Materiali, Trattamenti termici e superficiali

17 maggio 2010

Albero motore in acciaio

Rubrica: Materiali e motori

Titolo o argomento: Albero motore

La ghisa viene impiegata per la produzione di alberi motore destinati a rotazioni non superiori ai 7000-7500 giri al minuto. Si tratta del materiale più economico per questo tipo di organio meccanico. La sua ottimale lavorabilità ed i costi contenuti ne giustificano il largo impiego nei motori stradali. Ma quando il motore è in grado di raggiungere con scioltezza gli 8000-9000 giri al minuto ecco che si deve soddisfare una maggiore richiesta di affidabilità e performance da parte del materiale impiegato. Sopra i 7500 giri al minuto il materiale utilizzato per questo organo deve avere dei fondamentali requisiti:

Elevata resistenza
Ottimo modulo elastico
Tenacità al cuore
Durezza superficiale

L’unico materiale che soddisfa queste necessità è l’acciaio. Più precisamente Acciai al carbonio da cementazione (vengono scelti prevalentemente per i motori a due tempi) e acciai legati da bonifica. Tra quelli di maggiore impiego in campo motoristico troviamo gli acciai al Cromo Manganese (per motori poco sollecitati), gli acciai al Cromo Molibdeno, gli acciai al Nichel Cromo, gli acciai al Nichel Cromo Molideno e gli acciai da Nitrurazione i quali vengono adottati in particolar modo in F1.

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In figura un albero motore in acciaio per uso motociclistico

25 aprile 2010

Bielle in alluminio

Rubrica: Materiali e motori

Titolo o argomento: Bielle in alluminio

Le bielle realizzate in alluminio possono essere ottenute per fusione o per stampaggio. La lega scelta per lo stampaggio della biella in alluminio contiene rame e silicio (Cu-Si). La lega destinata alla fusione invece è a base di silicio e manganese (Si-Mg). Tali bielle fanno davvero gran fatica ad uscire dallo stadio sperimentale per via del loro comportamento”anisotropo” delle fibre: resistono bene a trazione e male a compressione ed il problema nasce proprio in questo dato che le bielle lavorano prevalentemente a compressione (fase di combustione). Probabilmente, come è stato per il titanio, sarà la ricerca dei giusti elementi di alligazione (cioè che formano la lega metallica) a poter conferire ad un simile organo le proprietà richieste.

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15 aprile 2010

Bielle in titanio

Rubrica: Materiali e motori

Titolo o argomento: Bielle in titanio

Nei motori da competizione si ricorre molto spesso a bielle in titanio, o meglio, in lega di titanio. La lega più utilizzata risulta essere il “Ti 6A 14V“. Il vantaggio del titanio risiede in una maggiore leggerezza rispetto all’acciaio (anche se a scapito di un maggiore dimensionamento degli organi che si vanno a realizzare), pari resistenza a trazione degli acciai da bonifica, un buon valore dell’allungamento percentuale (14%). D’altronde si paga lo svantaggio di un minore limite di snervamento rispetto all’acciaio da bonifica. Come abbiamo visto nella pagina “bielle” (www.ralph-dte.net) sulle bielle in titanio è necessario ricorrere a riporti di nitruri di titanio o di wolframio per evitare la tendenza del titanio stesso ad ingranare con i materiali adiacenti ossia con l’acciaio dell’albero motore e con l’acciaio delle viti che fissano i cappelli di biella.

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11 aprile 2010

Bielle in acciaio (Motori 2T)

Rubrica: Materiali e motori

Titolo o argomento: Bielle in acciaio

Nel caso di bielle realizzate in un solo pezzo, ossia prive di testa smontabile, come ad esempio nei motori a 2 tempi, si adottano acciai da cementazione (percentuale di Carbonio minore dello 0,2%). In questo tipo di biella si procede ai necessari trattamenti termici per indurire solo la sede del cuscinetto a rulli. Durante il trattamento termico di cementazione il resto del corpo della biella verrà protetto con una ramatura. Una delle principali leghe utilizzate per le bielle dei motori a 2 tempi è il 18NCD5.

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9 aprile 2010

Bielle in Acciaio (Motori 4T)

Rubrica: Materiali e motori

Titolo o argomento: Bielle in acciaio

Le bielle realizzate per oltrepassare la soglia dei 7500 giri al minuto sono realizzate in acciaio ed ottenute per stampaggio. Non vengono lavorate con macchine utensili per evitare la minima possibilità di pericolosi e microscopici intagli lasciati dagli utensili. Si tratta di un prodotto particolarmente raffinato, costoso e per tale ragione scelto per le vetture (anche stradali) più performanti. Per i motori più estremi si usano acciai da bonifica molto legati. La principale lega adottata sui motori stradali con elevate potenze è l’acciaio al Nichel Cromo Molibdeno. Sono acciai con un’ottima resistenza a fatica. Dopo lo stampaggio, la loro resistenza viene aumentata con il trattamento di pallinatura. Tale trattamento consiste nel porre la biella in una sorta di contenitore dove verranno sparate diverse sfere di diametro calibrato con lo scopo di colpire e quindi compattare la superficie della biella conferendole una maggiore resistenza. Una lega frequentemente usata per lo stampaggio di bielle in acciaio è: 30NiCrMo12 che può raggiungere un carico di rottura di circa 1100N/mm^2 (dopo aver eseguito gli opportuni trattamenti termici di tempra e rinvenimento).

