Предотвращение износа штока клапана

Специальные покрытия стержней клапанов в ДВС, как средство уменьшения износа

Острая необходимость в снижении расхода моторного масла при работе двигателя привела к многим изменениям в конструкции деталей двигателя, в частности – в исполнении и выборе материала стержня клапана. Что лишний раз подтверждается выражением: «Для каждого действия есть противодействие».

Поскольку количество масла, поступающего в отверстие направляющей втулки клапана, стало меньше, то появилась насущная необходимость в такой обработке стержня клапана, которая будет хорошо сопротивляться истиранию или другим видам износа при больших колебаниях температуры и нагрузок.

Итак, как это можно сделать? 

В первую очередь – хромированием стержня клапана. 

Для чего?

Ответ – износостойкость, снижение трения и коррозионная стойкость.

Существуют разные виды хромирования, которые зависят от исходных условий: доступности той или иной технологии, требований к условиям работы детали и т. д. В автомобильной промышленности обычно используют «блестящий» хром, с той или иной толщиной покрытия. Вид и толщина хромирования нормируются различными техническими документами, в частности стандартами SAE. Причем основополагающим является не применяемый материал, а время, в течение которого клапан подвергается хромированию. Стоит заметить, что есть существенная разница между декоративным хромированием (вроде того, которое используется на бамперах, окантовках окон и т. п.) и покрытии деталей двигателя.

Для тяжелых двигателей обычно используют хромирование значительной толщины. К примеру, на новом клапане для подобного двигателя толщина хрома может составлять 0,07…0,08 мм. Хотя на вторичном рынке можно встретить детали с толщиной покрытия и до 0,50 мм!

А вот клапаны для легковых моторов, наоборот, отличаются чрезвычайно тонким слоем хрома: от 0,002 до 0,03 мм. Такого слоя вполне достаточно, чтобы значительно улучшить стойкость к истиранию. Но, вместе с тем, делает процесс хромирования весьма непростым, так как любое отклонение в технологии может поставить под угрозу и адгезию, и толщину покрытия.

На протяжении последних лет, за пределами США, хромирование, как средство повышения износостойкости стержня клапана, утратило свою популярность. Большинство европейских и азиатских производителей перешли на азотирование. При нем стержень клапана становится темным, почти черным. Многие ошибочно считают такое покрытие «черным хромом».

Азотирование – это процесс химико-термической обработки, при которой поверхность металла, для упрочнения, насыщается азотом. Этот процесс чаще всего используются с низкоуглеродистыми низколегированными сталями. Также он может применяться со средне- и высокоуглеродистыми сталями. То есть, клапан не покрывается хромом, а подвергается термообработке – для износостойкости. Кроме того азотирование улучшает коррозионную стойкость и, в отличие от хрома, повышает усталостную прочность. Азотирование давно используется во многих отраслях промышленности и считается более экологически чистым, чем хромирование. Но это не делает его пригодным для всех случаев жизни. Для некоторых условий работы «тяжелый хром» по-прежнему является лучшим вариантом в плане износа/истирания и износостойкости.

Помимо этого, существует много других вариантов покрытия или обработки для стержней клапанов, которые являются очень надежными и эффективными. Но в этой заметке мы постарались дать ответ на вопрос о «черном» клапане, который возникает постоянно.