stosiku proszku uzyskają w ten sposób jednolite umowne granice plastyczności, stosik proszku rozpoczyna odkształcanie plastyczne także drugiego materiału przylgni.

Jeżeli chce się przeciwdziałać powstawaniu wgnieceń, nie można tego uczynić, jak już wspomniano powyżej, poprzez zwiększenie twardości materiału przylgni, a zamiast tego należy je uczynić sprężystymi, co uzyskuje się wykonując obszar przylgni o wysokiej umownej granicy plastyczności. Wyższa umowna granica plastyczności zapewnia dwojaki efekt. Po pierwsze, materiał przylgni o wyższej umownej granicy plastyczności może być wystawiany na większe naprężenia sprężyste, a więc może wchłonąć grubszy stosik proszku zanim wystąpi odkształcenie plastyczne. Drugi zasadniczy efekt wiąże się z charakterem powierzchni uszczelniających w obszarach leżących naprzeciw stosiku proszku. Profil wgniecenia utworzonego w wyniku odkształcenia plastycznego jest równy i gładki, sprzyjając uzyskaniu przez stosik proszku większej średnicy, co częściowo zmniejsza naprężenia w strefie styku w wyniku zwiększenia powierzchni styku. W chwili przejścia od odkształcenia sprężystego do plastycznego powstaje szybko wgniecenie o głębszym i bardziej nieregularnym profilu, które spowoduje niekorzystne zakotwiczenie stosiku proszku, a więc będzie przeciwdziałać dalszemu korzystnemu powiększaniu średnicy stosiku.

Próby wykazały, że w zaworze wylotowym stosik proszku o grubości około 0,14 mm może ulec wchłonięciu pomiędzy dwoma obszarami przylgni wykonanych z materiałów o dolnej granicy dla umownej granicy plastyczności równej 1000 MPa, bez jakiegokolwiek odkształcenia powierzchni uszczelniających. Duża część cząstek pochwyconych pomiędzy powierzchniami przylgni ulegnie skruszeniu do grubości około 0,15 mm. Zawór wylotowy według wynalazku uniemożliwia znaczącej liczbie cząstek tworzenie wgnieceń, ponieważ powierzchnia przylgni po prostu powraca do początkowego kształtu gdy zawór otwiera się

187 246 i w tym samym czasie reszta pokruszonych cząstek ulega zdmuchnięciu z powierzchni przylgni.

Mając na względzie wzrost właściwości sprężystych obszaru przylgni, korzystne jest aby materiał obszaru przylgni miał umowną granicę plastyczności wynoszącą co najmniej 1100 MPa, korzystnie co najmniej 1200 MPa. Moduł Younga dla aktualnie stosowanych materiałów przylgni pozostaje zasadniczo niezmieniony przy wzrastającej umownej granicy plastyczności, co daje w przybliżeniu liniową zależność pomiędzy umowną granicą plastyczności a największym odkształceniem sprężystym. Z powyższego rozumowania wynika, że materiał przylgni o umownej granicy plastyczności równej 2500 MPa lub większej byłby idealny, ponieważ mógłby wchłonąć stosiki proszku o zwykle najczęściej występującej grubości wyłącznie w drodze odkształcenia sprężystego. Obecnie jednak brak jest odpowiednich materiałów o tak wysokiej umownej granicy plastyczności. Z dalszego ciągu opisu wyniknie, że niektóre spośród materiałów przylgni dostępnych obecnie mogą być obrabiane w sposób powodujący wzrost umownej granicy plastyczności do co najmniej 1100 MPa. Przy zachowaniu tych samych wartości pozostałych parametrów, ten 10% wzrost umownej granicy plastyczności spowoduje co najmniej 10%o zmniejszenie głębokości wszelkich wgnieceń. Dla większości typów cząstek odpowiednia granica 1200 MPa jest dostatecznie wysoka, aby zapewnić zauważalne zmniejszenie grubości stosiku, co w konsekwencji może spowodować zmniejszenie głębokości wgnieceń o około 30%, lecz równocześnie ogranicza liczbę możliwych do zastosowania materiałów. Dotyczy to również materiałów przylgni o umownej granicy plastyczności równej co najmniej 1300 MPa, a w szczególnie korzystnej postaci materiał obszaru przylgni ma umowną granicę plastyczności wynoszącą co najmniej 1400 MPa. Ta umowna granica plastyczności jest co najmniej dwukrotnie większa niż w przypadku aktualnie stosowanych materiałów, a opierając się na obecnym zrozumieniu mechanizmu powstawania wgnieceń uważa się, że materiał o tak wysokiej umownej granity plastyczności może w znacznym stopniu wyeliminować problemy z wypalaniem przylgni. Głębokość nielicznych wgnieceń, jakie mogą utworzyć się w tym materiale przylgni, będzie zbyt mała na to, aby umożliwić przepływ gorącego gazu poprzez nieszczelność w ilości dostatecznie dużej dla podgrzania materiału przylgni do temperatury, w której korozja na skutek gorąca staje się znacząca.

