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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Technisches Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Ventilführung,
die für ein Einlassventil oder ein Auslassventil in einer
Verbrennungskraftmaschine verwendet werden kann. Genauer bezieht
sich die vorliegende Erfindung auf ein Herstellungsverfahren für
eine gesinterte Ventilführung, die mittels eines pulvermetallurgischen
Verfahrens hergestellt wird und eine hohe Festigkeit aufweist.
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Stand der Technik
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Eine
Ventilführung kann in einen Zylinderkopf einer Maschine
eingepresst sein und weist eine Innenumfangsfläche zum
gleitenden Halten eines Ventils auf, das so angetrieben werden kann,
dass Brennstoffgas in eine Brennkammer einer Verbrennungskraftmaschine
eingesaugt und Verbrennungsgas ausgestoßen wird. Die Ventilführung
muss daher eine hohe Verschleißfestigkeit aufweisen, so
dass sie beim Gleiten auf dem Ventil nicht stark abgenutzt wird,
und muss ferner gute Gleiteigenschaften aufweisen, so dass das Ventil
des entsprechenden Gleitelements nicht abgenutzt wird.
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Es
werden im Allgemeinen Ventilführungen verwendet, die aus
Gusseisen hergestellt sind, jedoch wurden seit Kurzem Ventilführungen
mittels pulvermetallurgischen Verfahren hergestellt. Dies liegt
daran, dass in pulvermetallurgischen Verfahren Legierungen mit einer
metallischen Struktur, die aus Blockmaterialien nicht erhalten werden
kann, erhalten werden können und somit Eigenschaften, wie
z. B. die Verschleißfestigkeit, verbessert werden. Außerdem
wird ein Element gebildet, das eine Form nahe derjenigen eines Produkts
aufweist, wobei es dadurch möglich ist, die Schritte für
die Bearbeitung zu reduzieren und die Menge an Materialverlust zu
reduzieren. Sobald ferner eine Pressformanordnung hergestellt worden
ist, können Produkte mit derselben Gestalt massenweise
hergestellt werden. Der Anmelder der vorliegenden Erfindung hat
Materialien für gesinterte Ventilführungen mit überlegener
Verschleißfestigkeit vorgeschlagen, z. B. in der geprüften
japanischen Patentoffenlegungsschrift
Nr. 55-034858 , im
japanischen
Patent Nr. 2680927 , in der
japanischen offengelegten Patentanmeldung
Nr. 2202-069597 , und in der
japanischen offengelegten Patentanmeldung
Nr. 2006-052468 .
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Ein
Material für gesinterte Ventilführungen, das in
der geprüften
japanischen
Patentoffenlegungsschrift Nr. 55-034858 offenbart ist,
besteht, in Gew.-%, aus 1,5 bis 4% an C, 1 bis 5% an Cu, 0,1 bis
2% an Sn, nicht weniger als 0,1% und weniger als 0,3% an P und als
Rest Fe. Dieses Material weist eine metallische Struktur auf, in
der eine harte Eisen-Phosphor-Kohlenstoff-Verbundphase (Steatitphase),
die aus einer eutektischen Verbindung von Fe, P und C gebildet ist,
eine weiche Cu-Sn-Phase (Kupferlegierungsphase) und eine freie Graphitphase,
die als Feststoffschmiermittel dient, in einer Mischgrundmasse aus
Perlit und Ferrit dispergiert sind. Ein aus diesem Material gefertigtes
Element weist daher eine ausgezeichnete Verschleißfestigkeit
auf im Vergleich zu einem aus Gusseisen gefertigten Element. Obwohl
das aus diesem Material gefertigte Element im Vergleich zu einem
aus Gusseisen gefertigten Element nicht leicht zu schneiden ist,
weist außerdem das aus diesem Material gefertigte Element
eine verbesserte Bearbeitbarkeit im Vergleich zu derjenigen eines
aus einer herkömmlichen Sinterlegierung auf Eisenbasis
gefertigten Elements auf. Aus diesem Grund wurde dieses Material
von verschiedenen Automobilherstellern verwendet.
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Ein
Material für gesinterte Ventilführungen, das in
dem
japanischen Patent Nr. 2680927 offenbart
ist, ist ein verbessertes Material des Materials für gesinterte
Filtervorrichtungen, das in der geprüften
japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr.
