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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Gusseisen mit verbesserter Oxidationsbeständigkeit bei hoher Temperatur. Insbesondere betrifft sie ein Gusseisen, umfassend ein Gusseisen mit Eisen als Hauptbestandteil, enthaltend C, Si, Mn, P, S, Cr, Mo und Ni, wobei das Gusseisen eine hervorragende Hitzebeständigkeit und Oxidationsbeständigkeit bei hoher Temperatur gewährleistet, wodurch es für ein Auspuffkrümmer für Motoren, die extrem harten Bedingungen bei hoher Temperatur ausgesetzt sind, geeignet ist.
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Hintergrund der Erfindung
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Ein Auspuffkrümmer ist ein Rohr, welches die Abgase der Verbrennungskammern dem Auspuffrohr zuführt. Die Größe und Auslegung des Auspuffkrümmers hängt eng mit der Leistung der Motoren zusammen, da der Krümmer in dem ersten Bereich angeordnet ist, um Abgase des Anfangsteils der Verbrennungsgase aufzunehmen.
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Herkömmliche oxidationsbeständige Gusseisen, wie beispielsweise FCD50M, FCD45F, FCD-H und FCD-50HS weisen Zusammensetzungen wie in Tabelle 1 auf. Diese Gusseisen enthalten Si und/oder Mo, die zu dem herkömmlichen Kugel-Gusseisen zugegeben wurden, um die physikalischen Eigenschaften und die Oxidationsbeständigkeit bei hoher Temperatur zu verbessern. Tabelle 1 Gusseisen-Formulierungen gemäß Stand der Technik
| Produkte | C | Si | Mn | P | S | Cr | Mg | Mo | Ni | Fe |
| FCD50M | 3,0–4,0 | 2,0–3,0 | 0,2–0,6 | unter 1,0 | unter 0,02 | unter 0,3 | über
0,025 | | - | Restbestandteil |
| FCD-J | 3,0–4,0 | 2,0–3,0 | 0,2–0,6 | unter 0,1 | | | über
0,015 | | unter 1,0 | Restbestandteil |
| FCD-M | 3,0–4,0 | 3,8–4,0 | unter 0,6 | unter 0,04 | unter 0,02 | - | 0,04–0,065 | 0,5–0,7 | - | Restbestandteil |
| FCD-H | 3,2–3,9 | 3,2–3,8 | unter 0,3 | | | - | Über
0,02 | | - | Restbestandteil |
| FCD50HS | 3,3–3,8 | 3,4–3,8 | unter 0,6 | unter 0,1 | unter 0,015 | | über
0,025 | 0,4–0,5 | unter 1,0 | Restbestandteil |
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Es bestehen drei Anforderungen an das Metall – hohe Temperaturfestigkeit, Hochtemperatur-Oxidationsbeständigkeit (bei Exponierung gegenüber der Atmosphäre und auch bei Exponierung gegenüber Abgasen) und Kompatibilität mit Katalysatoren. Wenn ein Abgassystem, bei dem hitzebeständiges Gusseisen eingesetzt wird, bei einer Temperatur von 630°C–760°C gehalten wird, was typischerweise im Einsatz angetroffen wird, beträgt die Zugfestigkeit herkömmlicher oxidationsbeständiger Gusseisen im Allgemeinen mindestens ungefähr 75 MPa. Die Festigkeit der Gusseisenmetalle nimmt jedoch mit Temperatur ab.
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Die verschiedenen Grade bzw. Qualitätsstufen austenitischer Gusseisen zeigen eine große Vielfalt an Eigenschaften, weswegen diese in vielen technischen Anwendungen eingesetzt werden. Der DIN-1694 Standard kennt acht Lamellar-Graphit- und vierzehn Kugelgraphit-Varianten. Deren herausragende Eigenschaften sind u. a. Hochtemperaturstabilität, Oxidationsbeständigkeit, unübliche Wärmeausdehnungskoeffizienten (von hoch bis niedrig), vorteilhafte Fließ- bzw. Gusseigenschaften, Korrosionsbeständigkeit, Tieftemperaturzähigkeit und Erosionsbeständigkeit. Ein austenitisches Gusseisen gemäß DIN 1694 kann bis zu 3% Kohlenstoff, 1,5–3% Si, 0,5–1,5% Mn, 18–22% Ni und 1–2,5% Cr aufweisen.
