DE1751360B1 - INTERNAL CHAMBER FOR THE EXHAUST MANIFOLD REACTORS OF MOTOR VEHICLES AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME - Google Patents
INTERNAL CHAMBER FOR THE EXHAUST MANIFOLD REACTORS OF MOTOR VEHICLES AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAMEInfo
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- DE1751360B1 DE1751360B1 DE19681751360 DE1751360A DE1751360B1 DE 1751360 B1 DE1751360 B1 DE 1751360B1 DE 19681751360 DE19681751360 DE 19681751360 DE 1751360 A DE1751360 A DE 1751360A DE 1751360 B1 DE1751360 B1 DE 1751360B1
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Description
um den hohen Temperaturen, dem ständigen Temperaturwechsel und den oxydierenden Bedingungen zu widerstehen, die in Auspuffsammelrohrreaktoren vorkommen, und dabei so billig sind, daß sie die Kosten des Auspuffsammelrohrreaktors nicht wesentlich erhöhen. Die Innenkammern für Auspuffsammelrohrreaktoren gemäß der Erfindung bestehen aus einer unmagnetischen, austenitischen Eisen-Nickel-Chrom-Legierung als Grundmetall, die 22 bis 55 Gewichtsprozent Eisen, weniger als 0,5 Gewichtsprozent Kohlenstoff, mindestens 10 Gewichtsprozent Chrom, mindestens 11 Gewichtsprozent plus dem OJfachen des prozentualen Chromgehalts, aber nicht mehr als 50 Gewichtsprozent Nickel, und insgesamt mindestens 90 Gewichtsprozent Eisen, Nickel und Chrom enthält, wobei die Kammer auf sämtlichen Oberflächen mit einem aluminiumhaltigen Diffusionsbelag von 25 bis 250 μ Dicke beschichtet ist, der eine 12 bis 180 μ dicke Schicht enthält, die überwiegend aus Nickelaluminid mit der Kristallstruktur von NiAl besteht, wobei die beschichtete Legierung eine magnetische Anziehungskraft von nicht mehr als 20% derjenigen von vollständig ausgeglühtem S.A.E. 1020-Stahl aufweist. about the high temperatures, the constant temperature change and the oxidizing conditions which are found in exhaust manifold reactors, and are so cheap that they are the Does not significantly increase the cost of the exhaust manifold reactor. The inner chambers for exhaust manifold reactors according to the invention consist of a non-magnetic, austenitic iron-nickel-chromium alloy as the base metal, the 22 to 55 weight percent iron, less than 0.5 weight percent Carbon, at least 10 percent by weight chromium, at least 11 percent by weight plus OJ times that chromium percentage, but not more than 50% nickel by weight, and a total of at least 90 percent by weight iron, nickel and chromium, with the chamber on all surfaces with an aluminum-containing diffusion coating of 25 to 250 μ thickness is coated, which is a 12 to 180 μ contains thick layer, which consists mainly of nickel aluminide with the crystal structure of NiAl, wherein the coated alloy has a magnetic attraction force of not more than 20% of that of fully annealed S.A.E. 1020 steel.
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnungen Bezug genommen.To further explain the invention, reference is made to the drawings.
F i g. 1 ist eine im Schnitt ausgeführte Draufsicht auf einen Auspuffsammelrohrreaktor gemäß der Erfindung;F i g. FIG. 1 is a cross-sectional plan view of an exhaust manifold reactor according to FIG Invention;
F i g. 2 ist ein Schnitt nach der Linie 2-2 der Fig.l;F i g. Figure 2 is a section on line 2-2 of Figure 1;
F i g. 3 ist ein Querschnitt durch eine beschichtete Metallwand der Innenkammer 2 des Auspuffsammelrohrreaktors gemäß F i g. 1;F i g. 3 is a cross section through a coated metal wall of the inner chamber 2 of the exhaust manifold reactor according to FIG. 1;
F i g. 4 ist eine im Schnitt ausgeführte Draufsicht auf einen Auspuffsammelrohrreaktor, der eine Abänderung des in F i g. 1 abgebildeten Reaktors darstellt; F i g. Fig. 4 is a sectional plan view of an exhaust manifold reactor showing a modification of the in FIG. 1 represents the reactor shown;
F i g. 5 ist ein Schnitt nach der Linie 5-5 der Fig. 4;F i g. Figure 5 is a section on line 5-5 of Figure 4;
F i g. 6 ist ein abgewandeltes Schaeffler-Diagramm und zeigt die metallurgischen Gefüge, die bei Eisen-Nickel-Chrom-Legierungen
von verschiedenen Zusammensetzungen zu erwarten sind.
Die erfindungsgemäß als Grundmetall verwendetenF i g. 6 is a modified Schaeffler diagram and shows the metallurgical structure that can be expected in iron-nickel-chromium alloys of different compositions.
Those used according to the invention as the base metal
ίο Eisen-Nickel-Chrom-Legierungen sind sämtlich austenitisch in ihrem kristallinen Gefüge. Vorzugsweise besteht das Grundmetall aus einer unmagnetischen, austenitischen Eisen-Nickel-Chrom-Legierung, die 25 bis 50 Gewichtsprozent Eisen, weniger als 0,2 Gewichtsprozent Kohlenstoff, mindestens 15 Gewichtsprozent Chrom enthält, einen Nickelgehalt von mindestens 15 Gewichtsprozent plus dem 0,7fachen des prozentualen Chromgehalts, aber nicht .mehr als 45 Gewichtsprozent aufweist, und bei der der Gesamtgehalt an Eisen, Nickel und Chrom mindestens 95 Gewichtsprozent beträgt. Besonders bevorzugt werden als Grundmetalle Legierungen, die 44 bis 48 Gewichtsprozent Eisen, weniger als 0,1 Gewichtsprozent Kohlenstoff, 30 bis 34 Gewichtsprozent Nickel, 18 bis 22 Gewichtsprozent Chrom enthalten und einen Gesamtgehalt an Eisen, Nickel und Chrom von mindestens 97 Gewichtsprozent aufweisen. Eine handelsübliche Legierung dieser Art ist die in der Tabelle unter Nr. 1 beschriebene.ίο Iron-nickel-chromium alloys are all austenitic in their crystalline structure. The base metal preferably consists of a non-magnetic, Austenitic iron-nickel-chromium alloy containing 25 to 50 percent by weight iron, less than 0.2 percent by weight Carbon, containing at least 15 percent by weight chromium, a nickel content of at least 15 percent by weight plus 0.7 times the percent chromium content, but not more than 45 percent by weight, and in which the total iron, nickel and chromium content is at least 95 percent by weight amounts to. Alloys with 44 to 48 percent by weight are particularly preferred as base metals Iron, less than 0.1 weight percent carbon, 30 to 34 weight percent nickel, 18 to Contains 22 percent by weight chromium and a total iron, nickel and chromium content of at least 97 percent by weight. A commercially available alloy of this type is that in the table described under No. 1.
In der folgenden Tabelle sind die ungefähren Zusammensetzungen von sechs im Handel erhältlichen Eisen-Nickel-Chrom-Legierungen angegeben, die sich als Grundmetalle gemäß der Erfindung eignen; im zweiten Teil der Tabelle sind drei weitere handelsübliche Legierungen angegeben, die im Sinne der Erfindung nicht verwendet werden können.In the table below are the approximate compositions of six commercially available Iron-nickel-chromium alloys indicated which are suitable as base metals according to the invention; in the In the second part of the table, three other commercially available alloys are specified, which in the sense of the Invention can not be used.
Handelsübliche LegierungenCommercially available alloys
ElementeOther
elements
Die Erfindung beruht in erster Linie auf der experimentellen Feststellung, daß gewisse Eisen-Nickel-Chrom-Legierungen, die einen aluminiumhaltigen Diffusionsbelag aufweisen, der Einwirkung der scharfen Bedingungen widerstehen können, die in den Innenkammern von Auspuffsammelrohrreaktoren herrschen. Es wurde gefunden, daß sich der Erfolg oder der Mißerfolg, der mit beschichteten Innenkammern von Auspuffsammelrohrreaktoren bei der praktischen Verwendung erzielt wird, auf Grund typischer Vorauswahlversuche, bei denen die Teile der oxydierenden und reduzierenden Atmosphäre in einem Ofen mit konstanter Temperatur ausgesetzt werden, d. h. auf Grund der sogenannten »Muffelofenversuche«, nicht voraussagen läßt. Es sind vielmehr die Bedingungen erforderlich, die bei der praktischen Verwendung herrschen. Bei Muffelofenversuchen fehlen die hohen Gasgeschwindigkeiten, die stark erosive Umgebung, die thermischen Spannungsgefälle und die zur Ermüdung des Metalls führenden Bedingungen, die bei der praktischen Verwendung des Auspuffsammelrohrreaktors auftreten. Bei der tatsächlichen Verwendung können sich Risse ausbilden und in und durch das Grundmetall fortpflanzen, so daß die Anlage versagt.The invention is based primarily on the experimental finding that certain iron-nickel-chromium alloys, which have an aluminum-containing diffusion coating, the action of the sharp Can withstand conditions found in the interior chambers of exhaust manifold reactors. It has been found that the success or failure of having coated inner chambers of Exhaust manifold reactors in practical use is achieved on the basis of typical preselection tests, in which the parts of the oxidizing and reducing atmosphere in a furnace with exposed to constant temperature, d. H. because of the so-called "muffle furnace tests", not can predict. Rather, the conditions required in practical use are required to rule. In muffle furnace tests, the high gas velocities, the highly erosive environment, the thermal stress gradients and the metal fatigue conditions that contribute to the practical use of the exhaust manifold reactor. In actual use Cracks can develop and propagate into and through the base metal, causing the system to fail.
