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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Auspufftopf für ein Kraftfahrzeug
oder ein Motorrad und insbesondere einen aus einer Titanlegierung
hergestellten Auspufftopf, wobei die der Titanlegierung eigenen
Vorteile von geringem Gewicht und Korrosionsbeständigkeit zum Einsatz kommen
und Wärmebeständigkeit
und Oxidationsbeständigkeit
erhöht
werden, ohne Einbuße
an Kosten und Verarbeitbarkeit, sodass die Lebensdauer und Flexibilität der Konstruktion
verbessert werden.
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Ein
Abgassystem für
ein Kraftfahrzeug oder ein Motorrad besteht aus einem Abgasverteiler,
einem Abgasrohr, einem Katalysator-Auspufftopf, einem Vorauspufftopf
und einem Schalldämpfer
(Hauptauspufftopf), die in dieser Reihenfolge von der Auspuffseite
des Motors angeordnet sind. In der vorliegenden Beschreibung wird
der allgemeine Begriff „Auspufftopf" für jedes
von diesen Bauteilen oder für
das Ganze davon angegeben. Als ein Bestandteilsmaterial des Auspufftopfs
wurde früher
gewöhnlich
Stahl verwendet. In den letzten Jahren wurde hauptsächlich Edelstahl
verwendet, der in der Korrosionsbeständigkeit überlegen ist.
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Bezüglich einigen
Gebieten, hauptsächlich
das Gebiet der Motorräder,
wurde in den letzten Jahren einem Auspufftopf aus Ti Aufmerksamkeit
gezollt, siehe beispielsweise Patentanmeldung Dokument EP-0947674A.
Die Fälle,
in denen Motorräder
von Standardqualität
aus der Massenproduktion, einschließlich Motorräder für Rennen,
jeweils mit einem aus Ti hergestellten Auspufftopf ausgestattet
worden sind, haben zugenommen, da Ti, welches von bekanntem üblichem
Stahl oder Edelstahl verschieden ist, die nachstehenden Eigenschaften
1) bis 4) aufweist.
- 1) Ti hat etwa 60 % des
spezifischen Gewichts von dem Material vom Stahltyp. Somit ist Ti
sehr leicht, sodass Autos und Motorräder leichtgewichtiger hergestellt
wer den können.
- 2) Ti hat sehr gute Beständigkeit
gegen korrosives Gas oder Salz und Abgaskomponenten enthaltende
korrosive Flüssigkeit.
Somit werden Korrosionsprobleme vollständig überwunden (auch Edelstahl,
von dem im Allgemeinen angegeben wird, dass er überlegene Korrosionsbeständigkeit
aufweist, unterliegt Korrosion, durch das im Winter auf die Straßenoberfläche zum
Verhindern von Gefrieren der Oberfläche ausgestreute Salz).
- 3) Da Ti leichtgewichtig ist, wird mechanische Belastung, die
auf der Vibration während
des Betriebs eines Motors basiert, vermindert. Somit wird der Dauerwiderstand
gegen Vibrationsermüdung
verbessert.
- 4) Ti hat einen kleineren thermischen Ausdehnungskoeffizienten
als Stahl. Der thermische Ausdehnungskoeffizient ist etwa 70 % von
jenem von gewöhnlichem
Stahl und etwa 50 % von jenem von Edelstahl. Deshalb ist die mechanische
Belastung, die mit thermischer Ausdehnung verbunden ist, gering.
Somit erweist sich auch die dauerhafte Beständigkeit gegen thermische Ermüdung als überlegen.
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Bei
fast allen aus Ti hergestellten Auspufftöpfen, die in der gegenwärtigen Zeit
praktisch hergestellt wurden, wird reines Titan der zweiten JIS-Qualität zur industriellen
Anwendung verwendet. Es wird vorausgesagt, dass die Temperatur des
Abgases von Kraftfahrzeugen oder Motorrädern gewöhnlich etwa 700°C oder höher ist.
Wenn die Außenfläche eines
Auspufftopfes jedoch groß ist
und zur Luft außen
offen ist, wie bei Motorrädern,
strahlt die Wärme
von der Oberfläche
an die Außenluft.
Somit erhöht
sich die Temperatur in dem Auspufftopf selbst nicht sehr stark.
