DE4394318C2 - Use of a heat-resistant alloy based on FE to produce a pre-combustion chamber block for diesel engines - Google Patents
Use of a heat-resistant alloy based on FE to produce a pre-combustion chamber block for diesel enginesInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft die Verwendung einer hitzebeständigen Legierung auf Fe-Basis zur Herstellung eines Vorverbrennungskam merblocks für Dieselmotoren, der ausgezeichnete Hochtempera turoxidationsbeständigkeit und thermische Schockbeständigkeit zeigt.The present invention relates to the use of a heat resistant Fe-based alloy for pre-combustion merblocks for diesel engines, the excellent high temperature Resistance to oxidation and thermal shock shows.
Im allgemeinen wird ein Block 1, wie der in Fig. 1 gezeigte, in einer Vorverbrennungskammer eines Dieselmotors angeordnet. Block 1 muß daher beständig gegen thermischen Schock und beständig gegen Hochtemperaturoxidation sein.Generally, a block 1 , such as that shown in Fig. 1, is placed in a pre-combustion chamber of a diesel engine. Block 1 must therefore be resistant to thermal shock and resistant to high temperature oxidation.
Fig. 1 ist eine Querschnittsansicht eines Teils der Vorver brennungskammer für den Dieselmotor. In Fig. 1 bedeutet die Bezugszahl 2 eine Einspritzdüse. Die Bezugszahl 3 bedeutet eine Glühkerze. Die Bezugszahl 4 bedeutet einen Zylinder block. Die Bezugszahl 5 bedeutet einen Kolben. Der in Fig. 1 gezeigte Block 1 ist im allgemeinen aus einer hitzebeständi gen Legierung auf Ni-Basis hergestellt, deren Zusammensetzung im wesentlichen aus in Gew.-% (alle nachfolgend angegebenen Prozentangaben sind Gew.-%, wenn nichts anderes angegeben ist), 20% Cr, 2,4% Ti, 1,2% Al, 0,12% C, Rest Ni, besteht. Fig. 1 is a cross-sectional view of part of the pre-combustion chamber for the diesel engine. In Fig. 1, reference numeral 2 denotes an injection nozzle. The reference number 3 means a glow plug. The reference number 4 means a cylinder block. Reference number 5 means a piston. The block 1 shown in Fig. 1 is generally made of a resistant plants gen Ni-base, the composition consisting essentially of in wt .-% (all percentages are given below wt .-% unless otherwise noted) 20% Cr, 2.4% Ti, 1.2% Al, 0.12% C, balance Ni.
Legierungen auf Nickelbasis sind schon aus DE-OS-22 11 229 bekannt, die al lerdings deren Verwendung für hitze- und säurebeständige Rohre beschreibt.Nickel-based alloys are already known from DE-OS-22 11 229, which al but describes their use for heat and acid resistant pipes.
In den letzten Jahren gibt es einen zunehmenden Bedarf für billige Dieselmotoren. In den zurückliegenden Jahren wurden Hochleistungsdieselmotoren hergestellt und daher besteht ein Bedarf für einen Block, der in der Vorverbrennungskammer montiert ist und der höhere Oxidationsbeständigkeit und höhe re thermische Schockbeständigkeit zeigt. Der herkömmliche Vorverbrennungskammerblock aus hitzebeständiger Legierung auf Ni-Basis ist teuer und kann somit den Anforderungen für eine Reduktion in den Produktionskosten nicht genügen. Außerdem zeigt der herkömmliche Vorverbrennungskammerblock keine aus reichenden Hochtemperatureigenschaften. Dieses Problem soll durch die vorliegende Erfindung gelöst werden.In recent years there has been an increasing need for cheap diesel engines. In the past few years High performance diesel engines manufactured and therefore there is a Need for a block that is in the pre-combustion chamber is mounted and the higher oxidation resistance and height re shows thermal shock resistance. The conventional one Pre-combustion chamber block made of heat-resistant alloy Ni base is expensive and can therefore meet the requirements for one Reduction in production costs is not enough. also the conventional pre-combustion chamber block shows none sufficient high temperature properties. This problem is supposed to be solved by the present invention.
