Металургійні аспекти розвитку виливків головки моторного циліндра зі збільшеною питомою продуктивністю Д-р Дьєрдь Фегівернекі, керівник виробничої та технологічної інженерії, Nemak Győr Kft 26.11.2015

аспекти

Підрозділи гендерного виробництва у всьому світі Словаччина Польща Канада США Мексика Бразилія Іспанія Німеччина Австрія Індія Китай Аргентина Чехія Угорщина Більше 30 000 працівників у 14 країнах

Ім'я обов’язкове. Немезида> походження майя Значення: душа Макінос> грецького походження Значення: машина/двигун

Nemak Győr Kft.4

Немак Наш завод Дьор у Дьєрі (2010) 5

Наша продукція: BMW N20 Renault K9 Step 3 Renault H5Ft Audi V10 FSI Audi V6 FSI Opel Fam0 Gen3 Opel Fam1 1.6l

A Про компанію Nemak, наша компанія у Дьєрі Заснована: 1993 р. Мексиканська компанія, що займається багатокультурною та багатомовною продукцією: головки циліндрів з алюмінієвого сплаву для бензинових та дизельних двигунів, від 3 циліндрів до V10 2 ливарні заводи, 2 технології лиття Значна додана вартість при обробці Кількість працівників в даний час: 1200 придбання майданчика та виробничого цеху в Індустріальному парку Дьєра для обробки різанням та огляду продукції 8

Плавлення Очищення Лиття Механічна обробка насіння Прийняття

Металургійні аспекти розробки високоефективних виливків головки циліндрів двигуна 10

Суворі стандарти викидів CO2 та економії палива сприяють розвитку автомобіля Економія палива Нормалізована до європейських стандартів (г CO2 на км) Середній робочий об'єм двигуна (літр) 270240210 Значення г/км: США 2025: 107 ЄС 2020: 95 Японія 2020: 105 Китай 2020: 117 4,0 3,5 3,0 2,5 3,72 2,13 3,86 2,12 3,53 2,10 3,43 2,10 3,36 2,09 3,33 2,07 3,22 2,06 180 2,0 150 1,5 1,0 120 0,5 90 2000 2005 2010 2015 2020 2025 0,0 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 США ЄС Японія Китай Північна Америка Європа Джерело: Ducker Worldwide 11

П'ять різних способів задовольнити норми викидів палива Технологія двигуна Вага Шестерні Аеродинаміка Управління приводом Алюмінієві виливки Менші двигуни Зменшення втрат енергії Турбодвигуни Система атомізації та згоряння Система старт-стоп Використання легких матеріалів Нові технології виробництва Оптимізація вмісту Подвійне зчеплення Збільшення числа швидкостей спереду) Оптимізовані шини Перехід від механічних до електричних компонентів Оптимізація споживання електричних компонентів 2020 макс. потенціал% зниження СО 2

3 5% Джерело: Європейська асоціація алюмінію, аналіз BCG, дослідження Немака 12

Тенденції у виробництві алюмінієвих голівок циліндрів Наслідки зменшення викидів: зменшення габаритів двигунів V8 V6 I4 I3 I2 Потреби зменшення ваги також виникають у головках блоків циліндрів Зменшення викидів у процесі виробництва є такою вимогою, як - Застосування екологічно чистої технології - Зниження питоме споживання енергії - наприклад. Використання неорганічних в'яжучих речовин у виробництві піщаної серцевини 13

Підвищена складність головки блоку циліндрів 1. Інтегрований впускний і випускний патрубок 2. Збільшення кількості піщаних стрижнів 3. Складні та тонкі сердечники з піску 4. Інтегрований контроль клапанів 5. Вбудований турбокомпресор

1. Розробка та оптимізація складу сплаву 15

1. Розробка та оптимізація складу сплавів Багато сплавів алюмінію відомі та використовуються. Однак з розвитком автомобільної промисловості необхідно розробляти сплави, які відповідають ще одній проблемі. Мета: розробити алюмінієвий сплав, який може бути сировиною для гравітаційних головок циліндрів двигуна зі збільшеною питомою потужністю. Очікуванням для сімейства сплавів порівняно із сьогоднішніми сплавами є більша статична та динамічна міцність, збільшена межа термічної втоми та нижча чутливість до тріщин. Вимоги до ресурсів: обладнання, придатне для проведення експериментальних виливків у зразках та розмірах деталей, з повним моделюванням технології (дегазація, інокуляція, відливання тощо). Прилади, придатні для дослідження механічних, мікроструктурних та втомних властивостей (твердомір, машина на розтяг, світловий мікроскоп, просвічуючий та скануючий електронний мікроскоп, рентгенівський дифрактометр, усталювальне обладнання навіть при підвищених температурах) Компетентність: умови відливання доступні у Nemak Győr виробнича лінія, перелічені дослідницькі інструменти та відповідні знання доступні в різних інститутах Університету Мішкольца. Використання: результати можуть бути безпосередньо використані в енергоефективній розробці транспортних засобів. 16

Амплітуда напружень (МПа) 1. Розробка та оптимізація складу сплаву Зміни у вимогах до матеріалу (алюмінієвого сплаву) На перший план виступають розміри та випробування до межі втоми. Час термічної обробки збільшується, а напруги, введені термічною обробкою, повинні бути мінімізовані 70 60 Місцева міцність матеріалу Напруга стан 170 бар Стан напруги (170 бар + 50 МПа, напруга) Стан напруги 160 бар 50 40 Небезпечно 30 20 10 Безпечно 0 0 50 100 150 200 250 300 Середнє напруження (МПа) 17

