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HITZEBESTANDIGE GUSSEISENLEGIERUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Gußeisenlegierung, die vorzugsweise
für Auspuffkrümmer geeignet ist.
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In den letzten Jahren ist im Zusammenhang mit den verschärften Abgasvorschriften
ein Trend zur Erhöhung der Auspufftemperaturen von Automobilen festzustellen.Hierdurch
wird die Lebensdauer bisheriger aus unlegiertem Grauguß hergestellter Auspuffkrümmer
erheblich herabgesetzt. Zur Behebung dieses Mangels sind in letzter Zeit relativ
teure Werkstoffe, zum Teil auf Kugelgraphitgußeisenbasis, erprobt worden. Neben
dem hohen Preis wirkt sich die schwierigere Herstellungsweise nachteilig aus Die
vorliegende Erfindung betrifft nun eine Gußeisenlegierung ohne die genannten Mängel.
Sie ist sowohl preiswert als auch leicht herstell- und bearbeitbar. Sie besteht
aus im Automobilbau üblichen Grauguß mit einen Hochtemperaturlegierungszusatz.
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Hochtemperaturlegierungen, auch Superlegierungen genannt, weisen hohe
Kriechfestigkeit und gute Dauerfestigkeit bei Temperaturen oberhalb von etwa 900
OC auf; sie werden in der Luftfahrttechnik, speziell in den Antriebsaggregaten,
ferner in der Atomindustrie, im Turbinenbau und teilweise in der chemischen Industrie
eingesetzt. Sie bestehen hauptsächlich aus Nickel, Kobalt, Chrom und Molybdän und
enthalten kleinere Mengen an Eisen, Wolfram, Titan, Aluminium, Vanadin oder N1ob.
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Der Nickelanteil liegt meist zwischen 50 und 80 t. Bekann"Lc Marken
sind z.B. Illium, Inconel, Incoley, Nimonic, HasteLloy, Rene 41, Stellite, Udimet
700, Unitemp 5 816, die häufig
für Gasturbinenteile, Brennkammern
und teilweise auch für korrosionsbeanspruchte Teile, insbesondere im Flugzeugbau,
eingesetzt werden.
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Die Haltbarkeit solcher Teile ist bei hohen Temperaturen begrenzt;
sie werden deshalb aus Sicherheitsgründen vorzeitig nach genau festgelegter Einsatzzeit
gegen Neuteile ausgetauscht.
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Schrotte dieser Superlegierungen fallen, z.B. aus der Luftfahrt, regelmäßig
an. Ihre Wiederverwendung durch Umschmelzen ist jedoch eingeschränkt, weil viele
dieser Teile nur aus NeumeLallen hergestellt werden dürfen. Andererseits ist die
Aufarbeitung zu Reinmetallen schwierig; der Schrottpreis ist dementsprechend meist
niedriger als der Neuwert der einzelnen Komponenten.
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Auf der Suche nach Legierungsmetallen für hitzebeständiges Gußeisen
für den Automobilbau, speziell für Auspuffkrümmer, wurde nun gefunden, daß dieser
Schrott besonders geeignet ist.
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Die erfindungsgemäße Gußeisenlegierung, die vorzugsweise für Auspuffkrümmer
geeignet ist, ist dadurch gekennzeichnet, daß man dem für diese Zwecke üblichen
Gußeisen 0,5 - 8 %, vorzugsweise 1 - 2 %, einer Hochtemperaturlegierung auf Nickelbasis,
wie sie oben beschrieben ist, zulegiert, wobei die Hochtemperaturlegierung dem flüssigen
Gußeisen vor dem Vergießen vorzugsweise in Form von Schrott zugeschlagen wird.
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Dieses Zulegieren in den angegebenen Prozentverhältnissen zu Gußeisenlegierungen,
wie sie für die Automobilindustrie üblicherweise erschmolzen werden, führt zu bemerkenswerten
Festigkeitssteigerungen im Gußzustand und im 10mal bei 800 OC geglühten Zustand.
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Beispiele an einer geimpften Graugußlegierung mit 3,35 % C, 2,45 %
Si, 0,66 % Mn, 0,105 % P, 0,115 % S sind in der nachfolgenden Tabelle angegeben:
Tabelle
1
Zugfestigkeit in N/mm2 Nr. Material Gußzustand 10 x 15 min bei 800 OC geglüht,
luftgekühlt 1 unlegiert 193 135 2 legiert mit 1,5 % Superlegierung 277 209 3 legiert
mit 2,0 % Superlegierung 298 226 4 legiert mit 2 % Superlegierung f 0,25 % Mo 320
238 Die unter der Bezeichnung '§Superlegierung" bekannte Legierung wurde in Form
unsortierter, gebrauchter Flugzeugturbinenschaufeln einlegiert; geprüft wurden Probestäbe
von 30 mm Rohgußdurchmesser.
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Das Zulegieren dieser Schrotte führt trotz der hohen Chromgehalte
nur zu unwesentlichen Erhöhungen der Härte, wie folgende Tabelle 2, Legierungen
1 - 3, zeigt: Tabelle 2 2 Härte HB 30/5 in N/9,81 mm Nr. Material Gußzustand 10
x 15 min bei 800 Oc geglüht, luftgekühlt 1 unlegiert 197 112 2 legiert mit 1,5 %
Superlegierung 209 143 3 legiert mit 2,0 % Superlegierung 222 154 4 legiert mit
2 % Superlegierung + 0,25 % Mo 244 172
Damit ist einwandfreie Bearbeitbarkeit
des legierten Werkstoffes im Gußzustand gewährleistet. Die Härte des unlegierten
Eisens ist durch die Glühbehandlung auf einen sehr niedrigen, für Automobilguß ungünstigen
Wert abgefallen; bei den legierten hält sich der Härteabfall in vertretbaren Grenzen.
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Die Bearbeitbarkeit ist bei allen geglühten Proben ausgezeichnet.
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Metallographisch wurde in der unlegierten geglühten Probe überwiegend
Ferrit mit einzelnen Inseln von körnigem Restperlit gefunden. In den legierten geglühten
Proben war der Perlit zwar auch weitgehend zerfallen, ein kleiner Anteil von körnigem
Perlit ist jedoch in relativ gleichmäßiger Verteilung erhalten geblieben.
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Unter den zahlreichen Superlegierungstypen gibt es auch eine größere
Anzahl mit Molybdängehalten unter 5 %, so daß der Molybdängehalt des mit unsortiertem
Schrott legierten Eisens entsprechend niedrig ausfallen kann. Es hat sich als vorteilhaft
herausgestellt, bei der Verwendung von unsortierten Superlegierungen noch etwas
Molybdän nachzulegieren, damit der Molybdängehalt des legierten Eisens einen Wert
von etwa 0,25 % nicht unterschreitet. In den Tabellen 1 und 2, jeweils unter Nr.
4, ist eine Legierung mit 2 % Superlegierungs- und 0,25 % Molybdänzusatz aufgeführt,
die insgesamt 0,48 % Mo enthält.
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Sie weist sehr hohe Festigkeit auf.
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Die erfindungsgemäßen legierten Gußeisensorten eignen sich besonders
für Automobilteile, die wechselnd hohen Temperaturen ausgesetzt sind, insbesondere
für Auspuffkrümmer, deren Lebensdauer unter den genannten Temperaturbedingungen
wesentlich erhöht wird. Der Legierungsgehalt gewährleistet auch nach längerer Betriebszeit
eine ausreichende Festigkeit.
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Für hochbelastete Motoren eignen'sich Auspuffkrümmer, die mit etwa
2 - 2,5 % Superlegierungen und etwa 0,2 - 0,5 % Ferromolybdän legiert und zur leichteren
Bearbeitung kurzzeitig bei 800 OC geglüht sind. Durch die Glühung wird ein Teil
des Perlits gekörnt oder zum Zerfall gebracht, wodurch
der größte
Teil des "Wachsens" des Gußeisens abgeschlossen wird Weitere Glühungen im Temperaturbereich
der Perlitumwand--lung, wie sie im Motorenbetrieb auftreten können, führen dann
kaum zum weiteren Wachsen und damit auch nicht zu unkontrolliertem Spannungsaufbau
im fertig montierten Gußteil.