55-034858 offenbart ist. Bei diesem Material ist die Bearbeitbarkeit
verbessert, während die Verschleißfestigkeit aufrechterhalten
wird, indem Magnesiumsilicatmineral in der obigen metallischen Struktur
dispergiert ist. Dieses Material für gesinterte Ventilführungen
weist eine ausgezeichnete Verschleißfestigkeit äquivalent
zu der Verschleißfestigkeit des Materials für
gesinterte Ventilführungen, das in der geprüften
japanischen Patentoffenlegungsschrift
Nr. 55-034858 offenbart ist, auf. Die Bearbeitbarkeit dieses Materials
ist verbessert, jedoch immer noch der Bearbeit barkeit eines aus
einem Gusseisen gefertigten Elements unterlegen, weshalb eine weitere
Verbesserung der Bearbeitbarkeit dieses Materials erforderlich ist.
Der Anmelder der vorliegenden Erfindung hat Entwicklungsarbeit hauptsächlich
dahingehend geleistet, die Bearbeitbarkeit selbst auf Kosten einer
geringen Verringerung der Verschleißfestigkeit zu verbessern,
und hat Materialien für gesinterte Ventilführungen
entwickelt, die in der
japanischen
offengelegten Patentanmeldung Nr. 2002-069597 und in der
japanischen offengelegten Patentanmeldung
Nr. 2006-052468 offenbart sind.
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Bei
den Materialien für gesinterte Ventilführungen,
die in der
japanischen offengelegten
Patentanmeldung Nr. 2002-069597 und in der
japanischen offengelegten Patentanmeldung
Nr. 2006-052468 offenbart sind, ist die Bearbeitbarkeit
verbessert, indem die Menge an P in einem Material für
gesinterte Ventilführungen, das in der geprüften
japanischen Patentoffenlegungsschrift
Nr. 55-034858 offenbart ist, verringert ist. Das in der
japanischen offengelegten Patentanmeldung
Nr. 2002-069597 offenbarte Ventilführungsmaterial
besteht, in Gew.-%, aus 1,5 bis 4% an C, 1 bis 5% an Cu, 0,1 bis
2% an Sn, nicht weniger als 0,01% und weniger als 0,1% an P und
als Rest Fe. Dieses Material weist eine Struktur auf, in der eine
Kupferlegierungsphase und freies Graphit in einer Grundmasse, die
hauptsächlich aus Perlit hergestellt ist, dispergiert sind.
Das Ventilführungsmaterial, das in der
japanischen offengelegten Patentanmeldung
Nr. 2006-052468 offenbart ist, besteht, in Gew.-%, aus
1,5 bis 2,5% an C, 3,5 bis 5% an Cu, 0,3 bis 0,6% an Sn, 0,04 bis
0,15% an P und als Rest Fe. Dieses Material weist eine metallische
Struktur auf, die aus einer Grundmasse besteht, die eine Perlitphase,
eine Steatitphase und eine Kupferlegierungsphase, Poren und eine
Graphitphase enthält. In diesem Fall sind das Flächenverhältnis
der Perlitphase, der Kupferlegierungsphase und der Steatitphase
sowie die Dicke der Steatitphase begrenzt. Diese Materialien für
gesinterte Ventilführungen, die in der
japanischen offengelegten Patentanmeldung
Nr. 2002-069597 und in der
japanischen offengelegten Patentanmeldung
Nr. 2006-052468 offenbart sind, sind überlegen,
da sie eine für den praktischen Gebrauch ausreichende Verschleißfestigkeit
aufweisen und eine noch bessere Bearbeitbarkeit aufweisen als diejenige
des Materials, das in dem
japanischen
Patent Nr. 2680927 offenbart ist.
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Die
Materialien für gesinterte Ventilführungen, die
in der
japanischen geprüften
Patentoffenlegungsschrift Nr. 55-034858 , im
japanischen Patent Nr. 2680927 , in
der
japanischen offengelegten
Patentanmeldung Nr. 2002-069597 und in der
japanischen offengelegten Patentanmeldung
Nr. 2006-052468 offenbart sind, bieten aufgrund der Kupferlegierungsphase
und der freien Graphitphase gute Gleiteigenschaften. Die Kupferlegierungsphase
und die freie Graphitphase werden gebildet, indem ein Kupferlegierungspulver
und ein Graphitpulver einem Rohpulver zugegeben werden, das hauptsächlich
aus einem Eisenpulver hergestellt ist, und indem anschließend
bei einer Temperatur (950 bis 1050°C) gesintert wird, bei
der das Kupferlegierungspulver und das Graphitpulver nicht vollständig
in einer Eisengrundmasse dispergiert werden.