Als Mittel zur Lösung des Problems wurden intensive Unter suchungen durchgeführt und dabei gefunden, daß ein Vorver brennungskammerblock für einen Dieselmotor, für den eine hitzebeständige Legierung auf Fe-Basis zur Herstellung verwendet worden ist, deren Zusammensetzung im wesentlichen wie folgt ist:As a means of solving the problem, intensive sub searches carried out and found that a preliminary Combustion chamber block for a diesel engine, for one heat-resistant Fe-based alloy used for manufacturing whose composition is essentially as follows:
28 bis 33% Cr
2 bis 10% Co
0,1 bis 1,5% Mn
0,02 bis 0,5% C
26 bis 32% Ni
0,1 bis 1% Nb
0,1 bis 1,5% Si
0,05 bis 0,5% N28 to 33% Cr
2 to 10% Co
0.1 to 1.5% Mn
0.02 to 0.5% C
26 to 32% Ni
0.1 to 1% Nb
0.1 to 1.5% Si
0.05 to 0.5% N
Rest Eisen und unvermeidliche Verunreinigungen, zusätzlich gegebenenfalls 1 bis 5% W, billiger ist als die herkömmliche Legierung und ausgezeichnete Hochtemperaturoxidationsbeständig keit und thermische Schockbeständigkeit zeigt.Rest iron and inevitable impurities, additionally, if necessary, 1 to 5% W, is cheaper than the conventional one Alloy and excellent high temperature oxidation resistance and thermal shock resistance.
Die vorliegende Erfindung beruht auf der oben beschriebenen Erkenntnis. Die Menge jedes dieser Elemente, welche Bestand teile der hitzebeständigen Legierung auf Fe-Basis sind und den Vorverbrennungskammerblock für den Dieselmotor bilden, ist aus den folgenden Gründen auf den oben genannten Bereich beschränkt:The present invention is based on that described above Understanding. The set of each of these items, which inventory are parts of the heat-resistant alloy based on Fe and form the pre-combustion chamber block for the diesel engine, is on the above range for the following reasons limited:
Cr:
Das Vorliegen von Cr in Austenit verbessert die Hochtempera
turoxidationsbeständigkeit des Vorverbrennungskammerblocks
für den Dieselmotor sehr stark. Die gewünschte Eigenschaft
von Cr in der hitzebeständigen Legierung auf Fe-Basis, die
zur Herstellung des Vorverbrennungskammerblocks für den Die
selmotor gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird,
liegt im Bereich zwischen 28 und 33%, da weniger als 28% Cr
nicht genug ist, um die oben beschriebenen Effekte zu errei
chen und da mehr als 33% Cr rasch die Hochtemperaturfestig
keit und Zähigkeit der Legierung vermindert.Cr:
The presence of Cr in austenite greatly improves the high temperature oxidation resistance of the pre-combustion chamber block for the diesel engine. The desired property of Cr in the heat-resistant Fe-based alloy used to manufacture the pre-combustion chamber block for the diesel engine according to the present invention ranges from 28 to 33% because less than 28% Cr is not enough to to achieve the effects described above and since more than 33% Cr quickly reduces the high temperature strength and toughness of the alloy.
Ni:
Das Vorliegen von Ni stabilisiert die Austenitstruktur und
verbessert somit die Normaltemperatur- und Hochtemperaturfe
stigkeit der hitzebeständigen Legierung auf Fe-Basis des
Vorverbrennungskammerblocks des Dieselmotors und verbessert
die Hochtemperaturoxidationsbeständigkeit desselben stark.
Der bevorzugte Mengenanteil an Ni in der hitzebeständigen
Legierung auf Fe-Basis, die zur Herstellung des Vorverbren
nungskammerblocks für den Dieselmotor gemäß der Erfindung
verwendet wird, liegt zwischen 26 und 32%, da weniger als 26%
Ni nicht genug ist, um die oben beschriebenen Effekte zu
bewirken und da mehr als 32% Ni eine Verminderung am Mengen
anteil von Cr erforderlich macht und daher die Hochtempera
turoxidationsbeständigkeit der hitzebeständigen Legierung auf
Fe-Basis verschlechtert.Ni:
The presence of Ni stabilizes the austenite structure and thus improves the normal temperature and high temperature resistance of the heat-resistant Fe-based alloy of the pre-combustion chamber block of the diesel engine and greatly improves the high temperature oxidation resistance thereof. The preferred level of Ni in the heat-resistant Fe-based alloy used to manufacture the pre-combustion chamber block for the diesel engine according to the invention is between 26 and 32%, since less than 26% Ni is not enough to achieve those described above Effects and because more than 32% Ni requires a reduction in the amount of Cr and therefore deteriorates the high temperature oxidation resistance of the heat-resistant Fe-based alloy.