Selbst das reine Titan von der zweiten JIS-Qualität kann ohne
irgendwelche Probleme verwendet werden. Die Temperatur des in einem
Abgasrohr in Kraftfahrzeugauspufftöpfen positionierten Metalls,
das nicht direkt zur Außenluft
weist, oder Metall, das an einem Teil angeordnet ist, an dem Abgasrohre
in Auspufftöpfe
für Motorräder münden, steigt
allerdings leicht auf eine hohe Temperatur. Deshalb ist eine Ti-Legierung
mit einer höheren
Wärmebeständigkeit
als das zweite reine Titan gemäß JIS erwünscht. Solche
Legierungen sind in der Literatur bekannt, siehe beispielsweise
US-266698A.
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Wenn
eine Ti-Legierung mit einer hohen Wärmebeständigkeit und hoher Festigkeit
verwendet wird, kann die Ti-Legierung, die an Stellen angeordnet
ist, deren Temperatur innerhalb eines an sich kalten Temperaturbereichs
ansteigt (ein niedriger Temperaturbereich von Raumtemperatur bis
etwa 400°C),
auch dünn
gestaltet werden. Folglich kann erwartet werden, dass der Auspufftopf
noch leichtgewichtiger hergestellt wird als die zweite JIS-Qualität von reinem
Titan, und die Flexibilität
der Konstruktion kann verbessert werden.
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Aus
dieser Sicht kann es festgestellt werden, dass Ti-Legierungen, wie
Ti-3Al-2,5V und Ti-6Al-4V, unter den vorhandenen Titanlegierungen
hoffnungsvolle Materialien für
Auspufftöpfe
darstellen. Zum Bilden und zur Herstellung eines Auspufftopfes muss
jedoch ein Rohmaterial dünn
gefertigt werden und muss überlegene Verarbeitbarkeit
aufweisen. Die vorstehend erwähnten
zwei vorhandenen Ti-Legierungen, die in der Formungs-Verarbeitbarkeit
unzureichend sind, können
den Erfordernissen nicht genügen.
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Insbesondere
ist der vorstehend erwähnte
Ti-6Al-4V für
ein Material für
Auspufftöpfe,
wie ein Abgasrohr und einen Dämpfer,
ungeeignet, da diese Legierung nicht zu einer dünnen Platte bzw. Blech durch
Kaltwalzen verarbeitet werden kann. Andererseits kann Ti-3Al-2,5V
als das hoffnungsvollste Material für Auspufftöpfe unter den vorliegenden
Titanlegierungen angesehen werden, da diese Legierung in gewissem
Ausmaß kaltgewalzt
werden kann und zu einer dünnen
Platte verarbeitet werden kann. Bei dieser Titanlegierung jedoch wird
in einem Kaltwalzschritt leicht ein Grenzriss oder ein innerer Defekt
erzeugt. Somit ist es notwendig, dass Walzen und zwischenzeitliches
Glühen
einige Male wiederholt werden. Im Ergebnis sind die Kosten für das Verarbeiten
zu einer dünnen
Platte sehr hoch. Außerdem
ist diese Legierung in der Verarbeitbarkeit zum Zeitpunkt der zweiten
Verarbeitung zu einem Auspufftopf viel schlechter als die zweite
JIS-Qualität
von reinen Ti-Materialien.
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Angesichts
der vorstehend erwähnten
Lage wurde die vorliegende Erfindung ausgeführt. Eine Aufgabe der vorliegenden
Erfindung besteht darin, einen Auspufftopf bereitzustellen, der
in der Wärmbeständigkeit und
Oxidationsbeständigkeit überlegen
ist, unter Verwendung einer Ti-Legierung mit den nachstehenden Leistungen.
- 1) Die Ti-Legierung hat bessere Wärmebeständigkeit
und Oxidationsbeständigkeit
als die zweite Qualität JIS
von reinen Ti-Materialien und kann auf Hochtemperaturstellen eines
Auspufftopfes angewendet werden.
- 2) Kaltverarbeitbarkeit, welche in herkömmlichen Ti-Legierungen mit überlegener
Wärmebeständigkeit (Ti-3Al-2,5V
und Ti-6Al-4V) unzureichend ist, ist verbessert. Die Kaltverarbeitbarkeit
zu einer dünnen
Platte und Verarbeitbarkeit zu einem Auspufftopf werden auf dem
gleichen Niveau wie von reinen zweiten JIS-Ti-Materialien ausgeführt.
- 3) Die Ti-Legierung ist eine Legierung, die überlegene Schweißbarkeit
beibehalten kann, da eine auf Schweißen basierende Nahtstelle beim
Verarbeiten zu einem Auspufftopf wesentlich ist.