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Gusseisen mit hoher Warmfestigkeit und Beständigkeit gegen Hochtemperaturoxidation sind in
JP 62-167848 A und
US 4,528,045 offenbart.
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Jüngere Innovationen bezüglich der Konstruktion des Abgassystems von Automobilen erfordern, dass das Eisen eine hohe Leistungsfähigkeit (hohe Zugfestigkeit) bei einer Temperatur von 730°C bis 900°C aufweist. Es ist weiterhin vorteilhaft, das Abgassystem mit einem Gusseisen mit hervorragender Oxidationsbeständigkeit bei erhöhten Temperaturen herzustellen und weiterhin mit einer hohen Katalysatorkompatibilität, um auf die restriktiven Regulationen bezüglich Abgasen, die aus der Leistungszunahme von Automobilen herrühren, anzusprechen. Herkömmliche Gusseisen können diese Kriterien nicht auf geeignete Weise erfüllen. Daher hat die Nachfrage, Materialien mit einer Überlegenheit hinsichtlich dieser vielen Eigenschaften zu erhalten, stark zugenommen.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Es ist demgemäß ein Ziel der vorliegenden Erfindung, Gusseisen mit hervorragender Hochtemperaturfestigkeit und Hochtemperaturoxidationsbeständigkeit bereitzustellen.
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Es wurde angenommen, dass die Verwendung spezieller Legierungselemente, wie beispielsweise Mo, Ni und Cr eine Lösung wäre, basierend darauf, dass die Zugfestigkeit bei hoher Temperatur proportional zur Ermüdungsbeständigkeit und den Kriecheigenschaften bzw. den Zeitstandeigenschaften ist. Es wurde gefunden, dass durch Zugabe von zumindest etwas C, Si, Mn, P, S, Cr, Mg, Mo und Ni in bestimmten Mengen zu einem Gusseisen, ein Gusseisen mit vorteilhaften Eigenschaften hergestellt werden kann, mit: einer austenitischen Struktur mit mindestens 75% Sphäroidisierungsgrad, einer Graphitgröße unter 70 μm und unter 5% Glas-Zementit. Weiterhin können die Hitzebeständigkeit – d. h. die Festigkeit bei erhöhten Temperaturen – und die Oxidationsbeständigkeit bei hoher Temperatur gegenüber herkömmlichen oxidationsbeständigen Gusseisen gemäß Stand der Technik verbessert werden.
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Gemäß einer Ausführungsform enthält das Gusseisen: 2,5 bis 3,0% C; 2,0 bis 3,0% Si; 0,8 bis 1,2% Mn; 0 bis 0,1% P; 0,001 bis 0,02% S; 1,7 bis 3,0% Cr; 0,025 bis 0,06% Mg; 0,15 bis 0,4% Mo; 17,0 bis 20,0% Ni, wobei der Restbestandteil zu dem Gusseisen bzw. des Gusseisens Fe ist. Gemäß einer Ausführungsform weist dieses Gusseisen eine austenitische Struktur mit einem Sphäroidisierungsgrad von 75% bis 100%, einer Graphitgröße von 10 bis 70 μm und 0 bis 5% Glas-Zementit auf. Gemäß einer anderen Ausführungsform weist dieses Gusseisen 2,4 bis 2,7% Si auf; 0,001 bis 0,02% P; 0,001 bis 0,01 S und 0,03 bis 0,05% Mg. Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist dieses Gusseisen 2,6 bis 2,8% C; 0,9 bis 1,1% Mn; weniger als 0,05% P; weniger 0,01% S; 2,6 bis 3,0% Cr; 0,2 bis 0,3% Mo und 17,0 bis 19,0% Ni auf. Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist dieses Gusseisen 2,6 bis 2,8% C auf; 2,4 bis 2,7% Si; 0,9 bis 1,1% Mn; weniger als 0,05% P; 0,001 bis 0,01% S; 2,2 bis 2,5% Cr; 0,03 bis 0,05% Mg; weniger als 0,01% S und 0,2 bis 0,3% Mo.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform mit wenig Nickel weist jede der obigen Gusseisen-Formulierungen ungefähr 17,5% Ni auf, d. h. weniger als 18% Ni. In einer anderen Ausführungsform ist jede der obigen Gusseisen-Formulierungen im Wesentlichen frei von Kupfer und Aluminium.