Als Ergebnis von in der Praxis durchgeführten Versuchen wurde gefunden, daß sowohl die Zusammensetzung des Grundmetalls als auch die Art des Belags entscheidend ist. Der Auswahl eines geeigneten Grund-As a result of experiments carried out in practice, it was found that both the composition the base metal as well as the type of covering is decisive. The selection of a suitable basic
metalls zur Verwendung gemäß der Erfindung kann nicht die Dauerhaftigkeit des unbeschichteten Grundmetalls zugrunde gelegt werden. Andererseits darf die Zusammensetzung des Grundmetalls auch nicht bloß deshalb außer Betracht gelassen werden, weil es nicht unmittelbar den korrosiven Wirkungen der Auspuffgase ausgesetzt ist. Die Zusammensetzung des Grundmetalls ist wichtig, da sie die Zusammensetzung des Diffusionsbelages beeinflußt. Mit anderen Worten:Metal for use according to the invention cannot compromise the durability of the uncoated base metal be taken as a basis. On the other hand, the composition of the base metal must not only be should therefore be disregarded because it does not directly affect the corrosive effects of the exhaust gases is exposed. The composition of the base metal is important as it determines the composition of the Diffusion coating affects. In other words:
von
auf.from
on.
vollständig ausgeglühtem S. A. E. 1020-StahIfully annealed S.A.E. 1020 steel
keine wesentliche Menge an Ferrit enthalten. Die Linie DE, die der algebraischen Gleichungdo not contain a substantial amount of ferrite. The line DE, that of the algebraic equation
% Ni = 11%+ 0,7·% Cr% Ni = 11% + 0.7% Cr
entspricht, stellt die Mindestmenge an Nickel dar, die erforderlich ist, um zu gewährleisten, daß die beschichtete Legierung keine wesentlichen Mengen Ferrit enthält. Die Linie GH stellt das Minimum vonrepresents the minimum amount of nickel required to ensure that the coated alloy does not contain significant amounts of ferrite. The line GH represents the minimum of
Es wurde gefunden, daß die Linie DE, die die geringste Nickelmenge definiert, die erforderlich ist, 5 um ein zufriedenstellendes Ergebnis gemäß der Erfindung zu erhalten, in dem Schaeffler-Diagramm parallel zu der Linie für 20% Ferrit läuft. Es wird angenommen, daß der Aluminiumbelag auf dem rostfreien Stahl Nr. 8 den Nickelgehalt der LegierungIt was found that the line DE, which defines the smallest amount of nickel required to obtain a satisfactory result according to the invention, runs parallel to the line for 20% ferrite in the Schaeffler diagram. The aluminum coating on the No. 8 stainless steel is believed to have reduced the nickel content of the alloy
Die Dauerhaftigkeit eines aluminiumhaltigen Diffu- io unter 20% herabsetzt und zur Bildung einer besionsbelages unter den im Auspuffsammelrohrreaktor grenzten Schicht mit einer Zusammensetzung unterherrschenden scharfen Bedingungen variiert mit der halb der Linie für 20% Ferrit führt. Innenkammern Zusammensetzung des Grundmetalls, das mit dem von Auspuffsammelrohrreaktoren aus diesem mit Belag beschichtet ist. Wenn die Grundmetallegierung einem aluminiumhaltigen Diffusionsbelag beschichweniger Chrom oder Nickel enthält, als erfindungs- 15 teten rostfreien Stahl versagen, wie sich herausgemäß gefordert wird, erfolgt Rißbildung und Ver- gestellt hat, nach recht kurzer Benutzungsdauer durch zerrung des betreffenden Bauteils. Dies beruht wahr- Verzerrung und Rißbildung infolge der Unverträgscheinlich auf der Unverträglichkeit des Belages mit lichkeit des Belages mit dem Grundmetall, dem Grundmetall unter Bedingungen starker ther- Die Eisen-Nickel-Chrom-Legierungen, die alsThe durability of an aluminum-containing diffusion reduces below 20% and leads to the formation of a besion coating harsh conditions prevailing under the layer bounded in the exhaust manifold reactor with a composition varied with half of the line for 20% ferrite leads. Inner chambers Composition of the base metal that is used with that of exhaust manifold reactors from this Covering is coated. If the base metal alloy is coated with an aluminum-containing diffusion coating Chromium or nickel contains, as invented 15 ended stainless steel fail, as it turns out is required, cracking occurs and has become dislocated after a very short period of use distortion of the component in question. This is true- distortion and cracking as a result of the incompatible on the incompatibility of the covering with the possibility of the covering with the base metal, the base metal under conditions of strong ther- The iron-nickel-chromium alloys, which as
mischer Spannungen, wie sie in den Innenkammern 20 Grundmetalle für die Innenkammern von Auspuffvon Auspuffsammelrohrreaktoren bei der praktischen sammelrohrreaktoren gemäß der Erfindung geeignet Anwendung herrschen. sind, liegen sämtlich innerhalb der Fläche DEFGH desMixer stresses such as those prevailing in the inner chambers 20 base metals for the inner chambers of the exhaust from exhaust manifold reactors in the practical manifold reactors according to the invention. are all within the DEFGH area of the
Es wird angenommen, daß die durch die Erfindung Diagramms der F i g. 6. Diese Fläche definiert
erzielten günstigen Ergebnisse damit erklärt werden austenitische Legierungen, die hinreichend hohe Gekönnen,
daß die erfindungsgemäß beschichteten Le- 25 halte an Chrom und Nickel aufweisen, damit die
gierungen niemals mehr als geringe Mengen an fern- kristallinen Gefüge in der beschichteten Legierung
tischen metallurgischen Gefügen auf Eisenbasis enthalten. Wenn die zu beschichtende Grundlegierung
mehr Chrom oder weniger Nickel enthält, als erfindungsgemäß gefordert wird, spielen sich beim Be- 3°
schichten metallurgische Änderungen ab, die zur
Bildung einer wesentlichen Menge von ferritischen
metallurgischen Gefügen führen. Diese ferritischen
Gefüge lassen sich feststellen, indem man den Ferromagnetismus der beschichteten Legierung bestimmt. 35 etwa 10 % Chrom dar, das in der Eisen-Nickel-Chrom-Innenkammern
von Auspuffsammelrohrreaktoren, Legierung erforderlich ist, um Dauerhaftigkeit bei
die aus mit einem aluminiumhaltigen Diffusionsbelag hohen Temperaturen zu gewährleisten,
beschichteten Legierungen bestehen, welche mehr als Die Linie EF des Diagramms der F i g. 6 stellt dasIt is believed that the diagram of FIG. 6. The favorable results achieved in this area are explained by austenitic alloys which have sufficiently high levels of ability for the coatings coated according to the invention to contain chromium and nickel, so that the alloys never have more than small amounts of distant crystalline structure in the coated alloy tables contain iron-based metallurgical structures. When the base alloy to be coated
contains more chromium or less nickel than is required according to the invention, play at 3 °
layer metallurgical changes that lead to
Formation of a substantial amount of ferritic
lead metallurgical structure. These ferritic
The structure can be determined by determining the ferromagnetism of the coated alloy. 35 represents about 10% chromium, which is required in the iron-nickel-chromium inner chambers of exhaust manifold reactors, alloy in order to ensure durability at the alloys coated with an aluminum-containing diffusion layer at high temperatures, which are more than line EF in the diagram the F i g. 6 represents that
geringe Mengen an ferritischen Gefügen enthalten, Minimum von etwa 22% Eisen dar, das in der für
versagen bei der Verwendung infolge übermäßiger 40 die Innenkammern der Auspuffsammelrohireaktoren
Verzerrung und Rißbildung. Es wurde gefunden, verwendeten Grundlegierung erforderlich ist. Ein
daß die Neigung dieser Innenkammern zum Versagen Eisengehalt von etwa 22 bis 55 % ist in der Legierung
bei der praktischen Verwendung mit den ferro- erforderlich, um eine beschichtete Legierung von dem
magnetischen Eigenschaften des betreffenden Bauteils gewünschten Kristallgefüge zu erhalten. Die Linie HD
im Zusammenhang steht. Als geeignet haben sich be- 45 stellt den Mindestwert der Summe aus Nickel und
schichtete Legierungen erwiesen, deren magnetische Chrom dar, der gemäß der Erfindung zulässig ist.