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Der
aus einer Ti-Legierung der vorliegenden Erfindung hergestellte Auspufftopf,
der die vorstehend erwähnte
Aufgabe erfüllt
hat, ist ein Auspufftopf, hergestellt aus einer Titanlegierung,
worin die Titanlegierung 0,5 bis 2,3 Masse-% Al umfasst. Durch Anwenden
dieser Titanlegierung ist es möglich,
Wärmebeständigkeit
und Oxidationsbeständigkeit,
die für
einen Auspufftopf erforderlich sind, zu halten und die Formungs-Verarbeitbarkeit
zu verbessern. Deshalb kann ein Auspufftopf, der für die Herstellung
zum Verarbeiten zu einer Rohrform geeignet ist und dünner und
leichter ist, durch Krümmen
einer kaltgewalzten Platte bzw. eines kaltgewalzten Blechs der vorliegenden
Titanlegierung und dann Unterziehen der Platte dem Nahtschweißen realisiert
werden.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist die Titanlegierung eine Binärelementlegierung, umfassend Ti-(0,5–2,3 %)Al.
Jedes Legierungselement, das von Al verschieden ist, kann eingearbeitet
werden, insofern das Merkmal der vorliegenden Erfindung nicht verloren
geht. Um die Wärmebeständigkeit
und Oxidationsbeständigkeit
und verbesserte Verarbeitbarkeit ausreichend zu halten, ist es in
diesem Fall bevorzugt, dass das Verhältnis der α-Phase in der Metalltextur der
Titanlegierung über
90 % oder mehr auf das Volumen ist.
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Der
in der vorliegenden Erfindung angeführte „Auspufftopf" ist ein generischer
Begriff, der für
jedes Bauteil von einem Abgasverteiler, einem Abgasrohr, einem Katalysator-Auspufftopf,
einem Vorauspufftopf, einem Dämpfer
(Hauptauspufftopf) und dergleichen oder das Ganze davon angegeben
wird. In anderen Worten bedeutet der „Auspufftopf" in der vorliegenden
Erfindung Auspufftopf oder einen Teil eines Abgassystems. Der „Auspufftopf" in der vorliegenden
Erfindung kann nicht nur auf ein Kraftfahrzeug oder ein Motorrad
angewendet werden, sondern auch auf ein Schiff oder andere Maschinerie.
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1 ist
eine Kurve, die die Beziehung zwischen der Menge an Al zugegeben
zu Ti und der kritischen Walzverminderung der erhaltenen Legierung
beim Kaltwalzen zeigt.
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2 ist
eine Kurve, die die Wirkung der Menge an Al, das zu Ti auf der 0,2%igen
Dehngrenze und der Zugfestigkeit der erhaltenen Legierung bei Raumtemperatur
hinzugefügt
wird, zeigt.
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3 ist
eine Kurve, die den Vergleich der Veränderungen in 0,2%iger Dehngrenze
von reiner Titanlegierung und jener der Ti-Al-Legierungen in Abhängigkeit
von der Änderung
der Temperatur zeigt.
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4 ist
eine Kurve, die den Vergleich der Veränderungen der Zugfestigkeit
von reiner Titanlegierung und jener von Ti-Al-Legierungen in Abhängigkeit
von der Änderung
in der Temperatur zeigt.
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5 ist
eine erläuternde
Ansicht eines Verfahrens zur Herstellung einer Ti-Al-Legierung von dünnen Platten,
wobei das Verfahren in Versuchen übernommen wird.
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Um
die vorstehend erwähnte
Aufgabe zu lösen,
haben die Erfinder Untersuchungen gemacht, die dem Al Aufmerksamkeit
zollen, welches ein Legierungselement darstellt, das einen wärmebeständigkeitsverbessernden
Effekt für
Titanmaterialien er gibt. Es ist gut bekannt, dass Al ein Legierungselement
darstellt, das zum Verbessern von Wärmebeständigkeit von Titanmaterialien
wirksam ist. Durch die Versuche der Erfinder wurde jedoch gefunden,
dass wenn eine größere Al-Menge
als ein Legierungselement zu Ti gegeben wird, einige Eigenschaften
der erhaltenen Legierung, insbesondere die Walzbarkeit, geringer
werden.
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1 zeigt
die Wirkung des Al-Gehalts durch den Prozentsatz in Binärelementlegierungs-Ti-Al
auf die Kaltwalzbarkeit und ist eine Kurve, die die Ergebnisse von
seiner kritischen Walzverminderung bis zum Grenzriss zeigt, welcher
beim Kaltwalzen erzeugt wird. Wie aus dieser Kurve deutlich wird,
wird im Bereich, wo der Al-Gehalt laut Prozentsatz 2 bis 2,3 % ist,
kein Grenzriss erzeugt, selbst wenn Kaltwalzen in 75 % durchgeführt wird.