W jednej z postaci wynalazku obszary przylgni odpowiednio na części nieruchomej i grzybku zaworu mają zasadniczo tę samą umowną granicę plastyczności w temperaturze roboczej obszarów przylgni. Równomierne w znacznym stopniu wartości umownej granicy plastyczności obydwu materiałów dają w efekcie w przybliżeniu ten sam sposób odkształcania obydwu powierzchni uszczelniających, gdy stosik proszku jest ściskany pomiędzy nimi, co zmniejsza wynikowe odkształcenie plastyczne każdej z powierzchni. Nieruchomy obszar przylgni jest chłodniejszy niż obszar przylgni na trzpieniu, co oznacza, że materiał trzpienia powinien mieć wyższą umowną granicę plastyczności w temperaturze około 20°C, wziąwszy pod uwagę fakt, że umowna granica plastyczności wielu materiałów obniża się w wyższej temperaturze. Postać ta jest szczególnie korzystna, gdy nieruchomy obszar przylgni wykonano z materiału odpornego na korozję termiczną.

Gdy nieruchomy obszar przylgni wykonany jest z hartowanej stali lub żeliwa, obszar przylgni na elemencie nieruchomym ma znacznie wyższą umowną granicę plastyczności niż obszar przylgni na zaworze w roboczej temperaturze obu przylgni. W takiej konstrukcji wszelkie wgniecenia powstawać będą na trzonku zaworu. Zapewnia to dwojaką korzyść. Po pierwsze, obszar przylgni na trzonku jest normalnie wykonany z materiału odpornego na korozję termiczną gorąco, toteż jakiekolwiek wgniecenia będą o wiele trudniej przekształcać się w wypalenia niż gdyby wgniecenie znajdowało się na elemencie nieruchomym. Po drugie, trzonek obraca się tak, że przy każdym zamknięciu zaworu wgniecenie znajdzie się w nowym położeniu względem nieruchomej powierzchni uszczelniającej, przez co oddziaływanie cieplne będzie rozłożone na nieruchomej powierzchni przylgni.

Obecnie zostaną wymienione różne materiały mogące mieć zgodnie z wynalazkiem zastosowanie jako materiały na grzybki i przylgnie. Należy zauważyć, że NIMONIC i INCONEL są znakami towarowymi będącymi własnością INCO Alloys, Udimet zaś jest znakiem towarowym należącym do Special Metals Inc.

187 246

Korzystnie materiałem obszaru przylgni jest stop na bazie niklu z zawartością chromu, zawierający procentowo co najmniej 10% składników, takich jak Mo, W, Co, Hf, Fe i/lub Cr. Składniki stanowią składniki utwardzające roztworowo W tym przypadku stop napawa się na grzybek zaworu, a następnie umowną granicę plastyczności zwiększa się do wartości wyższej niż wspomniana wyżej dolna granica poprzez obróbkę plastyczną na zimno w temperaturze niższej lub bliskiej temperaturze rekrystalizacji stopu. Jako przykłady stopów tego typu można wymienić: IN 625, w przypadku którego umowna granica plastyczności po napawaniu wynosi około 450 MPa, lecz po zgniocie na zimno co najmniej 27% umowna granica plastyczności wy-nosi w przybliżeniu 1000 MPa, zaś po zgniocie na zimno 40% w przybliżeniu około 1100 MPa. IN671 ma umowną granicę plastyczności wynoszącą około 490 MPa w stanie po napawaniu, zaś zgniot 30 - 40% może doprowadzić umowną granicę plastyczności powyżej 1000 MPa. Po napawaniu IN 690 ma umowną granicę plastyczności wynoszącą około 500 MPa, a po zgniocie równym w przybliżeniu 45% umowna granica plastyczności tego stopu wzrosła do około 1500 MPa. Stopy podobne do IN 718 mają także umowną granicę plastyczności wynoszącą około 500 MPa po napawaniu, a po zgniocie wynoszącym co najmniej 35% umowna granica minimalnie przewyższa 1000 MPa. Jednak nie wszystkie stopy podobne do IN 718 wykazują silny wzrost umownej granicy plastyczności podczas obróbki plastycznej na zimno lub obróbki cieplnej, co będzie opisane bardziej szczegółowo w dalszym ciągu opisu.

W korzystnym przykładzie wykonania stop ten zawiera Nb i/lub Ta. W tym przypadku dalszy wzrost umownej granicy plastyczności można uzyskać po obróbce plastycznej na zimno stosując obróbkę cieplną w postaci utwardzania wydzieleniowego.

Dalszy korzystny przykład wykonania dotyczy stopów zawierających Al i Ti. W tym przypadku również dalszy wzrost umownej granicy plastyczności można uzyskać po obróbce plastycznej na zimno stosując obróbkę cieplną w postaci utwardzania wydzieleniowego, lecz stopy te normalnie wymagają precyzyjnego doboru tych dwóch składników, a ponadto mają one pewną wadę, a mianowicie po napawaniu może zaistnieć konieczność przeprowadzenia rozpuszczania z następującą po nim obróbką cieplną umożliwiającą obróbkę plastyczną na zimno, ponieważ Al i Ti powodują utwardzanie wydzieleniowe już podczas napawania.