Anziehungskraft nicht mehr als 20% derjenigen von Wenn der Eisengehalt den Maximalwert von 55%
vollständig ausgeglühten S. A. E. 1020-Stahl beträgt. aufweist, erreicht der Gehalt an anderen Bestandteilen
Die oben aufgeführten handelsüblichen Legierungen als Eisen, Nickel und Chrom das Maximum von 10 %,
sind in das Diagramm der F i g. 6 eingetragen und 50 und der Chromgehalt liegt bei seinem Minimum von
durch die in der Tabelle angegebenen Zahlen gekenn- 10%; die geringste mögliche Menge an Nickel im
zeichnet. Die Zusammensetzungen dieser Legierungen
sind als Kreise eingetragen, weil von Ansatz zu Ansatz
gewisse Schwankungen vorkommen können. Aus dem
Diagramm ist ersichtlich, daß alle Legierungen, deren 55
Zusammensetzungen über der Linie ABC liegen,
austenitisch sind. Da Aluminium bekanntlich ein
starker Ferritbildner ist, führt die Beschichtung einer
austenitischen Eisen-Nickel-Chrom-Legierung, deren
Zusammensetzung unmittelbar oberhalb der Linie BC 60 50% dar und beruht auf wirtschaftlichen Erwägungen,
liegt, mit einem aluminiumhaltigen Diffusionsbelag weil Nickel der kostspieligste der wesentlichen Bezur
Bildung von Ferritgefügen infolge des Zusatzes standteile der Grundmetallegierung ist.
von Aluminium und der dadurch bedingten Ver- Die Fläche IJKLM entspricht der bevorzugten Zu-Contain small amounts of ferritic structures, a minimum of about 22% iron, which is responsible for failure in use due to excessive distortion and cracking of the inner chambers of the exhaust manifold reactors. It has been found that the base alloy used is required. The tendency of these inner chambers to fail iron content of about 22 to 55% is required in the alloy in practical use with the ferro- in order to obtain a coated alloy of the crystal structure desired by the magnetic properties of the component in question. The line HD related. The minimum value of the sum of nickel and layered alloys, the magnetic chromium of which is permissible according to the invention, has proven to be suitable. Attractive force not more than 20% that of when the iron content is the maximum value of 55% fully annealed SAE 1020 steel. the content of other constituents reaches the above-mentioned commercial alloys such as iron, nickel and chromium, the maximum of 10%, are in the diagram of FIG. 6 and 50 and the chromium content is at its minimum of 10%, identified by the figures given in the table; the lowest possible amount of nickel in the draws. The compositions of these alloys
are entered as circles, because from approach to approach
certain fluctuations can occur. From the
It can be seen from the diagram that all alloys whose 55th
Compositions are above the line ABC ,
are austenitic. Since aluminum is known to be a
is a strong ferrite former, the coating leads to a
austenitic iron-nickel-chromium alloy, their
Composition immediately above the line BC 60 is 50% and is based on economic considerations, with an aluminum-containing diffusion coating because nickel is the most costly of the essential components of the base metal alloy due to the addition of constituents to the formation of ferrite structures. The area IJKLM corresponds to the preferred addition
minderung des Nickelgehalts der beschichteten Le- sammensetzung der verwendeten Grundmetallegiegierung. Zum Beispiel weist ein typischer, mit einem 65 rung. Die Linie // entspricht der Gleichung aluminiumhaltigen Diffusionsbelag beschichteter rost- 0/ T^1- __ 1 < 0/ ■_ η η ο/ ryreduction in the nickel content of the coated composition of the base metal alloy used. For example, a typical one with a 65 tion. The line // corresponds to the equation of aluminum-containing diffusion layers of coated rust- 0 / T ^ 1 - __ 1 <0 / ■ _ η η ο / ry
freier Stahl (Legierung Nr. 8 in der Tabelle und in /o " /o "1^ ' /o free steel (alloy No. 8 in the table and in / o " / o " 1 ^ ' / o
F i g. 6) etwa 50 % der magnetischen Anziehungskraft Die Linie JK entspricht dem minimalen EisengehaltF i g. 6) about 50% of the magnetic attraction. The line JK corresponds to the minimum iron content
Rahmen der Erfindung ist 25 %, wie durch Punkt H dargestellt. Punkt D entspricht einem minimalen Nickelgehalt von 20,6 % gemäß der GleichungThe scope of the invention is 25% as shown by point H. Point D corresponds to a minimum nickel content of 20.6% according to the equation
% Ni = 11%+ 0,7·% Cr,% Ni = 11% + 0.7% Cr,
wenn die Summe aus Nickel und Chrom unter den gleichen Bedingungen ihren Mindestwert von 35 % hat. Die Linie FG stellt den maximalen Nickelgehalt vonif the sum of nickel and chromium has its minimum value of 35% under the same conditions. The line FG represents the maximum nickel content of
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von 25 0/0, während die Linie KL den maximalen Ein anderes geeignetes Verfahren zum Aufbringen25 0/0, while the line KL maximum Another suitable method for applying
Nickelgehalt von 45 % darstellt. Die Linie LM stellt eines aluminiumhaltigen Diffusionsbelags ist das Einden minimalen Chromgehalt von 15% dai. Die tauchen in eine Aluminiumschmelze mit nachfolgender Linie Ml bestimmt sich nach ähnlichen Erwägungen Wärmediffusion. Bei diesem Verfahren werden die wie die Linie HD, mit dem Unterschied, daß die be- 5 reinen Metallwerkstücke weniger als 5 Minuten in gevorzugten Grenzen hier ein minimaler Chromgehalt schmolzenes Aluminium getaucht. Das Aluminiumvon 15%, ein maximaler Eisengehalt von 50%, ein bad wird auf etwa 7050C gehalten. Nach dem Tauchen minimaler Nickelgehalt von 15% und dem 0,7fachen erfolgt eine Diffusionsbehandlung durch 5 Minuten des prozentualen Chromgehalts und ein maximaler bis 3 Stunden langes Erhitzen an der Luft oder in einer Gehalt von anderen Bestandteilen als Eisen, Nickel io inerten Atmosphäre auf Temperaturen von etwa 870 und Chrom von 5% sind. bis 10950C. Dabei bildet sich eine schützende Ober-Represents a nickel content of 45%. The LM line represents an aluminum-containing diffusion coating with a minimum chromium content of 15%. The immersion in an aluminum melt with the following line Ml is determined according to similar considerations of heat diffusion. In this process, like the HD line, with the difference that the pure metal workpieces are immersed in molten aluminum for less than 5 minutes within preferred limits. The aluminum of 15%, a maximum iron content of 50%, a bath is kept at about 705 ° C. After dipping with a minimum nickel content of 15% and 0.7 times, a diffusion treatment is carried out with 5 minutes of the percentage chromium content and a maximum of up to 3 hours of heating in air or in a content of components other than iron, nickel in an inert atmosphere at temperatures of about 870 and chromium of 5%. up to 1095 0 C. This creates a protective upper
Nach einer Ausführungsform der Erfindung wird flächenschicht aus Nickelaluminid. Ähnliche Diffuder aluminiumhaltige Diffusionsbelag nach einem sionsbezüge können nach verschiedenen Aufschläm-Verfahren aufgebracht, bei dem Aluminium oder ein mungs-, Dampf- und Spritzverfahren mit anschlie-Gemisch aus Elementen, von denen mindestens eines 15 Bender Wärmediffusionsbehandlung aufgebracht wer-Aluminium ist, auf das Grundmetall aus einem den.According to one embodiment of the invention, the surface layer is made of nickel aluminide. Similar diffusers Aluminum-containing diffusion coating after a sion cover can be made according to various slurry processes applied in the aluminum or a ming, steam and spray process with subsequent mixture made of elements, at least one of which was applied 15 bender heat diffusion treatment-aluminum is to the base metal from one of the.