(Der Gehalt an %-Satz bedeutet Masse-%. Die gleiche Regel gilt entsprechend
für das
Nachstehende.) Somit wird ausreichend Walzbarkeit gesichert. Wenn
der Al-Gehalt im Prozentsatz über
2,3 % ist, wird die kritische Walzverminderung deutlich vermindert.
Wenn der Al-Gehalt im Prozentsatz oberhalb 5 % ist, werden nicht
nur Grenzrisse, sondern auch Risse durch die Platte erzeugt. Wenn
die Ti-Al-Legierung ein Kaltarbeitsverhältnis von 75 % halten kann,
kann die Legierung zu einer dünnen
Platte durch das gleiche Verfahren, wie für die zweite Qualität JIS von
reinem Titan, verarbeitet werden, was gegenwärtig umfangreich für Auspufftöpfe verwendet
wird. Somit kann ein wesentlicher Anstieg in den Herstellungskosten
vermieden werden. Vom Standpunkt der Verarbeitbarkeit ist es wesentlich,
dass der Al-Gehalt
im Prozentsatz mit 2,3 % oder weniger eingestellt wird.
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Um
weiterhin die Wirkung des Al-Gehalts im Prozentsatz auf die Zugfestigkeit
der Titanlegierung zu untersuchen, wurde ein Zugtest bei Raumtemperatur über eine
Titanlegierung durchgeführt,
worin 0,5 bis 4 % Al zu einer zweiten Qualität von JIS von reinem Titanmaterial
gegeben wurden und einer Titanlegierung, worin 0,5 bis 4 Al zu Ti
gegeben wurde, um die Wirkung des Al-Gehalts im Prozentsatz auf
0,2 % Dehngrenze und Zugfestigkeit davon zu prüfen. Die Ergebnisse sind wie
in 2 gezeigt. Mit einer Erhöhung im Al-Gehalt im Prozentsatz
erhöht
sich natürlich
die Festigkeit bei Raumtemperatur im Wesentlichen proportional.
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Um
die Wirkung der Zugabe von Al auf die Wärmebeständigkeit zu überprüfen, wur den
die Beziehung zwischen Temperatur und 0,2 % Dehngrenze und die Beziehung
zwischen Temperatur und Zugfestigkeit über die zweite Qualität von JIS
von reinem Titan und Ti-Al-Legierungen mit verschiedenen Al-Gehalten
im Prozentsatz geprüft.
Die Ergebnisse werden durch 3 bzw. 4 gezeigt.
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Wie
aus diesen Kurven deutlich wird, fällt die Festigkeit von reinem
Titan stark im Bereich von kalten Temperaturen. Die Festigkeit bei
etwa 200°C
fällt auf
die Hälfte
der Festigkeit bei Raumtemperatur. Wenn die Temperatur oberhalb
300°C ist,
fällt die
Festigkeit stark. Andererseits kann bei etwa den Ti-Al-Legierungen
der Abfall von deren Festigkeit, der den Anstieg der Temperatur
begleitet, nicht vermieden werden, jedoch ist die Tendenz zum Abfallen
davon kleiner als bei reinem Titan. Wenn der Al-Gehalt im Prozentsatz
größer wird,
sind der absolute Wert der Festigkeit und die Tendenz zum Abfallen
davon geringer. Insbesondere, hinsichtlich der Legierung, deren
Al-Gehalt im Prozentsatz auf 1,0 % oder mehr gebracht wird, behält die Legierung
auch bei etwa 500°C
die Hälfte
der Festigkeit bei Raumtemperatur bei. Insbesondere im Kalttemperaturbereich
von 200 bis 500°C
zeigt die Ti-Al-Legierung eine Festigkeit von dem zwei- bis dreifachen
von jener von reinem Titan. Es kann verifiziert werden, dass die
Wirkung der Verbesserung der Festigkeit bei hoher Temperatur durch
den Zusatz von Al durch Einstellen des Al-Gehalts im Prozentsatz
vorzugsweise von 0,5 % oder mehr und bevorzugter von 1,0 % oder
mehr, wirksam gezeigt werden kann.