Co:
Das Vorliegen von Co in der Austenitstruktur verbessert die
Hochtemperaturfestigkeit und Hochtemperaturoxidationsbestän
digkeit der hitzebeständigen Legierung auf Fe-Basis für den
Vorverbrennungskammerblock des Dieselmotors sehr stark und
verhindert die Bildung von Rissen während des Erhitzens und
Abkühlens. Der bevorzugte Mengenanteil an Co in der hitzebe
ständigen Legierung auf Fe-Basis, die zur Herstellung des
Vorverbrennungskammerblocks für den Dieselmotor gemäß der
Erfindung verwendet wird, liegt zwischen 2 und 10%, da weni
ger als 2% Co nicht ausreicht, um die oben beschriebenen
Effekte zu gewährleisten und da mehr als 10% Co die oben
beschriebenen Effekte nicht weiter erhöhen.Co:
The presence of Co in the austenite structure greatly improves the high temperature strength and high temperature oxidation resistance of the heat-resistant Fe-based alloy for the pre-combustion chamber block of the diesel engine and prevents the formation of cracks during the heating and cooling. The preferred amount of Co in the heat-resistant Fe-based alloy used to manufacture the pre-combustion chamber block for the diesel engine according to the invention is between 2 and 10%, since less than 2% Co is not sufficient to that described above To ensure effects and since more than 10% Co does not further increase the effects described above.
Nb:
Nb bildet ein Carbid vom MC-Typ, das die Korngrenzen und das
Innere des Korns verfestigt, wenn der Mengenanteil desselben
in der Legierung 0,1% oder mehr beträgt. Mehr als 1% Nb ver
schlechtert die Festigkeit der Legierung. Somit liegt der
bevorzugte Mengenanteil von Nb im Vorverbrennungskammerblock
für einen Dieselmotor gemäß der Erfindung zwischen 0,1 und
1%.Nb:
Nb forms an MC-type carbide which solidifies the grain boundaries and the inside of the grain when the proportion thereof is 0.1% or more in the alloy. More than 1% Nb deteriorates the strength of the alloy. Thus, the preferred amount of Nb in the pre-combustion chamber block for a diesel engine according to the invention is between 0.1 and 1%.
Mn:
Die Einführung von Mn gewährleistet die Desoxidation während
des Schmelzens und stabilisiert die Austenitphase. Sie ver
hindert auch die Ausfällung der σ-Phase und verbessert daher
die Dehnung der Legierung. Der gewünschte Mengenanteil von Mn
in dem Vorverbrennungskammerblock für einen Dieselmotor gemäß
der vorliegenden Erfindung liegt zwischen 0,1 und 1,5%, da
weniger als 0,1% nicht genug ist, um die oben erwähnten Ef
fekte zu gewährleisten und da mehr als 1,5% Mn die Zähigkeit
der Legierung verschlechtert.Mn:
The introduction of Mn ensures deoxidation during melting and stabilizes the austenite phase. It also prevents the σ phase from precipitating and therefore improves the elongation of the alloy. The desired amount of Mn in the pre-combustion chamber block for a diesel engine according to the present invention is between 0.1 and 1.5% because less than 0.1% is not enough to ensure the above-mentioned effects and more than 1 , 5% Mn deteriorates the toughness of the alloy.