Trägerstoff übertragen wird und unter Bildung einer Durch richtige Steuerung des Diffusionsbeschich-Carrier material is transferred and with the formation of a By correct control of the diffusion coating
Verbundschicht an der Oberfläche in die Bestandteile tungsverfahrens kann man aluminiumhaltige Diffudes Grundmetalls hineindiffundiert. Solche Beläge sionsbeläge mit Dicken von weniger als etwa 25 μ bis unterscheiden sich von Belägen, die durch elektro- 20 mehr als etwa 250 μ erhalten. Für die Innenkammern lytische Abscheidung, Spritzen, Anstreichen oder von Auspuffrohrreaktoren eignen sich Beschichtungs-Tauchen aufgetragen werden, wobei keine Hoch- dicken von etwa 25 bis 250 μ. Dickere Beläge können temperaturdiffusion stattfindet. beim abwechselnden Erhitzen und Abkühlen leichtComposite layer on the surface in the components processing process can be aluminum-containing diffudes Base metal diffused into it. Such coverings sion coverings with thicknesses of less than about 25 μ to differ from coverings that are obtained by electro-20 more than about 250 μ. For the inner chambers Lytic deposition, spraying, painting or exhaust pipe reactors are suitable for coating dipping be applied, with no high thicknesses of about 25 to 250 μ. Thicker toppings can temperature diffusion takes place. easily when alternately heating and cooling
Die aluminiumhaltigen Diffusionsbeläge, die auf die springen, während dünnere Beläge einen unzureichenaustenitischen Eisen-Nickel-Chrom-Legierungen bei 35 den Oberflächenschutz liefern. Wenn der Diffusionsder Herstellung der Reaktionsinnenkammern gemäß belag aus einem aluminiumhaltigen Trägerstoff überder Erfindung aufgebracht werden, können nach ver- tragen wird, ist er im allgemeinen etwa 50 bis 250 μ schiedenen an sich bekannten Verfahren hergestellt dick. Vorzugsweise beträgt die Dicke des ganzen werden. Geeignete Aluminierungsverfahren sind von Belages etwa 75 bis 180 μ. Die Nickelaluminidschicht Samuel und Lockingtin in »Chemical and 30 des Belages soll 12 bis 180μ, vorzugsweise etwa 25 Process Engineering«, Bd. 45 (1964), S. 249 ff., in bis 125 μ dick sein.The aluminum-containing diffusion coatings that jump on the, while thinner coatings are insufficiently austenitic Iron-nickel-chromium alloys at 35 provide surface protection. When the diffusion der Production of the inner reaction chambers according to the lining from an aluminum-containing carrier material over the Invention can be applied, after is borne, it is generally about 50 to 250 μ different processes known per se are made thick. Preferably the thickness of the whole is will. Suitable aluminizing processes are about 75 to 180 μ from the lining. The nickel aluminide layer Samuel and Lockingtin in Chemical and 30 of the topping should be 12 to 180μ, preferably around 25 Process Engineering ", Vol. 45 (1964), p. 249 ff., In up to 125 μ thick.
»Metal Treatment and Drop Forging«, Bd. 18 (1951), Unter »Nickelaluminid mit dem Kristallgefüge von"Metal Treatment and Drop Forging", Vol. 18 (1951), under "Nickel aluminide with the crystal structure of
S. 354 bis 359, und in dem »Metals Handbook of the NiAl« ist eine Modifikation zu verstehen, die eine American Society for Metals«, 8. Auflage, Bd. 2 (1964), feste Lösung mit einer Kristallstruktur von der Art S. 489 bis 496, beschrieben. Das »Metals Handbook« 35 des NiAl darstellt, wobei aber ein Teil des Nickels oder beschreibt Verfahren wie das Heißtauchen mit nach- Aluminiums in dem Kristallgitter durch andere folgender Wärmebehandlung, um den Belag in das Elemente, wie Eisen, Chrom oder Titan, ersetzt sein Grundmetall eindiffundieren zu lassen, Einsatzdiffu- kann. Die Nickelaluminidschicht kann auch eine oder sionsverfahren, Aufschlämmungsverfahren (»Pulver- mehrere andere Phasen im Gemisch mit der Nickelanstrich«) mit Wärmediffusion und Spritzauftrag mit 40 aluminidphase enthalten, muß aber vorwiegend aus anschließender Wärmediffusion. Nickelaluminid bestehen. Unter »vorwiegend« ist zuPp. 354 to 359, and in the "Metals Handbook of the NiAl" one modification is to be understood, the one American Society for Metals ", 8th Edition, Vol. 2 (1964), solid solution with a crystal structure of the type Pp. 489 to 496. The "Metals Handbook" 35 of the NiAl represents, but with a part of the nickel or describes methods such as hot dipping with post-aluminum in the crystal lattice by others subsequent heat treatment to replace the covering with elements such as iron, chromium or titanium To allow base metal to diffuse, insert diffusion can. The nickel aluminide layer can also have an or sion process, slurry process (»powder - several other phases mixed with the nickel paint«) with heat diffusion and spray application with 40 aluminide phase, but must be predominantly made of subsequent heat diffusion. Nickel aluminide. Under "predominantly" is closed
Eine übliche Methode zum Aufbringen eines verstehen, daß die Nickelaluminidschicht mehr als aluminiumhaltigen Diffusionsbelages ist die Einsatz- 50 Volumprozent Nickelaluminid mit dem Kiistallmethode. Bei diesem Verfahren werden die zu be- gefüge von NiAl enthält.A common method of applying one is to understand that the nickel aluminide layer is more than aluminum-containing diffusion coating is the use of 50 percent by volume nickel aluminide with the Kiistall method. In this process, the additive is contained in NiAl.
schichtenden Werkstücke in ein Pulvergemisch gepackt 45 Durch das Aufbringen des aluminiumhaltigen oder in einem Pulvergemisch umgewälzt, das einen Diffusionsbelages auf die Grundmetallegierung erelementaren Ausgangsstoff für Aluminium, wie pulver- leidet der betreffende Bauteil eine Vergrößerung um förmiges Aluminium oder eine pulverförmige Alu- etwa die Hälfte der gesamten Dicke des Belages. Eine miniumlegierung, einen Trägerstoff oder ein Über- typische beschichtete Legierung ist in F i g. 3 dartragungsmittel, wie Ammoniumchlorid, und einen 50 gestellt. Die ursprünglichen Abmessungen der Grundinerten Füllstoff, wie Aluminiumoxid, enthält, und legierung vor dem Beschichten sind durch die Linien30 Va bis 36 Stunden auf etwa 540 bis 1260° C erhitzt, dargestellt. Nach dem Aufbringen des aluminiumbis sich auf den zu beschichtenden Weikstücken eine haltigen Diffusionsbelags weist die beschichtete Lehinreichend dicke aluminidhaltige Schicht gebildet hat. gierung die durch die Linien 31 an der Oberfläche des Wie dem Fachmann bekannt ist, können zusätzliche 55 Überzuges dargestellten Abmessungen auf. In den Elemente, wie Chrom, zusammen mit dem Aluminium Bereichen 32 befindet sich in die Legierung einaus entsprechenden Ausgangsstoffen auf die Ober- diffundiertes Aluminium und sonstiges Beschichfläche der zu beschichtenden Werkstücke übertragen tungsmetall, wie Chrom. Der Bereich der Grundwerden, so daß man Beläge mit besonderer Wider- legierung, in dem keine Diffusion stattfindet, ist mit 33 Standsfähigkeit gegen Hochtemperaturoxydation und 60 bezeichnet. Die Dichte der Bestandteile des Belages ist Erosion erhält. In den USA.-Patentschriften 2 801187 durch die Dichte der Punkte in F i g. 3 angedeutet, und 3 290 126 ist ein zweistufiges Verfahren be- Die Zusammensetzung des ganzen Belages und die schrieben, bei dem in der ersten Stufe Chrom und in genaue Lage der Nickelaluminidschicht variieren mit der zweiten Stufe Aluminium auf die zu beschichtenden der jeweiligen Zusammensetzung der Grundlegierung Werkstücke übertragen wird. Die Eisen-Nickel-Chrom- 65 und der Bestandteile des Belages. Legierungen gemäß der Erfindung können an Stelle Die erfindungsgemäß beschichteten Legierungenlayering workpieces packed in a powder mixture 45 By applying the aluminum-containing or circulated in a powder mixture, which elementary a diffusion coating on the base metal alloy Starting material for aluminum, such as powder, the component concerned suffers an increase in size shaped aluminum or a powdery aluminum - about half the total thickness of the covering. One minium alloy, a carrier material or an over-typical coated alloy is shown in FIG. 3 carriers, like ammonium chloride, and a 50 put. The original dimensions of the basic inert filler, such as alumina, containing, and alloying prior to coating are indicated by the lines30 Va heated to about 540 to 1260 ° C for up to 36 