Transparant

Materialen voor het motorblok

De kern van een motor is het motorblok. Hierin/hieraan worden alle overige onderdelen gemonteerd. Van oudsher is gietijzer gekozen voor het materiaal van het motorblok. Gietijzer heeft bijzondere eigenschappen:

    • Het is sterk.
    • Trillingsdempend.
    • Het heeft goede loopeigenschappen voor zuigers, de cilinderwand houdt olie makkelijk vast.
    • Het is eenvoudig te gieten, ook bij complexe vormen.
    • Het is relatief goedkoop.

In de wand van het motorblok zijn vaak ronde stoppen aangebracht. Deze afdichting wordt  vriesstop, vriesplug of expansieplug genoemd. De eerste twee namen wekken de indruk dat deze stoppen bij bevriezing van het koelwater een functie zouden hebben. Deze zouden dan uit het blok springen en zo het blok beschermen tegen scheuren. Dit is niet de functie van deze plug.
Bij de fabricage van het blok wordt een kern geplaatst om de holle ruimte te maken voor de koelvloeistof. Deze kernen moeten na het gieten verwijderd worden. Dit gebeurt via deze openingen. Na reiniging moeten deze gaten weer worden gedicht en daarvoor is de vriesplug. Er zijn ook uitvoeringen waarbij gasten van voor naar achter door het blok lopen. Deze gaten worden dan met platen afgedicht.

Gietijzer kent een heleboel soorten. Welbekend zijn de soorten die vroeger in kachels werden gebruikt voor de roosters. Deze werden gemaakt van de eenvoudigste soort grijs gietijzer GG15 en braken nogal snel. Dit heeft het beeld laten ontstaan dat gietijzer niet erg sterk is. Dat gietijzer bijzonder sterk kan zijn blijkt uit het feit dat heden ten dagen gietijzer wordt gebruikt in zwaar belaste onderdelen van vrachtauto’s (achterassen en versnellingsbakken). Ook ten tijde van de fabricage van oldtimers waren er goede gietijzersoorten beschikbaar.
De meeste gietijzer motorblokken zijn gemaakt van perlitisch gietijzer. Afhankelijk van de samenstelling kregen deze blokken dan nog aanvullend een warmtebehandeling om de eigenschappen te verbeteren.

Ter typering van mogelijke samenstelling van het gietijzer de onderstaande tabel.

Samenstelliing in % I II III IV

Koolstof

waarvan gebonden

3,30

0,60

3,0

0,65

3,15

0,60

3,25

0,80

Silicium 2,15 2,10 2,35 2,10
Mangaan 0,60 0,75 0,70 0,65
Fosfor 0,18 0,18 0,18 0,18
Zwavel 0,08 0,06 0,06 0,08
Nikkel 1,25 0,35 0,15 2,00
Chroom 0,55 0,45 0,25 0,15
Molybdeen - 0,75 0,25 0,15
Brinellhardheid 207 - 241   229 -241    163 - 207   217 - 248  
Trekstrkte in kg/mm2            26 37 31 29
         

Tabel 1. De veel gebruikte samenstellingen van de gietijzersoorten voor het blok.

Materiaal A werd vooral toegepast in kleinere motoren. Aan dit materiaal werd geen warmtebehandeling gegeven.
Materiaal B was iets hoogwaardiger en kreeg na het gieten nog een warmtebehandeling  van 2 uur op 560oC. Hierbij werden de krimpspanningen verminderd en de structuur verbeterd.
Materiaal C en D zijn bedoeld voor grotere motoren. Materiaal D kreeg na het gieten nog een warmtebehandeling door gloeien 30 min gloeien op 845oC, gevolgd door afschrikking in olie en ontlaten bij 175oC. Rekristallisatie en betere verdeling van de koolstof leidt tot beter iets hogere mechanische eigenschappen.

Hoe ziet perlitisch gietijzer er inwendig uit?
Uit de tabel kunnen we aflezen dat (naast ijzer) de belangrijkste elementen in gietijzer Koolstof en Silicium is. De elementen fosfor en zwavel worden gezien als verontreiniging. Alle overige elementen hebben in meer of mindere mate een functie bij het gietproces dan wel het bereiken van de uiteindelijke mechanische eigenschappen. De mechanische eigenschappen zijn volledig afhankelijk van de bereikte structuur.
Bij een gietijzer motorblok wordt gestreefd naar een perlitische structuur. Als gietijzer vanaf de giettemperatuur gaat stollen ontstaan er koolstof lamellen deze lamellen worden uiteindelijk ingevangen in volledig gestold ? – ijzer. Bij verdere afkoeling groeien de koolstoflamellen. Uiteindelijk gaat bij 723oC het materiaal over in een andere structuur: ferriet en cementiet. Ferriet is zacht en cementiet is hard. Deze twee structuurbestanddelen zijn plaatvormig (gelaagd) en hebben in deze combinatie prettige eigenschappen.
Uiteindelijk zien we in de perlitische structuur de volgende bestanddelen:

  • Koolstof lamellen.
  • Gelaagde plaatvormige perliet (bestaat ui lagen cementiet en ferriet).
  • Ferriet eilanden rondom de koolstof lamellen (witte gebieden).

Bij een perlitische structuur kunnen we de eigenschappen verbeteren door de koopstof fijner te verdelen en de perliet fijner te maken. Hiervoor zijn de genoemde warmtebehandelingen bedoeld.

 gietijzer

 Een typische structuur van perlitisch gietijzer met enige ferriet. De ferriet zijn de witte vlakjes tegen de koolstof lamellen.

Bij het maken van een motorblok is er een keuze voor het realiseren van de cilinderwand. Deze kan rechtstreeks in het blok worden gerealiseerd dan wel kan er worden gewerkt met losse cilindervoeringen. Er zijn in dit verband natte en droge cilindervoeringen. Bij de natte cilindervoering is er een direct contact van de koelvloeistof om de cilinderwand. Een droge voering dunne bus) wordt in het blok geperst en heeft geen direct contact met de koelvloeistof.
De cilinderbussen zijn veelal ook van perlitisch gietijzer. De vorm van de cilinderbus maakt het mogelijk deze te vervaardigen met een speciaal gietproces: centrifugaal gieten. Bij deze methode kan de gewenste perlitische structuur relatief eenvoudig worden gerealiseerd.
Als materiaal voor de droge cilinderwanden werd ook wel gelegeerd staal genomen

Ondanks dat de perlitische structuur een goed uitgangspunt is voor de cilinderwand kunnen de eigenschappen toch nog worden verbeterd. Er zijn in dit verband twee mogelijkheden:
1. Nitreren,
2. Hard verchromen.
Bij de eerste methode wordt de cilinderwand een tijd gegloeid in ammoniak. De stikstof uit de ammoniak verbindt zich met ijzeren en vormt het slijtvaste ijzernitride.
Bij het verchromen wordt de cilinderwand elektrolytisch voorzien van een slijtvaste chroomlaag.

Transparant