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Dieses Gusseisen weist vorzugsweise eine Zugfestigkeit von mindestens 98 MPa (10 kgf/mm2) bei einer Temperatur von 700°C auf. Bevorzugter weist dieses Gusseisen eine Zugfestigkeit von mindestens 147 MPa (15 kgf/mm2) bei einer Temperatur von 700°C auf. Vorzugsweise weist dieses Gusseisen eine Zugfestigkeit von mindestens 98 MPa (10 kgf/mm2) bei einer Temperatur von 800°C auf. Vorzugsweise weisen die obigen Gusseisen-Formulierungen weniger als ungefähr 0,05 Milligramm, bevorzugter weniger als ungefähr 0,04 Milligramm, an Metallumwandlung zum Oxid pro Quadratzentimeter auf, wenn sie für 50 Stunden Luft bei 760°C ausgesetzt sind.
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Die Erfindung betrifft weiterhin einen Auspuffkrümmer bzw. eine Abgasleitung, der/die ein Gusseisenmaterial einer der obigen Ausführungsformen aufweist. Beispielsweise kann der Auspuffkrümmer zumindest teilweise aus einem Gusseisenmaterial hergestellt sein, welches 2,5 bis 3,0% C; 2,0 bis 3,0 Si; 0,8 bis 1,2% Mn; weniger als 0,1% P; weniger als 0,02% S; 1,7 bis 3,0% Cr; 0,025 bis 0,06% Mg; 0,15 bis 0,4% Mo; 17,0 bis 20,0% Ni und einen Restbestandteil aus Eisen aufweist. Vorzugsweise weist dieses Gusseisenmaterial, dass den Auspuffkrümmer ausmacht, eine Zugfestigkeit von mindestens 98 MPa (10 kgf/mm2) bei einer Temperatur von 800°C auf. Gemäß einer Ausführungsform weist dieses Gusseisenmaterial, welches den Auspuffkrümmer ausmacht, ungefähr 17,5% Ni; ungefähr 2,5% Si; mindestens 0,04% Mg, weniger als 0,05% P und weniger als 0,01% S auf. Gemäß einer anderen Ausführungsform weist dieses Gusseisenmaterial, welches den Auspuffkrümmer ausmacht, ungefähr 2,6% Kohlenstoff auf und ist weitgehend frei von Kupfer und Aluminium.
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Kurze Beschreibung der Figuren
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1 ist eine Abbildung, die die Zugfestigkeit über die Zeit eines Beispiels der vorliegenden Erfindung und Vergleichsbeispielen zeigt.
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2 ist ein Abbildung, die die Oxidationsbeständigkeit eines Beispiels der vorliegenden Erfindung und von Vergleichsbeispielen zeigt.
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Ausführliche Beschreibung
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Durch die vorliegende Erfindung wird ein Gusseisen bereit gestellt, welches für einen Auspuffkrümmer geeignet ist. Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist das Gusseisen auf:
2,5 bis 3,0% C, beispielsweise 2,6 bis 2,8% C;
2,0 bis 3,0 Si, beispielsweise 2,4 bis 2,7% Si;
0,8 bis 1,2% Mn, beispielsweise 0,9 bis 1,1% Mn;
0 bis 0,1% P, vorzugsweise weniger als 0,05%, beispielsweise 0,001 bis 0,02% P;
0,001 bis 0,02% S, zum Beispiel 0,001 bis 0,01% S;
1,7 bis 3,0% Cr, beispielsweise 2,6 bis 3,0% Cr;
0,025 bis 0,06% Mg, beispielsweise 0,03 bis 0,05% Mg;
0,15 bis 0,4% Mo, beispielsweise 0,2 bis 0,3% Mo;
17,0 bis 20,0% Ni, beispielsweise 18 bis 19% Ni; wobei
der Restbestandteil zu dem Gusseisen bzw. des Gusseisens Fe ist.