hours, shown. After applying the aluminum bis The coated clay has sufficient diffusion coating on the pieces of white to be coated has formed a thick aluminide-containing layer. ying indicated by the lines 31 on the surface of the As is known to those skilled in the art, additional overlay dimensions can be as shown. In the Elements such as chromium, along with the aluminum areas 32, are incorporated into the alloy corresponding starting materials on the top diffused aluminum and other coating surface of the workpieces to be coated transfer metal such as chrome. The realm of becoming so that you have coverings with a special re-alloying, in which no diffusion takes place, with 33 Resistance to high temperature oxidation and 60 denotes. The density of the components of the covering is Sustains erosion. In U.S. Patents 2,801187 by the density of the dots in FIG. 3 indicated, and 3 290 126 is a two-step process. The composition of the entire topping and the wrote, in which in the first stage chromium and in the exact position of the nickel aluminide layer vary with the second stage aluminum on the to be coated of the respective composition of the base alloy Workpieces is transferred. The iron-nickel-chromium 65 and the components of the covering. Alloys according to the invention can instead of the alloys coated according to the invention
der in der USA.-Patentschrift 3 290 126 beschriebenen sollen keine höhere magnetische Anziehungskraft als Nickellegierungen als Grundmetalle verwendet werden. etwa 20% derjenigen von vollständig ausgeglühtemthat described in US Pat. No. 3,290,126 should not have a higher magnetic attraction than Nickel alloys can be used as base metals. about 20% of that of fully annealed
209518/258209518/258
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S.A.E. 1020-Stahl aufweisen. Der Magnetismus der bensdauer erzielt wird. Wenn das Isoliermaterial selbst beschichteten Legierungen läßt sich mit verschiedenen nicht dauerhaft genug ist, ist es in Anbetracht der wissenschaftlichen Geräten bestimmen, die die magne- hohen Temperaturen, der oxydierenden Atmosphäre tische Anziehungskraft des Materials anzeigen. Die und der erodierenden Bedingungen ratsam, Verkleierfindungsgemäß verwendete unmagnetische austeni- 5 düngen 15 vorzusehen. Geeignete Isolierstoffe sind tische Grundlegierung gibt eine Ablesung von Null, faserförmige keramische Stoffe mit einer spezifischen hat also keine magnetische Anziehungskraft. Be- Wärmeleitfähigkeit von etwa 1,0 g-cal/Std./0C/cm2/cm. schichtete Legierungen im Rahmen der Erfindung Ein wirksames Verfahren, um solche Stoffe in dünnen geben Ablesungen von nicht mehr als 20°/0 des voll- Schichten anzuwenden, besteht darin, die Isolation ständig ausgeglühten S.A.E. 1020-Stahls. Vorzugs- io zwischen zwei konzentrischen Metalirohren mit einer weise ist die magnetische Anziehungskraft der be- Wandstärke von etwa 0,75 mm anzuordnen, wie es schichteten Legierung nicht größer als etwa 15°/o der- an Hand der Verkleidung 15 dargestellt ist. jenigen von vollständig ausgeglühtem S.A.E. 1020- Beim normalen Betrieb eines Kraftfahrzeuges sindSAE 1020 steel. The magnetism of the lifetime is achieved. If the insulating material itself cannot be used with various alloys and is not durable enough, it is to be determined in the light of the scientific devices which indicate the magnetic high temperatures, the oxidizing atmosphere and the attraction of the material. The and the eroding conditions advisable to provide non-magnetic austenitic fertilizers used according to the invention. Suitable insulating materials are table base alloy gives a reading of zero, fibrous ceramic materials with a specific so has no magnetic attraction. Be thermal conductivity of about 1.0 g-cal / hour / 0 C / cm 2 / cm. coated alloys in the context of the invention An efficient method to identify such substances in thin give readings of not more / 0 apply than 20 ° of the full layers, is the isolation continuously annealed SAE 1020 steel. The magnetic force of attraction of the wall thickness of about 0.75 mm is preferably to be arranged between two concentric metal tubes, as is shown in the case of the layered alloy no greater than about 15% on the basis of the cladding 15. those of fully annealed SAE 1020- During normal operation of a motor vehicle
Stahl. Es wurde gefunden, daß diese Bestimmungen die Auspuffsammelrohrreaktoren schnellen und starken der magnetischen Anziehungskraft des Werkstoffs 15 Temperaturänderungen ausgesetzt. Zum Beispiel werunabhängig von der Dicke des Belags in recht guter den einige Teile des Reaktors bald nach dem Anlaufen Übereinstimmung mit der Lebensdauer der Innen- des Motors schnell auf 815'C erhitzt, während andere kammer des Reaktors stehen. Teile des gleichen Reaktors nach einer BetriebsdauerStole. These determinations have been found to speed and power the exhaust manifold reactors exposed to the magnetic attraction of the material 15 temperature changes. For example, regardless of who on the thickness of the coating in quite good the some parts of the reactor soon after start-up According to the life of the interior of the motor quickly heated to 815'C while others chamber of the reactor. Parts of the same reactor after one period of operation
Geeignete Auspuffsammelrohrreaktoren, die durch von vielen Minuten sich noch auf Temperaturen unter die Verwendung des erfindungsgemäßen Werkstoffs 20 2600C befinden können. Außerdem findet auch eine verbessert werden können, sind in F i g. 1, 2, 4 und 5 dauernde Änderung der Temperatur statt, der ein bedargestellt. Der Auspuffsammelrohrreaktor gemäß stimmter Teil des Reaktors ausgesetzt ist. Die Er-F i g. 1 weist zwei konzentrische Teile, nämlich den fahrung hat gezeigt, daß die Innenkammer 2 starke Außenmantel 1 und die innere Reaktionskammer 2, thermische Spannungen und eine Ausdehnung erleidet, auf. Der Außenmantel 1 hat einstückig damit ge- 25 die zur Verzerrung und schließlich zur Rißbildung und formte Ansätze 3 und Flansche 4, die verwendet zum sonstigen Versagen des Reaktors führen kann, werden können, um den Außenmantel des Reaktors Daher sind die Innenkammer 2 und die Auspuffan die Auspufföffnungen des Motors anzuschließen. leitungen 5, 6, 7 und 8 mit Gleitsitzbefestigungen an Der in F i g. 1 dargestellte Reaktor ist für vier Aus- dem Außenmantel 1 ausgestattet. Die Innenkammer 2 pufföffnungen des Motors bestimmt. Die Ansätze 3 30 ist in dem Außenmantel 1 an dem Zapfen 20 aufumgeben die Auspuff leitungen 5, 6, 7 und 8, die die gehängt, der in einer Fassung in dem Außenmantel Auspuffgase aus den vier Auspufföffnungen des (nicht gleitet, so daß die Innenkammer 2 sich bei der Ausdargestellten) Motors durch den Außenmantel 1 in die dehnung und Kontraktion in Längsrichtung in dem Innenkammer 2 leiten. Außenmantel 1 verschieben kann.Suitable exhaust manifold reactors, which can still be at temperatures of 20 260 ° C. for many minutes when the material according to the invention is used. Also finds that can be improved are shown in FIG. 1, 2, 4 and 5 permanent change in temperature instead, which is shown. The exhaust manifold reactor is exposed to a certain part of the reactor. The Er-F i g. 1 has two concentric parts, namely the drive has shown that the inner chamber 2 suffers strong outer shell 1 and the inner reaction chamber 2, thermal stresses and expansion. The outer shell 1 is integral therewith which can be used to distort and eventually crack and form lugs 3 and flanges 4, which can lead to other failure of the reactor, around the outer shell of the reactor. Therefore, the inner chamber 2 and the exhaust fan to connect the exhaust ports of the engine. Lines 5, 6, 7 and 8 with sliding seat fastenings on the in F i g. The reactor shown in FIG. 1 is equipped for four outer jacket 1. The inner chamber 2 determines the puff openings of the engine. The lugs 3 30 is in the outer jacket 1 on the pin 20 to enclose the exhaust pipes 5, 6, 7 and 8, which are hung in a socket in the outer jacket of the exhaust gases from the four exhaust openings of the (does not slide, so that the inner chamber 2 in the illustrated) motor through the outer jacket 1 in the expansion and contraction in the longitudinal direction in the inner chamber 2. Outer jacket 1 can move.
