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A286合金 - 高温汽车和卡车紧固件的低成本选择

发布:sonhooalloy 浏览:2156259次

传统上,汽车制造商将低碳钢用于汽车和卡车紧固件。

传统发动机向新一代、更热运行和更省油的发动机发展,导致需要比碳钢具有更高高温强度和抗蠕变性的紧固件。这些高温汽车紧固件中的大多数由 A-286 制成,这是一种流行的航空航天合金,可在高达 700ºC (1300ºF) 的工作温度中使用。

近年来,政府对汽车和卡车的指令和燃料排放要求变得越来越严格。为了应对这些法规,OEM 在其车辆中增加了更多的涡轮增压发动机。涡轮增压器是一种由废气驱动的气泵,可对进气口加压。这允许更多的空气和燃料进入气缸,从而增加发动机的马力。这项技术造就了更小、运行更热、更高效的发动机,这些发动机具有以前在大排量发动机中看到的功率和响应能力。单涡轮或双涡轮增压发动机有时与直喷发动机相结合,从而制造出当今制造的一些最高效的发动机。

由于这些高效的发动机能够在增加马力的同时提高燃油经济性和降低废气排放,因此几乎所有汽车和柴油卡车制造商都在采用这项新技术。预计未来生产的大多数发动机都将采用这项技术。然而,这些燃烧更清洁的新型发动机在更高的温度下运行——通常为 649°C (1,200°F) 或附近——因此对紧固件(配件、螺栓、轴、螺柱等)提供无泄漏排气和适当密封表面的能力造成了负担。这一点非常重要,因为密封系统的任何气体泄漏都可能破坏接头的完整性,并严重影响 OEM 寻求获得的效率增益。


碳钢无法在超过 371°C (700°F) 的温度下运行而不会发生性能退化。因此,在这些较热的操作环境中使用它们会增加紧固件蠕变的机会。当蠕变发生时,它会导致排气歧管和发动机缸体之间出现间隙,这可能导致排放系统故障、燃油效率降低和气体排放增加

出于这个原因,许多汽车和卡车设计师已经转向航空航天型高温钢合金,例如合金 A-286 和 CarTech 286-LNi 合金作为其排气紧固件。与传统碳钢相比,这些合金不会受到高达 704°C (1300°F) 的温度的影响,并且在恢复到室温时不会损失性能。因此,它们能够在扩张和收缩的周期中保持关节完整。图 1 显示了汽车和卡车行业中使用的各种合金在工作温度升高时的相对强度。

图 1:Selectaloy 方法,汽车排气系统合金

A-286 已成功用于高温汽车和卡车紧固件应用超过 10 年,在此期间,已经使用该合金生产了数百万个紧固件。然而,A-286 的镍含量约为 25%,这使得它比碳钢贵得多,并且可能容易受到价格波动的影响。

为了解决这一成本问题,总部位于宾夕法尼亚州怀俄米辛的开发了一种替代A-286 合金的低镍替代品,称为 CarTech 286-LNi 合金 (UNS66285)。286-LNi 合金的镍含量低于 CarTech Customet A-286:19-LNi 中的标称镍含量为 286%,而 A-25 中的标称镍含量为 5.286%。该材料已与其他合金元素平衡,以提供与合金 A-286 相当的高温强度和耐腐蚀性。成分为 18-20% 镍、13.5-16% 铬、2.2-2.8% 钛和高达 2% 的锰、1% 钼、1% 硅、0.5% 铝、0.5% 钒和 0.08% 碳以及平衡铁。该合金可以使用与 Customet A-286 相同的热处理程序进行沉淀硬化。热处理后的机械性能也与 Customet A-286 相当。表 1 和表 2 显示了固溶处理和老化后 A-286 和 Carpenter 286-LNi 拉伸和简支梁冲击性能的直接比较。

表 1:CarTech 286-LNi 合金和 CarTech A-286 合金的高温拉伸性能比较。
样品溶液处理至 1800°F (982°C),1 小时,油淬,老化 1325°F (719°C),16 小时。风冷。


表 2:Carpenter 286-LNi 合金和 A-286 合金的 V 型缺口简支梁冲击强度比较。
样品溶液处理至 1800°F (982°C),1 小时,油淬,老化 1325°F (719°C),风冷 16 小时。

CarTech A-286 合金和 CarTech 286-LNi 的相对耐腐蚀性记录在表 3 中。

表 3:Carpenter 286-LNi 和 A-286 合金的耐腐蚀性比较


286-LNi 合金 UNS S66285 在 ASTM-A-453 修订版 10“膨胀系数可与奥氏体不锈钢相当的高温螺栓连接标准规范”中引用为 668 级。

CarTech 286-LNi 可以使用传统上用于熔化 CarTech Customet A-286 的双熔炼工艺生产。此外,为了进一步降低合金的成本,Carpenter 为 CarTech 286-LNi 开发了一种单一熔炼工艺。这与较低的镍含量一起,为新合金的用户节省了成本。

CarTech 286-LNi 合金作为线材产品生产,可以涂覆 Carpenter 的任何可用产品组合,包括预涂层、肥皂拉丝、CarTech KnightCote® 涂层和/或铜组合。它可以考虑用于目前使用 CarTech Customet A-286 的任何应用,包括汽车和卡车涡轮增压器螺栓、涡轮增压器螺柱、涡轮增压器轴、EGR 轴、催化转化器下拉螺栓、汽车排气歧管螺栓和螺柱以及卡车排气螺栓和螺柱。

汽车和卡车 OEM 以及主要紧固件制造商都对 CarTech 286-LNi 合金进行了评估,他们迄今为止的测试结果发现,使用 CarTech 286-LNi 制造的汽车和卡车紧固件具有与 CarTech Customet A-286 制造的紧固件相当的性能。CarTech286-LNi 合金已被添加到 ASTM-A-453 修订版 10“膨胀系数与奥氏体不锈钢相当的高温螺栓连接标准规范”中,作为 668 或 UNS66285 级。



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