Stale na układy wydechowe

Układ wydechowy jest jednym z najbardziej obciążonych elementów samochodu. Podczas eksploatacji jest narażony jednocześnie na działanie wysokich temperatur, wilgoci i agresywnych substancji chemicznych. Jakie stale najlepiej nadają się na układy wydechowe z praktycznego i ekonomicznego punktu widzenia?

Korozja układu wydechowego

Układy wydechowe narażone są na dwa rodzaje korozji:

• Korozję zewnętrzną, której przyczyną jest woda rozpryskiwana z powierzchni drogi, a szczególnie solą stosowaną do posypywania dróg,
• Korozję wewnętrzną, której przyczyną jest kondensat tworzący się z gazów wylotowych w zimnej części układu wydechowego.

Ponadto układy wydechowe są spawane, co może narażać stale nierdzewne na korozję międzykrystaliczną.

Układ wydechowy ze stali niestopowej

Tradycyjna stal niestopowa jest najtańszą opcją, ale ma też najniższą odporność na korozję. Taki układ wydechowy nadaje się do wymiany już po 18 miesiącach, podczas gdy oczekiwany czas pracy silnika i układu napędowego wynosi ok. 10 lat. Przy obecnych cenach stali i robocizny nie jest to ekonomicznie uzasadnione rozwiązanie.

Układ wydechowy ze stali powlekanej aluminium

Stal niestopową można powlec warstwą aluminium. Pierwiastek ten jest znacznie bardziej odporny na korozję, jednak w praktyce wydłuża to żywotność takich układów wydechowych do jakichś 30 miesięcy. Wpływ na to mają trudne warunki pracy elementów podwozia samochodowego, szczególnie wydechu. Jest to bardziej ekonomicznie opłacalne rozwiązanie od stosowania zwykłej stali.

Układ wydechowy ze stali odpornej na korozję 

Skład stali 1.412 (powszechnie znaną jako stal 409) to mniej więcej 0,02% C, 0,6% Si, 0,3% Mn, 11,4% Cr i 0,4% Ti. Chrom wyraźnie zwiększa odporność na korozję zewnętrzną i wewnętrzną, a tytan stabilizuje i zapewnia mikrostrukturę ferrytyczną, dzięki której materiał jest łatwiejszy do obróbki plastycznej na zimno i bardziej spawalny, mniej narażony na korozję międzykrystaliczną. Żywotność układów wydechowych z tej stali wynosi 4-5 lat, a jej koszt jest jedynie 1,5 raza wyższy od kosztu zwykłej stali niepowlekanej, przez co jest to ekonomiczne uzasadniony wybór.

Alternatywą jest stal 304 / 1.4301o wyższej zawartości Cr i z dodatkiem stopowym niklu, ale bez tytanu. 

Stale na katalizatory

Na katalizatory stosuje się stale zawierające 11,5 - 19% chromu oraz stabilizowane niobem, cyrkonem i tytanem, w różnych konfiguracjach. Chrom zapewnia odporność na korozję, a niob, cyrkon u tytan, pierwiastki o dużym powinowactwie do węgla, chronią przed korozją międzykrystaliczną. Tytan i cyrkon przeciwdziałają powstawaniu niekorzystnych zmian podczas spawania, a niob zwiększa udarność strefy wpływu ciepła i odporność na pełzanie. Przykładowe stopy o takich parametrach to AISI 441, AISI 444.

Bibliografia

Marek Blicharski, Inżynieria materiałowa STAL, Wydawnictwo WNT, ISBN 978-83-01-18955-6, Warszawa 2017