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Gemäß einer Ausführungsform ist das Material der vorliegenden Erfindung weitgehend frei von Kupfer, enthält beispielsweise weniger als 0,1%, vorzugsweise kein Kupfer. Gemäß einer Ausführungsform ist das Material der vorliegenden Erfindung weitgehend frei von Aluminium, enthält beispielsweise weniger als 0,1%, vorzugsweise kein Aluminium.
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Das Gusseisen der vorliegenden Erfindung weist überlegene Eigenschaften auf, wie beispielsweise eine Hochtemperatur-Oxidationsbeständigkeit und eine Hochtemperaturfestigkeit, und ist so als Auspuffkrümmer für Automobile geeignet. Das Gusseisen weist eine austenitische Struktur auf. Ohne durch eine Theorie gebunden zu sein, wird vermutet, dass unter den Gusseisenelementen Si, Mo, Cr und Ni besonders effektiv zur Verbesserung der Oxidationsbeständigkeit bei hohen Temperaturen sind und jeder verwendete Anteil einen Einfluss auf die Qualität des Produkts aufweist.
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Herkömmliche FCD, wie beispielsweise FCD-H, weisen eine Ferrit-Struktur auf, Mo ist in diesen typischerweise abwesend und Si liegt im Bereich von 3,2 bis 3,8% vor. Der Gehalt an Si in FCD-H ist höher als in anderen Gusseisen, und es wird vermutet, dass es die Ferrit-Struktur stabilisiert und die Al-Umwandlungstemperatur erhöht, um einen Phasenübergang zu verhindern. Es ist daher vorteilhaft, erhöhte Mengen an Si in Materialien für eine Hochtemperaturfestigkeit zu haben.
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Andererseits erhält das FCD-50 gemäß Stand der Technik einen beschränkten Si-Gehalt, welcher 1,7 bis 3,0% beträgt, sowie 0,4 bis 0,6% Mo, was sich von FCD-H unterscheidet.
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Siehe beispielsweise Tabelle 1 für die Zusammensetzung des zugehörigen Beispiels FCD-50M.
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Die Gründe für die Beschränkungen hinsichtlich des Gehalts der Bestandteile einer Gusseisenzusammensetzung gemäß der vorliegenden Erfindung werden unten ausführlicher erläutert. Wenn nicht anders angegeben, sind sämtliche Zusammensetzungen in Gewichtsprozent angegeben.
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Ni dient wie Cr zur Verbesserung der Oxidationsbeständigkeit und hält die Hochtemperaturfestigkeit aufrecht. Ni wird in einer Menge von 17,0 bis 20,0% zugegeben, wird teilweise durch eine Erhöhung des Preises des erhaltenen Materials beschränkt, und liegt beispielsweise mit 17% vor, im Bereich von 17,0 bis 20,0%, beispielsweise ungefähr 17,5%.
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Si dient als Deoxidationsmittel und wirkt zur Verbesserung der Festigkeit und der Ermüdungsfestigkeit und weiter zur Ausbalancierung der Festigkeit und Flexibilität. Si wird in dem Bereich von 2,0% bis 3,0% zugegeben, beispielsweise ungefähr 2,5%.
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Kohlenstoff härtet die mit einer Streckung bzw. Dehnung einhergehende Struktur und vermindert die Formbarkeit. Je geringer der C-Gehalt, desto besser. Der C-Gehalt ist auf den Bereich von 2,5 bis 3,0% beschränkt, beispielsweise ungefähr 2,6%.
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Mn wirkt zur Verbesserung der Festigkeit, indem ohne Hitzebehandlung ein disperses System innerhalb der Struktur gebildet wird. Um die Verminderung der Korrosionsbeständigkeit und Flexibilität zu vermeiden, ist die Menge an Mn auf 0,8 bis 1,2%, beispielsweise ungefähr 1%, beschränkt.
