ลักษณะและข้อกำหนดของวัสดุท่อร่วมไอเสีย

ในช่วงแรกของเครื่องยนต์รถยนต์ กำลังต่อหน่วยน้ำหนักต่ำ ประสิทธิภาพการเผาไหม้เชื้อเพลิงไม่สูงและอุณหภูมิก๊าซไอเสียไม่เกิน 500 องศา ด้วยการปรับปรุงประสิทธิภาพของเครื่องยนต์รถยนต์ อุณหภูมิไอเสียจึงเพิ่มขึ้นเป็น 600~650 องศา ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ประเทศที่พัฒนาแล้วได้ปรับปรุงมาตรฐานการปล่อยไอเสียจากรถยนต์อย่างต่อเนื่อง การประยุกต์ใช้เทคโนโลยีตัวเร่งปฏิกิริยาและเทคโนโลยีเทอร์โบชาร์จเจอร์ทำให้อุณหภูมิการทำงานของท่อร่วมไอเสียเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญมากกว่า 750 องศา ด้วยการปรับปรุงสมรรถนะของเครื่องยนต์ให้ดียิ่งขึ้น อุณหภูมิในการทำงานของท่อร่วมไอเสียก็จะเพิ่มขึ้นอีก ในขณะเดียวกัน ด้วยความก้าวหน้าของเทคโนโลยีเครื่องยนต์ โครงสร้างของท่อร่วมไอเสียก็มีความซับซ้อนมากขึ้นเช่นกัน นอกจากนี้ การทำงานภายใต้สถานะอุณหภูมิสลับแบบวนเป็นรอบ วัสดุท่อร่วมไอเสียไม่เพียงแต่จะต้องมีสมรรถนะที่อุณหภูมิสูงที่ดีเท่านั้น แต่ยังต้องมีสมรรถนะการหล่อที่ดีอีกด้วย ดังนั้นวัสดุท่อร่วมไอเสียจึงต้องมีลักษณะดังต่อไปนี้
ทนต่อการเกิดออกซิเดชันที่อุณหภูมิสูงได้ดี
ท่อร่วมไอเสียทำงานภายใต้สภาวะสลับวงจรที่อุณหภูมิสูงเป็นเวลานาน ความต้านทานต่อการเกิดออกซิเดชันของวัสดุที่อุณหภูมิสูงส่งผลโดยตรงต่ออายุการใช้งานของท่อร่วมไอเสีย เห็นได้ชัดว่าเหล็กหล่อทั่วไปไม่สามารถตอบสนองความต้องการได้ และจำเป็นต้องเพิ่มองค์ประกอบโลหะผสมลงในวัสดุเพื่อปรับปรุงความต้านทานการเกิดออกซิเดชันที่อุณหภูมิสูงของวัสดุ
โครงสร้างจุลภาคที่เสถียร
ในช่วงตั้งแต่อุณหภูมิห้องจนถึงอุณหภูมิในการทำงาน วัสดุไม่ควรผ่านการเปลี่ยนเฟสหรือลดการเปลี่ยนเฟสให้น้อยที่สุด เพราะการเปลี่ยนเฟสจะทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงปริมาตร ความเครียดภายใน หรือการเสียรูป ส่งผลต่อประสิทธิภาพและอายุการใช้งานของผลิตภัณฑ์ ดังนั้น วัสดุเมทริกซ์จึงควรเป็นเฟอร์ไรต์หรือโครงสร้างออสเทนไนต์ที่มีความเสถียร รูปแบบความเสียหายของชิ้นส่วนเหล็กหล่อที่ทำงานภายใต้สภาวะที่มีอุณหภูมิสูงส่วนใหญ่เป็นการกัดกร่อนภายใต้สภาวะที่มีอุณหภูมิสูง หลังจากที่เฟสที่เป็นส่วนประกอบในโครงสร้างถูกออกซิไดซ์ (เช่น กราไฟท์คาร์บอน) ปริมาตรของออกไซด์จะมีขนาดใหญ่กว่าปริมาตรเดิม ทำให้เกิดการขยายตัวของการหล่อแบบถาวร
เมื่อเปรียบเทียบกับกราไฟท์สามรูปแบบ ได้แก่ เกล็ด หนอน และทรงกลม กราไฟท์ทรงกลมมีความทนทานต่ออุณหภูมิสูงได้ดีที่สุดสำหรับเหล็กหล่อ เหตุผลก็คือในระหว่างกระบวนการแข็งตัวของเหล็กหล่อ กราไฟท์เกล็ดจะเติบโตขึ้นตามระยะนำ เมื่อสิ้นสุดการแข็งตัวของยูเทคติก กราไฟท์ในแต่ละหมู่ยูเทคติกจะเกิดรูปแบบสามมิติที่แตกแขนงอย่างต่อเนื่อง ที่อุณหภูมิสูง เมื่อออกซิเจนบุกรุกโลหะ กราไฟต์จะถูกออกซิไดซ์เพื่อสร้างช่องขนาดเล็กมาก ซึ่งจะช่วยเร่งกระบวนการออกซิเดชัน เมื่อกราไฟท์ทรงกลมเกิดนิวเคลียส มันจะมีขนาดเพิ่มขึ้นและถูกล้อมรอบด้วยเมทริกซ์ มันมีอยู่เป็นทรงกลมโดดเดี่ยว หลังจากที่กราไฟต์ทรงกลมถูกออกซิไดซ์ จะไม่เกิดช่องใด ๆ ซึ่งจะทำให้ออกซิเดชันต่อไปอ่อนลง ดังนั้นความต้านทานการเกิดออกซิเดชันที่อุณหภูมิสูงของเหล็กดัดจึงดีกว่ากราไฟท์รูปแบบอื่น ๆ และรูที่ถูกออกซิไดซ์จะส่งผลต่อความแข็งแรงที่อุณหภูมิสูงของเหล็กหล่อน้อยกว่ากราไฟท์รูปแบบอื่น ๆ กราไฟท์ Vermicular อยู่ระหว่างทั้งสอง
ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนเล็กน้อย
ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนเล็กน้อยช่วยลดความเครียดจากความร้อนและการเสียรูปเนื่องจากความร้อนของท่อร่วมไอเสีย และเอื้อต่อการปรับปรุงประสิทธิภาพและอายุการใช้งานของผลิตภัณฑ์
ทนอุณหภูมิสูงได้ดีเยี่ยม
ต้องเป็นไปตามข้อกำหนดด้านความแข็งแรงที่จำเป็นของผลิตภัณฑ์เมื่อใช้ที่อุณหภูมิสูง
ประสิทธิภาพของกระบวนการที่ดีและต้นทุนต่ำ
วัสดุโลหะทนความร้อนและอุณหภูมิสูงมีหลายประเภท แต่เนื่องจากรูปร่างที่ซับซ้อนของท่อร่วมไอเสีย วัสดุที่ใช้ในการผลิตท่อร่วมไอเสียจึงต้องมีกระบวนการผลิตที่ดี และต้นทุนจะต้องตอบสนองความต้องการในการผลิตจำนวนมาก ในอุตสาหกรรมยานยนต์