1. Розробка та оптимізація складу сплаву Зміни у вимогах до матеріалу (алюмінієвого сплаву) Через більші механічні навантаження збільшуються очікувані статичні та динамічні механічні властивості Вторинні сплави замінюються первинними сплавами Вага головки циліндра збільшується за рахунок інтеграції та навантажень Роль процесів термообробки збільшується, і всі головки циліндрів будуть піддаватися термічній обробці Залишкові напруги лиття повинні бути зменшені (ризик розтріскування) Через більш високе теплове навантаження значення теплової міцності матеріалу зростає Енергетично дисперсійні аналізи мікрозонів показують опадів, що містять Al, Mn, Fe та Si, співвідношення клітин на основі: -AlFeMnSi інтерметалідна сполука 18

1. Розробка та оптимізація складу сплаву Зміна вимог до матеріалу (алюмінієвого сплаву) EU5 EU6 EU3 EU4 GSPM та первинного сплаву Rotacast та напівпервинного сплаву Вимоги до міцності для головки циліндрів Renault Diesel 2001 2009 2016 Rp0,2 [МПа] 165 175 190 Rm [ МПа] 210210220 A5 [%] 1 1 2 19

1. Розробка та оптимізація складу сплаву Зміни у вимогах до матеріалу (алюмінієвого сплаву) Ефективність бензинових двигунів 20

Зміни у вимогах до матеріалу (алюмінієвого сплаву) В даний час працюють великі серії сімейств головки циліндрів Нове сімейство головки циліндрів SOP 2015 Сплав: AlSi8Cu3 (Fe

0,6%) Термічна обробка: Природне старіння Вага: приблизно 10 кг Міцність GM Family 0 3. Вимоги до вимог до міцності Твердість (HB) 80-110 Rp0,2 [Мпа] 100 (хв) Rm [Мпа] 160 (хв) A [%] 0,5 (хв) Сплав: AlSi7MgCu (Fe

0,02%) Термічна обробка: відпал розчинником, затвердіння, штучне старіння (перезрівання) Вага: приблизно 15 кг Міцність GM SGE SIDI Турбо/вимоги до всмоктування Твердість (HB) Rp0,2 [Мпа] Rм [Мпа] А [%] 80 (хв) 200 (хв) 250 (хв) 1 (хв) 21

1. Розробка та оптимізація складу сплаву Тест на стомлюваність: цикл випробування RT - 300 C - RT протягом 1,5 хвилин випробування: через 4, 7, 10, 15, 20 год

1. Розробка та оптимізація складу сплаву Криві випробувальних циклів: 300 Zyl_1 Zyl_3 Zyl_4 300 Zyl_1 Zyl_2 Zyl_3 Zyl_4 250 250 200 150 Температура [C] 200 150 100 100 50 50 0 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800 Zeit [s] 0 280 290 300 310 320 330 340 350 360 370 380 Zeit [s] Фотографії камери згоряння головки блоку циліндрів після 20 годин випробування: 23

2. Дослідження процедур модифікації майна 24

2. Дослідження методів поліпшення властивостей Основні напрямки досліджень o Ефект обробки розплаву твердофазних реакцій твердої фази розплаву Реакції розплаву твердофазних реакцій o Фактори впливу та розчини термічної обробки o Ефект альтернативних технік охолодження 25

2. Дослідження методів поліпшення властивостей Дослідження ефекту обробки розплавом твердофазних реакцій твердої фази розплаву реакцій розплаву твердофазних реакцій 27

2. Дослідження методів поліпшення властивостей Заморожувальні характеристики виливків стають все більш важливими, необхідні рішення примусового охолодження, які забезпечують однакову криву охолодження для всіх виливків за будь-яких робочих умов, щоб досягти підвищених статичних та динамічних властивостей. 28

2. Дослідження методів поліпшення властивостей Заморожувальні характеристики виливків стають все більш важливими, необхідні рішення примусового охолодження, які забезпечують однакову криву охолодження для всіх виливків за будь-яких робочих умов, щоб досягти підвищених статичних та динамічних властивостей. 29

3. Дослідження міжфазних явищ 30

3. Дослідження міжфазних явищ Основні напрямки досліджень o дослідження формоплавлених міжфазних явищ розплавлений метал - пісок розплавлений розплавлений розплав металу o - розплавлений метал 1. 31

3. Дослідження міжфазних явищ Дослідження міжфазних явищ розплавленого металу розплав розплавленого металу - пісок розплавленого металу розплав цвілі 33

Технологія Rotacast Початок обертання Вал обертання Рідкий метал в ковші Формат завантаження 90 Початок затвердіння Електроживлення заряджене ідеальним градієнтом температури для правильної подачі

Температура [C] Температура [C] 3. Дослідження міжфазних явищ 605 AlSi9Cu3Fe 605 AlSi9Cu1 600 600 595 595 590 590 585 585 580 575 TLmin TLmax TEmin TEmax 580 575 TLmin TLmax TEmin TEmax 570 570 565 565 560 560 560 555 555 560 560 5560 555 стіна [мм] 550 0 5 10 15 20 25 Відстань від стіни [мм] 35

Важливість моделювання зростає 4. Застосування методів штучного інтелекту для кореляційних та прогнозних цілей 36

Виклик 2025 37

Справжній виклик починається після 2025 року, коли починається ера електричних автомобілів Електромобілі BMW вже побудовані з корпусом електродвигуна, відлитим Немаком 38