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Um
die Reibung in Verbrennungskraftmaschinen zu reduzieren, wird seit
Kurzem anstelle eines Direktantriebssystems zum Antreiben eines
Ventils, das auf einer Ventilführung gleitet, ein Rollenkipphebel
als Ventilantriebssystem verwendet. Dementsprechend kann die Ventilführung
zum gleitenden Halten des Ventils mit einer Last in einer Richtung
beaufschlagt werden, die die Achse schneidet, d. h. mit einer Biegelast.
Gemäß einem Trend zur Erhöhung der Ausgangsleistung
von Verbrennungskraftmaschinen in den letzten Jahren wurden außerdem
die Bedingungen in einer Verbrennungskraftmaschine härter,
wodurch eine auf eine Ventilführung ausgeübte
Biegelast zunimmt.
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Die
Materialien für gesinterte Ventilführungen, die
in der
japanischen geprüften
Patentoffenlegungsschrift Nr. 55-034858 , im
japanischen Patent Nr. 2680927 , in
der
japanischen offengelegten
Patentanmeldung Nr. 2002-069597 und in der
japanischen offengelegten Patentanmeldung
Nr. 2006-052468 offenbart sind, sind überlegen
und weisen eine hohe Verschleißfestigkeit und gute Gleiteigenschaften
auf. Diese Materialien werden erhalten durch Sintern bei 950 bis
1050°C, so dass das Kupferlegierungspulver und das Graphitpulver
in der Eisengrundmasse nicht vollständig dispergieren,
wie oben beschrieben worden ist. Die gegenseitige Diffusion zwischen
Eisenpulverpartikeln ist daher nicht ausreichend ausgeführt,
wobei die mechanische Festigkeit in diesen Materialien gering ist
im Vergleich zu gewöhnlichen Sintermaterialien für
Bauelemente, die bei 1080 bis 1200°C gesintert werden.
Folglich ist eine Verbesserung der mechanischen Festigkeit erforderlich, um
die obenbeschriebene Zunahme der Biegelast, die auf eine gesinterte
Ventilführung ausgeübt wird, zu beherrschen.
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ÜBERBLICK ÜBER
DIE ERFINDUNG
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Es
ist dementsprechend eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein
Herstellungsverfahren zur Verbesserung der mechanischen Festigkeit
einer gesinterten Ventilführung zu schaffen, die eine Kupferlegierungsphase
und eine freie Graphitphase enthält, indem bei 950 bis
1050°C gesintert wird.
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Die
vorliegende Erfindung schafft ein Herstellungsverfahren für
eine gesinterte Ventilführung, um das obenerwähnte
Problem zu lösen, wobei das Herstellungsverfahren das Zubereiten
eines Rohpulvers enthält, das hauptsächlich aus
einem Eisenpulver hergestellt ist und wenigstens ein Kupferlegierungspulver
und ein Graphitpulver enthält. Das Herstellungsverfahren
enthält ferner das Verdichten des Rohpulvers zu einem Grünkörper,
der eine näherungsweise zylindrische Form aufweist, und
das Sintern des Grünkörpers bei 950 bis 1050°C.
Das Eisenpulver enthält Partikel, die nicht durch ein Sieb
mit einer Maschenzahl von 240 hindurchtreten, zu nicht weniger als
40 Gew.-%, wobei nicht weniger als 70 Gew.-% der Pulverpartikel
einen Rundheitsgrad von nicht mehr als 0,5 aufweisen.
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Das
Eisenpulver, das im Herstellungsverfahren für die gesinterte
Ventilführung der vorliegenden Erfindung verwendet wird,
enthält mehr unregelmäßige Partikel als
solche eines gewöhnlichen wasserzerstäubten Eisenpulvers.