Die Innenkammer 2, die als Sammelrohr wirkt, 35 Die Außenmantelansätze 3 sind konisch ausgebildet, enthält Umlenkorgane 9 und 10, die die aus den Aus- so daß zwischen den Auspuffleitungen 5, 6, 7 und 8 puffleitungen 5 und 8 ausströmenden Gase in die und den Außenmantelansätzen 3 ein Ringraum 21 Mischzone 11 der Innenkammer 2 lenken. In der frei bleibt. Infolge dieser Anordnung können die Mischzone 11 findet eine turbulente Durchmischung Auspuffleitungen 5,6,7 und 8 sich in dem Ringraum 21 der reagierenden Gase statt, weil die Gase aus den ver- 40 verschieben, wenn die Kammer 2 sich bei der Ausschiedenen Auspufföffnungen des Motors infolge der dehnung und Kontraktion in Längsrichtung ver-Steuerung der Zündfolge des Motors abwechselnd schiebt. Die Ringräume 21, die mit dem Ringraum 18 ausströmen. Die Querschnittsfläche der Durchtritts- in Verbindung stehen, ermöglichen auch das Vorerkanäle über den Umlenkorganen 9 und 10 ist durch hitzen der aus den Auspuffleitungen 5, 6, 7 und 8 in die V-Form dieser Organe, wie in F i g. 2 dargestellt, 45 die Innenkammer 2 eintretenden Auspuffgase. Dieses beschränkt. Die Umlenkorgane 9 und 10 können auch Merkmal in Verbindung mit der hohen Geschwindig-U-förmig oder in einer anderen, leicht herstellbaren keit, mit der die Auspuffgase durch die Auspuff-Form ausgebildet sein. leitungen strömen, trägt zur Wärmeerhaltung undThe inner chamber 2, which acts as a collecting pipe, 35 The outer jacket attachments 3 are conical, contains deflection elements 9 and 10, which produce the output so that between the exhaust lines 5, 6, 7 and 8 puff lines 5 and 8 gases flowing out into and into the outer jacket attachments 3 an annular space 21 Steer mixing zone 11 of inner chamber 2. In which remains free. As a result of this arrangement, the Mixing zone 11, there is a turbulent intermixing of exhaust lines 5, 6, 7 and 8 in the annular space 21 The reacting gases take place because the gases move out of the 40 when the chamber 2 is closed Exhaust ports of the engine as a result of elongation and contraction in the longitudinal direction ver-control the firing order of the engine alternately pushes. The annular spaces 21, which are connected to the annular space 18 emanate. The cross-sectional area of the passageways are connected, also enable the pre-canals Via the deflection elements 9 and 10, the heat from the exhaust lines 5, 6, 7 and 8 in the V-shape of these organs, as shown in FIG. 2, 45 exhaust gases entering the inner chamber 2. This limited. The deflection members 9 and 10 can also feature in connection with the high speed U-shaped or in another, easily producible speed, with which the exhaust gases through the exhaust form be trained. lines flow, contributes to heat retention and
Wie F i g. 1 und 2 zeigen, entspricht die Quer- mithin zur Erhöhung der Temperatur bei der Oxydaschnittsfläche der Durchtrittskanäle über den Umlenk- 50 tion in dem Reaktor bei.Like F i g. 1 and 2 show, the transverse corresponds to the increase in temperature at the oxide cut surface of the passage channels via the baffle in the reactor.
Organen 9 und 10 im wesentlichen der Querschnitts- Bei dem in F i g. 4 und 5 dargestellten Auspufffläche der Auspuffleitungen, die ihrerseits der Quer- sammelrohrreaktor strömen die Auspuffgase zwischen schnittsfläche der Auspufföffnungen des Motors ent- der Innenkammer 42 und dem Außenmantel 48 rings spricht. Durch die Beschränkung der Querschnitts- um das Innere des Reaktors. Die Auspuffgase und die fläche dieser Durchtrittskanäle bleibt die Geschwindig- 55 gegebenenfalls zugesetzte Hilfsluft strömen von den keit der in die Mischzone eintretenden Gase erhalten, Auspufföffnungen des Motors durch die Auspuff- und dadurch wird die Temperatur in der inneren Re- leitungen 41 in die innere Reaktionskammer 42. Die aktionskammer erhöht. Diese Temperaturerhöhung Gase verlassen die Innenkammer 42 durch die Öffhat einen günstigen Einfluß auf den Wirkungsgrad des nungen 43, strömen durch die Kanäle 44 und treten Reaktors für die Verminderung der Konzentration an 60 durch die Öffnungen 45 in das Auspuffrohr 46 aus. Kohlenwasserstoffen und Kohlenmonoxid in den Aus- Dieser Zusammenbau weist ein oder mehrere wärmepuffgasen. reflektierende Organe 47 auf. Der Außenmantel 48Organs 9 and 10 essentially the cross-sectional In the case of FIG. 4 and 5 shown exhaust surface The exhaust gases flow between the exhaust pipes and the cross-header reactor Cut surface of the exhaust ports of the engine ent- the inner chamber 42 and the outer jacket 48 rings speaks. By restricting the cross-sectional area around the inside of the reactor. The exhaust gases and the The speed remains in the area of these passage channels of the gases entering the mixing zone, exhaust ports of the engine through the exhaust and this increases the temperature in the inner conduits 41 into the inner reaction chamber 42. The action chamber increased. These temperature increase gases leave the interior chamber 42 through the open hat a beneficial effect on the efficiency of the openings 43, flow through the channels 44 and occur Reactor for reducing the concentration of 60 through the openings 45 in the exhaust pipe 46. Hydrocarbons and carbon monoxide in the assembly. This assembly has one or more heat buffer gases. reflective organs 47. The outer jacket 48
Der Außenmantel 1 kann an seiner Innenfläche kann, wie in F i g. 1, mit einer Isolierschicht versehen durch eine Isolationsschicht 14 isoliert sein. Die sein. Die Wandungen der inneren Reaktionskammer, Isolationsschicht 14 kann eine beliebige Struktur oder 65 die Oberflächen der wärmereflektierenden Organe und Zusammensetzung haben, durch die eine wirksame die Wandungen des Außenmantels sind parallel zu-Isolation und eine unter den in dem Reaktor herr- einander als konzentrische Hüllen angeordnet, die sehenden Bedingungen praktisch ausreichende Le- den Reaktor der Länge nach umgeben und mit Aus-The outer jacket 1 can, as in FIG. 1, provided with an insulating layer be insulated by an insulation layer 14. That be. The walls of the inner reaction chamber, Insulation layer 14 can have any structure or 65 the surfaces of the heat-reflecting members and Have composition through which effective the walls of the outer jacket are parallel to insulation and one arranged below one another as concentric shells in the reactor, which Seeing conditions, the reactor is practically sufficient to surround it lengthways and
nähme der für den Durchgang der Auspuffgase erforderlichen Öffnungen zusammenhängend ausgebildet sind. Diese Hüllen brauchen nicht kreisförmig zu sein; sie können auch rechteckig, oval oder in beliebiger sonstiger Form ausgebildet sein.take what is necessary for the passage of the exhaust gases Openings are formed contiguously. These envelopes do not need to be circular to be; they can also be rectangular, oval or any other shape.
Der Außenmantel der in F i g. 1 und 4 dargestellten Reaktoren kann aus herkömmlichen Werkstoffen, wie Gußeisen oder geschweißtem Stahl, gefertigt sein. Die inneren Reaktionskammern bestehen jedoch erfindungsgemäß aus den oben beschriebenen, mit einem aluminiumhaltigen Diffusionsbelag beschichteten Legierungen. Andere Innenteile, wie wärmereflektierende Abschirmungen, Isolationsverkleidungen, Auspuffleitungen und sonstige Teile, die der Einwirkung hoher Temperaturen ausgesetzt sind, können ebenfalls aus der beschichteten Legierung bestehen. Das Metall dieser Innenteile kann eine Dicke von etwa 1Z10 bis etwa 5 mm aufweisen und ist vorzugsweise weniger als 1,8 mm dick. Für die Dicke des Metalls gibt es praktisch keine untere Grenze, da der Wirkungsgrad des Reaktors um so höher ist, je dünner das Metall ist. Die Dicke des metallischen Werkstoffs ist daher ein Kompromiß zwischen dem Wirkungsgrad und der Dauerhaftigkeit des Reaktors.The outer jacket of the in F i g. 1 and 4 shown reactors can be made of conventional materials such as cast iron or welded steel. According to the invention, however, the inner reaction chambers consist of the above-described alloys coated with an aluminum-containing diffusion coating. Other internal parts such as heat-reflecting shields, insulation panels, exhaust pipes and other parts that are exposed to the action of high temperatures can also consist of the coated alloy. The metal of these inner parts can have a thickness of about 1 Z 10 to about 5 mm and is preferably less than 1.8 mm thick. There is practically no lower limit for the thickness of the metal, since the thinner the metal, the higher the efficiency of the reactor. The thickness of the metallic material is therefore a compromise between the efficiency and the durability of the reactor.
Zur Herstellung der inneren Reaktionskammern gemäß der Erfindung stehen verschiedene Verfahren zur Verfugung. Die Kammer kann zunächst aus der Grundlegierung hergestellt und dann vollständig mit dem aluminiumhaltigen Diffusionsbelag beschichtet werden. Man kann aber auch Bleche aus der Grundlegierung von geeigneter Dicke zunächst mit dem Belag beschichten und dann zu der inneren Reaktionskammer verarbeiten. In diesem Falle kann die Verformung des beschichteten Bleches zu einem Rohr, um die zylinderförmige innere Reaktionskammer herzustellen, mit Hilfe einer Verschlußnaht erfolgen, und die öffnungen können vor dem Beschichten ausgestanzt werden.Various methods are available for manufacturing the inner reaction chambers according to the invention available. The chamber can first be made from the base alloy and then completely with coated with the aluminum-containing diffusion coating. But you can also use sheets from the base alloy First coat with a suitable thickness with the covering and then process it into the inner reaction chamber. In this case, the deformation the coated sheet into a tube to produce the cylindrical inner reaction chamber, take place with the help of a sealing seam, and the openings can be punched out before coating will.
