DE2412923B2

DE2412923B2 - Verwendung eines rostfreien, aushärtbaren Stahles für Auslaßventile von Verbrennungskraftmaschinen

Info

Publication number: DE2412923B2
Application number: DE19742412923
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: CREUSOT-LOIRE PARIS
Current assignee: CREUSOT-LOIRE PARIS
Priority date: 1973-04-12
Filing date: 1974-03-18
Publication date: 1975-10-16
Also published as: IT1011555B; GB1413934A; FR2225536A1; DE2412923A1; FR2225536B1

Description

Die Erfindung betrifft die Verwendung eines rostfreien, aushärtbaren Stahles als Werkstoff für die Herstellung von Auslaßventilen von Verbrennungskraftmaschinen.

Es ist bekannt, daß die Sitze von Auslaß- oder Ausströmventilen sowohl dem Hitzeverschleiß widerstehen, also eine ausreichende Warmhärte aufweisen, als auch gegenüber Heißkorrosion in Gegenwart von Auspuffgasen beständig sein müssen.

Meistens verwendet man hierfür bisher einen Chromstahl des französischen Typs »Z55 CMN 21-10-4« mit Stickstoffgehalt etwa einer Zusammensetzung der folgenden Analyse:

C 0,5—0,6%

Si 0,5—0,7%

Mn 9—10%

Ni 4%

Cr 21%

N₂ 0,4—0,5%

Nb 0,5%

Der Ventilsatz aus einem solchen Stahl wird noch mit einer Legierung auf Kobaltbasis überzogen.

Diese Legierung weist die folgende Zusammensetzung auf:

C 1—1,8%

Cr 26—30%

Ni 3%

W 4—9%

Co Basis

Mo unter 1%

Fe unter 1,5%

Dieser überzug macht etwa 60% des Gesamtgestehungsprcises des Ventils aus, was erheblich ist.

Nun stellt man bei Gefügeunlersuchungen des bekannten Stahls »Z 55 CMN 21-10-4« mit" Stickstoffgehalt im abgeschreckten Zustand unabhängig von der Abschrecktemperatur ein Gefüge fest, das chromreiche Karbide des Typs M₂₃C,, enthält, wodurch die Matrix des Gefügcs an Chrom verarmt, das bekanntlich das Hauplclement zum Erhalten einer guten Korrosionsbeständigkeit ist. Außerdem begünstigt ein lan»es Halten des Stahls in einem TemperaturbereiclTzwischen 600 und 800^DC, der den Betriebstemperaturen des Ventils entspricht, an den Korngrenzen die Bildung einer feinen und dichten Sekundärausscheidungsphase, die ebenfalls zum größeren Teil aus Chromkarbid besteht. Die sich so ergebende Verarmung der Matrix an Chrom führt zu einer ausgeprägten Tendenz des Stahls zur interkristallinen Korrosion während seiner Verwendung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrundf. ausgehend von dem bekannten Auslaßventilstahl, die Verwendung eines Stahles vorzuschlagen, bei dem die auf Chromkarbidausscheidungen zurückzuführende Verschlechterung der Warmkorrosionsbeständigkeit praktisch vermieden wird, jedoch die Warmfestigkeil des bekannten Stahls erhalten bleibt.

Der Grundgedanke der Erfindung zum Erreichen des gesteckten" Ziels ist der. die ungünstigen Chromkarbidausscheidungen durch Senken des Kohlenstoffgehalts des zu verwendenden Stahls zu verringern oder zu vermeiden und die dadurch verursachten unerwünschten Änderungen des Gefüges und die verringerte mechanische Festigkeit durch Sicherslellung des austenitischen Gefügezustands und der gewünschten mechanischen Festigkeit durch zusätzliche Legierungselemente in bestimmter Menge auszugleichen.

Ein Stahl, der in Teilbereichen seiner Zusammensetzungsgrenzen diese Voraussetzungen erfüllt, ist aus der US-PS 28 79 194 bekannt, wonach er aus bis zu 0 15% Kohlenstoff, 0,3 bis 1,5% Silizium, bis zu 2,5% Mangan, 10 bis 30% Nickel, 7 bis 23% Chrom, bis zu 6% Molybdän, 1,3 bis 3,5% Titan, bis zu 0.5% Aluminium, bis zu 0,5% Bor, Rest Eisen bestehen kann und als solcher nach einer vielstufigen Aushärtungsbehandlung für Gasturbinen und Düsenantriebe verwendet wird.

