DE1608199B1 - USE OF AN AUSTENITIC STEEL ALLOY AS A MATERIAL FOR EXHAUST VALVES IN COMBUSTION ENGINES - Google Patents
USE OF AN AUSTENITIC STEEL ALLOY AS A MATERIAL FOR EXHAUST VALVES IN COMBUSTION ENGINESInfo
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Description
rung der Barrenporosität auch ein Mindestgehalt von etwa 8% Mangan erforderlich ist. In dem erfindungsgemäß verwendeten Stahl dient das Mangan als Austenitisierungsmittel in erster Linie zum Aufrechterhalten eines hohen Stickstoffgehaltes im Stahl. Damit in dem erfindungsgemäß zu verwendenden Stahl der obengenannte bestimmte Stickstoffgehalt von etwa 0,15 bis 0,25 °/o vorhanden sein kann, ist — jeweils in Abhängigkeit von der besonderen Zusammensetzung — die Anwesenheit von Mangan in einer Mindestmenge von etwa 6,5 bis nicht über 7,5 % hinaus erforderlich.In order to increase the porosity of the ingot, a minimum manganese content of around 8% is required. In the steel used according to the invention, the manganese serves as Austenitizing agent primarily used to maintain a high nitrogen content in the steel. So that in the steel to be used according to the invention the above-mentioned specific nitrogen content from about 0.15 to 0.25% can be present, depending on the particular one Composition - the presence of manganese in a minimum amount of about 6.5 to not above 7.5% also required.
Wie bereits zum Ausdruck gebracht, wird in dem erfindungsgemäß verwendeten Stahl die Austenitstabilität in erster Linie durch die Zufügung von Kohlenstoff und Stickstoff erreicht. Da jedoch laufend ansteigende Mengen dieser Elemente die Austenitstruktur rasch verfestigen und dabei die Kaltverformbarkeit des Stahls entsprechend verringern, sollte der Stahl vorzugsweise gerade die Kohlenstoff- und Stickstoffmenge enthalten, die zur Aufrechterhaltung einer vollständig austenitischen Struktur ausreichend ist.As already stated, the steel used according to the invention has austenite stability achieved primarily through the addition of carbon and nitrogen. However, since continuously increasing amounts of these elements solidify the austenite structure rapidly and thereby the Reduce the cold deformability of the steel accordingly, the steel should preferably just the Contain carbon and nitrogen quantities necessary to maintain a completely austenitic Structure is sufficient.
Um die Eigenschaften des erfindungsgemäß verwendeten Stahles im Hinblick auf die oben diskutierten Eigenschaften aufzuzeigen, wurde die folgend zusammengesetzte Legierung geschmolzen und hierauf, wie unten angegeben, untersucht.To the properties of the steel used according to the invention with regard to those discussed above To show properties, the following alloy was melted and then, as indicated below.
Beispiel TabeUe IExample TabeUe I
Nominalzusammensetzungen und analytisch bestimmte Zusammensetzung eines kaltverfonnbaren Versuchsstahls für VentileNominal compositions and analytically determined composition of a cold-formable test steel for valves
MnGeha
Mn
SiIt the alloy
Si
Cig (weight pr
C.
Nocent)
N
■a-AB 54 #N
■ aA
22,3021.0
22.30
5,155.0
5.15
6,707.0
6.70
0,490.5
0.49
0,200.20
0.20
0,2130.20
0.213
0,070.08
0.07
-£f N gibt die Nominalzusammensetzung und
-£f- A die wirkliche Zusammensetzung an.- £ f N gives the nominal composition and
- £ f- A the real composition.
Von dem obengenannten Stahl wurden einzelne Muster auf Härte, Kriechdehnung und Schlagfestigkeit in verschiedenen Wärmebehandlungs- und sonstigen Verarbeitungszuständen geprüft. Die Ergebnisse sind in der nachstehenden Tabelle II enthalten.The above steel was given individual samples for hardness, creep and impact resistance tested in various heat treatment and other processing states. The results are contained in Table II below.