Die Eisenpulverpartikel neigen daher dazu, durch das Verdichten
miteinander in Eingriff zu gelangen, wobei die Berührungsfläche
der Eisenpulverpartikel erhöht wird. Dementsprechend wird
die gegenseitige Diffusion der Eisenpulverpartikel selbst beim Sintern
bei 950 bis 1050°C, wie üblich, erleichtert, wodurch eine
gesinterte Ventilführung mit höherer mechanischer
Festigkeit als diejenige einer herkömmlichen Ventilführung
erhalten wird.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1A ist
ein Rasterelektronenmikroskop-(REM)-Bild, das das Erscheinungsbild
experimenteller Pulverpartikel zeigt, die in einem praktischen Beispiel
der vorliegenden Erfindung verwendet werden, während 1B ein
REM-Bild ist, das das Erscheinungsbild von handelsüblichen
wasserzerstäubten Pulverpartikeln zeigt.
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BEVORZUGTE AUSFÜHRUNGSFORM
DER ERFINDUNG
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Die
Erfinder der vorliegenden Erfindung haben intensive Forschung an
einem Verfahren zum Verbessern der mechanischen Festigkeit einer
gesinterten Ventilführung betrieben, die eine Kupferlegierungsphase und
eine freie Graphitphase beim Sintern bei 950 bis 1050°C
enthält. Als Ergebnis haben die Erfinder Folgendes festgestellt.
Wenn Eisenpulverpartikel beim Verdichten mehr in Eingriff gelangen,
werden die Berührungsabschnitte zwischen den Pulverpartikeln
erhöht. Die Berührungsabschnitte dienen als Startpunkte
eines Verengungswachstums während der gegenseitigen Diffusion
der Eisenpulverpartikel. Die gegenseitige Diffusion zwischen den
Eisenpulverpartikeln wird daher selbst dann erhöht, wenn
die Sintertemperatur 950 bis 1050°C beträgt, wobei
die mechanische Festigkeit eines Sinterkörpers erhöht
wird. Wenn ein hauptsächlich aus einem Eisenpulver hergestelltes
Rohpulver verdichtet wird, um die Eisenpulverpartikel miteinander
in Eingriff zu bringen, wird gewöhnlich ein wasserzerstäubtes
Eisenpulver verwendet, da es im Vergleich zu Partikeln eines gaszerstäubten
Pulvers unregelmäßige Partikel aufweist. In diesem
Fall weisen nur Partikel mit bestimmten Größen
eine Wirkung zur Erleichterung des Eingriffs der Eisenpulverpartikel
auf, wobei der Eingriff der Eisenpulverpartikel beim Verdichten
häufiger stattfindet, wenn mehr unregelmäßige
Partikel unter den Partikeln, die bestimmte Größen
aufweisen, verwendet werden.
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Das
heißt, bei dem Herstellungsverfahren für die gesinterte
Ventilführung der vorliegenden Erfindung wird ein Eisenpulver
so gebildet, dass es große Partikel, die nicht durch ein
Sieb der Maschenzahl 240 (63 μm) hindurchtreten, zu nicht
weniger als 40%, vorzugsweise zu nicht weniger als 50% enthält.
Wenn die Menge großer Partikel kleiner als 40% in Bezug
auf die Gesamtmenge der Eisenpulverpartikel ist, tritt der Eingriff
der Eisenpulverpartikel weniger häufig auf, wobei Berührungsabschnitte
zwischen den Pulverpartikeln als Startpunkte für das Verengungswachstum
verringert sind. In diesem Fall ist die Menge der feinen Pulverpartikel
relativ erhöht, wodurch die Fließfähigkeit
des Rohpulvers herabgesetzt ist und die Fülldichte herabgesetzt
ist, da tendenziell eine Brückenbildung auftritt.
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Außerdem
enthalten die obenerwähnten großen Partikel vorzugsweise
grobe Partikel, die einen Rundheitsgrad von nicht mehr als 0,5 aufweisen,
zu nicht weniger als 70%. Der Rundheitsgrad ist ein Verhältnis
einer wirklichen Fläche eines Pulverpartikels zu einer
Fläche eines virtuellen Kreises, die anhand eines Durchmessers
des Pulverpartikels berechnet wird, der durch Betrachten eines REM-Bildes
des Pulverpartikels erhalten werden kann. Wenn ein Durchmesser eines
Pulverpartikels durch L repräsentiert wird und die Fläche des
Pulverpartikels durch S repräsentiert wird, wird der Rundheitsgrad
durch 4 πS/L2 repräsentiert
und liegt in einem Bereich von größer als 0 bis
nicht mehr als 1 (entsprechend einem perfekten Kreis). Ein Pulverpartikel mit
einem Rundheitsgrad näher an 1 weist eine Gestalt auf,
die der Gestalt eines perfekten Kreises nahekommt, und ist rundlich.