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Auf
der Grundlage der Ergebnisse dieser Versuche, wie dem Erfordernis
zum Halten von Wärmebeständigkeit,
insbesondere im Kalttemperaturbereich von 200 bis 500°C, wird der
Al-Gehalt im Prozentsatz als 0,5 % oder mehr definiert. Vom Standpunkt
der Wärmebeständigkeit
ist die untere Grenze des Al-Gehalts im Gewichtsprozentsatz bevorzugter
1,0 % oder mehr. Es ist bekannt, dass wenn eine geeignete Menge
Al zu Titan gegeben wird, wird auch die Oxidationsbeständigkeit
der Legierung verbessert. Wenn 0,5 % oder mehr Al in Ti wie vorstehend
beschrieben eingearbeitet wird, wird auch die Wirkung des Verbesserns
der Oxidationsbeständigkeit
wirksam gezeigt. Dies trägt
auch zu einer Verbesserung in der Befähigung als ein Auspufftopfmaterial
bei. Die obere Grenze des Al-Gehalts im Prozentsatz wird als 2,3
vom Standpunkt der Bildungsbearbeitbarkeit wie vorstehend beschrieben
defi niert. Die obere Grenze ist bevorzugter 2,0 %.
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Wie
vorstehend beschrieben, hat die vorliegende Erfindung ein Merkmal,
dass 0,5 bis 2,3 % Al in Ti eingearbeitet werden, um die Formungs-Verarbeitbarkeit,
Wärmebeständigkeit
und Oxidationsbeständigkeit, die
für das
Material von Auspufftöpfen
erforderlich sind, beizubehalten. Die Legierungszusammensetzung,
die einfachst ist und auch bevorzugt im Lichte von sowohl Rohstoffkosten
als auch Massenproduktivität
bevorzugt ist, ist eine Binärelementtitanlegierung,
die Ti-(0,5-2,3 %)Al umfasst. Insofern der Erfindungsgedanke nicht
beeinträchtigt
wird, können
Legierungselemente, die von Al verschieden sind, eingearbeitet werden.
Alternativ können
andere Elemente eingearbeitet werden, um die Wirkungen der vorliegenden
Erfindung weiter zu verbessern oder andere Leistungen zu verbessern.
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Spezielle
Beispiele für
andere Legierungselemente schließen festlösungsverfestigende Elemente,
die im Bereich von Raumtemperatur bis Kalttemperatur eine festikeitsverbessernde
Wirkung zeigen, wie Mo, V, Cr, Fe, Sn und Zr; W, Ta, Nb und Seltenerdenelemente,
die wärmebeständigkeits-/festigkeitsverbessernde Wirkung
im Bereich von Kalttemperatur bis Heißtemperatur zeigen, und B und
C, die wärmebeständigkeitsverbessernde
Wirkung aufweisen, ein. Es ist möglich,
eine Mehrelementlegierung anzuwenden, d.h. eine Drei- oder Mehrelementlegierung,
in die eines oder mehrere von diesen Elementen in geeigneten Mengen
eingearbeitet werden.
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Jede
Legierung, worin ein Hauptlegierungselement Al darstellt und die
Metalltextur insgesamt von der Legierung, die die vorstehend erwähnten anderen
Legierungselemente enthält,
mehr als 90 Volumen-% der α-Phase
enthält,
welche eine Grundstruktur der Ti-Al-Legierung darstellt, die Al
in einer Menge innerhalb des vorstehend definierten Bereichs zusammen
mit den vorstehend erwähnten
Mehrfachelementlegierungen enthält,
kann ausreichend Formbearbeitbarkeit, Schweißbarkeit, Wärmebeständigkeit und die Oxidationsbeständigkeit
beibehalten, d.h. eine Verbesserung, die in der vorliegenden Erfindung
beabsichtigt ist. Insofern enthält die
Metalltextur mehr als 90 Volumen-% der α-Phase, wobei die vorstehend
erwähnten
anderen Elemente zugegeben werden können. Die Kristallstruktur
von reinem Titan ist die α-Phase. Da Al als
ein Element zum Stabilisieren der α-Phase wirkt, sind alle von
den Ti-Al-Binärelementlegierungen
im Wesentlichen Legierungen, die aus der α-Phase zusammengesetzt sind.
Elemente, wie Mo, V, Cr und Fe, sind Elemente zum Stabilisieren der β-Phase. Wenn
der Gehalt im Prozentsatz dieser Elemente sich erhöht, erhöht sich
die Menge der β-Phase.
Schlechte Wirkungen werden insbesondere hinsichtlich der Wärmebeständigkeit
und Schweißbarkeit
erzeugt. Es ist deshalb nicht notwendig, die obere Grenze des Gehalts
selbst durch den Prozentsatz von diesen Elementen zu definieren,
sondern es ist notwendig, den Gehalt innerhalb des Bereichs, der
die Metalltextur beibehalten kann, in der die β-Phase unter 10 Volumen- ist, d.h. die Metalltextur,
in der die Wirkung von diesen Elementen kaum erzeugt wird, zurückzunehmen.
