Federal-Mogul Powertrain: nuovi materiali per sedi e guide valvola

Federal-Mogul Powertrain, divisione di Federal-Mogul Holdings Corporation, in occasione della fiera IAA Commercial Vehicles di Hannover, esporrà i nuovi materiali con tecnologia in polvere metallo (PM) per inserti di sedi e guide valvola. I nuovi materiali in PM offrono una maggiore resistenza meccanica e alla corrosione, oltre a costi ridotti rispetto ai consolidati materiali ottenuti per fusione. Applicabili principalmente sui motori on e off-highway e su quelli di elevata potenza impiegati nelle imbarcazioni da diporto, questi materiali possono contribuire a ridurre le emissioni di CO2 consentendo ai gas di fluire più efficacemente attraverso gli smussi della sede valvola.

Il passaggio dai materiali ottenuti per fusione a quelli in PM è iniziato decine di anni fa nel settore dei veicoli leggeri e ora stiamo vivendo la stessa tendenza nei motori heavy-duty, con il risultato di una maggiore resistenza alla corrosione, maggiori prestazioni relative a usura e maggiore resistenza meccanica” afferma Gian Maria Olivetti, Chief Technology Officer, Federal-Mogul Powertrain. “Attualmente i materiali in PM ricoprono una quota di mercato pari a circa il 25% nell’heavy-duty ma, grazie a un interesse sempre maggiore da parte dei clienti, questa sta costantemente crescendo.”

I benefici offerti dai materiali in PM derivano dalla loro struttura; essi non devono essere omogenei e le loro fasi e microstrutture possono quindi essere adattate per garantire proprietà ottimali in aree specifiche. Consentono inoltre di lavorare il componente già nella sua forma finita, riducendo le lavorazioni e conseguentemente i costi realizzativi sia delle parti semi-lavorate sia di quelle finite.

Inserti per Sedi Valvola

Federal-Mogul FM-S20B è un nuovo materiale per inserti di sedi valvola in aspirazione, molto resistente alla corrosione. L’ingresso di sale stradale e variazioni nei livelli di zolfo nel carburante contribuiscono alla corrosione in fase di aspirazione, così come può fare la condensazione generata da livelli crescenti di EGR.

FM-S20B usa una base ferrosa dai costi contenuti, diversamente da analoghe leghe ottenute per fusione che utilizzano una costosa base di cobalto. In test condotti durante lo sviluppo, gli inserti di sedi valvola realizzati con FM-S20B hanno dimostrato una maggiore resistenza alla corrosione rispetto a materiali ottenuti per fusione con diversi tenori. Test motoristici hanno inoltre confermato i livelli prestazionali richiesti. Gli attuali test motoristici in corso confermano i livelli prestazionali dichiarati.

Per gli inserti di sedi di valvole utilizzate allo scarico, soggette a carichi termici e meccanici elevati, Federal-Mogul Powertrain ha sviluppato FM-S33P, materiale ad alta compattazione con eccezionale resistenza all’usura che combina cobalto con acciaio per lavorazioni meccaniche ad alta velocità. Già disponibile per la valutazione di prototipi destinati a clienti heavy-duty a seguito delle prime prove di produzione, S33P è stato testato con successo in confronto al materiale T400 ottenuto per fusione a base di cobalto e verso la fine dell’anno Federal-Mogul intraprenderà un programma di test per applicazioni con motori alimentati a CNG.

L’elevato carico sulle sedi valvola nel settore dell’heavy-duty ha portato a ridurre gli angoli della sede da 45 a 30 gradi o addirittura a 20 gradi, in modo da ottenere una maggiore resistenza all’usura. Ciò compromette il flusso di gas per migliorare la durata. Lo sviluppo di materiali più avanzati da parte di Federal-Mogul porta ad ottenere nuovamente l’angolo ottimale per la sede, pur assicurando sia una resistenza eccezionale all’usura sia minori emissioni di CO2.

Un altro vantaggio offerto dagli inserti di sedi valvola realizzati in materiali in PM è rappresentato dalla capacità di incorporare un dorso, più vicino alla testa del cilindro, di differente composizione rispetto allo strato attivo. Il dorso può comprendere una varietà di materiali diversi, a seconda delle richieste della clientela: un materiale più economico per ridurre i costi, uno contenente rame per migliorare il trasferimento di calore, o uno di maggiore resistenza per adattarsi al modulo delle testate in ghisa.

Federal-Mogul Powertrain ha sviluppato due tipi di materiali per i dorsi, FM-S60A e S60B, per soddisfare le richieste delle testate cilindro in ghisa destinate all’heavy-duty, ognuno ottimizzato per garantire i migliori risultati con un dato strato attivo.

Guide valvola

Federal-Mogul Powertrain offre due nuovi materiali per guide valvola, già disponibili sul mercato, FM-G15E e G15N, da utilizzare in motori heavy-duty con elevati carichi laterali, comprese le unità per la produzione dell’energia che impiegano CNG.

FM-G15E utilizza una gran quantità di lubrificante solido intrappolato in una microstruttura di polvere di acciaio trattata specificamente con Molibdeno e Nickel per ridurre l’attrito e resistere all’usura. L’impregnazione in vuoto con olio fornisce un ulteriore supporto tribologico e un’eccezionale combinazione di lavorabilità e durata. Federal-Mogul Powertrain ha caratterizzato la lavorabilità a macchina di G15E e può supportare la clientela con suggerimenti sulle condizioni di lavorazione ottimali.

Per applicazioni in presenza di temperature eccezionalmente elevate e carichi laterali, Federal-Mogul Powertrain ha sviluppato FM-G15N. Questo materiale garantisce le necessarie resistenza all’usura e durata, grazie all’uso di una matrice in lega di cromo e acciaio che contiene un’accurata distribuzione di lubrificanti solidi e un’impregnazione in vuoto con olio. Le guide realizzate in FM-G15N hanno recentemente passato un test di 1.500 ore su un motore, andando a soddisfare le richieste del cliente sia in applicazioni in aspirazione sia allo scarico.

Federal-Mogul Powertrain è in grado di applicare i benefici dei materiali in PM a motori con guide valvola di lunghezza superiore a 100 mm, essendo riuscita a risolvere le problematiche di compattazione associate a componenti di tale lunghezza. Le guide valvola vengono fornite sia in condizioni semi-lavorate sia finite in tale lunghezza, grazie all’uso di un processo accurato di foratura prima dell’alesatura per l’operazione di finitura.

“Gli inserti per sedi valvola e le guide valvola in PM di Federal-Mogul Powertrain sono stati inizialmente sviluppati per applicazioni gravose su auto a benzina e mezzi diesel heavy-duty ma hanno dimostrato la loro efficacia anche in unità alimentate a CNG per la produzione di energia, dove situazioni di caldo e di secco, in mancanza della capacità lubrificante del particolato del diesel, possono portare ad usura accelerata dei componenti ottenuti per fusione” commenta Frank Zwein, Global Application Engineering Director, Valve Seats and Guides, Federal-Mogul Powertrain. “In test motoristici, abbiamo fatto girare il motore per più di 10.000 ore in un ambiente gravoso di questo tipo, con valori misurati di usura bassi o nulli.”

La gamma di inserti per sedi valvola, guide e prodotti correlati in PM di Federal-Mogul Powertrain sarà esposta allo stand dell’azienda in occasione della fiera IAA Commercial Vehicles che avrà luogo ad Hannover dal 21 – 29 Settembre 2016 (Hall 13, Stand C28).