Im Gegensatz hierzu weist ein Pulverpartikel mit einem kleineren
Rundheitsgrad eine unregelmäßigere Gestalt auf.
Ein solcher Rundheitsgrad kann unter Verwendung einer Bildanalysesoftware, wie
z. B. ”WinROOF”, hergestellt von Mitani Corporation,
berechnet werden.
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Ein
gewöhnlich verwendetes wasserzerstäubtes Pulver
enthält große Partikel eines Eisenpulvers, die nicht
durch ein Sieb der Maschenzahl 240 hindurchtreten, wobei diese großen
Partikel grobe Partikel, die einen Rundheitsgrad von nicht mehr
als 0,5 aufweisen, zu nur etwa 50 bis 60% enthalten. Andererseits
enthalten in der vorliegenden Erfindung die obenerwähnten
großen Partikel des Eisenpulvers grobe Partikel mit unregelmäßigen
Formen zu nicht weniger als 70%. Der Eingriff der Eisenpulverpartikel
ist daher beim Verdichten erhöht, wobei die Berührungsabschnitte
zwischen den Pulverpartikeln als Startpunkte des Verengungswachstums
erhöht sind, wodurch der Grad der gegenseitigen Diffusion
zwischen den Pulverpartikeln beim Sintern erhöht ist. Dementsprechend
wird die gegenseitige Diffusion zwischen den Eisenpulverpartikeln
selbst dann erleichtert, wenn das Eisenpulver bei 950 bis 1050°C
gesintert wird, wie üblich, wobei eine gesinterte Ventilführung
mit höherer mechanischer Festigkeit als diejenige einer
herkömmlichen Ventilführung erhalten wird.
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In
der vorliegenden Erfindung wird vorzugsweise ein Eisenpulver mit
hoher Reinheit für das obenerwähnte Eisenpulver
verwendet. Dieses Eisenpulver mit hoher Reinheit besteht aus Fe
und nicht mehr als 0,4 Gew.-% unvermeidbarer Verunreinigungen, wie
z. B. C, Si, Mn, P, S und O, wobei die Menge an O in den unvermeidbaren
Verunreinigungen nicht mehr als 0,2 Gew.-% beträgt. Da
ein solches Eisenpulver hoher Reinheit eine gute Kompressibilität
aufweist, werden die Pulverpartikel beim Verdichten verformt, wobei
die Berührungsflächen an den obenbeschriebenen
Berührungsabschnitten zwischen den Eisenpulverpartikeln
somit erhöht sind, wodurch das Verengungswachstum beim
Sintern weiter erleichtert wird.
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Das
obenerwähnte Eisenpulver, das unregelmäßige
Partikel enthält, kann wie folgt erhalten werden. Zum Beispiel
werden feine Partikel eines zerstäubten Eisenpulvers mit
geringen Mengen an Verunreinigungen gebrannt, um somit die feinen
Eisenpulverpartikel aneinanderzuheften, wobei der erhaltene Block
aus Partikeln zerkleinert wird und anschließend die Partikelgröße
kontrolliert wird. Das heißt, die zerstäubten
feinen Pulverpartikel mit geringen Mengen an Verunreinigungen werden
gegenseitig mittels Diffusion verbunden, so dass ein Eisenpulverpartikel
gebildet wird, wobei der Oberflächeninhalt des Eisenpulverpartikels
größer ist als derjenige eines einzelnen zerstäubten
Eisenpulverpartikels. Die feinen Partikel des zerstäubten
Eisenpulvers können durch Klassifizieren von Partikeln
eines gewöhnlichen zerstäubten Eisenpulvers gesammelt
werden, oder können erhalten werden durch Zerstäuben
eines Eisenpulvers, um somit feine Partikel zu bilden. Wenn die
feinen Partikel des zerstäubten Eisenpulvers in reduzierendem
Gas gebrannt werden, werden Oxide des Pulvers während des
Brennens reduziert, wobei die Menge der Oxide weiter verringert
wird.