In den nachstehenden Beispielen beziehen sich die Prozentangaben auf Gewichtsmengen.In the examples below, the percentages relate to amounts by weight.
Auspuffsammelrohrreaktoren, wie sie in F i g. 4 und 5 dargestellt sind, werden auf die Dauerhaftigkeit ihrer Teile untersucht. Die Innenkammern der Reaktoren haben einen Nenndurchmesser von 5 cm, sind zylinderförmig ausgebildet und bestehen aus Röhren mit einer Wandstärke von 0,75 mm. Jede der Innenkammern wird nach dem Einsatzverfahren unter Verwendung des Behälters und Ofens gemäß F i g. 1 der USA.-Patentschrift 3 290 126 mit dem Aluminiumdiffusionsbelag beschichtet. Das Behandlungsmaterial besteht aus einem Gemisch aus 5 % Aluminiumpulver mit Korngrößen unter 0,15 mm, 94,7% AluminiumoxidpuJver mit Korngrößen unter 0,15 mm und 0,3% Ammoniumchlorid. Nach dsm Verfahren des Beispiels 1 der USA.-Patentschrift 3 290126 wird der Behälter, in dem sich die Innenkammer und das Behandlungsmaterial befinden, 5 Stunden in einem Argonstrom auf 10400C erhitzt. Dann wird die Packung unter weiterer Argonströmung auf Raumtemperatur erkalten gelassen. Die Packung wird geöffnet und die Innenkammer herausgenommen. Die Innenkammern sind nunmehr vollständig mit einem Aluminiumbelag von 78,7 μ Dicke beschichtet.Exhaust manifold reactors as shown in FIG. 4 and 5 are examined for the durability of their parts. The inner chambers of the reactors have a nominal diameter of 5 cm, are cylindrical and consist of tubes with a wall thickness of 0.75 mm. Each of the inner chambers is filled according to the deployment method using the container and oven of FIG. 1 of US Pat. No. 3,290,126 coated with the aluminum diffusion coating. The treatment material consists of a mixture of 5% aluminum powder with grain sizes below 0.15 mm, 94.7% aluminum oxide powder with grain sizes below 0.15 mm and 0.3% ammonium chloride. After dsm method of Example 1 of USA. Patent 3 290 126 the container in which the inner chamber and the treating material are located, is heated for 5 hours in a stream of argon at 1,040 0 C. The pack is then allowed to cool to room temperature with a further flow of argon. The pack is opened and the inner chamber is removed. The inner chambers are now completely coated with an aluminum coating with a thickness of 78.7 μ.
Die magnetische Anziehungskraft der Innenkammern wird mit einem Meßgerät untersucht, wobei man eine Ablesung von 3 erhält. Vor dem Beschichten waren die Innenkammern unmagnetisch und lieferten eine Ablesung von 0. Vollständig ausgeglühter S.A.E. 1020-Stahl ergibt mit dem gleichen Prüfgerät eine Ablesung von 36.The magnetic attraction of the inner chambers is examined with a measuring device, whereby one gets a reading of 3. Before coating, the inner chambers were non-magnetic and delivered a reading of 0. Fully annealed S.A.E. 1020 steel results with the same tester a reading of 36.
Zwei Auspuffsammelrohrreaktoren werden an gegenüberliegenden Zylinderreihen angebracht. Der Motor wird auf einem Prüfstand befestigt und mit einem Dynamometer mit einem Schwungrad und Steuerorganen verbunden, die den Betrieb des Motors unter periodisch veränderlichen Bedingungen ermöglichen. Der Motor wird mit einem vollständigen Lufteinspritzsystem ausgestattet. Die Hilfsluft wird in die Auspufföffnungen des Motors nahe den Auspuffventilen eingeführt.Two exhaust manifold reactors are attached to opposite rows of cylinders. Of the Engine is mounted on a test stand and equipped with a flywheel and a dynamometer Connected to control organs that allow the operation of the engine under periodically changing conditions. The engine will be equipped with a full air injection system. The auxiliary air will inserted into the exhaust ports of the engine near the exhaust valves.
Bei der Prüfung wird der Motor abwechselnd bei Reaktortemperaturen in der Nähe der niedrigsten, beim normalen Fahren zu erwartenden Temperatur und in der Nähe der höchsten, unter äußerst scharfen Bedingungen und bei Fehlleistung des Motors zu erwartenden Temperatur betrieben.During the test, the engine is alternately operated at reactor temperatures close to the lowest, temperature to be expected during normal driving and near the highest, under extremely sharp Conditions and temperature to be expected in the event of a malfunction of the engine.
Von Zeit zu Zeit werden die inneren Reaktionskammern herausgenommen, gewogen, um die Gewichtsänderungen infolge von Zunderbildung und Erosion zu bestimmen, und durch Augenschein auf Lochfraß, Erosion, Risse und Verzerrung untersucht. Nach Beendigung der Versuche werden Querschnitte durch die Kammerwandungen metallurgisch auf Gefügeänderungen untersucht. Bei einer 250 Stunden dauernden Prüfung mit periodischer Änderung der Bedingungen und Höchsttemperaturen in der Nähe von 10650C nehmen die Innenkammern nur wenig an Gewicht zu und zeigen keinerlei Verzerrung oder Risse.From time to time the inner reaction chambers are removed, weighed to determine changes in weight due to scaling and erosion, and visually inspected for pitting, erosion, cracks and distortion. After completion of the tests, cross-sections through the chamber walls are metallurgically examined for structural changes. In a test lasting 250 hours with periodic changes in the conditions and maximum temperatures in the vicinity of 1065 ° C., the inner chambers gain little weight and do not show any distortion or cracks.
Zu Vergleichszwecken werden Innenkammern aus rostfreiem Stahl der Typen 310 und 316, die eine Wandstärke von 1,65 mm aufweisen und nicht im Rahmen der Erfindung liegen, mit einem Aluminiumdiffusionsbelag versehen und in gleicher Weise geprüft. Die unbeschichteten Stähle ergeben bei der Untersuchung mit dem oben beschriebenen Prüfgerät Ablesungen von 0. Beide Stahlsorten ergeben in beschichtetem Zustande Ablesungen von 20 bis 22, was auf starken Magnetismus hindeutet. Obwohl die Innenkammern aus dem beschichteten rostfreien Stahl bei der 250 Stunden dauernden Prüfung mit periodischer Änderung der Bedingungen nur eine sehr geringe Gewichtsänderung erleiden, versagen sie in sehr kurzer Zeit infolge Verzerrrung und Rißbildung. Diese Risse und Verzerrungen rühren von der Unverträglichkeit des Belages mit dem Grundmetall her.For comparison purposes, internal stainless steel chambers of Types 310 and 316, the one Have a wall thickness of 1.65 mm and are not within the scope of the invention, with an aluminum diffusion coating provided and checked in the same way. The uncoated steels result in Examination with the test device described above, readings of 0. Both types of steel give in coated Get readings from 20 to 22, suggesting strong magnetism. Although the Internal chambers made of coated stainless steel in the 250-hour periodic test If there is a very small change in weight, they fail in changing conditions very short time due to distortion and cracking. These cracks and distortions stem from the incompatibility of the lining with the base metal.
Zwei innere Reaktionskammern gemäß F i g. 4 und 5 werden nach einem einstufigen Verfahren unter Verwendung des im Beispiel 1 beschriebenen Behälters und Ofens mit einem Diffusionsbelag aus Chrom und Aluminium beschichtet. Als Behandlungsmaterial dient ein Gemisch aus 29,25 % Aluminiumpulver mit Korngrößen unter 0,15 mm, 70% pulverförmiger Chrom-Eisen-Aluminiumlegierung, 0,1% Aluminiumpulver mit Korngrößen unter 0,15 mm, 0,4% Ammoniumchlorid, 0,1% Ammoniumfluorid, 0,1% Kaliumfluorid und 0,05 % Natriumchlorid. Die pulverförmige Legierung wird durch Schmelzen einer Beschickung aus 82,5% Chrom, 7,5% Eisen und 10% Aluminium und Zerkleinern des Gußstückes auf Korngrößen von weniger als 0,15 mm hergestellt.Two inner reaction chambers according to FIG. 4 and 5 are using a one-step process of the container and furnace described in Example 1 with a diffusion coating made of chrome and Aluminum coated. A mixture of 29.25% aluminum powder with grain sizes is used as the treatment material below 0.15 mm, 70% powdered chrome-iron-aluminum alloy, 0.1% aluminum powder with grain sizes below 0.15 mm, 0.4% ammonium chloride, 0.1% ammonium fluoride, 0.1% potassium fluoride and 0.05% sodium chloride. The powdery alloy is made by melting a charge from 82.5% chromium, 7.5% iron and 10% aluminum and crushing the casting to grain sizes of made less than 0.15mm.