Si:
Die Einführung von Si gewährleistet die Desoxidierung während
des Schmelzens und verbessert die Gießbarkeit. Der bevorzugte
Mengenteil von Si im Vorverbrennungskammerblock für einen
Dieselmotor gemäß der vorliegenden Erfindung liegt im Bereich
zwischen 0,1 und 1,5%, da weniger als 0,1% nicht ausreicht,
um die oben beschriebenen Effekte zu gewährleisten und mehr
als 1,5% schädliche Phasen ausfallen läßt und daher die Zä
higkeit der Legierung verschlechtert.Si:
The introduction of Si ensures deoxidation during melting and improves castability. The preferred amount of Si in the pre-combustion chamber block for a diesel engine according to the present invention is in the range between 0.1 and 1.5% because less than 0.1% is insufficient to ensure the effects described above and more than 1.5 % harmful phases fail and therefore deteriorates the toughness of the alloy.
W:
Der gegebenenfalls Zusatz von W verstärkt die Legierung. Der
bevorzugte Mengenanteil an W in der Legierung ist zwischen 1
und 5%, da weniger als 1% die oben erwähnten Wirkungen nicht
gewährleistet und da mehr als 5% W die Hochtemperaturfestig
keit und die Hochtemperaturoxidationsbeständigkeit stark
verschlechtert.W:
The addition of W, if necessary, strengthens the alloy. The preferred amount of W in the alloy is between 1 and 5% because less than 1% does not guarantee the above-mentioned effects, and because more than 5% W greatly deteriorates the high temperature strength and high temperature oxidation resistance.
C:
C wird als Desoxidationsmittel zugesetzt. Der bevorzugte
Mengenanteil von C in der hitzebeständigen Legierung auf Fe-
Basis für den Vorverbrennungskammerblock des Dieselmotors
gemäß der vorliegenden Erfindung liegt zwischen 0,02 und
0,5%, da weniger als 0,02% die oben erwähnten Wirkungen nicht
gewährleistet und da mehr als 0,5% die Zähigkeit der Legie
rung verschlechtert.C:
C is added as a deoxidizer. The preferred amount of C in the heat-resistant Fe-based alloy for the pre-combustion chamber block of the diesel engine according to the present invention is between 0.02 and 0.5% because less than 0.02% does not ensure the above-mentioned effects and more than 0.5% deteriorates the toughness of the alloy.
N:
Die Zugabe von N stabilisiert die Austenitphase und die feste
Lösung härtet das Material. Der bevorzugte Mengenanteil von
N in der Legierung liegt zwischen 0,05 und 0,5%, da weniger
als 0,05% die oben erwähnten Wirkungen nicht gewährleistet
und da mehr als 0,5% Nitrid zum Ausfällen bringt und daher
die Zähigkeit der Legierung verschlechtert.N:
The addition of N stabilizes the austenite phase and the solid solution hardens the material. The preferred level of N in the alloy is between 0.05 and 0.5% because less than 0.05% does not ensure the effects mentioned above and because more than 0.5% causes nitride to precipitate and therefore the toughness of the alloy worsened.
Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung.The following examples illustrate the invention.
Hitzebeständige Legierungen auf Fe-Basis für Vorverbrennungs kammerblöcke Nr. 1 bis 22 für Dieselmotoren gemäß der Erfin dung (im folgenden als Blöcke gemäß der Erfindung bezeich net), hitzebeständige Legierungen auf Fe-Basis für Vorver brennungskammerblöcke Nr. 1 bis 14 für Dieselmotoren gemäß Vergleichsbeispielen (im folgenden als Blöcke der Vergleichs beispiele bezeichnet) und eine herkömmliche hitzebeständige Legierung auf Fe-Basis für einen Vorverbrennungskammerblock (im folgenden als herkömmlicher Block bezeichnet) für einen Dieselmotor wurden durch Vakuumschmelzen der hitzebeständigen Legierungen auf Fe-Basis der in den Tabellen 1 bis 4 angege benen Zusammensetzungen und dann Gießen der erhaltenen ge schmolzenen Metalle in die Formen nach dem Präzisionsgußver fahren mit verlorener Wachsform hergestellt. Die hergestell ten Blöcke hatten eine Form, die in Fig. 1 gezeigt ist und hatten einen Durchmesser von 30 mm und eine Dicke von 20 mm.Heat-resistant Fe-based alloys for pre-combustion chamber blocks No. 1 to 22 for diesel engines according to the invention (hereinafter referred to as blocks according to the invention), heat-resistant Fe-based alloys for pre-combustion chamber blocks No. 1 to 14 for diesel engines according to comparative examples (hereinafter referred to as blocks of comparative examples) and a conventional Fe-based alloy for a pre-combustion chamber block (hereinafter referred to as a conventional block) for a diesel engine were obtained by vacuum melting the Fe-based alloys shown in Tables 1 to 4 specified compositions and then pouring the obtained molten metals into the molds after the precision casting process made with lost wax mold. The blocks produced had a shape shown in Fig. 1 and had a diameter of 30 mm and a thickness of 20 mm.