Tabellen
Mechanische Eigenschaften des kaltverfonnbaren VersuchsventilstahlsTables
Mechanical properties of the cold-formable test valve steel
Wärmebehandlung Heat treatment
Nr.No.
zur Lösung
behandelt1)to the solution
treated 1 )
Härte nach Rockwell »C«Rockwell hardness "C"
geschliffene
Oberflächehoned
surface
kaltgewalztcold rolled
50 °/o
Verringerung50 ° / o
reduction
Alterung (bei 732° C)Aging (at 732 ° C)
100 Std.100 hours
1000 Std.1000 hours
Kriechdehnung2) Creep strain 2 )
732° C732 ° C
703 kg/cm2 703 kg / cm 2
% Kriechung/% Creep /
TestdauerTest duration
7600C
Brinell-Härte 3)
BHN4)760 0 C
Brinell hardness 3)
BHN 4 )
21,1° C
Schlagfestigkeit3)
mkg21.1 ° C
Impact resistance 3 )
mkg
B 54B 54
16,016.0
20,820.8
45,145.1
37,5 35,737.5 35.7
0,15/100 Std.0.15 / 100 hours
135,4135.4
1,11.1
*) Zur Lösung behandelt:*) Treated as a solution:
1 Stunde bei 1121° C, Abschrecken mit Wasser.1 hour at 1121 ° C, quenching with water.
2) Beschreibung der thermomechanischen Kriechprobe: Behandlung zur Lösung wie in 1, Zuschleifen auf einen Durchmesser von 1,9 cm, Kaltwalzen in zwei Durchgängen auf eine Dicke von 1,77 cm, Spannungsminderung durch 2stündiges Vergüten bei 732° C. 2 ) Description of the thermomechanical creep test: Treatment for the solution as in 1, grinding to a diameter of 1.9 cm, cold rolling in two passes to a thickness of 1.77 cm, stress reduction by tempering for 2 hours at 732 ° C.
3) Härte, Beschreibung, der thermomechanischen Schlagprobe:
Genauso wie 2 oben, 98 Stunden bei 732° C gealtert. 3 ) Hardness, description, of the thermomechanical impact test:
Same as 2 above, aged 98 hours at 732 ° C.
o) BHN, 1000 kg Belastung, 10 mm Durchmesser, Chrom-Karbid-Kerber. o) BHN, 1000 kg load, 10 mm diameter, chrome carbide notch.
Aus den obigen Werten ist ersichtlich, daß dieser Stahl den oben beschriebenen Minimalforderungen für einen Idealstahl für Auspuffventile von Verbrennungsmaschinen genügt. Der Stahl B 54 wird allen Erfordernissen bezüglich der minimalen Härte bei Raum- und erhöhter Temperatur, Kriechdehnung und Schlagfestigkeit gerecht.From the above values it can be seen that this steel meets the minimum requirements described above is sufficient for an ideal steel for exhaust valves of internal combustion engines. The steel B 54 is all Requirements regarding the minimum hardness at room and elevated temperature, creep strain and impact resistance.
Es hat sich gezeigt, daß dieser Stahl in gealtertem Zustand Härten bei Raumtemperaturen aufwies, die sich in dem Bereich von 35 bis 38Rc (Rockwell »C«) befinden und somit weit oberhalb des angegebenen Minimums von 27 Rc liegt. Man ersieht ferner, daß dieser Stahl niedrigste Kriechdehnungswerte von 0,15% besitzt, welcher weit unterhalb des angegebenen Minimums von 1% liegt. Der Stahl B 54 hat darüber hinaus höchste Härtewerte bei 760° C, nämlich 135 BHN, welcher zufriedenstellend weit oberhalb des angegebenen Minimums von 90 BHN liegt. In der nachstehenden Tabelle ΙΠ werden die Zugeigenschaften bei Raumtemperatur des oben als Beispiel angeführten erfindungsgemäß verwendeten Stahls, der bei etwa 1149° C zur Lösung behandelt und mit Wasser abgeschreckt wurde, gezeigt.It has been shown that this steel, in the aged state, has hardening at room temperatures which in the range of 35 to 38Rc (Rockwell "C") and is therefore well above the specified minimum of 27 Rc. It can also be seen that this steel has the lowest creep elongation values of 0.15%, which is far below the specified Minimum of 1%. The steel B 54 also has the highest hardness values at 760 ° C, namely 135 BHN, which is satisfactorily far above the stated minimum of 90 BHN. The following table ΙΠ shows the tensile properties at room temperature of that used according to the invention as exemplified above Stahls treated for solution at about 1149 ° C and quenched with water are shown.
