Aspecte metalurgice ale dezvoltării pieselor turnate cu chiulasă de înaltă performanță

Aspecte metalurgice ale dezvoltării pieselor turnate cu chiulasă cu performanță specifică crescută Dr. György Fegyverneki Șef inginerie produs și proces, Nemak Győr Kft 26.11.2015

dezvoltării

Unități de producție de gen la nivel mondial Slovacia Polonia Canada Statele Unite Mexic Brazilia Spania Germania Austria India China Argentina Republica Cehă Ungaria Peste 30.000 de angajați în 14 țări

Numele este obligatoriu. Nemesis> de origine maya Înțeles: suflet Makinos> de origine greacă Înțeles: mașină/motor

Nemak Győr Kft. 4

Nemak Our Plant Győr in Győr (2010) 5

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

A Despre Nemak compania noastră Győr Fondată: 1993. Companie mexicană, multiculturală și multilingvă Produse: chiulase din aliaj de aluminiu pentru motoare pe benzină și diesel, de la 3 cilindri la V10 2 turnătorii, 2 tehnologii de turnare Valoare adăugată semnificativă cu prelucrare Număr de angajați în prezent: 1200 achiziționarea unui șantier și a unei hale de producție în Parcul Industrial din Győr pentru prelucrarea tăieturilor și inspecția produsului 8

Topire Curățare Turnare Turnare Prelucrare semințe Acceptare

Aspecte metalurgice ale dezvoltării pieselor turnate ale chiulasei motorului de înaltă performanță 10

Standardele stricte privind emisiile de CO2 și economia de combustibil conduc la dezvoltarea vehiculului Economia de combustibil Normalizată la standardele europene (g CO2 pe km) Cilindrata medie a motorului (litri) 270 240 210 Valori g/km: SUA 2025: 107 UE 2020: 95 Japonia 2020: 105 China 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 SUA UE Japonia China America de Nord Europa Sursa: Ducker Worldwide 11

Cinci moduri diferite de a respecta reglementările privind emisiile de combustibil Tehnologia motorului Greutate Angrenaje Aerodinamică Controlul acționării Piese turnate din aluminiu Motoare mai mici Reducerea pierderilor de energie Motoare turbo Optimizare atomizare și combustie Sistem start-stop Utilizare materiale ușoare Tehnologii noi de producție Optimizare conținut Ambreiaj dublu Creștere reală a vitezei Viteză incrementală Shift viteză liberă) și față) Anvelope optimizate Trecerea de la componente mecanice la componente electrice Optimizarea consumului de componente electrice 2020 potențial maxim% reducere CO 2

3 5% Sursa: Asociația Europeană a Aluminiului, analiză BCG, cercetare Nemak 12

Tendințe în producția de chiulase din aluminiu Consecințe ale reducerii emisiilor: Reducerea dimensiunii pentru motoare V8 V6 I4 I3 I2 Necesitățile de reducere a greutății apar și pentru chiulase Reducerea emisiilor în procesul de producție este o cerință, cum ar fi - Aplicarea unei tehnologii ecologice - Reducerea consumul specific de energie - precum. Utilizarea lianților anorganici în producția de miez de nisip 13

Complexitate crescută a chiulasei 1. Conductă de admisie și evacuare integrată 2. Număr din ce în ce mai mare de miezuri de nisip 3. Miezuri de nisip complexe și subțiri 4. Control integrat al supapelor 5. Turboîncărcător integrat

1. Dezvoltarea și optimizarea compoziției aliajelor 15

1. Dezvoltarea și optimizarea compoziției aliajelor Sunt cunoscute și utilizate multe aliaje de aluminiu. Cu toate acestea, odată cu dezvoltarea industriei auto, este necesară dezvoltarea aliajelor care îndeplinesc o altă provocare. Scop: dezvoltarea unui aliaj de aluminiu care poate fi materia primă a chiulaselor motorului turnate prin gravitație cu putere specifică crescută. Așteptările pentru familia de aliaje sunt o rezistență statică și dinamică mai mare, o limită crescută de oboseală termică și o sensibilitate mai mică la fisuri în comparație cu aliajele actuale. Cerințe de resurse: echipamente adecvate pentru realizarea pieselor turnate experimentale în dimensiuni de eșantioane și piese, cu simulare completă a tehnologiei (degazare, inoculare, turnare etc.). Dispozitive adecvate pentru examinarea proprietăților mecanice, microstructurale și de oboseală (tester de duritate, aparat de întindere, microscop cu lumină, microscop electronic de scanare și scanare, difractometru cu raze X, echipament de oboseală și la temperaturi ridicate) Competență: condițiile de turnare sunt disponibile la Nemak Győr linia de producție, instrumentele de cercetare enumerate și expertiza aferentă sunt disponibile în diferite institute ale Universității din Miskolc. Utilizare: rezultatele pot fi utilizate direct în dezvoltarea vehiculelor eficiente din punct de vedere energetic. 16

Amplitudinea stresului (MPa) 1. Dezvoltarea și optimizarea compoziției aliajelor Modificări ale cerințelor de material (aliaj de aluminiu) Dimensionarea și testarea până la limita de oboseală vin în prim-plan Timpul tratamentului termic crește și tensiunile introduse prin tratamentul termic trebuie reduse la minimum 70 60 Rezistența materialului local Stresul starea 170bar Starea stresului (170bar + 50 MPa rez. Stresul) Starea stresului 160bar 50 40 Nesigur 30 20 10 Sigur 0 0 50 100 150 200 250 300 Tensiunea medie (MPa) 17

