DE2425271B1

DE2425271B1 - Verwendung eines knetbaren Nickelwerkstoffs

Info

Publication number: DE2425271B1
Application number: DE19742425271
Authority: DE
Inventors: Gerhard Dipl-Ing Koehlert; Berthold Dr Wenderott
Original assignee: Ver Deutsche Metallwerke AG
Current assignee: Ver Deutsche Metallwerke AG
Priority date: 1974-05-24
Filing date: 1974-05-24
Publication date: 1975-06-05
Also published as: DE2425271A1

Description

Die ausführbare Steinfußlänge und die Wärmeleitfähigkeit des Elektrodenwerkstoffs, stehen über eine e-Funktion miteinander in Zusammenhang. Im Bereich niedriger Wärmeleitfähigkeitswerte bringt
eine Verbesserung einen deutlichen Anstieg der ausführbaren Steinfußlänge, während im Bereich hoher Wärmeleitfähigkeitswerte eine Verbesserung nur noch einen vergleichsweise geringen Anstieg der ausführbaren Steinfußlänge mit sich bringt.
Die Zahlenangaben der folgenden Tabelle verdeutlichen diesen Zusammenhang, wobei die Werte in den Klammern jeweils die prozentuale Änderung gegenüber dem nächstniedrigeren Wert in der Zeile darüber bedeuten. Es ist deutlich zu erkennen, daß z. B. beim Übergang von einem gebräuchlichen Elektrodenwerkstoff auf den erfindungsgemäßen Werkstoff, die Steigerung der Wärmeleitfähigkeit um 53 O/o eine Verbesserung der Steinfußlänge um 13 0/0 ergibt, während eine Steigerung der Wärmeleitfähigkeit um rd. 400 0/o (beim Übergang von Platin auf Gold), nur noch eine Verbesserung der Steinfußlänge um 21 O/o mit sich bringt.
Werkstoff Wärmeleitfähigkeit Steinfußlänge bei 5000 C in (mm) cal/cm sec OC NiCrsMnSi 0,065 9,1 NiMn3Si 0,095 (46°/o) 10,8 (190/o) Nickel gemäß 0,145 (53 0/o) 12,2 (13 O/o) der Erfindung Platin 0,178 (23 0/o) 12,4 (2°/o) Gold 0,715 (4020/o) 15,0 (21 O/o) Silber 0,970 (36°/o) 15,2 (l,50/o) Die Anwendung des erfindungsgemäßen Zündkerzenwerkstoffes bringt also eine deutliche Verbesserung der Steinfußlänge bis in einen Bereich, der selbst von Platin nur geringfügig übertroffen wird.
Die mit dem erfindungsgemäßen Werkstoff erreichbaren Steinfußlängen reichen also bis an den Bereich heran, der nur mit den aus wirtschaftlichen Gründen indiskutablen Edelmetallen realisiert werden könnte.
Versuche haben auch gezeigt, daß sich der erfindungsgemäß zu verwendende knetbare Nickelwerkstoff hinsichtlich der Abbrandfestigkeit, den bisher verwendeten Werkstoffen weit überlegen zeigt, was mit dem Fehlen von »Desoxidationsrückständen« und überschüssigen Desoxidationsmitteln im Gefüge zu erklären ist. Wegen der besseren Selbstreinigung und der höheren Abbrandfestigkeit, weisen Zündkerzen, deren Elektroden erfindungsgemäß aus einem mit Sauerstoff und bestimmten anderen Elementen legierten knetbaren Nickelwerkstoff hergestellt sind, eine wesentlich höhere Standfestigkeit und Lebensdauer auf, die je nach der Zusammensetzung der Brennstoffe und der entstehenden Abgase um das 6- bis 1 Ofache höher liegen, als bei den herkömmlichen Zündkerzenwerkstoffen.
Bei herkömmlichen Zündkerzen wird beispielsweise ein Auswechseln nach 10 000 km Fahrleistung empfohlen. Demgegenüber sind Kerzen mit dem erfindungsgemäßen Werkstoff inzwischen bereits über mehr als 50 000 km im Einsatz, ohne daß ein meßbarer Verschleiß festzustellen wäre. Über längere Zeit einwandfrei funktionsfähige Zündkerzen ersparen nicht nur die Arbeit und die Kosten für das Auswechseln, sie senken auch den spezifischen Brennstoffverbrauch.

Claims

Patentansprüche: 1. Verwendung eines knetbaren Nickelwerkstoffs, hergestellt nach dem Verfahren, bei dem aus einer Schmelze mit 0,01 bis 0,15°/o Sauerstoff, Rest Nickel, ein Block gegossen, anschließend durch Warmumformen des Blockes eine Zerstörung des Nickel-Nickeloxid-Eutektikums und eine Feinverteilung des Nickeloxids im Gefüge herbeigeführt wird, nach Patentanmeldung P 24 04 256.6-24, als Werkstoff für Gegenstände, die wie Zündkerzenelektroden hohen korrosiven, thermischen und mechanischen Beanspruchungen unterliegen.
2. Verwendung eines knetbaren Nickelwerkstoffs, hergestellt und zusammengesetzt nach Anspruch 1, mit 0,02 bis 0,12°/o Sauerstoff für den Zweck gemäß Anspruch 1.
3. Verwendung eines knetbaren Nickelwerkstoffs, hergestellt und zusammengesetzt nach Anspruch 1, wobei von einer Schmelze ausgegangen worden ist, die außerdem noch Elemente enthält, deren Sauerstoffaffinität - ausgedrückt durch den negativen Zahlenwert der Bildungsenthalpie in kcal/Mol - nicht größer ist als die von Mangan (92 kcal/Mol MnO), und zwar in Gestalten, bis zu denen mit Nickel lückenlose Mischbarkeit gewährleistet ist, für den Zweck gemäß Anspruch 1.
4. Verwendung eines knetbaren Nickelwerkstoffs, hergestellt und zusammengesetzt nach einem der Ansprüche 1 bis 3, nach einer abschließenden Lösungsglühung von 1 bis 3 Stunden bei 550 bis 6500 C, für den Zweck nach Anspruch 1.

Die Erfindung betrifft die Verwendung eines knetbaren Nickelwerkstoffs, der aus einer Schmelze mit 0,01 bis 0,15°/o Sauerstoff, Rest Nickel, sowie durch Warmumformung des Gußblocks zur Zerstörung des Nickel-Nickeloxid-Eutektikums und Feinverteilung des Nickeloxid im Gefüge hergestellt ist.

In der Patentanmeldung P 24 04 256.6-24 ist dargelegt, daß und warum bei der Herstellung knetbarer Nickelwerkstoffe nach dem Stand der Technik üblicherweise eine Entgasung unter Ausnutzung der bekannten Koch-Reaktion bei der Bildung von Kohlenmonoxid und anschließend eine Desoxidation der Schmelze mit sauerstoffaffinen Elementen vorgenommen wird. Es ist in der genannten Patentanmeldung weiterhin dargelegt, daß bei dieser Herstellungsweise notwendigerweise Desoxidationsrückstände in den Nickelwerkstoffen verbleiben, die bei der Weiterverarbeitung und Verwendung zu erheblichen Schwierigkeiten führen können.

Gemäß der Patentanmeldung P 2404256.6-24 wird daher vorgeschlagen, knetbare Nickelwerkstoffe in der Weise herzustellen, daß aus einer Schmelze mit 0,01 bis 0,15 O/o Sauerstoff, Rest Nickel, ein Block gegossen und anschließend durch Warmumformung des Blockes eine Zerstörung des Nickel-Nickeloxid-Eutektikums und eine Feinverteilung des Nickeloxids im Gefüge herbeigeführt wird.