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Erzreduzierte
Eisenpulver werden erhalten durch Reduzieren eines Eisener zes guter
Qualität, um es somit aufzubereiten, wobei die erzreduzierten
Eisenpulver porös sind und unregelmäßige
Partikel aufweisen. Die erzreduzierten Eisenpulver enthalten jedoch
mehr Verunreinigungen als diejenigen eines zerstäubten
Eisenpulvers und weisen eine große Menge an Oxiden auf,
wodurch sie eine geringe Kompressibilität aufweisen. Folglich
ist das Verformungsmaß der Pulverpartikel beim Verdichten
klein, wobei die Berührungsfläche zwischen den
Pulverpartikeln klein ist. Dementsprechend sind erzreduzierte Eisenpulver
unerwünscht.
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In
der vorliegenden Erfindung wird die mechanische Festigkeit einer
gesinterten Ventilführung verbessert, indem das obenbeschriebene
Pulver als Eisenpulver verwendet wird. Ein herkömmliches
Pulver kann somit für ein Rohmaterial, wie z. B. ein Kupferlegierungspulver
und ein Graphitpulver verwendet werden, mit Ausnahme eines Eisenpulvers.
Das heißt, nur ein Eisenpulver, das in einem herkömmlichen
Rohpulver enthalten ist, wird durch das Eisenpulver der vorliegenden
Erfindung ersetzt, wobei die anderen Pulver, die im herkömmlichen
Rohpulver enthalten sind, verwendet werden können. Durch
Mischen dieser Pulver zu einem Rohpulver, Verdichten des Rohpulvers
zu einem Grünkörper und Sintern des Grünkörpers
bei 950 bis 1050°C, wie üblich, wird eine gesinterte
Ventilführung mit verbesserter mechanischer Festigkeit
erhalten. Diese gesinterte Ventilführung weist eine ähnliche
metallische Struktur wie diejenige einer herkömmlichen
Ventilführung auf, und weist eine Verschleißfestigkeit
und Gleiteigenschaften auf gleicher Stufe wie diejenigen einer herkömmlichen Ventilführung
auf.
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In
diesem Fall wird durch Festlegen der Menge eines Kupferlegierungspulvers
im Rohpulver so, dass die Menge an Cu gleich 1 bis 5 Gew.-% in Bezug
auf die Gesamtzusammensetzung ist, eine geeignete Menge einer Kupferlegierungsphase
in der gesinterten Ventilführung dispergiert. Durch Festlegen
der Menge eines Graphitpulvers im Rohpulver so, dass sie gleich
1,5 bis 4 Gew.-% ist, wird außerdem eine geeignete Menge einer
freien Graphitphase in der gesinterten Ventilführung dispergiert.
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Ein
Eisen-Phosphor-Legierungspulver kann dem Rohpulver zugegeben sein,
so dass die Menge an P nicht weniger als 0,01 und weniger als 0,1
Gew.-% in Bezug auf die Gesamtzusammensetzung ist, wobei eine gesinterte
Ventilführung erhalten wird, in der eine Eisen-Phosphor-Kohlenstoff-Verbundphase
(Steatitphase) dispergiert ist. Die Menge dieser Eisen-Phosphor-Kohlenstoff-Verbundphase
entspricht der Menge, die in der
japanischen
offengelegten Patentanmeldung Nr. 2002-069597 offenbart
ist. Durch Zugeben eines Eisen-Phosphor-Legierungspulvers so, dass
die Menge an P nicht weniger als 0,1 und weniger als 0,3 Gew.-%
in Bezug auf die Gesamtzusammensetzung ist, wird eine gesinterte
Ventilführung erhalten, in der eine Eisen-Phosphor-Kohlenstoff-Verbundphase
(Steatitphase) dispergiert ist. Die Menge dieser Eisen-Phosphor-Kohlenstoff-Verbundphase
entspricht der Menge, die in der
japanischen
geprüften Patentoffenlegungsschrift Nr. 55-034858 offenbart
ist.