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Die
in dem erfindungsgemäßen Auspufftopf
verwendete Titanlegierung hat Kaltwalzfähigkeit, Formbearbeitbarkeit
und Schweißbarkeit äquivalent
zu jenen von herkömmlichem
reinem Titan, wie vorstehend beschrieben. Es ist deshalb ausreichend,
als Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Auspufftopfes, ein Verfahren
gemäß dem zur
Herstellung eines Auspufftopfes aus reinem Titan zu übernehmen.
Es ist im Allgemeinen möglich,
ein Verfahren des Vermischens von Bestandteilen zu einer gegebenen
Legierungszusammensetzung, Schmelzen und Gießen der Zusammensetzung in
einem gewöhnlichen
Weg zur Herstellung eines Rohlings, Unterziehen des Rohlings dem
Schmieden, Heißwalzen,
Glühen,
Entfernen von Grat von der Oberfläche, Kaltwalzen zu einer gegebenen
Dicke und Glühen,
Biegen der erhaltenen dünnen
Platte, Nahtschmelzen der gekrümmten
Platte zu einer Röhrenform
und Formen des Rohrs zu einer Auspufftopfform zu übernehmen.
Die Heißwalzbedingungen,
Kaltwalzbedingungen, Glühbedingungen,
Nahtschweißbedingungen usw.
in diesem Herstellungsverfahren sollten geeigneterweise in Abhängigkeit
von der angewendeten Titanlegierung usw. eingestellt sein.
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Beispiele
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Die
vorliegende Erfindung wird speziell mithilfe von Beispielen beschrieben.
Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf die nachstehenden
Beispiele begrenzt und kann geeigneterweise innerhalb des Umfangs des
Gegenstands der vorliegenden Erfindung modifiziert sein. Die Modifizierungen
sind in den Umfang der Erfindung eingeschlossen.
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Beispiel
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(1) Herstellung von dünnen Platten
aus Ti-Al-Binärelementlegierung
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Ein
Vakuumbogenschmelzofen wurde zum Herstellen eines Rohlings aus reinem
Titan und eines Rohlings aus Ti-Al-Legierungen, deren Al-Gehalt
im Prozentsatz von 0 bis 6 % war, herzustellen. Die entsprechenden
Rohlinge hatten ein Gewicht von 250 g und waren Seegurken-förmig. Die
entsprechenden Rohlinge wurden den in 5 erläuterten
Schritten unterzogen, um die Rohlinge in dünne Platten mit 1 mm in der
Dicke herzustellen. Durch Kaltwalzen wurde die Dicke der Platten
von 4 mm bis 1 mm (Walzverminderung: 75 %) hergestellt. Bei den
Legierungen, worin ein Grenzriss in dem mittleren Weg erzeugt wurde,
wurde das Walzen während
der Herstellungszeit unterbrochen. Bei der Temperatur des Heißwalzens,
das vor dem Kaltwalzen ausgeführt
wurde, und der Temperatur der Glühschritte
wurden optimale, in Vorversuchen erhaltene Bedingungen übernommen.
Die Wirkung des Al-Gehalts im Prozentsatz auf die kritische Walzverminderung
der Legierungen, die in diesem Versuch erhalten wurde, wird in Versuch
1 gezeigt. Eine dünne
Platte wurde auch in der gleichen Weise aus Ti-3Al-2,5V-Legierung
hergestellt, die eine vorhandene Legierung darstellt. In dieser
Legierung wurde ein innerer Riss bei einer Kaltwalzverminderung
von etwa 45 % erzeugt. Ein Grenzriss wurde bei einer Kaltwalzverminderung
von 55 % erzeugt.
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(2) Herstellung von Ti-1,5Al-legierungsdünnen Platten
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Eine
dünne Platte
wurde aus einer Ti-1,5Al-Legierung hergestellt, die eine typische
mit Al versetzte Legierung darstellt. Bei der Herstellung wurden
die Bestandteile durch Hochfrequenz-Scull-Melting geschmolzen und
zu einem Rohling von 25 kg im Gewicht gegossen. Der Rohling wurde
Schmieden, Heißwalzen,
Glühen,
Gratentfernung, Kaltwalzen und Vakuumglühen unterzogen, um eine Rolle
bzw. einen Wickel mit einer Plattendicke von 1 mm herzustellen.
In diesem Fall waren die Bedingungen für die Schritte nach dem Heißwalzen
gemäß den in 5 gezeigten
Bedingungen.
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Dieser
Versuch zeigte, dass die Ti-1,5Al-Legierung auch in der Lage war,
in eine dünne
Platte in im Wesentlichen dem gleichen Verfahren und Bedingungen
wie für
das Herstellen von zweiter Qualität von JIS von reinem Titan
bearbeitet zu werden.