Gegenstand der Erfindung, womit die genannte Aufgabe gelöst wird, ist nun die Verwendung eines rostfreien, aushärtbaren Stahles mit hoher Festigkeit bei erhöhten Temperaturen und guter Korrosionsbeständigkeit, bestehend aus

0,02 bis 0,20% Kohlenstoff,

0,1 bis 0,6% Silizium,

0,1 bis 0,5% Mangan,
18 bis 20% Nickel,
18 bis 21% Chrom,

2,5 bis 3,5% Molybdän,

2 bis 3% Titan,

0,2 bis 0,4% Aluminium,

0,003 bis 0,005% Bor,
Rest Eisen und

herstellungsbedingten Verunreinigungen als Werkstoff zur Herstellung von Auslaßventilen von Verbrennungskraftmaschinen.

Diese Stähle unterscheiden sich von den Stählen des Typs »Z 55 CMN 21-10-4« durch ihren sehr geringen Kohlenstoffgehalt, durch wesentlich niedrigere Gehalte an Mangan und Stickstoff, durch höheren Gehalt an Nickel, und durch weitere Zusätze, wie Molybdän, Titan, Aluminium und Bor.

Diese Stähle haben die folgenden Eigenschaften:

1. Ihr austenitisches Gefüge wird durch einen hohen Gehalt an Nickel gesichert, der nicht unter 18% sein darf.

2. Im abgeschreckten Zustand treten nur einige Ausscheidungen auf der Basis von Titan, die praktisch

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frei von Chrom sind, auf. Ein langes Anlassen des Stahls in einem Temperaturbereich zwischen 700 und 800⁰C führt zu einer Gefügehärtung im wesentlichen auf Grund der Ausscheidung einer intermetallischen Phase des Typs Ni₃ (Al, Ti) in Auslenit. Diese Aus- S scheidung, die praktisch ohne Änderung des Chromgehalts der Matrix erfolgt, verleiht dem Stahl seine besonderen mechanischen Eigenschaften.

3. Dieses austenitische Gefüge mit hohem und homogenem Chromgehalt weist eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit im geschmolzenen Bleioxid bei 930⁼C auf. Diese Beständigkeit ist um so besser.

je geringer der Kohlenstoffgehall in dem angegebenen Bereich ist.

4. Die Anwesenheit von Molybdän und Bor in der Stahlzusammensetzung bewirkt trotz des geringen Kohlenstoffgehalts ein gutes mechanisches Verhalten in der Hitze.

Zum besseren Verständnis der Erfindung soll ein Ausführungsbeispiel beschrieben werden, dessen Ergebnisse mit einem ernndungsgemäß zu verwendenden Stahl folgender Zusammensetzung erhalten wurden:

C 0.03%

Mn 0,28%

Si 0.56%

Ni 20%

Cr 20.4%

Mo 3,20%

Ti 2.33%

Al 0.36%

B 0.004%

Fe und Verunreinigungen .... Rest

1. In dem von HOO⁰C abgeschreckten und bei 75O⁰C 24 Stunden angelassenen Zustand ist die mc-923

chanische Festigkeit des erfindungsgemäß zu verwendenden Stahls bei Temperaturen bis 800" C dem des Stahls »Z 55 CMN 21-10-4« überlegen, also in einem den ganzen Betriebstemperaiurbereich der Vertue deckenden Temperaturbereich.

Stahl	Festigkeit (kg	mm\l	800 C	850 C
	65(JC 700 C	: 750 c	38	30
»Z 55 CMN	55 52	45
21-Ί0-4«			40	20
Erfindungsgemäß	78 71	55
zu verwendender
Stahl

2. Die in geschmolzenem Bleioxid bei 930" C mit den abgeschreckten und angelassenen Stählen durchgeführten Korrosionsversuche ergaben folgende mittlere Resultate:

»Z 55 CMN 21-10-4«
Frtinduncseemäß zu verwendender Stahl

Minierer Gewichtsverlust

(c dm²i

17 12

Somit ergibt sich beim erfir.dungsgemäß zu verwendenden Stahl eine Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit in der Größenordnung von 30% gegenüber dem bekannten Stahl, so daß das Ziel der Erfindung erreicht ist.

Claims

Patentanspruch:

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Verwendung eines rostfreien, aushärtbaren Stahles mit hoher Festigkeit bei erhöhten Temperaturen und guter Korrosionsbeständigkeit, bestehend aus

0,02 bis 0,20% Kohlenstoff, 0,1 bis 0,6% Silizium,

0,1 bis 0,5% Mangan,
18 bis 20% Nickel,
18 bis 21% Chrom,

2,5 bis 3,5% Molybdän,

2 bis 3% Titan,

0,2 bis 0,4% Aluminium, 0,003 bis 0,005% Bor,
Rest Eisen und

herstellungsbedingten Verunreinigungen als Werkstoff zur Herstellung von Auslaßventilen von Verbrennungskraftmaschinen.