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Außerdem
kann wenigstens ein Mangansulfidpulver oder ein Magnesiumsilicatmineralpulver
dem Rohpulver zu nicht mehr als 1,6 Gew.-% zugegeben werden. In
diesem Fall wird die Bearbeitbarkeit einer gesinterten Ventilführung
verbessert, wie im
japanischen
Patent Nr. 2680927 , in der
japanischen offengelegten Patentanmeldung
Nr. 2002-069597 und in der
japanischen offengelegten Patentanmeldung
Nr. 2006-052468 offenbart ist.
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BEISPIELE
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Feine
Partikel eines wasserzerstäubten Eisenpulvers wurden gebrannt,
um somit die feinen Eisenpulverpartikel mittels Diffusion zusammenzuheften,
wobei der erhaltene Block zerkleinert wurde, wodurch ein Experimentalpulver
erhalten wurde. Außerdem wurde ein handelsübliches
wasserzerstäubtes Pulver zubereitet. Das Experimentalpulver
enthielt große Partikel, die nicht durch ein Sieb der Maschenzahl
240 (63 μm) hindurchtreten, wobei diese großen
Partikel, grobe Partikel, die einen Rundheitsgrad von nicht mehr
als 0,5 aufwiesen, zu 80% enthielten. Das handelsübliche
wasserzerstäubte Pulver enthielt ebenfalls die großen
Partikel, wobei diese großen Partikel grobe Partikel zu
52% enthielten. REM-Bilder der Experimentalpulverpartikel und der
handelsüblichen wasserzerstäubten Pulverpartikel
sind in 1A bzw. 1B gezeigt.
Die Experimentalpulverpartikel wiesen grobere Oberflächen
auf als diejenigen der handelsüblichen wasserzerstäubten
Pulverpartikel.
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Das
Experimentalpulver enthielt Verunreinigungen zu 0,29 Gew.-%, in
denen die Menge an O gleich 0,07 Gew.-% war. Das handelsübliche
wasserzerstäubte Pulver enthielt Verunreinigungen zu 3,3
Gew.-%, in denen der Anteil an O gleich 0,12 Gew.-% war.
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Die
obenerwähnten großen Partikel des Experimentalpulvers
und die Partikel des Experimentalpulvers, die durch das Sieb der
Maschenzahl 240 hindurchtraten, wurden gemischt, wobei das Mischungsverhältnis
verändert wurde. Außerdem wurden das obenerwähnte
Experimentalpulver und das handelsübliche wasserzerstäubte
Pulver so gemischt, dass das Verhältnis der groben Partikel
verändert wurde, wodurch Eisenpulver zubereitet wurden.
Unter diesen Eisenpulvern variierte die Menge der großen
Partikel und die Menge der groben Partikel so, wie in Tabelle 1
gezeigt ist.
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Anschließend
wurden 1,8 Gew.-% eines Graphitpulvers, 5 Gew.-% eines Kupferlegierungspulvers,
0,4 Gew.-% eines Eisen-Phosphor-Legierungspulvers und 1 Gew.-% eines
Mangansulfidpulvers mit dem Eisenpulver zu einem Rohpulver gemischt.
Das Kupferlegierungspulver bestand aus 10 Gew.-% an Sn und als Rest im
Wesentlichen Cu. Das Eisen-Phosphor-Legierungspulver bestand aus
20 Gew.-% an P und als Rest im Wesentlichen Fe. Das Rohpulver wurde
bei einem Verdichtungsdruck von 650 MPa zu einem Grünkörper
mit einer zylindrischen Form und einem Außendurchmesser
von 18 mm, einem Innendurchmesser von 10 mm und einer Höhe
von 10 mm verdichtet. Anschließend wurde der Grünkörper
bei 1000°C in einer zerfallenen Ammoniakgasatmosphäre
gesintert, wobei Proben mit den Probennummern 01 bis 08 gebildet
wurden. Die Proben entsprachen einer gesinterten Ventilführung,
die in der
japanischen offengelegten
Patentanmeldung Nr. 2006-052468 offenbart ist. Die Proben
wurden einem Kompressionsfestigkeitstest unterworfen, wobei Kompressionsfestigkeiten
gemessen wurden. Diese Ergebnisse sind ebenfalls in Tabelle 1 gezeigt.