Tabelle ΙΠ
Zugeigenschaften des VersuchsstahlsTable ΙΠ
Tensile properties of the test steel
behandlung
Nr.warmth
treatment
No.
grenze
(kg/cm2)O, 2 * / o-expansion
border
(kg / cm 2 )
festigkeit
(kg/cm2)train
strength
(kg / cm 2 )
C/·) strain
C / ·)
schnürung
Wo)A
lacing
Where)
Für die obigen Prüfungen wurden bearbeitete Zugproben auf einen Durchmesser von 1,28 cm zugeschlifEen. Zur Messung der Dehnung wurde ein 5,08 cm langes Ventil verwendet.For the above tests, machined tensile specimens were ground to a diameter of 1.28 cm. A 5.08 cm long valve was used to measure elongation.
Aus der Tabelle ΙΠ ist ersichtlich, daß der, JgL--5 Beispiel dargestellte Stahl im vergüteten Zustand, d. h. zur Lösung behandelt und abgeschreckt, relativ niedrige Zugfestigkeit und hohe Duktilität aufweist, wobei die letztere, die zu einer guten Kaltverformbarkeitseigenschaft führt, sowohl durch Dehnung als auch durch Einschnürung gemessen wurde. Aus diesen "Werten für die O,2°/o-Dehngrenze und die Zugdehnung ist ersichtlich, daß diese Stähle durch einen hohen plastischen Verformungsgrad bei Raumtemperatur gekennzeichnet sind. Wie in Tabellen gezeigt, kann der Stahl durch Kaltwalzen ohne Schwierigkeit verformt werden. Es hat sich aber herausgestellt, daß die Stähle, die Flächenverringerungen von mindestens etwa 60% mit niedriger Fließgrenze besitzen, für das Kaltstauchen und Strangpressen zu Ventilen für Verbrennungsmaschinen am geeignetsten sind, da sie bezüglich der Kaltverformbarkeit rostfreiem Stahl der Type 305, der im vergüteten Zustand eine Dehngrenze von 2590 kg/cm2 und eine Zugfestigkeit von 5950 kg/cm2 mit 55fl/o Dehnung bei 5,08 cm und 65 °/o Einschnürung aufweist, annähernd gleichkommen. Wie aus der Tabelle ΙΠ ersichtlich ist, kommt der Stahl B 54 diesen Werten in bezug auf eine niedrige Fließgrenze und hohe Flächenreduktionswerte sehr nahe.From table ΙΠ it can be seen that the steel shown in the JgL - 5 example in the quenched and tempered condition, ie treated for solution and quenched, has relatively low tensile strength and high ductility, the latter, which leads to good cold deformability properties, both as a result of elongation as well as by necking. From these "0.2% proof stress and tensile elongation" it can be seen that these steels are characterized by a high degree of plastic deformation at room temperature. As shown in tables, the steel can be deformed by cold rolling without difficulty. It has However, it has been found that the steels which have a reduction in area of at least about 60% with a low yield point are most suitable for cold heading and extrusion into valves for internal combustion engines, since they are type 305 stainless steel, which in the quenched and tempered condition has a yield point of 2590 kg / cm 2 and a tensile strength of 5950 kg / cm 2 with 55 fl / o elongation at 5.08 cm and 65 ° / o constriction, approximately equal. As can be seen from table ΙΠ, the steel B 54 comes very close to these values with regard to a low yield point and high area reduction values.
