Большие тепловые напряжения и высокая температура выпускных клапанов сразу же поставили перед технологами задачу получения жаростойких материалов. Было испытано большое количество различных сталей. Начали с хромоникелевых сталей, наиболее тогда известных, как «универсальных». Но в отношении жаростойкости и антикоррозийности хромоникелевые стали оказались слабыми. Тогда обратились к сталям, стойким при высоких температурах резания металлов — быстрорежущим. Сохранение твердости при резании металлов не является достаточной характеристикой устойчивости стали в условиях работы выпускного клапана, и быстрорежущие стали оказались непригодными для клапанов в автомобильных двигателях. Отказавшись от быстрорежущих, обратились к другим, известным тогда сталям, содержащим различные, часто очень дорогие, дефицитные и совсем не нужные в этом случае примеси. Наконец, вскоре после первой мировой войны клапанная сталь была найдена. Для работы выпускных клапанов наилучшей оказалась кремнехромистая сталь, так называемый «сильхром» с содержанием 2,0—3,5% Si и до 9,5% Cr. Для впускных клапанов находит применение сильхром с содержанием хрома до 3,5% или более дешевая хромистая сталь 40Х, а для двигателей большой мощности — 40ХН. Для экономии жароупорных сталей применяют, особенно для двигателей грузовых автомобилей массового производства, сварные биметаллические выпускные клапаны, головка которых изготовлена из жароупорной стали, а стержень — из среднеуглеродистой.

Практика ремонта автомобильных двигателей подтвердила целесообразность постановки вставных седел клапанов, в результате чего с 1930 г. такие седла начали устанавливать на двигателях. Материал вставных седел — легированный чугун или специальная жаростойкая сталь. Жароупорные вставные седла клапанов значительно увеличили износостойкость как клапанов, так и седел и удлинили пробег автомобиля до (притирки клапанов. Стеллитованные фаски клапанов и стеллитованные седла, хотя и показали хорошие результаты, не получили распространения, так как обходились дорого и усложняли технологический процесс.

Рост литровой мощности и мощности, приходящейся на один цилиндр, вызывает повышение тепловой нагрузки на выпускные клапаны, долговечность которых сокращается. Стремление улучшить теплоотдачу клапанами вызвала к жизни процесс охлаждения клапанов на стационарных и судовых двигателях. Однако применяющееся там жидкостное проточное охлаждение неприменимо на автомобилях по причине весьма малых размеров клапанов и большого числа оборотов коленчатого вала двигателей. Первые попытки увеличить теплоотдачу без применения жидкости заключались в заполнении полости стержня медью. Повышенная теплопроводность меди улучшала теплоотвод от головки клапана через стержень, но трудность плотного заполнения медью полости стержня клапана и наличие зазоров между медью и материалом клапана ухудшало охлаждение и лишало такие клапаны преимуществ. Лучший результат давало заполнение полости стержня смесью калиевой и литиевой селитры, которая при нагревании легко плавится и лучше отводит тепло. Еще более благоприятные результаты дает заполнение полости стержня металлическим натрием, легкоплавким и значительно более теплопроводным. Эффективность натриевого охлаждения всесторонне проверена на работе авиационных двигателей. В автомобилестроении натриевое охлаждение клапанов находит применение в последние годы.

Распределительные валы долгое время выполнялись из малоуглеродистой стали с последующей цементацией рабочих поверхностей. После первой мировой войны нашли применение простые углеродистые стали, также цементуемые, а затем и среднеуглеродистые, подвергаемые термической обработке. Широко развившаяся за последние 15 лет закалка деталей ТВЧ нашла применение и в термической обработке распределительных валов, где поверхностной закалке подвергают рабочие поверхности кулачков и шеек. Следует подчеркнуть, что введение углеродистых сталей вместо легированных, преимущественно хромоникелевых, нашло применение на заводах массового выпуска, потребляющих громадные количества материалов.

В 30-х годах появились литые чугунные распределительные валы, постепенно получающие все более широкое распространение. Наиболее технологичны литые валы, затем стальные, подвергаемые закалке ТВЧ. Наименее технологичны стальные цементуемые валы, требующие наибольшего времени обработки (особенно за счет продолжительной цементации), более дорогие и менее практичные в работе, так как твердость их при работе уменьшается и после ремонта в связи с обточкой поверхности необходима повторная цементация.

Автор: Е.И. Гагарин