为减少汽车排出的废气对空气的污染，安装了被称作“催化转换器”的排气净 化系统。催化转换器安装在排气歧管下面或底盘下面等，因此要能够经受住高温和 振动等苛刻条件的考验。对于催化载体，在使用了铁素体系不锈钢箔材制作的金属 载体。使用铁素体系不锈钢箔材的原因是它的热冲击特性小且热容量小的缘故。金 属载体由采用不锈钢钢箔制作的蜂窝状型芯和采用不锈钢钢板制作的外壳构成。蜂 巢上的型芯是把平箔材和波浪状箔材卷起后通过钎焊等焊接结合而成的。外壳要求
汽车排气歧管使用的氏球墨铸铁，但随着发动机性能的提高，排气温度会上升， 且由于对减轻零部件重量的需要，因此不锈钢的使用量正不断增加。 排气歧管所用的不锈钢有奥氏体系不锈钢和铁素体系不锈钢。奥氏体系不锈钢的高 温强度好，但容易发生氧化皮剥落，因此在抗氧化性方面不如铁素体系不锈钢。另 一方面，铁素体系不锈钢的抗氧化性好，但高温强度不如奥氏体系不锈钢。热膨胀 系数小的铁素体系不锈钢在热疲劳特性方面是有利的。因此，铁素体系不锈钢钢种 主要可用作排气歧管。
挠性管由蛇腹状的双重管和用不锈钢钢丝网将其包裹起来的外编带构成。从使 用性能来看，要求具有高温疲劳性，为了做成蛇腹形状，还要求它具有加工性。尤 其是，在寒冷地区为防止道路冻结使用了化雪盐，因此要求管的外侧还应具有耐高 温盐害腐蚀性。使用的材料主要是 SUS304。但是，由于在寒冷地区为防止道路冻结 使用了化雪盐，要求管的外侧还应具有耐高温盐害腐蚀性，因此使用了添加 Si、增 加 Ni 添加量的耐高温盐害腐蚀性能更高的 SUS XM15J1。 催化转换器（催化载体和催化转换器外壳）
排气歧管是靠近发动机的部分，由于排出气体的温度高达 900℃，因此要求材 料具有良好的抗氧化性、高温强度和热疲劳特性。而且，为能进行复杂的形状加工， 还要求材料应具有良好的成形性。采用不锈钢制作的排气歧管根据其构造的不同， 可以分为两类。一类是将钢板冲压后焊接而成，另一类是将钢管弯曲后焊接而成， 对于后者，还有的使用双重管构造的钢管。用作排气歧管的不锈钢有奥氏体系不锈 钢和铁素体系不锈钢等两种。奥氏体系不锈钢具有良好的高温强度，但由于容易发 生氧化皮剥落，因此在抗氧化性方面不如铁素体系不锈钢。 （2）前管
毕业设计（论文）开题报告
系（部）：机械工程系
表）
2011 年 3 月 20 日 （学生填
课题名称
汽车排气系统总体设计
学生姓名
专业班级
课题类型
应用型
指导教师பைடு நூலகம்
职称
课题来源
生产
1.综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义 汽车排气系统的构成和使用的材料
汽车排气系统从靠近发动机的方向开始，由排气歧管、前管、挠性管、催化转 换器、中心管、主消音器和末端管等 7 个零部件构成。根据车种的不同，有的安装 了数个催化转换器，有的安装了副消音器。汽车排气系统是主要是排放发动机工作 所排出的废气，同时使排出的废气污染减小，噪音减小。汽车排气系统主要用于轻 型车、微型车和客车，摩托车等机动车辆。 （1）排气歧管
前管使用的材料有 SHU409L、SUS436L（17Cr-1Mo-LC，N），SUS430J1L 等铁素 体系不锈钢，但在采用中空双重时，还有的使用奥氏体系不锈钢作内管。
