Designing cylinder liners made from hybrid composites containing solid lubricants

• Autorzy: Posmyk A. , Myalski J.

Warianty tytułu

PL

Projektowanie tulei cylindrowych z kompozytów hybrydowych zawierających smary stałe

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The paper presents the basic knowledge for designing cylinder sleeves made of hybrid composites containing solid lubricants. The matrix for the described composites could be aluminium wrought alloys used for manufacturing pistons, for example AlCu4Ni2Mg or cast aluminium-silicon alloys used for blocks and cylinder sleeves for engines and compressors, for example AlSi12NiCuMg. These composites should contain two kinds of reinforcing phase, i.e. strengthening Al2O3 or SiC foam and thin layers of glassy carbon. Ceramic foam increases the compressive strength and wear resistance of the composite and decreases the thermal conductivity. Glassy carbon plays the role of a solid lubricant. A cylinder sleeve manufactured of a composite containing particles or spheres of aluminium oxide will possess other properties than one made of a composite containing silicon carbide. The reason for that is the different thermal conductivity for Al2O3 (λ = 20÷30 W/(mK)) and SiC (λ =100÷130 W/(mK)). Cylinder sleeves manufactured of a composite containing ceramic foams (Al2O3 or SiC) will possess a similar, but much lower thermal conductivity (for Al2O3 foam λ = 0.2 W/(mK) and SiC foam λ = 0.12 W/(mK) at temperatures of 20÷200°C. It is very important for air compressors in which the piston rings are manufactured of composite plastics.

PL

Przedstawiono podstawy projektowania tulei cylindrowych z kompozytów hybrydowych zawierających smary stałe. Osnową opisanych kompozytów mogą być stopy aluminium do przeróbki plastycznej stosowane na tłoki, np. AlCu4Ni2Mg, lub odlewnicze stopy aluminium z krzemem stosowane na kadłuby i tuleje cylindrowe silników i sprężarek tłokowych, np. AlSi12NiCuMg. Osnowę kompozytów na cylindry siłowników mogą stanowić stopy aluminium z magnezem. Kompozyty te powinny zawierać dwa rodzaje fazy zbrojącej, tj. umacniającą piankę z tlenku aluminium lub węglika krzemu oraz cienkie warstewki węgla szklistego. Pianka ceramiczna zwiększa wytrzymałość na ściskanie i odporność na zużycie kompozytu oraz zmniejsza przewodność cieplną, a węgiel szklisty pełni rolę smaru stałego. Tuleja cylindrowa wykonana z kompozytu zawierającego cząstki lub sfery z tlenku aluminium będzie miała inne właściwości cieplne niż zawierająca cząstki SiC, ze względu na mniejszy współczynnik przewodności cieplnej (λ = 20÷30 W/(mK)) dla Al2O3) niż tuleja zawierająca węglik krzemu (λ = 100÷130 W/(mK)). Tuleje wykonane z kompozytu z osnową siluminową zawierającego cząstki z SiC będą miały lepszą stabilność wymiarową, ponieważ przewodność cieplna materiału osnowy jest zbliżona do przewodności cieplnej SiC. Tuleje cylindrowe wykonane z kompozytu zawierającego pianki z tlenku aluminium lub węglika krzemu będą miały zbliżoną przewodność cieplną, jednak znacznie mniejszą niż tuleja zawierająca cząstki, ponieważ przewodność cieplna pianki Al2O3 wynosi λ = 0,2 W/(mK), a SiC λ = 0,12 W/(mK) w temperaturze 20÷200°C. Jest to bardzo istotne w sprężarkach powietrza, w których pierścienie tłokowe są wykonane z kompozytowych tworzyw sztucznych.

Słowa kluczowe

EN

cylinder liner; solid lubricant; hybrid composite; ceramic foam; thermal conductivity

PL

tuleje cylindrowe; smary stałe; kompozyty hybrydowe; pianka ceramiczna; przewodność cieplna

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Materiałów Kompozytowych
• Czasopismo: Composites Theory and Practice
• Rocznik: 2016
• Tom: R. 16, nr 1
• Strony: 15--19
• Opis fizyczny: Bibliogr. 9 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Posmyk A.

• Silesian University of Technology, Faculty of Transport, ul. Z. Krasińskiego 8, 40-019 Katowice, Poland

autor

Myalski J.

• Silesian University of Technology, Faculty of Metallurgy and Material Engineering, ul. Z. Krasińskiego 8, 40-019 Katowice, Poland

Bibliografia

• [1] Janecki J., Gołąbek S., Zużycie części i zespołów pojazdów samochodowych. WKiŁ, Warszawa 1979.
• [2] Myalski J., Kształtowanie właściwości tribologicznych kompozytów zawierajacych węgiel szklisty, Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice 2011.
• [3] Myalski J., Hekner B., Posmyk A., Wpływ węglowej struktury szkieletowej na właściwości tribologiczne kompozytów z osnową aluminiową, Tribologia 2015, 5(263) 89-98.
• [4] Posmyk A., Myalski J., Precursor influence on tribological properties of metal-ceramic composites designed for aviation machine parts, Composites, Theory and Practice 2015, (1) 16-20.
• [5] Posmyk A., Myalski J., Wistuba H., Properties of aluminiumceramic composite with glassy carbon as solid lubricant designed for automotive applications, Archives of Metallurgy and Materials 2015, 60(4), 2573-2577.
• [6] Robertson J., Amorphous carbon, Solid State and Materials Science 1998, 1(4), 557-561.
• [7] Bourret J., Rossignol S., Smith D.S., Thermal conductivity of geomaterial foams based on silica fume, Journal of Materials Science 2012, 47(1), 391-396.
• [8] Linsmeier K-D., Technische Keramik, Werkstoff für höchste Ansprüche. Verlag Moderne Industrie CeramTek, Landsberg/Lech 2010.
• [9] Shimizu T., Matsuura K., Furue H., Matsuzak K., Thermal conductivity of high porosity alumina refractory bricks made by a slurry gelation and foaming method, Journal of the European Ceramic Society 2013, 33(15-16), 3429-3435.

Uwagi

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę.