Uit welke materialen worden krukassem meestal vervaardigd?

Welke materialen worden gebruikt voor de fabricage van krukassen?

De keuze van materialen voor krukassen is voornamelijk afhankelijk van de bedrijfsomstandigheden en is grotendeels een abstracte analyse, aangezien ze onderhevig kunnen zijn aan mechanische spanning, hoge temperaturen, wrijving en/of diverse andere extreme omstandigheden; een beoordeling op basis van bedrijfsprestaties, duurzaamheid en betrouwbaarheid is dan ook gerechtvaardigd. Er is bijna een oneindig aantal meetbare parameters die in evenwicht moeten worden gebracht, en net zoals tegenkrukasmaterialen worden geselecteerd voor optimale prestaties op basis van het krukasonderdeelontwerp en de geldende normen voor krukassen, zo worden ook tegenkrukasmaterialen gekozen.

Bouwblokken van koolstofstaal.

Voor de fabricage van de primaire krukas voor motoren van instapniveauauto's en motoren van middelklasse-systemen is koolstofstaal al vele jaren het materiaal van keuze voor de productie van krukassen. Koolstofstaal wordt gewaardeerd om zijn bewerkbaarheid en mechanische eigenschappen bij warmtebehandeling, evenals om zijn kosten-effectiviteit. Bij de balans tussen sterkte en taaiheid wordt gemiddeld koolstofstaal verkozen, met een koolstofgehalte van 0,30% tot 0,50%. Hoewel harden en ontharden de hardheid en taaiheid kunnen verbeteren, kan het materiaal de cyclische belastingen tijdens de motorwerking wel weerstaan. De meeste koolstofstaalkrukassen die op de markt worden verkocht, zijn bestemd voor personenauto's en lichte commerciële voertuigen. Dit zorgt voor een economische fabricage, terwijl de belangrijkste prestatiekenmerken worden verbeterd. Veel industrieën produceren koolstofstaalkrukassen in grote aantallen, waardoor er een lange geschiedenis bestaat van koolstofstaal in de automobielindustrie dat is gebruikt in gecontroleerde technische toepassingen die vereist zijn voor veilige standaardbedrijfsomstandigheden.

Legeringsstaal voor verbeterde prestaties

Gelegeerd staal is onlangs uitgegroeid tot het aangewezen materiaal voor krukaspen die worden gebruikt in zwaar belaste en hoogwaardige toepassingen. Fabrikanten gebruiken diverse legeringselementen om de matrix van het staal te verbeteren; door toevoeging van chroom, nikkel, molybdeen of vanadium kunnen belangrijke verbeterde eigenschappen worden bereikt, zoals treksterkte, vermoeiingsweerstand en slagtaaiheid. De legeringselementen verbeteren ook de korrelstructuur, de algehele hardbaarheid en verlagen de kans op slijtage of vervorming onder extreme omstandigheden. Gelegeerde staalkrukassen worden aangetroffen in hoogwaardige sportauto’s, zwaar belaste vrachtwagens en industriële dieselmotoren. Gelegeerde staalkrukassen onderscheiden zich door hun vermogen om hogere koppelwaarden te verdragen en langere serviceperiodes te doorstaan, waardoor ze geschikt zijn voor een breder scala aan industriële bedrijfsomstandigheden. In vergelijking met koolstofstaal laten industrieonderzoeken zien dat gelegeerd staal 30% meer krukasmoeheidscycli kan weerstaan en daardoor zwaar belaste bedrijfsomstandigheden efficiënter maakt. Voor hun premium- en commerciële voertuigen hechten toonaangevende automobielproducenten boven alles waarde aan motorbetrouwbaarheid en erkennen gelegeerd staal als een essentieel onderdeel.

Nodulair gietijzer, ook wel sferoïdaal gietijzer genoemd, is een flexibele en betaalbare vervanging voor staal bij de productie van krukaspen. Het verschilt ook van grijs gietijzer doordat nodulair gietijzer bolvormige grafietdeeltjes bevat. Deze deeltjes verbeteren de rekbaarheid, slagvastheid, gietbaarheid en slijtvastheid. Naast deze eigenschappen heeft nodulair gietijzer ook de mogelijkheid om trillingen en geluiden te dempen en de algehele loopkwaliteit van de motor te verbeteren. De evenwichtige combinatie van sterkte, duurzaamheid en kosten-efficiëntie maakt nodulair gietijzer een veelgebruikt materiaal in maritieme toepassingen, landbouwmachines en motoren voor gemiddelde belasting. Dankzij geavanceerde giettechnologie is de consistentie en kwaliteit van onderdelen van nodulair gietijzer sterk verbeterd. De huidige gietprocessen bereiken tegenwoordig een afmetingnauwkeurigheid die gelijkwaardig is aan die van staalgesmede onderdelen. Veel motorfabrikanten kiezen vandaag de dag voor krukaspen van nodulair gietijzer in plaats van duurdere componenten, omdat de meeste motoren die vandaag worden geproduceerd slechts zijn ontworpen voor matige vermogens.