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Die Gegenwart des Elements P beeinflusst die Streckung des Gusseisens nachteilig. Wenn der Anteil davon mehr als 0,1% beträgt, wird dieser nachteilige Effekt deutlich schlechter. Um daher eine Streckung zu garantieren, ist der P-Gehalt auf 0,1% oder weniger beschränkt, beispielsweise unter ungefähr 0,04%.
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Die Gegenwart des Elements S beeinflusst die Korrosionsbeständigkeit aufgrund der Erzeugung von Sulfid-Verbindungen nachteilig. Wenn der Anteil an S mehr als 0,02% beträgt, wird dieser nachteilige Effekt deutlich schlimmer. Es ist daher wünschenswert, dass dessen Anteil auf einen so geringen Anteil wie möglich beschränkt wird. In der vorliegenden Erfindung ist der S-Gehalt auf 0,001 bis 0,02% beschränkt, vorzugsweise weniger als 0,01%.
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Das Element Mg wirkt zur Verminderung der Hitzediffusion und der Qualität der Gegenstände aufgrund der Erzeugung von Oxid-Verbindungen und zu Verringerung einer Streckung. Wenn dessen Anteil weiterhin weniger als eine Untergrenze beträgt, wird die Festigkeit vermindert. Mg wird in einem Anteil von 0,025 bis 0,06% zugegeben, beispielsweise ungefähr 0,04%.
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Das Element Mo wirkt zur Verbesserung der Oxidationsbeständigkeit bei hohen Temperaturen. Mo wird in einem Anteil von 0,15 bis 0,4% zugegeben, beispielsweise mit ungefähr 0,3%.
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Das Element Cr wirkt zur Verbesserung der Oxidationsbeständigkeit bei hohen Temperaturen. Cr wird in einem Anteil von 1,7% bis 3,0% zugegeben, beispielsweise mit ungefähr 2,2%. Bei einer Ausführungsform mit hohem Chromgehalt weist das Metall 2,6 bis 3,0% Cr auf, beispielsweise ungefähr 2,8% Cr.
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Das Gusseisen der vorliegenden Erfindung kann im Wesentlichen gemäß herkömmlichen Verfahren hergestellt und bearbeitet werden.
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Es wurde gefunden, dass das Gusseisen der vorliegenden Erfindung von austenitischer Struktur ist mit: einem Sphäroidisierungsgrad von mindestens 75% typischerweise mindestens 85%, beispielsweise mindestens 90%, bis 100%; einer Graphit-(Korn-)Größe von 10 bis 70 μm und 0 bis 5%, beispielsweise 0,01 bis 2%, Glas-Zementit. Das Gusseisen der vorliegenden Erfindung kann bei einer Temperatur von beispielsweise 850°C verwendet werden, was höher ist, als die empfohlene Betriebstemperatur herkömmlicher Gusseisen FCD-H (unter 730°C) und FCD-50-HS (750°C).
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Daher kann das Gusseisen der vorliegenden Erfindung die herkömmlichen, für Abgassysteme verwendeten Materialien ersetzen, und es gewährleistet eine hervorragende Hitzebeständigkeit und eine Oxidationsbeständigkeit bei hohen Temperaturen, so dass sie geeignet für Auspuffkrümmer von Automobilmotoren ist.
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Die vorliegende Erfindung wird besser mit Bezug auf die nachfolgenden Beispiele verstanden werden. Diese Beispiele sind jedoch nur zur Illustration der Erfindung beabsichtigt, und sollen nicht als den Umfang der Erfindung einschränkend angesehen werden.
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Beispiel und Vergleichsbeispiele 1–5
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Um die Eigenschaften des Gusseisens der vorliegenden Erfindung und herkömmlicher Gusseisen zu bewerten, wurden Teststücke hergestellt; die Ergebnisse sind in Tabelle 2 zusammengefasst. Vor dem Testen wurde das Gusseisen auf 700 ± 14°C erhitzt, und diese Temperatur wurde für eine Stunde beibehalten. Anschließend wurde die Temperatur in einem Ofen auf 300°C abgesenkt und anschließend wurde luftgekühlt. Die Testbedingungen waren für alle Proben gleich.
