Hierro Fundido Vs Acero Elegir el Mejor Material del Eje de Cámara

En el corazón de cada motor de combustión interna se encuentra el árbol de levas, un componente que soporta un desgaste y una presión tremendos durante el funcionamiento a alta velocidad.La selección del material del árbol de levas afecta directamente tanto al rendimiento máximo del motor como a la longevidadEste examen explora los diversos materiales utilizados en la fabricación del árbol de levas, detallando sus propiedades, aplicaciones ideales,y ventajas comparativas para informar decisiones óptimas para construcciones de motores de alto rendimiento.

Resumen de los materiales del árbol de levas

Como elemento crucial en los sistemas de tren de válvulas, los ejes de levas controlan el tiempo de la válvula, influyendo directamente en la eficiencia de respiración del motor, la potencia de salida, el ahorro de combustible y las emisiones.La selección del material requiere una cuidadosa consideración de la resistencia al desgasteLa industria automotriz utiliza principalmente dos categorías de materiales: hierro fundido y acero, junto con sus respectivas variaciones de aleación.Las aplicaciones especializadas pueden emplear materiales adicionales.

Camshafts de hierro fundido

Valorados por su excepcional resistencia al desgaste y eficiencia de costos, los ejes de levas de hierro fundido dominan las aplicaciones automotrices.

1Hierro fundido refrigerado

Este hierro especializado sufre un enfriamiento rápido de la superficie para formar una estructura de carburo endurecido.Por lo general, se utiliza hierro de grado 17 con aditivo de cromo del 1%El proceso de fundición incluye moldes de acero que se ajustan a los perfiles de los lóbulos de camas. Los lóbulos enfriados rápidamente desarrollan una matriz de carburo que ofrece una resistencia superior al desgaste.El hierro refrigerado supera a las alternativas en resistencia al desgaste, lo que lo convierte en la opción preferida para los motores de levas aéreos producidos en serie.

2Hierro endurecible

Desarrollado en la década de 1930 en Estados Unidos como una alternativa rentable al acero, el hierro endurecible generalmente utiliza hierro de grado 17 con 1% de cromo, creando 5-7% de carburo libre.El tratamiento térmico posterior a la fundición alcanza una dureza de Rockwell C de 52-56. Adecuado para entornos con abundante aceite como los árboles de levas montados en bloques lubricados con salpicaduras (ejemplificados por los motores Ford OHC),Este material resulta menos ideal para aplicaciones de cámaras de alto rendimiento..

3. Grafito esferoidal (SG) hierro

Al igual que el hierro endurecible, la dureza del hierro fundido SG (Rockwell 5) crea riesgos de desgaste en condiciones adversas.como implementado por Fiat durante la década de 1980.

Ventajas y limitaciones del hierro fundido

Ventajas:

• Resistencia al desgaste superior (especialmente el hierro refrigerado)
• Excelentes propiedades de amortiguación de vibraciones
• Costos de producción relativamente bajos

Las limitaciones:

• Baja resistencia y dureza frente al acero
• Requisitos de lubricación más elevados
• No adecuado para las condiciones extremas de RPM/carga

Camshafts de acero

La resistencia superior, la dureza y la resistencia a la fatiga hacen que los árboles de levas de acero sean la opción para aplicaciones de alto rendimiento.

1Acero de carbono (EN8/EN9)

Principalmente utilizado durante los años 1930-40, ahora empleado con elevadores de rodillos debido a sus características de endurecimiento.

2. Aceros de aleación (EN351 AISI 8620, EN34)

Implementado por British Leyland en motores de la serie A y la serie B, idealmente emparejado con elevadores de hierro refrigerados.

3Acero nitrurizado (EN40B)

El acero de árbol de levas de primera calidad, la nitruración produce dureza superficial y acabado comparable al hierro refrigerado.

Ventajas y limitaciones del acero

Ventajas:

• Mejora de la fuerza y resistencia
• Resistencia superior a la fatiga
• Capacidad de alta RPM/carga alta

Las limitaciones:

• Costos de producción más elevados
• Requisitos críticos de lubricación
• Amortización reducida de las vibraciones

Materiales especiales

Las aplicaciones de nicho pueden utilizar:

• de aluminio:Es ligero, pero requiere un tratamiento superficial para una resistencia al desgaste adecuada
• El titanio:Resistencia excepcional y resistencia a la corrosión a un coste prohibitivo
• Las demás:Dureza extrema comprometida por la fragilidad

Procesos de fabricación

Los métodos de producción influyen significativamente en el rendimiento:

1. El casting:El método primario para los ejes de levas de hierro ofrece una alta eficiencia de volumen pero una precisión limitada
2. Fabricación en la cual todas las materias utilizadas son de la siguiente composición:Se utiliza para componentes de acero, mejora las propiedades del material a un costo más alto
3. Mecanizado:Proceso de acabado crítico que garantiza la exactitud dimensional y la calidad de la superficie
4. Tratamientos de superficie:Incluyendo nitruración, carburado, cromado y fosfatado para mejorar la durabilidad

Directrices para la selección del material

Las opciones óptimas dependen de las especificaciones del motor:

• Vehículos de pasajeros estándar:De hierro fundido refrigerado o endurecible
• Motores de alto rendimiento:Las aleaciones de acero (acero nitrado para condiciones extremas)
• Aplicaciones para carreras:Titanio o cerámica (con consideraciones de coste y fabricación)

Recomendaciones de mantenimiento

Prolongación de la vida útil del árbol de levas a través de:

• Lubricantes de alta calidad que cumplan las especificaciones del fabricante
• Limpieza y sustitución periódicas de filtros del motor
• Evitar condiciones de sobrecarga sostenidas
• Inspección periódica del desgaste

La selección del material del eje de levas sigue siendo un factor fundamental en el diseño y el rendimiento del motor.La comprensión de estas propiedades de los materiales permite tomar decisiones informadas sobre la construcción de motores de alto rendimiento o el mantenimiento de centrales eléctricas convencionalesEn el caso de los árboles de levas, la composición del material debe comprobarse.