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Die
in 3 und 4 gezeigten Daten der Ti-1,5-%-Al-Legierung
sind Ergebnisse eines Zugtests etwa im Bereich von Kalttemperaturen
unter Verwendung dieses Wickels als ein Probenstück. Wie aus den Ergebnissen
von Ti-1,5Al in 3 und 4 deutlich
wird, war die Dehngrenze von dieser Legierung etwa 1,25fach von
jener von der zweiten Qualität
von JIS-Titan, welches ein herkömmliches
Ti-Material für
Auspufftöpfe
darstellt, und war 2,5- bis 3,5fach in dem Kalttemperaturbereich
von 300 bis 500°C.
Wenn eine solche Festigkeitseigenschaft verwendet wird, ist es natürlich möglich, Auspufftöpfe dünner und
leichter herzustellen.
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Die
Daten bei Ti-0,5Al-, Ti-1,0-Al- und Ti-2,0Al-Legierungen, die in 3 und 4 gezeigt
werden, sind Ergebnisse der Zugtests bei Raumtemperatur, 200°C und 400°C unter Verwendung
von unter Punkt 1 hergestellten Platten.
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(3) Herstellung eines
Ti-1,5Al-legierungsgeschweißten
Rohrs
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Ein
Streifen von 120 mm in der Breite wurde aus einer dünnen Plattenaufwicklung
bzw. Blechwickel geschnitten und dieser Streifen wurde entlang seiner
breiten Richtung gekrümmt
und dann nahtgeschweißt, um
ein geschweißtes
Rohr von 1 mm in der Dicke und 38 mm im Durchmesser herzustellen.
Bei der Herstellung von dem Rohr wurde das nachstehende Verfahren
verwendet, da der Wickel kurz war: Das Verfahren des Schweißens von
einer zweiten JIS-Qualität
von reinem Titanstreifen, wie einer Nachbildung zu dem vorstehend
erwähnten
Streifen, um die Form davon durch das reine Titan zu stabilisieren,
und dann kontinuierliches Nahtschweißen des Ti-1,5Al-Legierungsteils.
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Die
Krümmungsverarbeitbarkeit
und Nahtschweißbarkeit
zum Zeitpunkt zum Erzeugen des geschweißten Rohrs waren vollständig befriedigend
und das erhaltene nahtgeschweißte
Rohr war in der Lage, gänzlich
unter im Wesentlichen den gleichen Bedingungen wie für die reine
dünne Titanplatte
hergestellt zu werden. Typische mechanische Eigenschaften des geschweißten Rohrs
sind wie nachstehend. Die Ergebnisse zeigen, dass die Legierung
in dem vorliegenden Beispiel ausreichende Eigenschaften für die Titanlegierung für Auspufftöpfe hatte.
- ➀ Das geschweißte Rohr wurde einem Zugtest
unterzogen, sodass seine 0,2-%-Streckgrenze
440 mPa war und seine Zugfestigkeit 510 mPa war. Sein Dehnungsprozentsatz,
der die Formungs-Verarbeitbarkeit betrifft, war 35 % und äquivalent
zu jenem von reinem Titan.
- ➁ Ein Druckerweiterungstest wurde ausgeführt. Bei
dem Test wurde ein Kegel mit einem konischen Winkel von 60° an einer
Endfläche
des geschweißten
Rohrs zur Erweiterung zu einer Konkave gedrückt. Das erhaltene kritische
Druckerweiterungsverhältnis
war 1,4. Dieser Wert ist äquivalent
zu jenem von einem reinen titangeschweißten Rohr. Die Verschlechterung
der Duktilität
wurde in dem geschweißten
Teil kaum erzeugt.
- ➂ Das geschweißte
Rohr mit einem Durchmesser von 38 mm wurde mit einem Biegeradius
von 90 mm gebogen. Im Ergebnis wurden überhaupt keine Defekte, wie
Risse und Falten, erzeugt. Somit wurde gezeigt, dass dieses geschweißte Rohr
eine Biegefähigkeit
aufwies, die zur Ausbildung des Rohrs zu einem Abgasrohr oder von
einem beliebigen anderen Auspufftopfbauteil ausreichend ist.