Geavanceerde materialen in gespecialiseerde toepassingen

Extreme prestatie-eisen vereisen het gebruik van geavanceerde materialen in gespecialiseerde toepassingen voor motoren. Hoewel titaniumlegeringen duur zijn, hebben ze een uitstekende sterkte-op-gewichtverhouding, waardoor ze ideaal zijn voor hoge snelheid racemotoren en de lucht- en ruimtevaartindustrie. Om aan gewichtseisen te voldoen, verminderen titanium-krukaspen de totale massa en verbeteren de motorresponsiviteit en het brandstofverbruik. Bovendien gebruiken sommige gespecialiseerde toepassingen nieuwe composieten, zoals met titanium versterkte koolstofvezelpolymeren, die uitstekende sterkte en corrosieweerstand bieden. Geavanceerde materialen in krukassentechnologie zullen uiteindelijk mainstream worden, maar de complexiteit van de productie en de hoge kosten van deze materialen houden hen nog steeds buiten bereik van hoogwaardige, gespecialiseerde apparatuur. Toonaangevende fabrikanten en onderzoeksinstituten richten zich op de kosteneffectieve toepassing van deze materialen voor diverse motortypen.

Belangrijkste factoren die de materiaalkeuze beïnvloeden

De keuze van materialen voor krukaspen wordt beïnvloed door vele factoren, zoals bijvoorbeeld het type motor en het vermogen. Bij grote motoren is de behoefte aan een hogere treksterkte en vermoeiingsweerstand cruciaal. Bij kleinere motoren kunnen kosten en bewerkbaarheid prioriteit hebben. Naast de tegenstrijdige eisen op het gebied van kosten en bewerkbaarheid moeten ook andere factoren worden overwogen, zoals bedrijfsomstandigheden, temperatuurbereik en belastingscycli. Motoren die in extreme weersomstandigheden worden gebruikt, vereisen bijvoorbeeld een hogere corrosie- en hittebestendigheid. Ook de productiemethode — zoals smeden, gieten of warmtebehandeling — bepaalt welke materialen geschikt zijn, aangezien sommige materialen beter presteren bij bepaalde productieprocessen dan bij andere. Kosten vormen een praktische beperkende factor, omdat fabrikanten streven naar een evenwicht tussen prestaties en kosten. Uiteindelijk moeten de gebruikte materialen ook voldoen aan de industriestandaarden en wettelijke voorschriften. Dit biedt zowel fabrikanten als eindgebruikers waarborg dat de gebruikte materialen veilig en duurzaam zijn.

Conclusie over materialen voor de krukas

De keuze van materialen voor de krukas is een proces dat een goed begrip vereist van de eisen en doelstellingen, maar ook van de beperkingen en afwegingen die hierbij een rol spelen. Elk materiaal — zoals koolstofstaal, gelegeerd staal, sferoïdaal gietijzer en andere — hoe geavanceerd ook, biedt voordelen voor een specifieke toepassing en bepaalde bedrijfsomstandigheden van de motor. De ontwikkeling van motoren gaat hand in hand met de vooruitgang op het gebied van materiaalkunde, waardoor geleidelijk hogere prestaties en grotere duurzaamheid van onderdelen mogelijk worden. Fabrikanten combineren hun kennis van materiaaleigenschappen met empirisch onderzoek en praktijkervaring om een beoordeling te maken die het beste evenwicht biedt tussen prestaties en betrouwbaarheid van de motor. Motorfabrikanten die streven naar een concurrerend en kwalitatief hoogwaardig product, moeten samenwerken met specialisten op het gebied van materialen en componenten om de meest geavanceerde, op maat gemaakte oplossingen te verkrijgen die voldoen aan de specifieke eisen en beperkingen van de toepassing.