Die Prüfung auf Hochtemperaturoxidationsbeständigkeit und die Prüfung auf thermische Schockbeständigkeit wurden an den hergestellten Blöcken 1 bis 22 gemäß der vorliegenden Erfin dung, den Blöcken 1 bis 14 der Vergleichsbeispiele und dem herkömmlichen Block in der nachstehend beschriebenen Weise durchgeführt. Die Ergebnisse der Prüfungen sind in den Tabellen 5 bis 8 gezeigt.The test for high temperature oxidation resistance and the Thermal shock resistance tests were carried out on the manufactured blocks 1 to 22 according to the present inven tion, blocks 1 to 14 of the comparative examples and the conventional block in the manner described below carried out. The results of the tests are in the Tables 5 to 8 are shown.
Proben für die Prüfung waren die Blöcke 1 bis 22 gemäß der vorliegenden Erfindung, die Blöcke 1 bis 14 der Vergleichs beispiele und der herkömmliche Block, die jeweils die in Fig. 1 gezeigte Form mit einem Durchmesser von 30 mm und einer Dicke von 20 mm hatten. Jede der Proben wurde in einer Erd gasflamme 300 Stunden lang gehalten, die Schwefelwasserstoff gas enthielt und eine Temperatur von 900°C hatte. Nachdem der auf der Oberfläche jeder der Proben gebildete Belag entfernt war, wurde die Gewichtsverminderung (mg) des Blocks gemessen, um die Hochtemperaturoxidationsbeständigkeit des Blocks zu bewerten.Samples for the test were the blocks 1 to 22 according to the present invention, the blocks 1 to 14 of the comparative examples and the conventional block each having the shape shown in FIG. 1 with a diameter of 30 mm and a thickness of 20 mm . Each of the samples was held in a natural gas flame for 300 hours containing hydrogen sulfide gas and a temperature of 900 ° C. After the film formed on the surface of each of the samples was removed, the weight reduction (mg) of the block was measured to evaluate the high temperature oxidation resistance of the block.
Proben für die Prüfung waren die Blöcke 1 bis 22 gemäß der Erfindung, die Blöcke 1 bis 14 der Vergleichsbeispiele und der herkömmliche Block. Ein Zyklus der Prüfung, der aus Er hitzen durch einen Propangasbrenner für 1 Minute und Wasser kühlung bestand, wurde wiederholt und ein in der Probe gebil deter Riß wurde für jeweils 20 Zyklen geprüft. Die Anzahl, die der Testzyklus wiederholt, bevor ein 3 mm langer Riß gebildet wurde, wurde gemessen, um die thermische Schock beständigkeit des Blocks zu bewerten.Samples for the test were blocks 1 to 22 according to the Invention, blocks 1 to 14 of the comparative examples and the conventional block. A cycle of testing that comes from Er heat through a propane gas burner for 1 minute and water cooling existed, was repeated and a sample was formed The crack was checked for 20 cycles each. The number, which the test cycle repeats before a 3mm long one Crack was formed was measured for thermal shock to assess the durability of the block.
Aus den Tabellen 1 bis 8 ist zu ersehen, daß die Blöcke 1 bis 22 gemäß der vorliegenden Erfindung ausgezeichnete Hochtempe raturoxidationsbeständigkeit und thermische Schockbeständig keit zeigen im Vergleich zum herkömmlichen Block. Es ist auch deutlich ersichtlich, daß entweder die Hochtemperaturoxida tionsbeständigkeit oder die thermische Schockbeständigkeit der Blöcke 1 bis 14 der Vergleichsbeispiele, in denen der Mengenanteil des mit * gekennzeichneten Bestandteiles außer halb des Bereichs der vorliegenden Erfindung liegt, ver schlechtert ist.It can be seen from Tables 1 to 8 that blocks 1 to 22 excellent high temperature according to the present invention Resistance to oxidation and thermal shock show compared to the conventional block. It is also clearly seen that either the high temperature oxides resistance or thermal shock resistance of blocks 1 to 14 of the comparative examples in which the Amount of the component marked with * except is within the scope of the present invention, ver is worse.