Nach dem Beschichten gemäß Beispiel 1 der USA.-After coating according to Example 1 of the USA.
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Patentschrift 3 290126 wird der Behälter mit den Beispiel 3
Innenkammern und dem Behandlungsmaterial 5 Stunden im Argonstrom auf 1010° C erhitzt. Dann wird Zwei Auspuffsammelrohrreaktoren gemäß F i g. 1
die Temperatur im Argonstrom auf 10430C ge- und 2 werden mit Innenkammern mit einer Wandsteigert und die Packung noch weitere 3 Stunden auf 5 stärke von 1,65 mm hergestellt und nach dem in Beidieser
Temperatur gehalten. Hierauf läßt man die spiel 2 beschriebenen Verfahren mit einem 125 μ dicken
Packung im Argonstrom auf Raumtemperatur er- Aluminiumdiffusionsbelag beschichtet. Die Reaktoren
kalten. Nach dem Öffnen werden die Innenkammern werden wie im Beispiel 1 an einem Motor angebracht,
herausgenommen. der mit dem Lufteinspritzsystem ausgestattet ist. NachPatent specification 3 290126 is the container with Example 3
Inner chambers and the treatment material heated to 1010 ° C in a stream of argon for 5 hours. Then two exhaust manifold reactors according to FIG. 1 part by the temperature in an argon stream at 1043 0 C and 2 are thickness of 1.65 mm was prepared and kept in this temperature after having internal chambers having a wall Increases and the package for a further 3 hours. 5 The method described in Game 2 is then allowed to be coated with a 125 μ thick packing in an argon stream at room temperature. The reactors are cold. After opening, the inner chambers are attached to an engine as in Example 1, removed. which is equipped with the air injection system. To
Man erhält einen 75 μ dicken Belag, der aus drei io einer Fahrstrecke von 48 000 km zeigt die Innen-A 75 μ thick surface is obtained, which from three io of a driving distance of 48,000 km shows the interior
Hauptschichten besteht. Die äußere Schicht enthält kammer des Auspuffsammelrohrreaktors keinerleiMain layers. The outer layer does not contain any chamber of the exhaust manifold reactor
mehr als 45% Chrom und außerdem weniger als je Formverzerrung, Erosion, Rißbildung oder sonstigemore than 45% chromium and also less than ever distortion of shape, erosion, cracking or other
35% an Nickel, Aluminium und Eisen. Die mittlere Beeinträchtigung.
Schicht besteht überwiegend aus Nickelaluminid mit35% nickel, aluminum and iron. The mean impairment.
Layer consists mainly of nickel aluminide with
dem Kristallgefüge von NiAl. Die innere Schicht 15 B e i s ρ i e 1 4
besteht aus einem Zweiphasengemisch aus Nickel-the crystal structure of NiAl. The inner layer 15 B is ρ ie 1 4
consists of a two-phase mixture of nickel
aluminat mit dem Kristallgefüge von NiAl und einer Auspuff sammelrohrreaktoren gemäß F i g. 1 und 2 metallischen festen Lösung, die hauptsächlich die werden mit Innenkammern mit einer Wandstärke Legierungselemente des Grundmetalls enthält. Mit von 1,5 mm hergestellt, die nach dem Heißtauch-Hilfe des oben beschriebenen Prüfgeräts wird fest- 20 verfahren mit anschließender Wärmediffusion mit gestellt, daß der beschichtete Bauteil praktisch un- einem Aluminiumbelag versehen werden. Die Innenmagnetisch ist. kammern werden zunächst in einem geschmolzenenaluminate with the crystal structure of NiAl and an exhaust manifold reactors according to FIG. 1 and 2 metallic solid solution, which are mainly the ones with inner chambers with a wall thickness Contains alloying elements of the base metal. Made with from 1.5mm that aid after the hot dip of the test device described above is fixed 20 with subsequent heat diffusion with provided that the coated component is practically provided with an aluminum coating. The internal magnetic is. chambers are first melted in a
Zwei Auspuff sammelrohrreaktoren gemäß Fig. 4, Flußmittelbad auf 7050C vorerhitzt, wodurch dieTwo exhaust manifold tube reactors according to FIG. 4, preheated flux bath to 705 0 C, whereby the
die die oben beschriebenen Innenkammern enthalten, Metalloberflächen gleichzeitig gereinigt werden. An werden gemäß Beispiel 1 an einem Motor angebracht. 25 diese Behandlung schließt sich ein 30 Sekunden langescontaining the inner chambers described above, metal surfaces are cleaned at the same time. At are attached to an engine according to Example 1. 25 This treatment is followed by a 30 second long treatment
Die Auspuff sammelrohrreaktoren werden gemäß Eintauchen in eine Aluminiumschmelze von 760° C an. Beispiel 1 geprüft und von Zeit zu Zeit untersucht. Dann werden die Teile erkalten gelassen und 2 Stunden Nach Beendigung der Versuche werden Querschnitte an der Luft im elektrischen Ofen auf 10400C erhitzt, durch die Wandungen der Innenkammer metallurgisch Durch diese Heißluftbehandlung entsteht eine dünne, auf Gefügeänderungen untersucht. Während der 30 lockere Oberflächenschicht aus Aluminiumoxid, die 250 Stunden dauernden Prüfung erleiden die Innen- mit dem Sandstrahlgebläse mit Hilfe von Aluminiumkammern nur eine geringe Gewichtszunahme und oxidpulver entfernt wird. Es hinterbleibt eine Oberzeigen keinerlei Verzerrung oder Rißbildung. flächenschicht aus Nickelaluminid. Die Bauteile sindThe exhaust manifold reactors are immersed in an aluminum melt at 760 ° C. Example 1 tested and examined from time to time. Then the parts are allowed to cool and 2 hours after the end of the experiments, cross-sections are heated to 1040 ° C. in the air in the electric furnace, through the walls of the inner chamber metallurgically. This hot air treatment creates a thin, examined structure for changes. During the 30-day, loose surface layer of aluminum oxide, the test, which lasts 250 hours, the interior with the sandblasting blower with the aid of aluminum chambers suffer only a slight increase in weight and oxide powder is removed. There remains an upper surface, no distortion or cracking. surface layer made of nickel aluminide. The components are
Zu Vergleichszwecken werden Innenkammern aus nunmehr schwach magnetisch und ergeben auf dem
rostfreien Stählen der Typen 304, 310 bzw. 316, die 35 oben beschriebenen Meßgerät eine Ablesung von 1.
nicht im Rahmen der Erfindung liegen, mit Wand- Die Innenkammern zeigen nach Beendigung des im
stärken von 1,65 mm mit einem Chrom-Aluminium- Beispiel 1 beschriebenen, 250 Stunden dauernden Prüfdiffusionsbelag
beschichtet und in gleicher Weise Versuches keinerlei Verzerrung oder Rißbildung,
untersucht. Die Prüfung mit dem oben beschriebenen Eine Probe aus der gleichen Legierung, die in der
Gerät ergibt bei den Innenkammern aus diesen be- 40 gleichen Weise wie die Innenklammern behandelt
schichteten rostfreien Stählen Ablesungen von min- worden ist, wird zerschnitten und metallographisch
destens 20. Bei der Prüfung versagen diese Innen- untersucht. Hierbei wird festgestellt, daß die Nickelkammern
nach sehr kurzer Zeit durch Verzerrung und aluminidschicht 50 μ dick ist. Unter dieser Oberfläche
Rißbildung infolge der Unverträglichkeit des Belages wird eine 25 μ dicke Zweiphasendiffusionsschicht bemit
dem Grundmetall. 45 obachtet.For comparison purposes, the inner chambers are now weakly magnetic and give a reading of 1. on the stainless steels of types 304, 310 or 316, which are not within the scope of the invention, with wall-mounted The inner chambers show after the end of the im Thicknesses of 1.65 mm coated with a chromium-aluminum example 1 described, 250 hours test diffusion coating and in the same way test no distortion or cracking,
examined. The test with the above-described layered stainless steels. A sample of the same alloy that has been treated in the device gives readings of at least 20 in the case of the inner chambers of these coated stainless steels treated in the same way as the inner clamps, is cut up and metallographically at least 20. In the case of These indoor investigations fail the test. It is found that the nickel chambers are 50 μ thick after a very short time due to distortion and aluminide layer. Under this surface cracking due to the incompatibility of the covering is a 25μ thick two-phase diffusion layer with the base metal. 45 watch.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings
Claims (3)
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- 1968-05-15 GB GB2309868A patent/GB1169505A/en not_active Expired
- 1968-05-16 FR FR1567458D patent/FR1567458A/fr not_active Expired
- 1968-05-16 DE DE19681751360 patent/DE1751360B1/en active Pending
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Also Published As
Publication number | Publication date |
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GB1169505A (en) | 1969-11-05 |
FR1567458A (en) | 1969-05-16 |
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