11 juillet 2016
Les nouveaux matériaux de soupapes pour gros moteurs relèvent les défis du downsizing
Federal-Mogul Powertrain ajoute à sa gamme des alliages hautes performances rentables

Federal-Mogul Powertrain, une division de Federal-Mogul Holdings Corporation, introduit de nouveaux matériaux pour les soupapes d’admission et d’échappement en réponse aux défis posés par les charges plus élevées, les risques accrus de corrosion intergranulaire et d’oxydation ainsi que la pression à la baisse continue sur les prix. Ces matériaux sont le résultat d’une double approche de l’entreprise visant à définir à la fois une amélioration de l’acier austénitique conventionnel et une alternative plus économique aux « superalliages » à haute teneur en nickel.

Comme sur le marché des véhicules légers, la recherche de la baisse de consommation de carburant impulse la tendance à la réduction de la cylindrée (downsizing) et à la turbocompression des gros moteurs Diesel. Les précédentes générations de moteurs 16 L ont été remplacées par des blocs de 12 et 13 L, voire de 10 ou 11 L délivrant 500 ch. Cette nouvelle donne rend indispensable l’emploi de soupapes offrant une résistance renforcée à haute température et pouvant supporter des pressions de combustion de 220 bar et plus alors qu’en même temps, les stratégies de réduction des émissions font grimper les niveaux de recirculation des gaz d’échappement (EGR), exposant ainsi les soupapes à un risque accru de corrosion humide.

« Pour les applications exigeantes, la réponse habituelle est un matériau haut de gamme comme l’ECMS-Ni80A de Federal-Mogul Powertrain, mais avec une teneur en nickel supérieure à 70%, ce n’est pas toujours une solution économique », explique Gian Maria Olivetti, Directeur technique de Federal-Mogul Powertrain. « Nous avons mis en place de nouvelles méthodes afin d’utiliser plus efficacement des éléments d’alliage comme le nickel en validant des matériaux présentant une résistance à chaud équivalente à celle de l’ECMS-Ni80A, mais avec une moindre teneur en alliage ».

Les principaux facteurs qui différencient les nouveaux matériaux de la gamme sont les pourcentages de nickel (Ni), chrome (Cr) et manganèse (Mn) qu’ils contiennent. L’un des

alliages amélioré, l’ECMS-2512NbN, constitue une évolution de l’acier austénitique standard CrMn destinée aux applications d’admission et d’échappement confrontées à des températures élevées. En augmentant la teneur en nickel des 3% habituels à environ 12%, tout en peaufinant la combinaison des autres éléments de l’alliage, on améliore sensiblement à la fois la résistance à chaud et à la corrosion.

Pour les températures plus élevées, l’alliage d’acier austénitique hautes performances ECMS-Ni36 offre une résistance à l’oxydation à chaud supérieure à celle de son équivalent industriel standard, l’ECMS-3015D (acier austénitique à 15% de chrome et 31% de nickel). En outre, malgré une teneur en nickel de seulement 36%, il présente une résistance à la traction similaire à celle du superalliage ECMS-Ni80A, qui contient plus de 70% de nickel.

Le processus de développement et de validation d’un nouveau matériau, qui peut prendre jusqu’à 10 ans, englobe l’identification des éléments d’alliage et des limites de composition appropriés ainsi que des effets subséquents sur la structure du grain. Vient ensuite la validation interne exhaustive par Federal-Mogul afin d’établir l’adéquation du matériau aux futurs défis du marché.

« Le niveau très élevé d’éléments d’alliage présents rend ces matériaux assez spéciaux », confie Guido Bayard, Responsable monde des technologies Train de soupapes de Federal-Mogul Powertrain. « Afin de prédire leur fiabilité et leur conformité aux applications moteurs, ces matériaux sont soumis à une série de tests d’usure, corrosion et durabilité sur banc et en laboratoire, ainsi qu’à différents essais moteurs applicatifs sur des dynamomètres ».

Federal-Mogul a déjà lancé la production série des soupapes en ECMS-2512NbN et ECMS-3015D, tandis que les soupapes en ECMS-Ni36 sont en cours d’essais chez des clients en prévision de leurs prochains démarrages en production. Les alliages ECMS-2512NbN et ECMS-Ni36 sont destinés de la même façon aux applications routières, hors route et navigation de plaisance dans la catégorie 10 à 16 L de cylindrée ; pour les applications sévères où les exigences excèdent même les capacités des soupapes ECMS-Ni80A (moteurs GNC hautes performances ou moteurs marins par exemple), Federal-Mogul fournit des soupapes à tige creuse qui améliorent la dissipation thermique.

Pour garantir à ses soupapes en service une efficacité et une durabilité optimales, Federal-Mogul fabrique également une vaste gamme de pièces connexes, y compris des arrêtoirs, des clavettes et des rotateurs de soupapes. Ces différents éléments seront présentés avec un assortiment de soupapes sur le stand de Federal-Mogul au Salon IAA de Hanovre qui se déroulera du 21 au 29 septembre. L’entreprise exposera sur le stand C28 dans le Hall 13.


  Source : Federal-Mogul


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