Norma PN-EN 10090:2001, Stale i stopy zaworowe

Norma PN-EN 10090:2001 – Stale i stopy zaworowe stosowane w silnikach spalinowych

Zakres normy

Norma PN-EN 10090:2001 określa wymagania techniczne dotyczące stali i stopów zaworowych, stosowanych w zaworach silników spalinowych. Obejmuje zarówno stale żaroodporne, jak i stale odporne na korozję, które muszą sprostać ekstremalnym warunkom pracy w komorze spalania.

Charakterystyka stali i stopów objętych normą

Materiały zaworowe określone w normie muszą charakteryzować się następującymi właściwościami:

  • Wysoka odporność na temperaturę – konieczna w zaworach wydechowych, które są narażone na temperatury dochodzące do 900–1000°C.
  • Odporność na korozję wysokotemperaturową – ochrona przed utlenianiem i działaniem agresywnych gazów spalinowych.
  • Wysoka wytrzymałość mechaniczna – umożliwiająca długotrwałą eksploatację przy intensywnych cyklach obciążeń.
  • Odporność na ścieranie i kawitację – istotna w kontakcie z gniazdami zaworowymi.

Rodzaje materiałów objętych normą PN-EN 10090:2001

Norma obejmuje:

  • Stale ferrytyczne i martenzytyczne – stosowane głównie w zaworach dolotowych, gdzie temperatura jest niższa, ale wymagania dotyczące wytrzymałości są wysokie.
  • Stale austenityczne i stale z dodatkiem niklu – używane w zaworach wydechowych, ze względu na lepszą odporność na wysokie temperatury i korozję.
  • Stopy zaworowe na bazie niklu i kobaltu – stosowane w najbardziej wymagających aplikacjach, np. w silnikach lotniczych i sportowych jednostkach napędowych.

Typowe zastosowania

Materiały objęte normą PN-EN 10090:2001 stosuje się w:

  • Silnikach samochodowych – zawory dolotowe i wydechowe.
  • Silnikach lotniczych – materiały wysokostopowe odporne na ekstremalne temperatury.
  • Okrętowych silnikach i przemysłowych – jednostki wysokoprężne pracujące w trudnych warunkach.

Wymagania techniczne

Norma określa:

  • Skład chemiczny dopuszczonych materiałów.
  • Właściwości mechaniczne, takie jak wytrzymałość na rozciąganie, wydłużenie i twardość.
  • Odporność na utlenianie i korozję w wysokiej temperaturze.
  • Metody badań i kryteria oceny jakości materiałów.

Powiązane normy

Norma PN-EN 10090:2001 jest podstawową normą dla branży motoryzacyjnej i przemysłu silnikowego, gwarantując wysoką jakość i niezawodność materiałów używanych w zaworach silników spalinowych.

Norma EN 10090:2001 – charakterystyka gatunków stali i stopów zaworowych według 

PN-EN 10090:2001 obejmuje stale i stopy zaworowe stosowane w silnikach spalinowych, które muszą wykazywać odporność na wysokie temperatury, utlenianie i korozję spowodowaną agresywnym środowiskiem gazów spalinowych. Poniżej znajduje się szczegółowa charakterystyka poszczególnych gatunków.

Stale ferrytyczne i martenzytyczne

1.4718 (X45CrSi9-3)

  • Skład chemiczny (przykładowo):
    • C: ~0,45%
    • Cr: ~9%
    • Si: ~3%
  • Charakterystyka:
    • Stal martenzytyczna zawierająca wysoki poziom krzemu, poprawiający odporność na utlenianie i korozję wysokotemperaturową.
    • Stosowana w zaworach dolotowych i wydechowych narażonych na umiarkowane obciążenia termiczne.
    • Dobra hartowność i odporność na zużycie.

1.4731 (X40CrSiMo10-2)

  • Skład chemiczny:
    • C: ~0,40%
    • Cr: ~10%
    • Si: ~2%
    • Mo: ~0,5-1%
  • Charakterystyka:
    • Stal ferrytyczna o podwyższonej odporności na utlenianie i korozję gazową.
    • Molibden poprawia odporność na pełzanie i zwiększa stabilność strukturalną.
    • Stosowana w zaworach wydechowych narażonych na wyższe temperatury.

1.4748 (X85CrMoV18-2)

  • Skład chemiczny:
    • C: ~0,85%
    • Cr: ~18%
    • Mo: ~2%
    • V: ~0,2-0,5%
  • Charakterystyka:
    • Stal o wysokiej twardości i doskonałej odporności na zużycie mechaniczne.
    • Przeznaczona do zaworów pracujących w ekstremalnych temperaturach i wysokich obciążeniach mechanicznych.
    • Wanad zwiększa odporność na pełzanie i ścieranie.

