Woraus bestehen Flugzeugmotorenkolben? - Luft- und Raumfahrt?

Das Herz des Kolbenmotors eines Flugzeugs steht vor extremen Bedingungen. Die Auswahl des falschen Kolbenmaterials könnte zu einem katastrophalen Versagen im Flug führen, ein Risiko, das niemand in der Luft- und Raumfahrt eingehen kann.

Flugzeugmotorkolben werden überwiegend aus hochfesten Aluminiumlegierungen hergestellt, die speziell für ihr geringes Gewicht, eine gute thermische Leitfähigkeit und Festigkeit bei hohen Betriebstemperaturen ausgewählt wurden. Das Schmieden ist eine gemeinsame Fertigungsmethode.

Als Hersteller von Aluminiumlegierungsringen und Discs bei SWA Forging seit 2012 verstehen wir die entscheidenden Rollenmaterialien bei Hochleistungsanwendungen. Während wir hauptsächlich Händlern und Bearbeitungsunternehmen in verschiedenen Industriesektoren mit unseren maßgeschneiderten Aluminiumlösungen dienen, sind die Prinzipien der Materialwissenschaft für anspruchsvolle Umgebungen, wie in Luft- und Raumfahrtmotoren, sehr vertraut. Schauen wir uns die spezifischen Materialien an, die diese leistungsstarken Motoren am Laufen halten.

Woraus bestehen Flugzeugmotorenkolben?

Sie sind gespannt auf die spezifischen Materialien in diesen leistungsstarken Flugzeugmotoren. Was kann der intensiven Hitze und dem drückenden Druck standhalten, den die Kolben nach dem Flug fliegen? Es ist eine kritische Wahl.

Flugzeugmotorkolben werden typischerweise aus Aluminiumlegierungen wie 4032 (niedrigere Ausdehnung, guter Verschleiß) oder 2618 (höhere Festigkeit bei Temperatur) geschmiedet. Diese bieten die notwendige Leichtigkeit und thermische Eigenschaften für eine zuverlässige Leistung.

In der Welt der rezipierenden Flugzeugmotoren (die Art mit Zylinder und Kolben, gemeinsame Luftfahrt) sind Aluminiumlegierungen die erste Wahl für Kolben. Dies ist jedoch kein Aluminium. Spezifische Legierungen werden für ihre einzigartigen Eigenschaften ausgewählt, die es ihnen ermöglichen, in einer so harten Umgebung zu überleben. Zwei beliebte Entscheidungen sind:

· 4032 Aluminiumlegierung: Diese Legierung enthält Silizium, die dazu beiträgt, die thermische Expansionsrate zu verringern. Niedrigere Ausdehnung bedeutet, dass zwischen der Kolben- und der Zylinderwand engere Toleranzen beibehalten werden können, was die Effizienz verbessert und den Verschleiß verringert. Es hat auch einen guten Verschleißfestigkeit.

· 2618 Aluminiumlegierung: Diese Legierung enthält Kupfer und ist für seine hervorragende Festigkeit bei erhöhten Temperaturen bekannt. Es könnte sich um etwas mehr als 4032 ausdehnen, sodass Kolben-zu-Wand-Freigaben entsprechend eingestellt werden müssen, aber seine Hochtemperaturfestigkeit macht es für sehr hohe Leistung oder Turbogeladen-Motoren geeignet. Der Herstellungsprozess ist auch der Schlüssel. Flugzeugkolben sind oft geschmiedet eher als gegossen. Das Schmieden richtet sich an die Getreidestruktur des Aluminiums, was zu einem viel stärkeren und haltbareren Teil im Vergleich zu einem Guss führt. Bei SWA Forging werden alle unsere Produkte geschmiedet, und wir wissen aus erster Hand, wie dieser Prozess die mechanischen Eigenschaften von Aluminium verbessert und es für anspruchsvolle Anwendungen geeignet ist, ähnlich wie diese Motorkolben.

Aus welchem ​​Material bestehen Motorkolben?

Woraus hergestellt über nur Flugzeuge, aus denen Motorkolben im Allgemeinen hergestellt werden? Verschiedene Motoren haben unterschiedliche Bedürfnisse, und dies führt zu einer Vielzahl von materiellen Auswahlmöglichkeiten für diese kritische Komponente.

