Moderní závodní motory se bez nejlepších materiálů světa prostě neobejdou. Požadavky na agregáty jsou tak vysoké, že bez materiálů z letectví a kosmonautiky by se nic nepohnulo. Postupně si probereme některé z nich. Začneme třeba titanem.
Materiály pro závodní auta: Titan
Články na téma závodní motory:
- Závodní motory: výlet do historie
- Proč chceme u závodních motorů co nejvyšší otáčky?
- Nejlepší mezi závodními motory: Cosworth DFV
- Proč závodní motory tak řvou? (1. díl)
- Proč závodní motory tak řvou? (2. díl)
- Proč závodní motory tak řvou? Mají vůbec výfuk? (3. díl)
- Supermateriály, které najdete v závodních motorech: Titan - právě čtete
- Supermateriály, které najdete v závodních motorech: Keramika
- Supermateriály, které najdete v závodních motorech: Hliník
- Supermateriály, které najdete v závodních motorech: Inconel, Electron a další
Titan je známý svým vysokým poměrem pevnosti a hmotnosti a výjimečnou odolností proti korozi a často se používá v kritických součástech motoru, jako jsou ventily, ojnice a výfukové systémy. Jeho nízká hmotnost přispívá ke snížení celkové hmotnosti motoru, což je pro závodní vozy, kde se počítá každý gram, zásadní. Samozřejmě, že nenajdeme přímo titan, ale jeho slitiny. Těch je opravdu mnoho. Vezmeme si jako příklad pár z nich.
Samotné materiály
Pozoruhodným příkladem je slitina Ti-6Al-4V, směs obsahující především titan, 6 % hliníku a 4 % vanadu. Tato konkrétní slitina je oblíbenou volbou pro výrobu kritických součástí motoru, jako jsou ojnice, ventily a ventilové pružiny. Jedním z klíčových faktorů, jenž činí slitinu Ti 6Al-4V tak atraktivní, je její nízká hustota, která činí pouhých 50 % ve srovnání s niklovými slitinami a nerezovými ocelemi. Její pozoruhodná kombinace pevnosti, lehkosti a odolnosti vůči korozi a vysokým teplotám ji předurčuje pro díly, které jsou vystaveny vysokým otáčkám a značnému mechanickému namáhání.
Na druhou stranu pro aplikace, kde je klíčová absolutní pevnost, nastupuje titan třídy 2. Tato třída se skládá téměř výhradně z titanu a často se používá pro menší, ale klíčové součásti, jako jsou spojovací prvky a šrouby. Tou nej – vlastností je extrémní odolnost proti korozi a vyšší bod tání ve srovnání s jinými kovy, a to vše při zachování nižší hmotnosti.
Také čtěte
Pokud se ponoříme do specializovanějších aplikací, setkáme se s aluminidem titanu neboli TiAl. Je to intermetalická sloučenina (komu není jasný tento termín, tak je to slitina, kde sloučení probíhá v krystalické struktuře, takže je homogenní), která obvykle obsahuje přibližně 48 % titanu a 52 % hliníku, nachází své uplatnění v součástech turbodmychadel, zejména v turbínových kolech. Půvab TiAl spočívá v jeho jedinečném spojení vlastností - je výrazně lehčí než mnohé superslitiny, přesto si zachovává vysokou pevnost a teplotní odolnost.
Pojďme vylepšit povrchy
A konečně jsou tu i oblíbené povrchové úpravy a s ním i použití nitridu titanu neboli TiN. Je to sloučenina titanu a dusíku, jenž se nepoužívá jako samostatný materiál na konstrukční prvky, ale nanáší se jako tenký povlak na ozubená kola, ložiska a klikové hřídele. Největší proslulost TiN získal svou vysokou tvrdostí. Z hlediska laboratorních vlastností se nitrid titanu může pochlubit působivými vlastnostmi. Má extrémně vysokou tvrdost, obvykle kolem 2 300 Vickerse, což je mnohem více než u většiny ocelí. Kromě toho má TiN relativně nízký koeficient tření, což je výhodné zejména v motorových aplikacích, kde je snížení tření prvořadé. Toto snížení tření nejen minimalizuje opotřebení, ale také zlepšuje účinnost součástí motoru.
Další podstatnou vlastností nitridu titanu je jeho tepelná stabilita, neboť zůstává stabilní při teplotách až 600 °C. Tato stabilita má zásadní význam právě v námi probíraném prostředí závodních motorů.
Kromě toho je TiN chemicky inertní a nabízí vynikající odolnost proti korozi, což dále zvyšuje životnost a spolehlivost součástí, které pokrývá.
V závodních motorech se nitrid titanu běžně používá jako povlak na díly, jako jsou převodovky, ložiska a klikové hřídele. Aplikace povlaku TiN na tyto součásti může díky jeho tvrdosti a odolnosti proti opotřebení výrazně prodloužit jejich životnost. Například ozubená kola s povlakem TiN snášejí vysoké namáhání a tření v závodních podmínkách mnohem lépe než kola bez povlaku, což vede ke spolehlivějšímu převodovému systému s delší životností.
Povlaky TiN se používají také na pístní kroužky a součásti ventilů. Tyto díly mají obrovský prospěch ze sníženého tření a zvýšené odolnosti proti opotřebení, které povlak nabízí, což vede ke zlepšení výkonu a účinnosti motoru. Zlatavý odstín TiN dodává povlaku nejen vizuálně přitažlivý aspekt, ale slouží také jako ukazatel rovnoměrnosti a tloušťky povlaku.
Tuning?
Materiály s přídavkem titanu jsou k dostání i jako tuningové sady pro mnoho aut. Především ale těch výkonnějších a dražších. Nenajdete ho na žádné levné vačce z polského tuningsrazu. TiN potřebuje na dobré přilnutí k materiálu opravdu kvalitní technologické vybavení, takže ceny dílů s titanem šplhají na opravdu vysoké částky.
Zdroj info: Moderní materiály, kolektiv autorů, TUL, 2014 Progresivní materiály, Monika Losertová, VŠB TU Ostrava, 2012 Kovové materiály, Vojtěch Dalibor, VŠCHT Praha, 2006 Engineering Fundamentals of Internal Co.
Zdroj médií: Insane Motorsport.
Zdroj médií: Insane Motorsport.