Überraschenderweise hat sich nun herausgestellt, daß ein auf diese Weise hergestellter knetbarer Nickelwerkstoff sich vorzüglich als Werkstoff für Gegenstände eignet, die wie Zündkerzenelektroden hohen korrosiven, thermischen und mechanischen Beanspruchungen unterliegen.

Für den gleichen Zweck und nach der gleichen Behandlung werden vorzugsweise knetbare Nickelwerkstoffe verwendet, mit einem Sauerstoffgehalt von 0,02 bis 0,12 O/o, Rest Nickel.

Desgleichen sind knetbare Nickelwerkstoffe nach der genannten Behandlung und für den genannten Zweck verwendbar, die neben einem Sauerstoffgehalt von 0,01 bis 0,150/0 noch Elemente enthalten, deren Sauerstoffaffinität - ausgedrückt durch den negativen Zahlenwert der Bildungsenthalpie in kcal/Mol -nicht größer ist, als die von Mangan (92 kcal/Mol MnO), und zwar in Gehalten. bis zu denen mit Nickel lückenlose Mischbarkeit gewährleistet ist.

Als besonders zweckmäßig hat sich herausgestellt, wenn die vorgenannten knetbaren Nickelwerkstoffe nach Fertigstellung der Halbzeuge zur Zerstörung des Nickel-Nickeloxid-Eutektikums und zur Feinverteilung des Nickeloxids Im creluge aoscnlleut;llcl u;n einer Lösungsglühung von 1 bis 3 Stunden bei 550 bis 6500 C unterworfen werden, bevor sie bestimmungsgemäß verwendet werden. Der bei diesen Temperaturen gelöste und bei den höheren Gebrauchstemperaturen in feiner Form wieder ausgeschiedene Sauerstoff verleiht den Nickelwerkstoffen eine besonders hohe Resistenz, vor allem gegenüber heißen Motorgasen. Die erfindungsgemäßen knetbaren Nikkelwerkstoffe gehören nämlich zu den ganz wenigen Legierungen, bei denen die Löslichkeit tür Sauerstoff mit abnehmender Temperatur merklich zunimmt.

Im folgenden werden die hervorragenden Eigenschaften des knetbaren Nickelwerkstoffs an Hand der Ergebnisse, die bei dessen Verwendung als Werkstoff für Zündelektroden gefunden wurden, näher erläu tert.

Im Hinblick auf die Selbstreinigung von Zündkerzen, hat sich bei vorgegebenem Wärmewert der Zündkerze die sogenannte Steinfußlänge als besonders bedeutungsvoll herausgestellt. Je größer die Steinfußlänge ist, desto besser sind die Voraussetzungen für eine Selbstreinigung der Zündkerzen auch unter ungünstigen Betriebsbedingungen. Die ausführbare Steinfußlänge wird jedoch durch die Wärmeleitfähigkeit des für die Mittelelektrode benutzten Werkstoffs begrenzt. Zur Herstellung von Zündkerzen wird daher ein Material benötigt, das neben einer guten Wärmeleitfähigkeit auch eine hohe Abbrandfestigkeit unter Betriebsbedingungen aufweist. Auf der anderen Seite muß der zur Herstellung von Zündkerzenelektroden vorgesehene Werkstoff selbstverständlich auch wirtschaftlich sein, weshalb beispielsweise die Anwendung von Silber, Gold oder Platin nicht in Betracht kommt.

Da der mit Sauerstoff legierte knetbare Nickelwerkstoff gegenüber bisher üblichen Zündkerzenwerkstoffen, wie z. B. NiMn3Si oder NiCr5MnSi, eine deutlich bessere Wärmeleitfähigkeit aufweist, läßt sich damit eine größere Steinfußlänge realisieren, ohne daß auf einen preislich nicht tragbaren Werk.

stoff zurückgegriffen werden müßte.