Motorkolben werden häufig aus Aluminiumlegierungen für Automobil- und Flugzeuganwendungen aufgrund ihres leichten Gewichts und ihrer guten Wärmeabteilung hergestellt. Einige schwere Dieselmotoren können jedoch bei extremem Druck Gusseisen- oder Stahlkolben für eine größere Haltbarkeit verwenden.

Obwohl Aluminium sehr häufig ist, insbesondere in Benzinmotoren für Autos und Flugzeuge, ist es nicht das einzige Material, das für Motorkolben auf der ganzen Linie verwendet wird. Die Wahl hängt stark vom Motortyp, seinen Betriebsbedingungen und den Leistungsanforderungen ab.

· Aluminiumlegierungen: Wie erläutert, dominieren diese in Benzinmotoren (Autos, Motorräder, leichter Flugzeuge) und vielen kleineren Dieselmotoren. Ihr niedriges Gewicht ist entscheidend für die Reduzierung der Hilfsmasse und ermöglicht es, die Motoren höher zu drehen und schneller zu reagieren. Eine gute thermische Leitfähigkeit hilft dabei, die Wärme von der Kolbenkrone abzuleiten und eine Überhitzung zu verhindern.

· Gusseisen: Bei älteren Motorkonstruktionen und einigen industriellen Anwendungen waren Gusseisenkolben häufig. Sie sind stark und tragen resistent, aber im Vergleich zu Aluminium sehr schwer. Dieses Gewicht begrenzt die Motorgeschwindigkeit und Effizienz.

· Stahl: Für sehr große, hochrangige Dieselmotoren (wie die in Schiffen, Lokomotiven oder schweren erdbewegenden Geräten) werden häufig Stahlkolben verwendet. Diese Motoren arbeiten unter extrem hohen Verbrennungsdruck und Temperaturen, bei denen Aluminium möglicherweise nicht langfristig überlebt. Stahl bietet unter solch schweren Bedingungen eine überlegene Festigkeit und Haltbarkeit, obwohl er schwer ist. Manchmal haben Kolben auch spezielle Beschichtungen. Zum Beispiel können Kolbenröcke Anti-Friktionsbeschichtungen (wie Molybdän-Disulfid oder Graphit) haben, um den Verschleiß zu verringern. Die Kolbenkrone hat möglicherweise eine thermische Barrierebeschichtung, um das Aluminium vor extremen Hitze in sehr hohen Motoren zu schützen. Das grundlegende Ziel ist es immer, einen Kolben zu haben, der stark, leicht ist und die Wärme effektiv verwalten kann.

Woraus besteht Flugzeugzylinder?

Der Kolben benötigt einen Zylinder, um sich zu bewegen. Welche Materialien werden für Flugzeugzylinder verwendet und wie interagieren sie mit den Aluminiumkolben? Diese Paarung ist entscheidend für die Motorlebensdauer.

Flugzeugmotorzylinder werden typischerweise aus Stahllegierungsfässern (zur Verschleißfestigkeit gegen Kolbenringe) und Aluminiumlegierungszylinderköpfe (für gute Wärmeableitungen und leichtes Gewicht) hergestellt. Der Stahllauf kann nitrimiert oder verchromt werden.

Der Zylinder in einem Flugzeugmotor ist tatsächlich eine komplexere Baugruppe als nur ein einfaches Rohr. Es besteht typischerweise aus zwei Hauptteilen aus verschiedenen Materialien: dem Zylinderlauf und dem Zylinderkopf.

· Zylinderlauf: Dies ist der Teil, in dem sich der Kolben auf und ab bewegt. Die innere Oberfläche des Laufs muss sehr hart und abgenutzt sein, um der Reibung der Kolbenringe standzuhalten. Aus diesem Grund werden Flugzeugzylinderfässer normalerweise aus hochfestig Stahllegierungen. Zu den allgemeinen Behandlungen für die Bohrungsoberfläche gehören:

o Nitriding: Ein Wärmebehandlungsprozess, der die Oberfläche des Stahls härtet, wodurch es sehr resistent gegen Verschleiß ist. Nitrimierte Stahlfässer sind häufig.

o Chrombeschichtung: Manchmal ist die Zylinderbohrung hart verchromt für Verschleißresistenz.