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2 aprile 2010

Bielle in ghisa

Rubrica: Materiali e motori

Titolo o argomento: Bielle in ghisa

Le bielle destinate ai motori stradali sia diesel che benzina sono realizzate in ghisa grigia sferoidale e sono ottenute per fusione. Queste oltre ad essere facilmente lavorabili hanno buone caratteristiche meccaniche adatte a soddisfare i primi accenni di sportività dei motori montati sulle piccole vetture stradali. Impiegate per regimi di rotazione non superiori ai 7.000-7.400 giri/min sono assolutamente inadatte a motori di medie e grandi sportive. In particolare, nei motori diesel i quali lavorano a regimi di rotazione decisamente più bassi dei benzina, vi è la possibilità di asportare una parte di materiale del cappello di biella per meglio equilibrare la parte alterna.

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26 marzo 2010

I materiali delle fasce elastiche o segmenti

Rubrica: Materiali e motori

Titolo o argomento: Fasce elastiche o segmenti

La funzione delle fasce elastiche è di assicurare la tenuta dello stantuffo ai gas di combustione. Il meccanismo che assicura questa funzione non è la pressione elastica della fascia come si può immaginare dal nome. Essa infatti ha la pura funzione di assicurare un modesto precarico che la mantiene premuta contro la canna del cilindro in condizioni di depressione nel cilindro stesso. La vera azione di tenuta è effettuata dalla pressione dei gas i quali premono assialmente dall’alto contro la faccia inferiore della cava e contemporaneamente, insinuandosi dietro di essa, la spingono radialmente contro la canna. Le forze in gioco sono elevatissime e ben superiori a quelle elastiche della fascia. Si ha così una fascia che si auto pressurizza in proporzione alla pressione da contenere.

Il materiale più utilizzato per la realizzazione di fasce elastiche (o segmenti) è la ghisa grigia ad alto tenore di silicio e grano molto fine. Nel caso di fasce molto sollecitate si utilizza una ghisa nodulare oppure acciaio al CrMoV o, ancora, sinterizzati (polvere di acciaio, Nichel e Molibdeno).

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23 marzo 2010

I materiali dei pistoni per motori da competizione

Rubrica: Materiali e motori

Titolo o argomento: Pistoni da competizione

Nei pistoni confluiscono la funzione di tenuta della corona (che porta le fasce di tenuta e le raschia olio) e la funzione di guida svolta dal sottostante mantello cui è collegato lo spinotto che trasmette le forze all’imbiellaggio. La corona, dovendo permettere il corretto funzionamento delle fasce di tenuta, e cioè il passaggio dei gas destinati a pressurizzarle, non deve toccare le pareti del cilindro durante il funzionamento, ma conservare rispetto ad esse (anche a caldo) un certo gioco atto a lasciare una adeguata area di passaggio per i gas verso le fasce. Questa condizione è così importante che in pistoni ultra corti da competizione, che per forza di cose usano anche la corona come struttura portante, si è soliti effettuare una sagomatura a margherita proprio sulla corona al fine di ottenere questo importante effetto di pressurizzazione sulle fasce.

Oltre alle leghe di alluminio, in questo campo, è frequente l’utilizzo di leghe di magnesio. Sono più leggere (di quelle utilizzate per i motori stradali) avendo una minore densità: 1,8 kg/dm^3 anziché 2,7 kg/dm^3. Tuttavia il maggior coefficiente di dilatazione termica ed una minore resistenza complessiva, obbligano a fare uso di Zirconio (aumentando quindi i costi) come elemento di alligazione.

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20 marzo 2010

I materiali dei pistoni per motori stradali

Rubrica: Materiali e motori

Titolo o argomento: Pistoni stradali

E’ fondamentale che i pistoni siano realizzati con materiali aventi buone caratteristiche meccaniche, un’elevata resistenza alle alte temperature, bassi valori di dilatazione termica ed un peso contenuto ovviamente. Nei motori stradali si utilizzano leghe di alluminio contenenti: Al-Si-Mg e AlCuMgSi. La presenza del silicio è fondamentale per migliorare la colabilità della lega e ridurre la fragilità da ritiro.

I vantaggi dell’impiego dell’alluminio rispetto a ghisa e acciaio si traducono in una maggiore facilità di dispersione del calore con conseguente possibilità di incrementare i rapporti di compressione ed ottenere quindi prestazioni più elevate a parità di cilindrata. Inoltre l’impiego dell’alluminio offre un minore attrito con le pareti dei cilindri. Aumenta pertanto anche il rendimento meccanico. Infine la maggior leggerezza permette di ridurre le inerzie e poter quindi aumentare il regime di rotazione del motore. Vantaggi non da poco!

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