Obwohl die erfindungsgemäß verwendeten Stähle bei Raumtemperatur kaltverformt werden können, werden die erforderlichen Drücke zur Verformung durch Vorheizen auf etwa 232 bis 871° C oder allgemein auf Temperaturen unterhalb der Temperatur, bei welcher sonst bei der Verformung die Rekristallisation stattfinden würde, beträchtlich veringert, wobei der bevorzugte Temperaturbereich sich unterhalb etwa 693° C erstreckt. Dieses Vorgehen könnte im Gegensatz- zu'äem: herkömmlichen »Heißverformen« -der Ventilstähle bei einer Schmiedetemperatur von etwa 1038 bis 1204° C als »Warmverformung« bezeichnet, werden. Although the steels used according to the invention can be cold-worked at room temperature, the pressures required for the deformation are considerably reduced by preheating to about 232 to 871 ° C. or generally to temperatures below the temperature at which the recrystallization would otherwise take place during the deformation preferred temperature range extends below about 693 ° C. In contrast to: conventional "hot deformation" of valve steels at a forging temperature of around 1038 to 1204 ° C, this procedure could be called "hot deformation".
Die .erfindungsgemäß verwendeten Stähle werden vorzugsweise dadurch hergestellt, daß die Bestandteile in einem elektrischen Lichtbogenofen geschmolzen, in Gießpfannen abgestochen und hierauf in Barrenformen gegossen werden. Die Barren werden erneut auf etwa 1038 bis 1204° C erhitzt und, falls die Verwendung für Ventile beabsichtigt ist, warmgewalzt und auf Raumtemperatur abgekühlt. Zur Kalt- oder Warm-Strangpressung werden die Barren bei 1121 bis 1177° C, vorzugsweise 1149° C, gewöhnlich 1 Stunde lang, oder bis sämtliche Karbide in Lösung sind, lösungsgeglüht und darauf mit genügender Geschwindigkeit, beispielsweise durch Abschrecken mit Wassser, damit die Karbide in Lösung gehalten werden, auf Raumtemperatur abgekühlt, wo die Härte etwa 10 bis 20 Rc beträgt. Der Barren wird dann zu geeigneten Stücken geschnitten und kalt oder warm in Ventilgestalt gestaucht, wobei die erhaltene Härte etwa 40 bis 50 Rc beträgt. Die Ventile werden dann ungefähr 2 Stunden bei etwa 704 bis 760° C, vorzugsweise bei 732° C spannungsfrei geglüht und auf Raumtemperatur abgekühlt, wobei die erhaltene Härte mindestens 35 Rc beträgt.The steels used according to the invention are preferably produced in that the components melted in an electric arc furnace, tapped in ladles and then in Ingot molds are cast. The bars are reheated to approximately 1038 to 1204 ° C and, if Intended use for valves is hot rolled and cooled to room temperature. To the Cold or hot extrusion the billets are usually at 1121 to 1177 ° C, preferably 1149 ° C For 1 hour, or until all the carbides are in solution, solution annealed and then with sufficient Speed, for example by quenching with water, so that the carbides are in solution are kept, cooled to room temperature, where the hardness is about 10 to 20 Rc. The ingot will then cut into suitable pieces and compressed cold or warm into valve shape, the obtained Hardness is around 40 to 50 Rc. The valves are then set to about 2 hours at about 704 to 760 ° C, preferably at 732 ° C, stress relieved and cooled to room temperature, the hardness obtained being at least 35 Rc.
Die Ventile werden zum Betrieb in Verbrennungsmaschinen mit einer Betriebstemperatur der Auspuffventile von etwa 732° C eingesetzt. Während des Betriebs findet in den Ventilen eine zweite oder Alterungshärtung in der Weise statt, daß eine Raumtemperaturhärte von oberhalb 30 Rc aufrechterhalten wird.The valves are used for operation in internal combustion engines with an operating temperature of the exhaust valves of about 732 ° C used. A second hardening or aging hardening takes place in the valves during operation in such a way that a room temperature hardness above 30 Rc is maintained.
Claims (2)
Applications Claiming Priority (2)
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GB1202730A (en) | 1970-08-19 |
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