Alternatywnie, materiałem obszaru przylgni może być napawany stop na bazie niklu z zawartością chromu zawierający Nb i/lub Ta, przy czym stop napawa się na grzybek zaworu, po czym jego umowną granicę plastyczności podnosi się do wartości wyższej niż ta dolna granica drogą obróbki cieplnej metodą utwardzania wydzieleniowego. Przykładem takiego stopu, zdolnego do uzyskania wysokiej umownej granicy plastyczności bez obróbki cieplnej, jest Rene 220. Po napawaniu stop ten ma niską umo^^ą granicę plastyczności, lecz po odpowiedniej obróbce cieplnej umowną granicę plastyczności może łatwo doprowadzić do znacznie powyżej 1000 MPa. Stopom podobnym do NIMONIC Alloy PK31 oraz IN 718 można nadać umowną granicę plastyczności znacznie powyżej 1000 MPa poprzez obróbkę cieplną bez obróbki plastycznej na zimno.

Dalszą alternatywą, zgodnie z którą także nie stosuje się obróbki plastycznej na zimno, jest użycie jako materiału obszaru przylgni stopu na bazie niklu z zawartością chromu, zawierającego wagowo co najmniej 10% składników, takich jak Mo, W, Co, Hf, Fe i/lub Cr oraz składniki, takie jak Nb, Ta, Al i/lub Ti. W tym przypadku stop napawa się na grzybek zaworu, a następnie jego umowną granicę plastyczności podnosi się do wartości powyżej tej dolnej granicy za pomocą obróbki cieplnej w postaci utwardzania wydzieleniowego. Ponieważ stopy te zawierają składniki powodujące utwardzanie roztworowe, mają one tendencje do wzrostu umownej granicy plastyczności, jeżeli podczas pracy poddane będą odkształceniu plastycznego przez stos proszku.

W innym przykładzie wykonania wynalazku materiałem przylgni jest stop na bazie niklu z zawartością chromu, zawierający co najmniej jeden składnik wybrany spośród Co, Mo, Hf, Fe, W, Ti, Nb, Ta i Al. W tym przykładzie wykonania co najmniej obszar przylgni obrabia się w procesie prasowania izostatycznego na gorąco (HEP), a następnie ewentualnie prowadzi się obróbkę cieplną w celu zapewnienia kontrolowanego utwardzenia wydzieleniowego, zazwyczaj drogą rozpuszczania z następującym po nim oziębianiem i utwardzeniem

187 246 wydzieleniowym. Wśród szczególnie odpowiednich do stosowania stopów można wspomnieć IN 100, który ma umowną granicę plastyczności wynoszącą około 1300 MPa w temperaturze około 20°C po procesie HIP i ponadto jest szczególnie korzystny z tego względu, że umowna granica plastyczności utrzymuje się na bardzo wysokim poziomie w roboczej temperaturze trzonka zaworu i wynosi około 1285 MPa przy 650°C. Po procesie HIP Merl 76 ma umowną granicę plastyczności wynoszącą około 1200 MPa, zaś Udimet 700 ma odpowiednio wysoką granicę plastyczności. Odpowiedni jest także Rene 95, który po procesie HIP ma umowną granicę plastyczności wynoszącą około 1230 MPa, spadającą do około 1160 MPa przy 500°C. Można również użyć stopu NIMONIC Alloy 105, ewentualnie z minimalną modyfikacją składników tworzących związki węglowo-azotowe i tlenki które, po procesie HIP, mogą tworzyć spójne łańcuchy kruchych związków, tzw. PPB (od Prior Particie Boundaries). W zakresie, w jakim stopy te zawierają związki powodujące utwardzanie wydzieleniowe, umowną granicę plastyczności można jeszcze podnieść przez obróbkę plastyczną na zimno. Proces HIP można także uzupełnić kuciem i procesem wytłaczania. Jako alternatywę dla procesu HIP można zastosować inne procesy prasowania z dziedziny metalurgii proszków w odniesieniu do wyżej wymienionych materiałów przylgni.

W dalszym przykładzie wykonania wynalazku materiałem przylgni jest stop na bazie niklu z zawartością chromu, zawierający co najmniej jeden składnik wybrany spośród Co, Mo, W, Hf, Fe, Ti, Nb, Ta i Al. Tu obszar przylgni wytwarza się za pomocą bądź procesów odlewniczych, bądź metalurgii proszków, po których następuje kucie termo-mechaniczne, walcowanie lub młotkowanie w temperaturze niższej niż lub w pobliżu temperatury rekrystalizacji stopu i przy odkształceniu obszaru przylgni w stopniu zwiększającym umowną granicę plastyczności do wartości wyższej niż ta dolna granica. Zastosowaniem z dziedziny metalurgii proszków może być np. natryskiwanie termiczne materiału wyjściowego w postaci cząstek stałych lub proszku na podstawowy korpus trzonka, zaś kucie termomechaniczne może obejmować obróbkę plastyczną na zimno natryśniętego materiału. Korzystnie obróbkę plastyczną na zimno prowadzi się w odpowiednio podwyższonej temperaturze, aby uniknąć utwardzania wydzieleniowego w stopniu, który mógłby przeszkodzić w obróbce plastycznej na zimno. Obszar przylgni może np. być wykonany ze stopu podobnego do IN 718, który można poddać odkształceniu rzędu co najmniej 35%. Obszar przylgni może być także wykonany ze stopu INCONEL Alloy X-750 obrobionego plastycznie na gorąco i utwardzonego wydzieleniowo do umownej granicy plastyczności równej w przybliżeniu 1100 MPa. Jeżeli stop zawiera składniki wyżej wymienionego typu, powodujące utwardzanie wydzieleniowe, można dalej podnieść umowną granicę plastyczności poprzez obróbkę cieplną z utwardzaniem wydzieleniowym.