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Die Zugfestigkeit, Dehngrenze, Streckung bzw. Dehnung und Härte der Teststücke, die gemäß herkömmlichen Verfahren bestimmt wurden, sind in Tabelle 2 gezeigt. Die Struktur der Teststücke, einschließlich Sphäroidisierungsgrad, Graphitgröße und Struktur der Platten bzw. Stücke, wie in Tabelle 3 gezeigt, wurden unter Verwendung von Scanningelektronenmikroskopischen Daten unter Verwendung akzeptierter Verfahren definiert. Tabelle 2
| | Handelsname | Zugfestigkeit (MPa (kgf/mm2)) | Dehngrenze (MPa (kgf/mm2)) | Dehnung (%) | Härte (HB) |
| Beispiel | | 392 (40) ↑ | 206 (21) ↑ | 7 ↑ | 150–220 |
| Vergleichsbeispiel 1 | FCD50M | 490 (50) ↑ | 324 (33) ↑ | 5 ↑ | 170–241 |
| Vergleichsbeispiel 2 | FCD-J | 490 (50) ↑ | 324 (33) ↑ | ↑ | 170–241 |
| Vergleichsbeispiel 3 | FCE-M | 618 (63) ↑ | 490 (50) ↑ | 2 ↑ | 187–241 |
| Vergleichsbeispiel 4 | FDC-H | 392 (40) ↑ | 343 (35) ↑ | ↑ | 170–241 |
| Vergleichsbeispiel 5 | FCD50-HS | 490 (50) ↑ | ↑ | ↑ | 170–241 |
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Zugtest bei hohen Temperaturen:
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Im Allgemeinen wird die Festigkeit eines Metalls bei Raumtemperatur bestimmt, für Auspuffkrümmer, bei denen der tatsächliche Betrieb bei höheren Temperaturen stattfindet, sind diese Eigenschaften jedoch bei höheren Temperaturen wichtig. Überraschenderweise sind, wie in der nachfolgenden Tabelle 4 und
1 gezeigt ist, die Hochtemperatur-Eigenschaften umgekehrt zu den Tieftemperatureigenschaften bzw. sind vertauscht. Ein bevorzugtes Gusseisenmaterial weist bei der Betriebstemperatur eine Zugfestigkeit von mindestens 98 MPa (10 kgf/mm
2) auf, vorzugsweise mindestens 147 MPa (15 kgf/mm
2). Es kann den tabellarischen Daten entnommen werden, dass bei Betriebstemperatur eine Zugfestigkeit von mindestens 98 MPa (10 kgf/mm
2), bevorzugter mindestens 147 MPa (15 kgf/mm
2), erreicht wird. Es kann den tabellarischen Daten entnommen werden, dass bei 600°C sämtliche oxidationsbeständige Gusseisen, einschließlich des Eisens der vorliegenden Erfindung, die bevorzugte Festigkeit erfüllen oder übertreffen. Bei 700°C erfüllen alle bis auf eines der oxidationsbeständigen Gusseisen gemäß Stand der Technik und auch das Eisen der vorliegenden Erfindung den mindestens 98 MPa (10 kgf/mm
2)-Standard. Nur das Eisen der vorliegenden Erfindung und Vergleichsbeispiel 5 (FCD50-HS) erfüllen jedoch den Standard von mindestens 147 MPa (15 kgf/mm
2). Bei 800°C erfüllen nur das Eisen der vorliegenden Erfindung und das Vergleichsbeispiel 5 (FCD50-HS) den Standard von mindestens 98 MPa (10 kgf/mm
2). Tabelle 3
| | Materialien | Sphäroidisie-rungsgrad (%) | Graphitgröße (μm) | Struktur | Ref. |
| Beispiel | | 75 ↑ | 70 ↓ | Austenitisch | ↑ |
