EN
Kam Mili Dayanıklılığını Belirleyen Temel Mekanik Özellikler
Yüksek temas gerilmesi altında sertlik ve yüzey bütünlüğü
Kam mili ömrü, malzemenin ne kadar sert olduğuna gerçekten bağlıdır çünkü bu, 1500 MPa’yı aşabilen devasa temas basınçlarına dayanması gerekmektedir. Yüzeyin doğru şekilde işlenmesi de önemlidir. Üreticiler, taşlama ve parlatma işlemlerini dikkatle gerçekleştirdiklerinde, aşınmayı hızlandıracak minik çatlakların oluşmasını engellerler. Çoğu mühendis, aşınmaya karşı iyi koruma sağlayan ancak ani kırılmaya karşı yeterince tok olan 55–65 HRC sertlik aralığının en uygun olduğunu kabul eder. Dövme alaşımlı çelik parçalar, bu koşullarda olağanüstü performans gösterir ve yüzlerce milyon supap kaldırma işleminden sonra bile kararlılığını korur. Bazı atölyeler, değiştirilmesi gerencye kadar 500 milyondan fazla çevrim elde ettiklerini bildirmişse de, gerçek sonuçlar çalışma koşullarına göre değişiklik gösterebilir.
Sürdürülebilir Yüksek Devirde Çalışmaya Yönelik Yorulma Direnci
Motorlar, 6.000 RPM üzerinde binlerce stres döngüsü boyunca çalıştığında, zaman içinde yorulmaya karşı direnç gösterebilen malzemelere gerçekten ihtiyaç duyarlar. Bileşenler, güçlü supap yaylarından kaynaklanan tüm bu eğilme kuvvetlerini çatlak oluşumuna neden olmadan dayanabilmelidir. Malzemenin tamamında tutarlı bir mikroyapı elde etmek de büyük önem taşır; özellikle vakumda eritilmiş çeliklerle çalışırken bu durum daha da belirgindir. Bu tür çelikler, basınç altında sorun yaratabilecek gizli kusurları içermeleri bakımından daha az eğilimlidir. Ana sayısal değerleri incelemek hikâyeyi anlatmada yardımcı olur: yorulma mukavemeti en az yaklaşık 800 MPa olmalı ve kırılma tokluğu 90 MPa·kök-metre’yi aşmalıdır. Bu özellikler sağlandığında, parçalar 250.000 milin (yaklaşık 402.000 km) çok üzerinde bir sürüş mesafesi boyunca güvenilir şekilde işlevini sürdürebilir.
En İyi Kam Mili Malzemeleri ve Gerçek Dünya Performansındaki Karşılaştırmalı Avantajlar
Düzenli Dökme Demir ile Alaşımlı Çelikler: Aşınma Direnci, Mukavemet ve Maliyet Dengesi
Kam milleri için doğru malzemenin seçilmesi, aşınmaya dayanıklılık, yapısal dayanıklılık ve ekonomik açıdan mantıklı olma arasında bir denge kurmayı gerektirir. Küresel grafitli dökme demir (SG demir olarak da bilinir), titreşimleri iyi sönümlemesi ve birçok alternatife kıyasla yorulmaya daha dayanıklı olması nedeniyle öne çıkar; bu yüzden seri üretim motorlarında yaygın olarak kullanılır. Bu malzemenin içindeki benzersiz küresel grafit yapısı, stresi belirli noktalarda emmeye yardımcı olur; bu da yağlamalı çalışma koşullarında kam profillerinde daha az aşınmaya neden olur. Daha dayanıklı performans özelliklerine ihtiyaç duyanlar için 4140 gibi alaşımlı çelikler çok daha yüksek çekme dayanımı ve yüzey sertliği sağlar. Bu durum, motor tasarımcılarının valf yaylarını daha fazla yüklemesine ve işletme sırasında daha hızlı rampa oranlarına ulaşmasına olanak tanır. Ancak bu çelik seçeneklerinin bazı dezavantajları da vardır. Daha karmaşık imalat işlemleri ve kapsamlı ısıl işlem süreçleri gerektirirler; bu da genellikle döküm yöntemlerine kıyasla üretim maliyetlerini %30 ila %50 arasında artırır.
Nodüler demir, yaklaşık 7.000 RPM’ye kadar mükemmel çalışır; bu noktadan sonra tüm o dönme hareketinden kaynaklanan gerilme belirtileri göstermeye başlar. Alaşımlı çelikler, çok yüksek hızda dönen daha hafif ağırlıklı bileşenler için daha uygundur; ancak bunun bir dezavantajı vardır: üretim sırasında mutlaka dikkatli bir ısı işlemi uygulanmalıdır, aksi takdirde stres altında beklenmedik şekilde çatlama riski ortaya çıkar. Ticari taşıtların işletme maliyetleri en önemli husus olduğunda, sferoidize edilmiş (SG) demir, önceden yapılan yatırım maliyetine kıyasla kullanım ömrü açısından hâlâ önde gelir. Bu nedenle yarış otomobilleri ve zorlamalı emme sistemli motorlar, günümüz piyasasında mevcut diğer malzemelere kıyasla %15 ila %20 daha fazla yük taşıyabilme kapasitesine sahip olmaları nedeniyle ek maliyetine rağmen daha pahalı çelik seçeneklerini tercih eder.
Kam mili Mikroyapısını ve Ömrünü Optimize Etmek İçin Isı İşlemi Stratejileri
Endüksiyon Sertleştirme ve Ostemperleme: Yüzey Sertliğini Artırırken Çekirdek Tokluğunu Koruma
Doğru ısıl işlemi uygulamak, yüzey sertliği ile çekirdek sünekliği arasında ideal dengeyi sağlamak için büyük önem taşır. Endüksiyonla sertleştirme yöntemiyle, elektromanyetik alanlar aracılığıyla yaklaşık 900 derece Celsius’a kadar ısıtılan kamların yüzeylerini özellikle hedefleyebiliriz. Bu işlem, Rockwell ölçeğinde 50’den fazla değer gösteren oldukça dayanıklı bir martenzit tabakası oluşturur; ayrıca geleneksel fırın yöntemlerine kıyasla çok daha az şekil bozulmasına neden olur. Bununla birlikte bu işleme tamamlayıcı olarak uygulanan bir diğer yöntem de austemperlemedir. İzotermal dönüşüm sırasında çekirdek, yaklaşık 250 ila 400 derece Celsius aralığında temperlenerek kırılgan martenzit yerine malzemenin tamamında tok bainit yapıları elde edilir.
Bu çift işlem stratejisi, birbirleriyle bağlantılı iki avantaj sağlar:
- Sertleştirilmiş yüzey, kam takozları ve takipçilerden kaynaklanan doğrudan temas gerilimine karşı direnç gösterir
- Sünek, bainitik çekirdek ise yüksek devirde çalışma sırasında tekrarlayan eğilme ve burulma yüklerini emer
Elde edilen basınç gerilmeleri, ASM International'ın 2023 yılı metalürji yönergelerine göre yorulma çatlağı ilerlemesini %30 oranında azaltır. Kontrollü soğutma hızları, termal çalışma aralıkları boyunca tutarlılığı bozan mikroyapısal anomalileri—örneğin temperlenmemiş martensiti—daha da önler.