Specjalnie korzystne stopy na materiał obszaru przylgni zawierają 10-25% Cr, maksymalnie 25% Co, maksymalnie 10% Mo+W, maksymalnie 11% Nb, maksymalnie 20% Ta, maksymalnie 3% Ti, maksymalnie 0,55% Al, maksymalnie 0,3% C, maksymalnie 1% Si, maksymalnie 0,015% P, maksymalnie 0,015% S, maksymalnie 3% Mn, maksymalnie 25% Fe i resztę Ni, korzystnie zaś zawartość składników Al, Ti oraz Ni ograniczona jest do 0,5% Al, 0,7-3% Ni i 52-57% Ni, przy czym zawartość Nb + Ta/2 wynosi odpowiednio co najmniej 3%.

Na dobór stopu i stosowanego procesu wytwarzania może mieć wpływ wielkość zaworu wylotowego, ponieważ zgniot na zimno rzędu wielu procent może wymagać narzędzi o bardzo wysokiej wytrzymałości, jeżeli grzybek zaworu jest duży, np. w przypadku średnicy zewnętrznej wynoszącej 130 mm - 500 mm.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia zawór wylotowy według wynalazku w przekroju wzdłużnym, fig. 2 - dwa obszary przylgni w przekroju cząstkowym z naszkicowanymi typowymi wgnieceniami, fig. 3-6 przedstawiają w przekroju cząstkowym, kruszenie cząstek i początkowe etapy powstawania wgnieceń, fig. 7 i 8 - powstawanie wgnieceń na powiększonych przekrojach cząstkowych, fig. 9 przedstawia powierzchnie bezpośrednio po otwarciu zaworu.

Na fig. 1 pokazano zawór wylotowy 1, przeznaczony do dużego, dwusuwowego silnika spalinowego, mogącego mieć średnicę cylindra 250 - 1000 mm. Nieruchomy element 2 zaworu wylotowego, zwany także elementem dolnym, zamontowany jest w głowicy cylin187 246 dra, tu nie pokazanej. Zawór wylotowy ma ruchomy trzonek 3, mający na swym dolnym końcu grzybek 4 zaworu i połączony swym drugim końcem w dobrze znany sposób z siłownikiem hydraulicznym do otwierania zaworu i z pneumatyczną sprężyną powrotną, przemieszczającą trzonek do położenia zamknięcia. Figura 1 przedstawia zawór w położeniu częściowo otwartym.

Dolna powierzchnia grzybka zaworu jest wyposażona w warstwę materiału 5 odpornego na korozję termiczną. Pierścieniowy obszar 6 przylgni na górnej powierzchni grzybka zaworu znajduje się w pewnej odległości od zewnętrznego obrzeża grzybka i ma stożkową powierzchnię uszczelniającą 7. Grzybek zaworu do dużego, dwusuwowego silnika wodzikowego może mieć średnicę zewnętrzną 120 - 500 mm w zależności od średnicy wewnętrznej cylindra.

Nieruchomy element zaworu jest także wyposażony w nieco wystający obszar 8 przylgni, tworzący pierścieniową, stożkową powierzchnię uszczelniającą 9, która opiera się o powierzchnię uszczelniającą 7, gdy zawór jest zamknięty. Ponieważ grzybek zaworu zmienia kształt podczas rozgrzewania się do temperatury roboczej, powierzchnię przylgni projektuje się tak, aby dwie powierzchnie uszczelniające były równoległe w roboczej temperaturze zaworu co oznacza, że na zimnym grzybku zaworu powierzchnia uszczelniająca 7 opiera się o powierzchnię uszczelniającą 9 tylko wzdłuż górnego obrzeża 10 tej ostatniej, usytuowanego najdalej od komory spalania.

Figura 2 przedstawia typowe wgniecenie 11, kończące się w przybliżeniu w odległości około 0,5 mm od obrzeża zamykającego na powierzchni uszczelniającej 7, a mianowicie łuku koła, na którym górne obrzeże 10 uderza o powierzchnię uszczelniającą 7, co pokazano pionową linią punktową.

Figura 3 przedstawia twardą cząstkę 12, która uległa pochwyceniu pomiędzy dwiema powierzchniami uszczelniającymi 7, 9 bezpośrednio przed całkowitym zamknięciem zaworu. Podczas trwającego ruchu w kierunku zamknięcia zaworu cząstka ulega skruszeniu na proszek, którego znaczną część porywa gaz przepływający pomiędzy przylgniami z prędkością dźwięku, jak pokazano strzałką A na fig. 4. Część proszku z rozkruszonej cząstki pozostanie unieruchomiona pomiędzy powierzchniami uszczelniającymi 7, 9 ponieważ cząstki najbliższe powierzchniom są zatrzymywane przez siły tarcia, a cząstki w przestrzeni wewnętrznej są zatrzymywane przez siły ścinania w proszku. W efekcie tworzą się stożkowate stosiki proszku zwrócone wierzchołkami do siebie. Dotychczas przyjmowane założenie odnośnie chwytania stałej cząstki pomiędzy powierzchniami przylgni jest więc nieprawidłowe. Zamiast tego występuje zmniejszenie ilości materiału pochwyconego pomiędzy przylgniami, ponieważ część proszku ulega wydmuchnięciu.

W dalszym ciągu ruchu związanego z zamykaniem zaworu, stożkowate skupiska proszku zapadają się i rozkładają w płaszczyźnie styku powierzchni, do postaci soczewkowatego skupiska proszku czyli stosiku proszku, jak pokazano na fig. 5. Stwierdzono, że to soczewkowate skupisko proszku ma grubość maksymalną równą 0,5 mm, a normalne grubości największych skupisk mieszczą się w przedziale pomiędzy 0,3 i 0,4 mm.

Figura 6 przedstawia sytuację, gdy zawór jest zamknięty, lecz przed zamknięciem ciśnienie w komorze spalania wzrasta w wyniku spalania paliwa. Pneumatyczna sprężyna powrotna sama w sobie nie jest dostatecznie silna, aby dociągnąć powierzchnię uszczelniającą 7 w sposób całkowicie szczelny do powierzchni uszczelniającej 9 w obszarze wokół skupiska proszku.

Gdy ciśnienie w komorze spalania wzrasta po zapłonie paliwa, skierowana ku górze siła nacisku na dolną powierzchnię grzybka znacznie wzrasta, dociskając powierzchnie uszczelniające do siebie i równocześnie skupisko proszku zaczyna odkształcać sprężyście powierzchnie uszczelniające. Jeżeli skupisko proszku jest dostatecznie grube, a umowna granica plastyczności materiału nie jest dostatecznie wysoka, odkształcenie sprężyste przejdzie w odkształcenie plastyczne, czyniąc wgniecenie trwałym. Figura 7 przedstawia sytuację, w której nieruchomy obszar 8 przylgni ma najwyższą umowną granicę plastyczności i w której obszar 6 przylgni na grzybku zaworu ulega odkształceniu sprężystemu do punktu tuż poniżej umownej granicy plastyczności. Podczas trwającego nadal ściskania do całkowicie ściśniętego położenia powierzchni uszczelniających, pokazanego na fig. 8, skupisko proszku za10

187 246 głębia się w powierzchnię uszczelniającą, przy czym materiał przylgni ulega odkształceniu plastycznemu.

Gdy zawór ponownie otwiera się, wypływający gaz wydmuchuje cząstki, jak pokazano na fig. 9 i równocześnie materiały przylgni powracają sprężyście do stanu bez obciążenia. W zleżności od tego, w jakim stopniu wystąpiło odkształcenie plastyczne na jednej lub obydwu powierzchniach przylgni, na powierzchni uszczelniającej wystąpi trwałe wgniecenie 11 o mniejszej głębokości niż największe wgniecenie wykonane przez skupisko proszku. Im wyższa umowna granica plastyczności, tym mniejsze wgniecenie.

Opiszemy teraz przykłady składów chemicznych odpowiednich materiałów przylgni. Wszystkie ilości podano w procentach wagowych, pomijając nieuniknione zanieczyszczenia. Należy także wspomnieć, że wartości umownej granicy plastyczności w niniejszym opisie oznaczają średnią umowną granicę plastyczności w temperaturze 20°C, chyba że podano inną temperaturę. Stopy są stopami na bazie niklu z zawartością chromu (lub stopami na bazie chromu z zawartością niklu) i mają tę właściwość, że nie ma wprost proporcjonalnej zależności pomiędzy twardością stopu a jego umowną granicą plastyczności, lecz przeciwnie, istnieje prawdopodobnie zależność pomiędzy twardością a wytrzymałością na rozciąganie. W odniesieniu do tych stopów, umowna granica plastyczności oznacza granicę dla odkształcenia 0,2 (Rp0 2).

Stop IN 625 zawiera 20-23% Cr, 8-10% Mo, 3,15-4,15% Ta+Nb, do 5% Fe, do 0,1% C, do 0,5% Mn, do 0,5% Si, do 0,4% Al, do 0,4% Ti, do 1,0% Co, do 0,015% S, do 0,015% P i jako resztę co najmniej 58% Ni. Umowną granicę plastyczności stopu można zwiększyć za pomocą obróbki plastycznej i w pewnym zakresie także poprzez utwardzanie wydzieleniowe.

Stop IN 671 zawiera 0,04-0,08% C, 46-49% Cr, 0,3-0,5% Ti oraz resztę Ni. Umowną granicę plastyczności stopu można zwiększyć za pomocą obróbki plastycznej i poprzez utwardzanie wydzieleniowe.

Stop IN 690 zawiera 27-30% Cr, 7-11% Fe, do 0,05% C, ewentualnie niewielkie ilości Mg, Co i Si oraz jako resztę co najmniej 58% Ni. Umowną granicę plastyczności stopu można zwiększyć za pomocą obróbki plastycznej.