| Vergleichsbeispiel 1 | FCD50M | ↑ | 60 ↓ | Ferrit (95%↑) + Perlit | 5 ↑ |
| Vergleichsbeispiel 2 | FCD-J | ↑ | 60 ↓ | Ferrit + Perlit | ↑ |
| Vergleichsbeispiel 3 | FCE-M | ↑ | - | Ferrit + Perlit (40%↓) | ↑ |
| Vergleichsbeispiel 4 | FDC-H | ↑ | - | Ferrit + Perlit (20%↓) | ↑ |
| Vergleichsbeispiel 5 | FCD50-HS | 80 ↑ | 100 ↓ | Ferrit + Perlit (10%↓) | ↑ |
Tabelle 4
| Kategorie | Zugfestigkeit (MPa (kgf/mm2) |
| Temp. (°C) | Beispiel 1 | Vergl. Beisp. 1 | Vergl. Beisp. 2 | Vergl. Beisp. 3 | Vergl. Beisp. 4 | Vergl. Beisp. 5 |
| 0 | 412 (42) | 441 (45) | 530 (54) | 637 (65) | 539 (55) | 441 (45) |
| 100 | 422 (43) | 431 (44) | 510 (52) | 618 (63) | 559 (57) | 446 (45,5) |
| 200 | 441 (45) | 412 (42) | 481 (49) | 569 (58) | 520 (53) | 448,2 (45,7) |
| 300 | 412 (42) | 402 (41) | 441 (45) | 510 (52) | 471 (48) | 392 (40) |
| 400 | 382 (39) | 382 (39) | 412 (42) | 451 (46) | 422 (43) | 373 (38) |
| 500 | 333 (34) | 275 (28) | 324 (33) | 363 (37) | 343 (35) | 333 (34) |
| 600 | 255 (26) | 147 (15) | 177 (18) | 196 (20) | 196 (20) | 245 (25) |
| 700 | 196 (20) | 73,5 (7,5) | 98 (10) | 98 (10) | 98 (10) | 157 (16) |
| 800 | 122,6 (12,5) | 39 (4) | 53,9 (5,5) | 59 (6) | 49 (5) | 98 (10) |
| 900 | 88 (9) | - | - | 39 (4) | - | 73,5 (7,5) |
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Eine Interpolation der Daten zwischen 800°C und 900°C zeigt, dass bei 850°C nur das Eisen der vorliegenden Erfindung eine Zugfestigkeit von mindestens 98 MPa (10 kgf/mm2) aufweist.
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Wie anhand von Tabelle 4 und 1 ersichtlich ist, betragen die Zugfestigkeiten der Teststücke der Vergleichsbeispiele 1–5 mindestens 75 MPa bei einer Temperatur von 730°C bis 750°C. Diese Festigkeit bei dieser Temperatur garantiert nicht eine zufriedenstellende Festigkeit für das Auspuffsystem bzw. Abgassystem von Automobilen, bei denen die Temperatur des Auspuffkrümmers 850°C bis 900°C erreichen kann. Die Festigkeit des Teststücks der vorliegenden Erfindung ist niedriger als die der Vergleichsbeispiele 1–5 bezüglich der Zugfestigkeit bei Raumtemperatur, ist jedoch besonders herausragend bezüglich der Hochtemperaturfestigkeit. So wurde also bestätigt, dass das Gusseisen der vorliegenden Erfindung hinsichtlich der Hochtemperaturfestigkeit für Teile der Abgasvorrichtungssteile, wie beispielsweise Auspuffkrümmer, geeignet ist.
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Struktur:
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Anhand von Tabelle 3 ist ersichtlich, dass die Struktur des Metalls der gegenwärtigen Erfindung im Wesentlichen austenitisch ist. Die herkömmlichen oxidationsbeständigen Gusseisen gemäß Stand der Technik weisen Strukturen von Ferrit und Perlit auf. Perlit ist ein Eutektikum zwischen Ferrit und Zementit (ein Eisenkarbid).