1. Dezvoltarea și optimizarea compoziției aliajelor Modificări în cerințele de material (aliaj de aluminiu) Datorită sarcinilor mecanice mai mari, proprietățile mecanice statice și dinamice așteptate cresc. crește și toate chiulasele vor fi tratate termic Tensiunile reziduale de turnare trebuie reduse (riscul de fisurare) Datorită sarcinii termice mai mari, importanța rezistenței termice a materialului crește Analizele de microsonde dispersive energetice arată precipitații care conțin Al, Mn, Fe și Si, raporturi celulare bazate pe: -AlFeMnSi compus intermetalic 18

1. Dezvoltarea și optimizarea compoziției aliajelor Modificarea cerințelor de material (aliaj de aluminiu) EU5 EU6 EU3 EU4 GSPM și aliaj primar Rotacast și aliaj semiprimar Cerințe de rezistență pentru chiulase Renault Diesel 2001 2009 2016 Rp0.2 [MPa] 165 175 190 Rm [ MPa] 210 210 220 A5 [%] 1 1 2 19

1. Dezvoltarea și optimizarea compoziției aliajelor Modificări ale cerințelor de material (aliaj de aluminiu) Performanța motorului pe benzină 20

Modificări ale cerințelor referitoare la material (aliaj de aluminiu) În prezent rulează o serie mare de chiulase de familie Nouă familie de chiulase SOP 2015 Aliaj: AlSi8Cu3 (Fe

0,6%) Tratament termic: Îmbătrânire naturală Greutate: aproximativ 10 kg Rezistență GM Familie 0 3.gen cerințe de rezistență cerințe Duritate (HB) 80-110 Rp0,2 [Mpa] 100 (min) Rm [Mpa] 160 (min) A [%] 0,5 (min) aliaj: AlSi7MgCu (Fe

0,02%) Tratament termic: recoacere cu solvenți, întărire, îmbătrânire artificială (supraîmbătrânire) Greutate: aproximativ 15 kg Rezistență GM SGE SIDI Cerințe de turbo/aspirație Duritate (HB) Rp0.2 [Mpa] Rm [Mpa] A [%] 80 (min) 200 (min) 250 (min) 1 (min) 21

1. Dezvoltarea și optimizarea compoziției aliajului Test de oboseală termică: ciclul de test RT - 300 C - RT în 1,5 minute test: după 4, 7, 10, 15, 20 h

1. Dezvoltarea și optimizarea compoziției aliajelor Curbele ciclurilor de testare: 300 Zyl_1 Zyl_3 Zyl_4 300 Zyl_1 Zyl_2 Zyl_3 Zyl_4 250 250 200 150 Temperatură [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] Imagini ale camerei de ardere a chiulasei după testul de 20 de ore: 23

2. Cercetări privind procedurile de modificare a proprietății 24

2. Cercetarea metodelor de îmbunătățire a proprietății Principalele direcții de cercetare o efect al tratamentului topit reacții în fază solidă reacții solide în fază topită reacții gaz topit reacții în fază solidă o factori de efect și soluții de tratament termic

2. Cercetarea metodelor de îmbunătățire a proprietății Cercetarea efectului tratamentului în topitură reacții în fază solidă solidă

2. Cercetări privind metodele de îmbunătățire a proprietăților Caracteristicile de înghețare ale pieselor turnate devin din ce în ce mai importante, sunt necesare soluții de răcire forțată care să ofere aceeași curbă de răcire a tuturor pieselor turnate în orice condiții de funcționare pentru a obține proprietăți statice și dinamice crescute. 28

2. Cercetări privind metodele de îmbunătățire a proprietăților Caracteristicile de înghețare ale pieselor turnate devin din ce în ce mai importante, sunt necesare soluții de răcire forțată care să ofere aceeași curbă de răcire a tuturor pieselor turnate în orice condiții de funcționare pentru a obține proprietăți statice și dinamice crescute. 29

3. Cercetarea fenomenelor interfaciale 30

3. Cercetarea fenomenelor interfațiale Principalele direcții de cercetare o cercetarea fenomenelor interfațiale topite metal topit - nisip topit metal topit mucegai o metal topit 1. - metal topit 2. 31

3. Cercetarea fenomenelor interfaciale Cercetarea fenomenelor interfaciale ale metalului topit topit metal topit - nisip topit metal topit topit 33

Tehnologia Rotacast Începutul rotației Arborele de rotație Metal lichid în zăvor Format de încărcare 90 Începutul solidificării Sursa de alimentare încărcată gradient de temperatură ideal pentru o alimentare adecvată

Temperatura [C] Temperatura [C] 3. Cercetarea fenomenelor interfaciale 605 AlSi9Cu3Fe 605 AlSi9Cu1 600 600 595 595 590 590 585 585 580 575 TLmin TLmax TEmin TEmax 580 575 TLmin TLmax TEmin TEmax 570 570 565 565 560 560 555 555 20 25 Distanță peretele [mm] 550 0 5 10 15 20 25 Distanța față de perete [mm] 35

Importanța simulării este în creștere 4. Aplicarea metodelor de inteligență artificială în scopuri de corelare și predictive 36

Provocarea 2025 37

Adevărata provocare începe după 2025, când începe era mașinilor electrice Mașinile electrice BMW sunt deja fabricate cu o matriță cu motor electric turnată de Nemak 38