Stop typu IN 718 zawiera 10-25% Cr, do 5% Co, do 10% Mo+W, 3-12% Nb+Ta, do 3% Ti, do 2% Al, do 0,03% C, do 1% Si, do 0,015% P, do 0,015% S, do 3% Mn, 5-25% Fe i resztę Ni. Stop ten jest s^^^^g<5ł^y przez to, że możliwości zwiększenia umownej granicy plastyczności zależą bardzo silnie od ilości poszczególnych składników, w szczególności Al, Ti, Ni i Nb, przy czym zawartość Al ma szczególny wpływ. Gdy zawartość Al jest wyższa niż 0,55%, wpływa to negatywnie na umowną granicę plastyczności. Zawartość Al winna być utrzymywana poniżej 0,5%. Jeżeli pożądany jest wzrost umownej granicy plastyczności za pomocą utwardzania wydzieleniowego, zawartość Nb+Ta powinna być wyższa niż 4%, korzystnie wyższa niż 7%, a zawartość Ti powinna być wyższa niż 0,7%, korzystnie w przedziale od 0,95% do 2%. Równocześnie zawartość Ni może korzystnie mieścić się w przedziale 47 - 60%, korzystnie 52 - 57%. Jeżeli pożądane jest zwiększenie umownej granicy plastyczności poprzez odkształcenie plastyczne, zawartość Co i Mo + W należy dobierać w górnej połowie powyższych przedziałów. Jeżeli składniki dobiera się w podanych wyżej korzystnych przedziałach, a stop poddaje się obróbce plastycznej ze zgniotem, np. powyżej 50%, i równocześnie utwardza się wydzieleniowo, możliwe jest podwyższenie umownej granicy plastyczności powyżej 1600) MPa.

Stop NIMONIC Alloy 105 ma skład nominalny: 15% Cr, 20% Co, 5% Mo, 4,7% Al, do 1% Fe, 1,2% Ti i resztę Ni.

Stop Rene 220 zawiera 10-25% Cr, 5-25% Co, do 10% Mo+W, do 11% Nb, do 4% Ti, do 3% Al, do 0,3% C, 2-23% Ta, do 1% Si, do 0,015% S, do 5% Fe, do 3% Mn i resztę Ni. Nominalnie stop Rene 220 zawiera 0,02% C, 18% Cr, 3% Mo, 5% Nb, 1% Ti, 0,5% Al, 3% Ta i resztę niklu. Odkształcenie połączone z utwardzaniem wydzieleniowym może dać niezwykle wysoką umowną granicę plastyczności w tym materiale. Przy odkształceniu rzędu 50% w temperaturze 955°C umowna granica plastyczności osiąga w przybliżeniu 1320 MPa; przy odkształceniu rzędu 50% przy 970°C umowna granica plastyczności osiąga w przybliżeniu 1400 MPa; przy odkształceniu rzędu 50% przy 990°C umowna granica plastyczności

187 246 osiąga w przybliżeniu 1465 MPa, zaś przy odkształceniu rzędu 25% przy 970°C umowna granica plastyczneści osiąga w przybliżeniu 1430 MPa. Zastosowano utwardzanie wydzieleniowe przez 8 godzin w temperaturze 760°C, a następnie przez 24 godziny w temperaturze 730°C i przez 24 godziny w temperaturze 690°C.

Stop NIMONIC PK31 zawiera nominalnie 0,04% C, 20% Cr, 2,3% Ti, 0,45% Al, 14% Co, 4,5% Mo, 5% Nb, do 1% Fe i ewentualnie niewielkie ilości Si, Cu i Mn oraz Ni jako resztę.

Stop Merl 76 ma skład nominalny: 0,015% C, 11,9% Cr, 18% Co, 2,8% Mo, 1,2% Nb, 0,3% Hf, 4,9% Ti, 4,2% Al, 0,016% B, 0,04% Zr i resztę Ni.

Stop Udimet 700 ma nominalny skład chemiczny: 0,15% C, 15% Cr, 18,5% Co, 5,3% Mo, 4,2% Ti, 3,5% Al, do 1% Fe i resztę Ni.

Stop Rene 95 zawiera do 0,08% C, 11,8-14,6% Cr, 7,5-8,5% Co, 3,1-3,9% Mo, 3,1-3,9% W, 3,1-3,9% Nb, 3,1-3,9% Ti, 2,1-3,1% Al, do 0,02% B, do 0,075% Zr oraz resztę Ni.

Co się tyczy podanych wyżej składów nominalnych jest rzeczą oczywistą, że w praktyce, w zależności od aktualnie wytwarzanego stopu, wystąpić mogą odchylenia od składu nominalnego, jak również mogą wystąpić nieuniknione zanieczyszczenia we wszystkich składach chemicznych.

Literatura techniczna opisuje szczegółowo sposoby obróbki cieplnej różnorodnych stopów w celu uzyskania utwardzenia wydzieleniowego, a obróbka cieplna typu rozpuszczania oraz temperatury rekrystalizacji są także dobrze znane. Tak więc poniżej opisano tylko kilka przykładów.

Rene 220:

Cztery warstwy proszku do napawania o następującym składzie chemicznym: 0,03%C, 20,2% Cr, 2,95% Mo, 11,7% Co, 1,2% Ti, 5,05% Nb, 3,1% Ta oraz Nijako resztę napawano w procesie PTAW na korpus podstawowy z austenitycznej stali nierdzewnej AlSl 316. Korpus wraz z tak naniesionym stopem według wynalazku poddano następnie obróbce cieplnej przez 4 godziny w temperaturze 775°C i przez 4 godziny w temperaturze 700°C. Z korpusu podstawowego wykonano dwie typowe próbki do próby rozciągania, a próba rozciągania wykazała umowną granicę plastyczności Rp).2 równą odpowiednio 1138 MPa i 1163 MPa. Następnie korpus podstawowy wykonany w ten sam sposób poddano obróbce cieplnej przez 4 godziny w temperaturze 750°C, a następnie przez 8 godzin w temperaturze 700°C. W próbie rozciągania zmierzono umowną granicę plastyczności dwóch półfabrykatów, uzys-kując wyniki odpowiednio 1074 MPa i 1105 MPa. Następnie korpus podstawowy wykonany w ten sam sposób poddano obróbce cieplnej przez 8 godzin w temperaturze 750°C, a następnie przez 4 godziny w temperaturze 700°C. W próbie rozciągania zmierzono umowną granicę plastyczności dwóch półfabrykatów, uzyskując wyniki odpowiednio 1206 MPa i 1167 MPa. I wreszcie korpus podstawowy wykonany w ten sam sposób poddano obróbce cieplnej przez 4 godziny w temperaturze 800°C, a następnie przez 8 godzin w temperaturze 700°C. W próbie rozciągania zmierzono umowną granicę dwóch półfabrykatów, uzyskując wyniki odpowiednio 1091 MPa i 1112 MPa.

W przypadkach, gdy pożądane jest zwiększenie granicy plastyczności za pomocą obróbki plastycznej na zimno materiału, można tego dokonać w dobrze znany sposób poprzez np. walcowanie albo kucie obszaru przylgni bądź też w inny sposób, taki jak klepanie bądź młotkowanie tego obszaru, po czym powierzchnię uszczelniającą przylgni szlifuje się. Jeżeli stop zawiera składniki powodujące utwardzanie wydzieleniowe, można odpowiednio przeprowadzić obróbkę plastyczną na zimno w odpowiednio podwyższonej temperaturze, jak już wyżej wspomniano.

Poniżej podano przykład wytwarzania zaworu wylotowego, w którym obszar przylgni kształtuje się w procesie HIP. Korpus podstawowy z odpowiedniego materiału, takiego jak stal, stal stopowa albo stop niklu obrabia się w zwykły sposób do uzyskania żądanego kształtu bez obszaru przylgni. Następnie żądany materiał przylgni nanosi się na korpus podstawowy w dobrze znanym procesie HIP (HIP jest skrótem od Hot Isostatic Pressure - prasowanie izostatyczne na gorąco). Proces ten wykorzystuje materiał wyjściowy w postaci cząstek, np. uzyskany w wyniku rozpylania ciekłego strumienia roztopionego stopu zawierającego nikiel

187 246 i chrom w komorze z atmosferą obojętną, przez co materiał w kształcie kropli oziębia się i zestala w postaci cząstek o bardzo ścisłej strukturze dendrytycznej.

Materiał wyjściowy w postaci cząstek osadza się od góry korpusu podstawowego na górnej powierzchni grzybka zaworu, w ilości dobranej do żądanej grubości obszaru przylgni. Następnie korpus umieszcza się w formie i w komorze HIP, którą zamyka się, a następnie wytwarza się próżnię w celu usunięcia niepożądanych gazów. Wówczas rozpoczyna się proces HIP, w którym materiał w postaci cząstek nagrzewa się do temperatury w zakresie pomiędzy 950 i 1200°C, przykładając wysokie ciśnienie np. 90,0-120,0 MPa. W tych warunkach materiał wyjściowy w postaci proszku staje się plastyczny i łączy się w spójny, gęsty materiał, zasadniczo bez topienia. Następnie korpus wyjmuje się, i jeśli jest to pożądane, można go poddać rozpuszczaniu, np. w przypadku Rene 95 przez 1 godzinę w temperaturze 1150°C, a następnie oziębianiu bądź w kąpieli solnej do temperatury pośredniej (typowo 535°C) z chłodzeniem na powietrzu do temperatury otoczenia, bądź też oziębianiu w gazach do temperatury otoczenia. Następnie po tych etapach można przeprowadzić obróbkę plastyczną na gorąco/na zimno, a jeżeli pozwala na to skład chemiczny stopu, można także przeprowadzić utwardzanie wydzieleniowe, np. stopu Rene 95 przez 1 godzinę w temperaturze 870°C, a następnie przez 24 godziny w temperaturze 650°C, po czym korpus doprowadza się do temperatury pokojowej, chłodząc na powietrzu. I wreszcie korpus można oszlifować, uzyskując żądane wymiary.

W charakterze korpusu podstawowego można użyć grzybka zaworu bez trzonka, przy czym trzonek montuje się do grzybka zaworu po zakończeniu procesu HIP. Montaż ten można przeprowadzić np. poprzez zgrzewanie tarciowe. Zaletą takiego postępowania jest lepsze wykorzystanie komory HIP, ponieważ komora może pomieścić szereg korpusów podstawowych równocześnie, jeżeli trzonek montuje się później. Możliwe jest także wytwarzanie całego grzybka zaworu albo, jeżeli to pożądane, całego trzonka zaworu z materiału w postaci cząstek za pomocą procesu HIP, stosując różne składy cząstek w różnych obszarach korpusu, dostosowane do żądanych właściwości materiałów w tych obszarach, jak również biorąc pod uwagę czynniki ekonomiczne.

Obróbka na zimno w niniejszym kontekście oznacza bądź regularną obróbkę plastyczną na zimno w temperaturze zasadniczo poniżej temperatury rekrystalizacji stopu, bądź odkształcjenie termo-mechaniczne w temperaturze poniżej lub bezpośrednio w pobliżu dolnego zakresu temperatur rekrystalizacji. W tym ostatnim przypadku korzystne jest ochłodzenie korpusu do temperatury roboczej od temperatury rozpuszczania bez uprzedniego chłodzenia do temperatury otoczenia.