Stale austenityczne wysokotemperaturowe

1.4866 (X33CrNiMnN23-8)

  • Skład chemiczny:
    • C: ~0,33%
    • Cr: ~23%
    • Ni: ~8%
    • Mn: ~2-5%
    • N: ~0,2%
  • Charakterystyka:
    • Stal austenityczna odporna na wysokie temperatury i utlenianie.
    • Dodatek azotu poprawia właściwości mechaniczne i stabilność strukturalną.
    • Stosowana w zaworach wydechowych silników wysokoprężnych.

1.4870 (X53CrMnNiNbN21-9)

  • Skład chemiczny:
    • C: ~0,53%
    • Cr: ~21%
    • Ni: ~9%
    • Mn: ~1-3%
    • Nb: ~0,2-0,5%
    • N: ~0,2%
  • Charakterystyka:
    • Stal o wysokiej odporności na ścieranie i korozję gazową.
    • Niob poprawia odporność na pełzanie i stabilność strukturalną.
    • Wykorzystywana w zaworach silników benzynowych i wysokoprężnych o dużej mocy.

1.4871 (X53CrMnNiN21-9)

  • Skład chemiczny:
    • Podobny do 1.4870, ale bez dodatku niobu.
  • Charakterystyka:
    • Nieco mniejsza odporność na pełzanie niż 1.4870, ale nadal bardzo dobra odporność na wysokie temperatury.
    • Stosowana w zaworach narażonych na długotrwałą pracę w wysokiej temperaturze.

1.4875 (X55CrMnNiN20-8)

  • Skład chemiczny:
    • C: ~0,55%
    • Cr: ~20%
    • Ni: ~8%
    • Mn: ~1-2%
    • N: ~0,2-0,3%
  • Charakterystyka:
    • Wysoka odporność na utlenianie i zmienne obciążenia termiczne.
    • Stosowana w zaworach wysokoprężnych oraz silnikach przemysłowych pracujących pod dużym obciążeniem.

1.4882 (X50CrMnNiNbN21-9)

  • Skład chemiczny:
    • C: ~0,50%
    • Cr: ~21%
    • Ni: ~9%
    • Mn: ~1-3%
    • Nb: ~0,5-1%
    • N: ~0,2-0,3%
  • Charakterystyka:
    • Dobra odporność na pełzanie i utlenianie.
    • Stosowana w zaworach narażonych na ekstremalne temperatury w silnikach sportowych i lotniczych.

Stopy niklowe odporne na wysoką temperaturę

2.4952 (NiCr20TiAl)

  • Skład chemiczny:
    • Ni: ~75-80%
    • Cr: ~20%
    • Ti: ~1-2%
    • Al: ~0,5-1%
  • Charakterystyka:
    • Stop niklowo-chromowy o doskonałej odporności na wysokie temperatury i utlenianie.
    • Stosowany w zaworach silników lotniczych i wysokoprężnych o ekstremalnych parametrach pracy.
    • Tytan i aluminium poprawiają stabilność strukturalną i odporność na pełzanie.

2.4955 (NiFe25Cr20NbTi)

  • Skład chemiczny:
    • Ni: ~50-55%
    • Fe: ~20-25%
    • Cr: ~20%
    • Nb: ~1-2%
    • Ti: ~0,5-1%
  • Charakterystyka:
    • Stop niklowo-żelazowo-chromowy o doskonałej odporności na korozję gazową i pełzanie.
    • Wykorzystywany w zaworach silników turbinowych i jednostek wysokoprężnych pracujących w ekstremalnych warunkach.
    • Niob poprawia stabilność strukturalną i odporność na pełzanie.

Gatunki zaworowe określone w normie PN-EN 10090:2001 obejmują zarówno stale ferrytyczne i martenzytyczne, jak i stale austenityczne oraz stopy niklowe, co pozwala na dobór odpowiedniego materiału w zależności od warunków pracy silnika. Kluczowe cechy to:

  • Odporność na wysoką temperaturę i utlenianie – kluczowa dla zaworów wydechowych.
  • Wysoka wytrzymałość mechaniczna – istotna przy dużych obciążeniach mechanicznych.
  • Odporność na korozję gazową – zapewniająca długą żywotność zaworów.

Każdy z wymienionych gatunków znajduje zastosowanie w różnych rodzajach silników, od motoryzacyjnych po lotnicze i przemysłowe.