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(4) Bilden eines Auspufftopfes
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Ein
Bogenschmelzofen von dem Verbrauchelektrodentyp wurde in der gleichen
Weise wie in einem Rohlingherstellungsverfahren, angepasst in der
Massenproduktion von reinen Titanplattenaufwicklungen, verwendet,
sodass eine Tonne Rohling, hergestellt aus Ti-2Al-1,3V-Legierung
von 330 kg Abstreifblech von Ti-6Al-4V-Legierung und 70 kg Schwammtitan,
hergestellt wird. In üblicher
Weise wurde dieser Rohling Streckschmieden, Heißwalzen, Glühen, Entfernung von Grat, Kaltwalzen
und Vakuumglühen
unter Herstellung einer Aufwicklung mit einer Plattendicke 0,75
mm unterzogen. Diese Versuche zeigten, dass das Verfahren zur Herstellung
von reinem Titan verwendet wurde, wie es war, um es möglich zu
machen, Ti-2Al-1,3V in eine dünne Platte
zu verarbeiten.
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Die
erhaltene Aufwicklung wurde verwendet, um geschweißte Rohre
von 38 mm und 50 mm im Durchmesser herzustellen. Darüber hinaus
wurde ein Motorradauspufftopf hergestellt, worin das geschweißte Rohr als
ein Teil des äußeren Zylinders
und das Innere von einem Abgasrohr und einem Dämpferrohr verwendet wurde.
Bei der Herstellung des Auspufftopfes wurden keine Probleme verursacht.
Dieser Auspufftopf war um etwa 20 % leichter als ein Auspufftopf
mit der gleichen Größe und aus
reinem JIS-Titan von zweiter Qualität hergestellt. Beim praktischen
Kraftfahrzeugtest traten keine Schwierigkeiten auf.
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(5) Test zum Untersuchen
der Schweißbarkeit
der Ti-Al-Legierung
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Ein
Test zum Untersuchen der Schweißbarkeit
wurde unter Verwendung als Probenstücken von reinem JIS-Ti von
zweiter Qualität,
Ti-3Al-2,5V-Legierung und Ti-6Al-4V-Legierung
[Dicke: 1 mm] ausgeführt,
wobei jeder davon in einer Fabrik massenproduziert wurde, und die
Plattenmaterialien in der gleichen Weise wie in Punkten (2) und
(4) hergestellt wurden [Dicke: 1 mm bzw. 0,75 mm]. Die entsprechenden
Probestücke
waren Metalle im Zustand nach dem Fertigglühen.
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In
diesem Test wurde eine Wulst [Breite: etwa 2 mm] in der Richtung
des Walzens durch jedes der Probenstücke von seiner Vorderfläche zu seiner
Rückfläche durch
TIG-Schweißen
hergestellt unter Bildung einer Probe ähnlich zu einer Schweißverbindung.
Die erhaltene Testprobe wurde in der gleichen Weise verarbeitet, dass
eine Zugrichtung rechtwinklig zur Wulst war und dann wurde ein Schweißverbindungszugtest
ausgeführt.
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Die
Ergebnisse zusammen mit den Festigkeitseigenschaften von diesem
Grundmaterialteil werden in Tabelle 1 gezeigt. Tabelle 1 zeigt Ergebnisse
der Menge (Volumen-%) der Phase in jedem der Teststücke. Die Ergebnisse
werden aus der Röntgenbeugungsfestigkeit
bestimmt. Da alle von diesen Legierungen, die diesem Test unterzogen
wurden, α-Einphasenlegierungen
oder (α + β)-Zweiphasenlegierungen
waren, war die Beziehung, die die Menge (Volumen-% der β-Phase) (100 – der Menge
der Phase) war, gültig. Tabelle
1
Werte in Klammern sind Verhältnisse (Schweißverbindung/Grundmaterial).
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Wie
aus Tabelle 1 deutlich wird, wurden mit einer Senkung in der Menge
der Phase die Dehnungsprozentsätze
des Grundmaterials und des Schweißverbindungsanteils niedriger.
Insbesondere wenn die Menge der Phase unter 90 Volumen-% war, sank
die Duktilität
plötzlich.
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(6) Prüfung der Oxidationsbeständigkeit
der Ti-Al-Legierung
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Die
aus der Ti-Al-Zweielementlegierung hergestellte und in dem Punkt
(1) hergestellte Platte wurde zum Prüfen der Oxidationsbeständigkeit
davon verwendet. Die Legierung wurde 20 Stunden auf 700°C oder 40
Stunden in der Atmosphäre
auf 700°C
erhitzt. Die erhaltenen Ergebnisse werden in Tabelle 2 gezeigt.
Wie aus dieser Tabelle deutlich wird, ist die Oxidationsbeständigkeit
durch den Zusatz von Al verbessert und die vorliegende Legierung
ist für
ein Auspufftopfmaterial bevorzugter als herkömmliches reines Ti.
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