· Zylinderkopf: Der Zylinderkopf versiegelt die Oberseite des Zylinders und enthält die Zündkerzen und Ventile (in den meisten Konstruktionen). Flugzeugzylinderköpfe werden fast immer aus Aluminiumlegierungen. Dies liegt daran, dass Aluminium leicht ist und eine ausgezeichnete thermische Leitfähigkeit aufweist, was dazu beiträgt, die während der Verbrennung erzeugte intensive Wärme zu lindern, insbesondere im Bereich der Abgasventil. Die Kühlflossen, die Sie auf luftgekühlten Flugzeugmotoren sehen, sind Teil des Aluminiumzylinderkopf- und Laufbaugruppe. Die Kombination aus Stahlfass und Aluminiumkolben (mit seinen Ringen) erfordert eine sorgfältige Auslegung, um die thermische Ausdehnung zu verwalten und ein gutes Siegel zu gewährleisten. Die verschiedenen Materialien werden ausgewählt, um einen Verschleißfestigkeit zu optimieren, bei dem er benötigt wird (das Lauf) und die Wärmeableitung/das leichte Gewicht, wo dies am wichtigsten ist (Kopf und Kolben).

Sind Motorkolben Aluminium?

Sie hören oft von Aluminiumteilen in Motoren. Ist es also sicher zu sagen, dass die meisten Motorkolben aus Aluminium bestehen? Dies ist ein häufiges Verständnis, aber es ist gut zu bestätigen.

Ja, eine überwiegende Mehrheit der Motorkolben, insbesondere in Benzin -Automotoren und gegen Flugzeugmotoren, wird aus Aluminiumlegierungen hergestellt. Ihr leichtes Gewicht und ihre guten thermischen Eigenschaften sind sehr vorteilhaft.

Für eine große Anzahl von Motortypen, mit denen Menschen täglich interagieren, ist die Antwort ein durchschnittliches Ja. Aluminium ist das Material der Wahl für Kolben in:

· Kfz -Benzinmotoren: Fast alle Personenfahrzeuge mit Benzinmotoren verwenden Aluminiumkolben.

· Hubkropazieren von Flugzeugmotoren: Wie wir ausführlich besprochen haben, sind Aluminiumlegierungen für diese Motoren Standard.

· Motorradmotoren: Hochleistungs-Motorradmotoren stützen sich auch auf leichte Aluminiumkolben.

· Viele kleine Dieselmotoren: Kleinere Dieselmotoren verwenden auch häufig Aluminiumkolben. Die Gründe sind konsistent:

1. Niedriges Gewicht (reduzierte Hilfsmasse): Leichtere Kolben bedeuten weniger Trägheit. Dies ermöglicht es dem Motor, den Kolben schneller zu beschleunigen und zu verlangsamen, was zu höheren potenziellen Motorgeschwindigkeiten (U / min), einer besseren Motorreaktion und einer verringerten Vibration führt.

2. Gute thermische Leitfähigkeit: Aluminium leitet Wärme sehr gut. Dies hilft, die Wärme von der heißen Kolbenkrone weg zu übertragen (die obere Oberfläche, die Verbrennung ausgesetzt ist) bis zu den Kolbenröcken und Kolbenringen und letztendlich zu den Zylinderwänden und dem Motoröl. Dies verhindert, dass der Kolben eine Überhitzung und scheitert. Während es Ausnahmen gibt, wie die Stahlkolben in einigen sehr schweren Dieselmotoren, haben sich Aluminiumlegierungen als hervorragendes Gleichgewicht der Eigenschaften für die Anforderungen der meisten internen Verbrennungsmotorenkolben erwiesen. Bei SWA Forging liegt unser Fachwissen darin, verschiedene Aluminiumlegierungen zu schmieden, um spezifische mechanische Eigenschaften für anspruchsvolle Anwendungen zu erreichen. Wir verstehen, wie man mit Aluminium zusammenarbeitet, um seine besten Eigenschaften hervorzubringen, ähnlich wie die Kolbenhersteller Aluminium für eine optimale Motorleistung auswählen und verarbeiten. Unser Engagement für Qualität, unterstützt durch ISO-Zertifizierungen und strenge Inspektion, sorgt dafür, dass unsere Kunden erstklassige Aluminiumkomponenten erhalten.

Abschluss

Flugzeugmotorkolben werden hauptsächlich aus hochfesten Aluminiumlegierungen geschmiedet. Diese Wahl wird durch das Bedürfnis nach geringem Gewicht, guter Wärmeableitungen und Festigkeit bei hohen Betriebstemperaturen angetrieben.