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Oxidationsbeständigkeit bei hohen Temperaturen:
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Stabförmige Teststücke mit einem Durchmesser von 5 mm und einer Länge von 10 mm des Beispiels der vorliegenden Erfindung und der Vergleichsbeispiele 1–5 wurden an der Luft bei 760°C für 200 Stunden gehalten. Gebildete Oxidschuppen wurden mittels einer Strahlbehandlung entfernt, um eine Gewichtsänderung pro Einheitsoberfläche alle 50 Stunden zu messen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 5 und
2 zusammengefasst. Tabelle 5
| Kategorie | Gewichtsänderung (mg/cm2) |
| Zeit (h) | Beispiel 1 | Vergl. Beisp. 1 | Vergl. Beisp. 2 | Vergl. Beisp. 3 | Vergl. Beisp. 4 | Vergl. Beisp. 5 |
| 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 50 | 0,036 | 0,14 | 0,06 | 0,08 | 0,03 | 0,06 |
| 100 | 0,032 | 0,18 | 0,04 | 0,05 | 0,05 | 0,035 |
| 150 | 0,033 | 0,33 | 0,07 | 0,05 | 0,06 | 0,07 |
| 200 | 0,035 | 0,22 | 0,06 | 0,05 | 0,06 | 0,06 |
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Wie anhand von Tabelle 5 und 1 klar wird, wies Vergleichsbeispiel 1 (FCD50M), welches einen geringen Gehalt an Si und kein Mo enthielt, vom Beginn des Experiments an eine geringere Oxidationsbeständigkeit im Vergleich zu den Vergleichsbeispielen 2–5 auf. Da die Oxidschuppenbildung von Vergleichsbeispiel 1 derart hoch war, wurde geschlossen, dass der Gehalt an Si und Mo einen Einfluss auf die Oxidationsbeständigkeit bei hohen Temperaturen und die Hochtemperaturfestigkeit aufwies. Das Gusseisen, das elementares Nickel enthielt, zeigte sowohl eine hervorragende Hitzebeständigkeit als auch eine hervorragende Hochtemperatur-Oxidationsbeständigkeit. Vorteilhafterweise weist eine Gusseisenlegierung bei Exponierung gegenüber Luft bei 760°C für 50 Stunden und auch bei Exponierung gegenüber Luft bei 760°C für 200 Stunden, wenn sie alle 50 Stunden gereinigt wird, einen Wert von weniger als ungefähr 0,05, vorzugsweise weniger als 0,04 Milligramm pro Quadratzentimeter auf. Das Gusseisen der vorliegenden Erfindung wies bei Exponierung gegenüber Luft bei 760°C für 50 Stunden eine Oxidbildung von ungefähr 0,032 bis 0,036 Milligramm pro Quadratzentimeter auf, im Durchschnitt 0,034 Milligramm pro Quadratzentimeter über 200 Stunden bei Reinigung alle 50 Stunden. Die Vergleichsbeispiele 2–5 zeigten eine Oxid-Bildung von 0,035 bis 0,07 Milligramm pro Quadratzentimeter, im Durchschnitt 0,055 Milligramm pro Quadratzentimeter über 200 Stunden, bei Reinigung alle 50 Stunden. Beispielsweise wies das Vergleichsbeispiel 5 (FCD-50-HS) eine Oxidbildung von ungefähr 0,035 bis 0,07 Milligramm pro Quadratzentimeter auf, im Durchschnitt 0,056 Milligramm pro Quadratzentimeter über 200 Stunden bei Reinigung alle 50 Stunden. Die Gusseisen der vorliegenden Erfindung weisen daher eine beträchtlich geringere Hochtemperaturkorrosion auf, als alle oxidationsbeständigen Gusseisen gemäß Stand der Technik.
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Wie oben ausführlich erläutert wurde, wird das Gusseisen der vorliegenden Erfindung hergestellt, indem die Anteile an Si, Mo und Ni beschränkt werden, und es weist eine hervorragende Hitzebeständigkeit und Oxidationsbeständigkeit bei hohen Temperaturen gegenüber herkömmlichen Gusseisen auf. Es ist damit für Automobil-Abgassysteme, die harschen Bedingungen ausgesetzt sind, geeignet.