作为今后的发展趋势，低成本、抗氧化性和热疲劳特性好的铁素体系不锈钢毫 无疑问将成为主流。尤其是，由于排气温度的高温化和管子的薄壁化，可以认为将 采用高温性能更好的钢种。 （3）挠性管
目前主消音器用材料主要是 SUS436L，但为了降低成本，减少 Mo 的 SUS432 系 不锈钢（17Cr-0.5Mo）的使用量正在增加。对于外壳和末端板等，从美观和防腐蚀 措施来看，还有的使用镀铝不锈钢。 末端管
由于末端管的使用温度低，因此从材料的性能来看，使用镀铝钢板就可以了， 但是，从图案性的方面来看，有的使用 SUS409L 和 SUS430 系等高纯度铁素体系不 锈钢，有的则使用奥氏体系的 SUS304 不锈钢。在对图案有特别要求的情况下，还 有的使用镀 Cr 不锈钢钢管或热浸镀铝不锈钢钢管。 汽车排气系统用材料的演变及今后的发展动态 （1）排气歧管
新日铁生产的排气歧管材料（YUS450-MS 和 YUS190-EM）的特征在于 Nb-Ti 的 混合添加。由此可以提高高温特性，尤其是可以提高热疲劳特性。根据合金元素对 铁素体系不锈钢在 950℃时 0.2%屈服强度的影响可知，Nb、Mo、W 和 Ta 有助于提高 屈服强度，尤其是添加少量的 Nb，效果更好。另外，Mo 和 Nb 在固溶状态下有助于 高温强度化。但是，Nb 在高温下长时间使用过程中会析出碳化物和莱夫斯相，固溶 Nb 会随着时间推移而下降，高温强度也会下降。因此，为抑制这种固溶 Nb 量的下降 造成高温强度下的下降，研究了 Nb-Ti 混合添加的作用。根据 Nb 单独添加钢和 Nb-Ti 混合添加钢在 900℃时的 0.2%屈服强度随 900℃时效变化的曲线可知，Nb-Ti 混合添加钢伴随时效的强度下降小。这是由于添加 Ti 可抑制粗大 Nb 碳化物（M6C） 析出的缘故。具有高温强度的 14Cr 系 Nb 单独添加钢和 Nb-Ti 混合添加钢在约束率 变化后热疲劳试验的结果表明，在 100%约束的情况下，Nb-Ti 混合添加钢有时高温 强度低，热疲劳寿命比 Nb 单独添加钢的短。但是，当约束为 50%时，Nb-Ti 混合添
初期为适应排气温度为 800℃左右的需要，使用的是 YUS409D（11Cr-TI）。其 后，由于排气规定的强化，为适应排气温度的升高，采用了高温特性好、添加 19%Cr-Nb 的 YUS180（19Cr-Nb）。再后来，由于在高温特性的基础上又对经济性提 出了要求，于是开发了优化成分的 YUS450-MS（14Cr-0.5Mo-Nb-Ti）。另一方面，近 年来随着排气规定的强化，排气温度变得更高，如果达到 950℃，以往的材料就无 法适应，因此开发了增加 Cr 和 Nb 添加量、再添加 Mo，以此提高抗氧化性和高温强 度的 YUS190-EM（19Cr-2Mo-Nb-Ti）。
具有高温强度、耐高温盐害性加工性。 对于箔材的要求 是抗氧化性要好，因此使用了 Fe-Cr-Al 系铁素体不锈钢。具
有代表性的钢种是 Fe-20Cr-5Al 合金。为提高氧化皮膜的密封性，还有的添加了少 量 Hf、Y、Ce 等稀土类金属元素（REM）。今后对抗氧化性的要求将会进一步提高。 对于催化转换器的外壳，大部分是使用 SUS430（17Cr）系不锈钢，但随着排气温度 的升高，目前还有的正在使用 SUS430J1L 或 SUS429 系等高温特性更好的铁素体系 不锈钢。 （4）主消音器