Wie aus der vorhergehenden Beschreibung verständlich ist, zeigt die hitzebeständige Legierung auf Fe-Basis für einen Vorverbrennungskammerblock für einen Dieselmotor gemäß der vorliegenden Erfindung nicht nur ausgezeichnete Hochtempera turfestigkeit, sondern auch ausgezeichnete Hochtemperaturoxi dationsbeständigkeit und thermische Schockbeständigkeit und kann somit in großem Maß zu einer Verbesserung im Verhalten des Dieselmotors beitragen.As can be understood from the previous description, shows the heat-resistant Fe-based alloy for one Pre-combustion chamber block for a diesel engine according to the present invention not only excellent high temperature ture strength, but also excellent high-temperature oxi dation resistance and thermal shock resistance and can thus greatly improve behavior of the diesel engine contribute.
Somit ist die Verwendung einer Legierung auf Fe-Basis, deren Zusammensetzung im wesentlichen in Gew.-% wie folgt ist: 28 bis 33% Cr, 26 bis 32% Ni, 2 bis 10% Co, 0,1 bis 1% Mb, 0,1 bis 1,5% Mn, 0,1 bis 1,5% Si, 0,02 bis 0,5% C und 0,05 bis 0,5% N, Rest Fe und unvermeidliche Verunreinigungen für einen Vorverbrennungskammerblock für Dieselmotoren eine wesentliche Verbesserung gegenüber einem bisher bekannten Vorverbren nungskammerblock.Thus, the use of an Fe-based alloy, the The composition is essentially as follows: 28 to 33% Cr, 26 to 32% Ni, 2 to 10% Co, 0.1 to 1% Mb, 0.1 to 1.5% Mn, 0.1 to 1.5% Si, 0.02 to 0.5% C and 0.05 to 0.5% N, balance Fe and inevitable impurities for one Pre-combustion chamber block for diesel engines an essential Improvement over a previously known pre-combustion chamber block.
Im folgenden wird die Zeichnung beschrieben.The drawing is described below.
Fig. 1 ist ein Querschnitt, der den Zustand zeigt, bei dem ein Block in einer Vorverbrennungskammer eines Dieselmotors ein gesetzt ist. Fig. 1 is a cross section showing the state in which a block in a pre-combustion chamber of a diesel engine is set.
BezugszeichenlisteReference list
1 Block
2 Einspritzdüse
3 Glühkerze
4 Zylinderblock
5 Kolben
1 block
2 injection nozzle
3 glow plugs
4 cylinder block
5 pistons
Claims (2)
2 bis 10% Co
0,1 bis 1,5% Mn
0,02 bis 0,5% C
26 bis 32% Ni
0,1 bis 1% Nb
0,1 bis 1,5% Si
0,05 bis 0,5% NRest Fe und unvermeidliche Verunreinigungen zur Herstellung eines Vorverbrennungskammerblocks für Dieselmotoren.1. Use of a heat-resistant alloy based on Fe, the composition of which is essentially in% by weight as follows: 28 to 33% Cr
2 to 10% Co
0.1 to 1.5% Mn
0.02 to 0.5% C
26 to 32% Ni
0.1 to 1% Nb
0.1 to 1.5% Si
0.05 to 0.5% NRest Fe and inevitable impurities for the production of a pre-combustion chamber block for diesel engines.
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| DE2211229A1 (en) * | 1971-03-09 | 1972-09-21 | Kobe Steel Ltd | Heat-resistant austenite steel and processes for its production |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO1994005821A1 (en) | 1994-03-17 |
| GB2275689A (en) | 1994-09-07 |
| GB2275689B (en) | 1995-08-09 |
| GB9407844D0 (en) | 1994-06-29 |
| DE4394318T1 (en) | 1994-11-10 |
| JPH06128681A (en) | 1994-05-10 |
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