Setembro 2023 vol. 10 num. 1 - XXX Simpósio Internacional de Engenharia Automotiva

Trabalho completo - Open Access.

Idioma principal | Segundo idioma

Ferro fundido nodular a partir de machos impressos em 3D para nova geração de pistões de motor

Nodular cast iron for new generation of piston engines produced from 3D printed cores

MARTINS, Marina Furbino ; CABEZAS, Carlos de Souza ; BUSCHMANN, Marcelo Henrique ;

Trabalho completo:

O pistão é um dos componentes mais críticos da indústria automotiva devido aos esforços cíclicos aos quais está submetido. Em decorrência das novas legislações ambientais, a seleção do material para a fabricação de pistões se torna ainda mais desafiadora. Ferro fundido nodular (FFN) pode ser uma opção sustentável para pistões. Suas propriedades mecânicas podem ser manipuladas com sucesso por meio de tratamento térmico para atingir resistência à tração de até 1400 MPa quando austemperado e 900 MPa quando normalizado. A utilização de manufatura aditiva, produzindo machos em impressoras 3D, permite maior liberdade de desenho e produção de componentes com poucas restrições geométricas. Neste trabalho, propriedades mecânicas e metalografia de blocos-Y em FFN normalizado foram avaliadas. Os resultados mostraram que a condutividade térmica deste material atinge um valor máximo de 31 W/Km a 400 °C, temperatura usual de trabalho dos componentes de motor de combustão interna. Os limites de resistência à tração obtidos foram 909 MPa a 20 °C e 731 MPa a 400 °C. Os resultados de resistência à fadiga foram 350 MPa a 20 °C e 220 MPa a 400 °C. A combinação de manufatura aditiva e o design adequado do material torna o pistão em FFN uma boa opção para substituir o alumínio em motores modernos.

Trabalho completo:

The piston engine is one of the most critical components of the automotive industry due to cyclical stresses they are subjected to. In order to adapt to new environmental legislations, the material selection for the manufacture of piston engines become even more challenging. Nodular cast iron (NCI) is a sustainable option for piston engines. Its mechanical properties can be successfully manipulated through heat treatment to achieve tensile strengths as high as 1400 MPa when austempered and 900 MPa when normalized. The use of additive manufacturing, producing cores in 3D printers, allows greater freedom of design and the production of components with few geometric restrictions. In this work, mechanical properties and metallography of Y-Blocks and piston engines in normalized NCI were evaluated. Results have shown that thermal conductivity of this material reaches a maximum value of 31 W/Km at 400 °C, usual working temperature of ICE components. The yield tensile strength results as follows: 909 MPa at 20 °C and 731 MPa at 400 °C. The fatigue strength results as follows: 350 MPa at 20 °C and 220 MPa at 400 °C. The combination of additive manufacturing and proper materials design makes NCI piston a good option to advantageously replace aluminum parts in modern engines.

Download (PDF)

Palavras-chave: ,

Palavras-chave: ,

DOI: 10.5151/simea2023-PAP40

Referências bibliográficas
  • [1] " SILVA, F. S. Fatigue on engine pistons – A compedium
  • [2] of case studies. Engineering Failure Analysis, v. 13, p. 480-
  • [3] 492. 2006.
  • [4] [2] ANUGU, A. R.; REDDY, N. V. T.;
  • [5] VENKATESWARLU, D. Theoretical modelling and finite
  • [6] element analysis of automobile piston. Materials Today:
  • [7] Proceedings, 1-5. 2020.
  • [8] [3] AHMED, A., WAHAB, M. S., RAUS, A. A.,
  • [9] KAMARUDIN, K., BAKHSH, Q., ALI, D. Mechanical
  • [10] properties, material and design of the automobile piston: an
  • [11] ample review. Indian Journal of Science and Technology, v.
  • [12] 9, 1-7. 2016.
  • [13] [4] ARJUNRAJ, P.; SUBRAMANIAN, M.; PRAKASH, N.
  • [14] R. Analysis and comparison of steel piston over aluminum
  • [15] alloy piston in four stroke multicylinder diesel engine.
  • [16] International Journal of Emerging Technology and
  • [17] Advanced Engineering, v. 5, n. 12, p. 116-122. 2015.
  • [18] [5] PIERCE, D. T., MURALIDHARAN, G., TORRES, J.,
  • [19] WANG, H., HAYNES, J. A.; SEBECK, K., GINGRICH, E.,
  • [20] BYRD, G., TESS, M. Evaluation of thermal processing and
  • [21] properties of 422 martensitic stainless steel for replacement
  • [22] of 4140 steel in diesel engine pistons. Materials & Design, v.
  • [23] 214, 1-15. 2022.
  • [24] [6] HRDINA, D., RUDOLPH, S., IANUS, G., IWASAKI,
  • [25] Y. Nodular cast iron pistons for Medium Duty Applications.
  • [26] SAE Technical Paper 2018-01-1275, 2018.
  • [27] [7] METOKI, S.; NEGISHI, H. Why are nodular cast iron
  • [28] pistons not used in Heavy Duty Diesel Engines? SAE
  • [29] Technical Paper, 2002-01-0164, 2002.
  • [30] [8] GUESSER, W. Propriedades Mecânicas dos ferros
  • [31] fundidos. São Paulo: Blucher, 2019.
  • [32] [9] LIU, Y.; JING, G.; ZHANG, L.; HAN, M. Research on
  • [33] Design Development and Modification of a Steel Piston in a
  • [34] Heavy-Duty Diesel Engine. SAE Technical Paper, 2023-01-
  • [35] 5023, 2023"
Como citar:

MARTINS, Marina Furbino; CABEZAS, Carlos de Souza; BUSCHMANN, Marcelo Henrique; "Ferro fundido nodular a partir de machos impressos em 3D para nova geração de pistões de motor", p. 270-275 . In: Anais do XXX Simpósio Internacional de Engenharia Automotiva . São Paulo: Blucher, 2023.
ISSN 2357-7592, DOI 10.5151/simea2023-PAP40

últimos 30 dias | último ano | desde a publicação


downloads


visualizações


indexações