187 246

FIG.3

FIG. 4

FIG.5

FIG. 6

FIG.1

FIG.8

FIG.9

187 246

FIG.I

FIG.2

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 50 egz.

Cena 4.00 zł.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Zawór wylotowy do silnika spalinowego wewnętrznego spalania, w szczególności do dwusuwowego silnika wodzikowego, zawierający ruchomy trzonek z grzybkiem zaworu, który na swej górnej powierzchni ma pierścieniowy obszar przylgni z materiału innego niż podstawowy materiał grzybka zaworu, który to obszar przylgni styka się z odpowiadającym mu obszarem przylgni na nieruchomym elemencie zaworu, gdy zawór jest zamknięty, znamienny tym, że obszar (6) przylgni na górnej powierzchni grzybka (4) zaworu jest wykonany z materiału, który ma umowną granicę plastyczności (Rpo) wynoszącą co najmniej 1000 MPa w temperaturze około 20°C.
2. Zawór wylotowy według zastrz. 1, znamienny tym, że materiał obszaru (6) przylgni ma umowną granicę plastyczności wynoszącą co najmniej 1100 MPa, a korzystnie co najmniej 1200 MPa.
3. Zawór wylotowy według zastrz. 2, znamienny tym, że materiał obszaru (6) przylgni ma umowną granicę plastyczności wynoszącą co najmniej 1300 MPa, korzystnie co najmniej 1400 MPa.
4. Zawór wylotowy według dowolnego z zastrz. 1, znamienny tym, że obszary (6, 8) przylgni odpowiednio na elemencie nieruchomym i grzybku zaworu mają taką samą umowną granicę plastyczności w roboczej temperaturze obszarów przylgni.
5. Zawór wylotowy według zastrz. 1, znamienny tym, że obszar (8) przylgni na elemencie nieruchomym ma wyższą umowną granicę plastyczności niż obszar (6) przylgni na grzybku zaworu w roboczej temperaturze obszarów przylgni.
6. Zawór wylotowy według zastrz. 1, znamienny tym, że materiał obszaru (6) przylgni jest stopem na bazie niklu z zawartością chromu, zawierającym w procentach wagowych co najmniej 10% składników, takich jak Mo, W, Co, Hf, Fe i/lub Cr.
7. Zawór wylotowy według zastrz. 6, znamienny tym, że stop zawiera Nb i/lub Ta.
8. Zawór wylotowy według zastrz. 6, znamienny tym, że stop zawiera Al i Ti.
9. Zawór wylotowy według zastrz. 1, znamienny tym, że materiałem obszaru (6) przylgni jest napawany stop na bazie niklu z zawartością chromu zawierający Nb i/lub Ta.
10. Zawór wylotowy według zastrz. 1, znamienny tym, że materiałem obszaru (6) przylgni jest stop na bazie niklu z zawartością chromu zawierający w procentach wagowych co najmniej 10% składników, takich jak Mo, W, Co, Hf, Fe i/lub Cr oraz składników, takich jak Nb, Ta, Al i/lub Ti.
11. Zawór wylotowy według zastrz. 1 albo 2, albo 3, albo 4, albo 5, znamienny tym, że materiałem obszaru (6) przylgni jest stop na bazie niklu z zawartością chromu zawierający co najmniej jeden składnik wybrany spośród Co, Mo, Hf, Fe, W, Ti, Nb, Ta i Al.
12. Zawór wylotowy według zastrz. 8 albo 10, znamienny tym, że materiał obszaru (6) przylgni zawiera 10-25% Cr, do 25% Co, do 10% Mo+W, do 11% Nb, do 20% Ta, do 3% Ti, do 0,55% Al, do 0,3% C, do 1% Si, do 0,015% P, do 0,015% S, do 3% Mn, do 25% Fe i Ni jako resztę, a korzystna zawartość składników Al, Ti i Ni jest ograniczona do 0,5% Al, 0,7-3% Ti i 52-57 Ni, przy czym odpowiednia zawartość Nb+Ta/2 wynosi co najmniej 3%.
13. Zawór wylotowy według zastrz. 11, znamienny tym, że materiał obszaru (6) przylgni zawiera 10-25% Cr, do 25% Co, do 10% Mo+W, do 11% Nb, do 20% Ta, do 3% Ti, do 0,55% Al, do 0,3% C, do 1% Si, do 0,015% P, do 0,015% S, do 3% Mn, do 25% Fe i Ni jako resztę, a korzystna zawartość składników Al, Ti i Ni jest ograniczona do 0,5% Al, 0,7-3% Ti i 52-57 Ni, przy czym odpowiednia zawartość Nb+Ta/2 wynosi co najmniej 3%.
14. Zawór wylotowy według zastrz. 1 albo 2, albo 3, albo 4, albo 5, albo 6, albo 7, albo 8, albo 9, albo 10, znamienny tym, że zewnętrzna średnica grzybka zaworu mieści się w przedziale od 130 mm do 500 mm.

187 246
15. Zawór wylotowy według zastrz. 11, znamienny tym, że zewnętrzna średnica grzybka zaworu wynosi 130 mm - 500 mm.