Моя первая статья про направляющие для клапанов написана аж в 2017 году. С той поры утекло много воды. Появились новые материалы, очень большие наработки на отказ, новые поставщики и производители, а самое главное материалы и технологии.
Что есть на рынке
Сейчас на рынке можно найти направляшки из 4 материалов. Бронза, чугун, латунь, металлокерамика. Я остановлюсь на каждом из этих материалов, не на основе интернета и хвалебных статей, а своего опыта. Прежде чем идти дальше, предлагаю рассмотреть несколько базовых понятий. Чтобы было понятно тем, кто не имеет механического образования.
- Давайте начнем с очень простой вещи. Есть мама и зовут ее Медь, которая является химическим элементом из таблицы Менделеева. И есть у нее две дочки, это латунь и бронза. Видимо от папы, а откуда еще это возможно, дети получили разные характеристики. А теперь серьезно. Давайте говорить не латунь и бронза, а две большие группы сплавов, основу первой составляют: медь +цинк, основу второй: медь +олово +большое количество легирующих добавок.
- Чугун. Это тоже огромная группа сплавов. В очень простом варианте для понимания, это железо + углерод, в процентном соотношении более 2%. Также могут присутствовать легирующие добавки, но мы не будем глубоко углубляться)).
- Металлокерамика. В моем скромном понимании, это скорее не обозначение материала, а название процесса. То есть это сплав металла и керамики, или других материалов, появившийся в результате СПЕКАНИЯ, то есть порошковая технология. В металлургии материал чаще носит название КЕРМЕТ и в зависимости от добавок образуют четыре основные группы: конструкционная, фрикционная, антифрикционная и твердосплавная.
Направляющие клапанов
У направляшек, есть основные функции:
Ø Фиксация клапана четко по оси и его посадка в седло
Ø Отвод тепла от клапана (согласно немецкой литературе, не более 15% от общего)
Ø Минимизация потери на трение и «прихватывание» стебля клапана
Вот в свете этих функций давайте и рассмотрим материалы, которые я обозначил выше.
Латунь
Что у нас в плюсах. Легкая обрабатываемость, относительно того же чугуна или бронзы. Теплопроводность (спасибо маме меди), около 150, и вроде, как и все)). А вот далее яркий пример, как говорят в народе, жизнь и время все расставляет по местам. В моем родном Питере, я знаю много станочников и мотористов, кто занимается ремонтом гбц. И в какой-то момент, я услышал от коллег, про одноразовые двигатели концерна VAG и некоторые двигатели MB. К 120 тысячам пробега, в паре клапан-направляющая ощущался значительный износ. Решение было найдено достаточно быстро, в виде чугунных направляшек. Видимо сыграла свою роль, концепция современного европейского авто. У машинки есть срок службы, после которого, она должна быть утилизирована или вся синхронно развалиться.
Бронза
Про данный материал, как никогда уместна поговорка, бронза бронзе рознь. Как я уже говорил выше, это не один материал, а группа сплавов, с очень большим количеством легирующих добавок, и как следствие с совершенно разными свойствами. К основным плюсам бронзы относится средняя теплопроводность, хороший коэффициент сухого трения, шикарные антифрикционные характеристики. Но самый главный плюс, это возможность держать в своей структуре масло, к слову сказать, этим же свойством обладают чугун и металлокерамика. Основная засада, кроется в следующем: идеальной бронзой для шайб скольжения, направляющих и других подобных деталей является сплав БрБ2. Это без оловянная бронза с 2% добавкой бериллия. И все бы хорошо, если бы не цена этого химического элемента. На сегодняшний день, около тысячи долларов за один килограмм. И по этой же причине вы никогда не увидите направляшек из данной «бронзы», скорее всего это будет или БрКМЦ или БрОЦС. А это сплавы, среднего класса. Для понимания скажу, что теплопроводность бериллиевой бронзы около 120, а двух вышеозначенных сплавов 45-55, что называется почувствуйте разницу.
Чугун
Данный материал тоже очень многолик. Есть чугун из которого делают гири и люки колодцев, а есть из которого отливают станины станков, блоки двигателей, гильзы цилиндров. Основные плюсы данного материала, если мы говорим про направляшки: хорошая пара трения (сталь-чугун), теплопроводность (около 60), износостойкость, удержание масла в своей структуре. Составляет очень хорошую пару трения со сталью, в нашем случае с клапаном. Из минусов: тяжелая обработка (чем старше, тем тверже) и коробление в течении некоторого времени после плавки. Видел лично, как на советском заводе отливали черновую болванку станины, вывозили ее за город и оставляли на год отстаиваться и только потом отправляли на станкостроительный завод. Происходила, так называемая нормализация. Попутно замечу, чтобы Вы не удивлялись, почему чугунный блок на авто, через год «пошел винтом». Сейчас в расплав, для последующей легкости обработки, добавляется фосфор, деталь значительно легче обрабатывать. Но это уже НЕ чугун. Поэтому владельцам наших авто, я рекомендую при ремонте не растачивать блоки, а сразу гильзовать. Толку будет больше. К минусам можно отнести хрупкость материала. То есть монтаж направляющих, каким-либо ударным способом ИСКЛЮЧЕН.
Металлокерамика
Как я уже говорил, это скорее название процесса, нежели материала. Но если это слово прижилось в народе, пусть будет так. Если чуточку упростить вопрос, то по своей сути металлокерамические направляющие могут быть любыми, по своей сути: и чугунными, и бронзовыми и пластиковыми)). Как происходит классический процесс ПЛАВКИ металла? Это в примитиве можно сравнить с варкой каши. У нас есть базовый компонент, это вода, в которую мы начинаем кидать (в строгой зависимости по времени) крупу, масло, овощи, специи. В литейном цеху примерно тот же процесс, в расплав железа добавляются легирующие присадки (никель, молибден, хром). Но есть засада. К примеру табличная величина плавления железа 1500 градусов. Если легирующий элемент, ниже по температуре плавления, он может выгореть, а если больше, то не распределиться «по расплаву», и у вас будет «каша с комочками». Конечно я очень сильно упростил процесс, за что у металлистов прошу прощения)).
Теперь про металлокерамику. Структура может быть двух основных типов, с металлической основой или керамической. При рождении данной технологии, процесс выглядел примерно так. Брались два, три или более материалов, представленных в виде мелкодисперсных гранул. Далее следовал процесс смешивания. Порошки — это дело не любят, поэтому на первых шагах, это примитивно делали в воде, получая некую «кашу», которая на следующем этапе заливается в форму. Далее следовало сжатие и спекание под высокой температурой. Плюсы данной технологии были налицо. Представьте себе, что вы делаете направляющие клапанов из болванки. В отходы уйдет 80-90% материала. При порошковой технологии, изделие почти безотходно. Современные технологии кермета, предполагают несколько иные технологии. Представьте себе губку для мытья посуды. Опускаем ее в воду, и она набирает в себя влагу. В металлокерамике берут керамическую пористую заготовку и заполняют ее расплавленным металлическим сплавом, а после спекают. Или осаждают микронные слои металла, на керамической поверхности. Пример. Ныне, почти в каждой машине установлен катализатор. Основу конструкции составляет керамические сотовые ячейки, на поверхности которых нанесен микронный слой родия, палладия или платины.
В данной статье я очень кратко рассказал о материале для направляющих клапанов. Во второй части будет более подробный рассказ про чугунные и металлокерамические направляшки.