Die Probe mit der Probennummer 06 ist ein Beispiel der Verwendung
nur des handelsüblichen wasserzerstäubten Pulvers, d.
h. sie ist ein herkömmliches Beispiel. Tabelle 1
| Probe
Nr. | Eisenpulver | Kompressionsfestigkeit MPa | Anmerkungen |
| Menge
großer Partikel % | Menge
grober Partikel % |
| 01 | 20 | 80 | 720 | Vergleichsbeispiel |
| 02 | 30 | 80 | 750 | Vergleichsbeispiel |
| 03 | 40 | 80 | 850 | praktisches
Beispiel |
| 04 | 40 | 70 | 800 | praktisches
Beispiel |
| 05 | 40 | 60 | 750 | Vergleichsbeispiel |
| 06 | 40 | 52 | 700 | Vergleichsbeispiel |
| 07 | 50 | 80 | 850 | praktisches
Beispiel |
| 08 | 60 | 80 | 900 | praktisches
Beispiel |
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Durch
Vergleichen der Proben der Probennummern 01 bis 03, 07 und 08 in
Tabelle 1 wurde die Wirkung des Verhältnisses der großen
Partikel im Eisenpulver untersucht. In diesen Proben der Probennummern 01
bis 03, 07 und 08 waren die groben Partikel zu 80% in den großen
Partikeln enthalten. In den Proben der Probennummern 01 und 02,
die die großen Partikel zu weniger als 40% enthielten,
war die Menge der großen Partikel, die den Eingriff der
Eisenpulverpartikel erleichtern, klein, wobei die Menge der Partikel,
die durch ein Sieb der Maschenzahl 240 gelangten, überhöht
war. Dementsprechend war die Fließfähigkeit des
Rohpulvers herabgesetzt, wobei tendenziell Brückenbildung
auftrat, wodurch die Füllbarkeit herabgesetzt war. Als
Ergebnis wiesen die Proben der Probennummern 01 und 02 eine geringe
Kompressionsfestigkeit auf. Andererseits war in den Proben der Probennummern
03, 07 und 08, die die großen Partikel zu 40% oder mehr
enthielten, die Menge der großen Partikel, die den Eingriff
der Eisenpulverpartikel erleichtern, ausreichend. Die Berührungsfläche
der Pulverpartikel war daher erhöht, wobei das Maß der
Diffusion aufgrund des Sinterns erhöht war, wodurch die
Kompressionsfestigkeit verbessert war.
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Durch
Vergleichen der Proben der Probennummern 03 bis 06 in Tabelle 1,
die die großen Partikel zu 40 Gew.-% enthielten, wurde
die Wirkung der Menge der groben Partikel untersucht. In den Proben
der Probennummern 05 und 06, die die groben Partikel zu weniger
als 70% in den großen Partikeln enthielten, waren die Eisenpulverpartikel
weniger häufig miteinander in Eingriff, wodurch die Kompressionsfestigkeit
gering war. Andererseits waren in den Pulvern der Probennummern
03 und 04, die die groben Partikel zu 70% oder mehr in den großen
Partikeln enthielten, die Eisenpulverpartikel häufiger
miteinander in Eingriff, wobei das Maß der Diffusion aufgrund
des Sinterns erhöht war, wodurch die Kompressionsfestigkeit
verbessert war.
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Wie
oben beschrieben worden ist, wird in dem Herstellungsverfahren für
die gesinterte Ventilführung ein Rohpulver, das hauptsächlich
aus einem Eisenpulver hergestellt ist und wenigstens ein Kupferlegierungspulver
und ein Graphitpulver enthält, zu einem Grünkörper
mit einer nahezu zylindrischen Form verdichtet, wobei der Grünkörper
bei 950 bis 1050°C gesintert wird. Im Herstellungsverfahren
war dann, wenn die großen Partikel zu nicht weniger als
40 Gew.-% im Eisenpulver enthalten waren und die groben Partikel
zu nicht weniger als 70% in den großen Partikeln enthalten
waren, die mechanische Festigkeit der gesinterten Ventilführung
verbessert.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - JP 55-034858 [0003, 0004, 0005, 0005, 0006, 0007, 0009, 0023]
- - JP 2680927 [0003, 0005, 0006, 0007, 0009, 0024]
- - JP 2202-069597 [0003]
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