DE102012113184A9

DE102012113184A9 - Sinterlegierung für Ventilsitze und Herstellverfahren von Auslassventilsitzen unter Verwendung derselben

Info

Publication number: DE102012113184A9
Application number: DE102012113184A
Authority: DE
Inventors: Philgi Lee; Gyuhwan Kim; Jae Suk PARK; Ki Bum Kim; Chang-Jin Shin
Original assignee: Hyundai Motor Co; Kia Motors Corp
Current assignee: Hyundai Motor Co; Kia Corp
Priority date: 2012-04-02
Filing date: 2012-12-28
Publication date: 2013-12-12
Also published as: CN103361576A; DE102012113184A1; JP6321903B2; US20130259733A1; JP2013213278A; KR20130111805A; CN103361576B; US9175584B2; KR101438602B1

Abstract

Eine Sinterlegierung für einen Ventilsitz kann durch Verwendung eines Verfahrens hergestellt werden, welches umfasst: Mischen von MnS mit einem Legierungspulver für einen Ventilsitz, welches Pulver C mit 0,8–1,2 Gew.-%, Ni mit 2,0–4,5 Gew.-%, Cr mit 3,0–5,0 Gew.-%, Mo mit 16,0–20,0 Gew.-%, Co mit 9,0–13,0 Gew.-%, V mit 0,05–0,15 Gew.-%, S mit 0,2–0,8 Gew.-%, Fe und zusätzlich unvermeidbare Verunreinigungen umfasst; Herstellen einer ersten Form durch Formen des gemischten Materials; Vorsintern der ersten geformten Form; Herstellen einer zweiten Form durch Nachverpressen der ersten vorgesinterten Form; Hauptsintern der zweiten Form und Anlassen der hauptgesinterten zweiten Form.

Description

Die vorliegende Erfindung beansprucht die Priorität der koreanischen Patentanmeldung Nr. 10-2012-0033989 , angemeldet am 02. April 2012, deren gesamter Inhalt hiermit für alle Zwecke durch diese Bezugnahme in diese Anmeldung eingeschlossen ist.
Erfindungsgebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Ventilsitze. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Sinterlegierung für Ventilsitze, in welcher MnS zur Verbesserung der maschinellen Bearbeitbarkeit und das Anlassen hinzugefügt wird, und ein Herstellverfahren für Ventilsitze unter Verwendung derselben Legierung.
Beschreibung ähnlicher Technik
Ein Ventilsitz einer Verbrennungsmotorkomponente für Fahrzeuge ist eine Komponente, die eine Ventiloberfläche kontaktiert und eine luftdichte Abdichtung in einer Verbrennungskammer aufrecht erhält. Der Ventilsitz wird wiederholt beaufschlagt, so dass er einer Herstellung bedarf, dass er nicht durch wiederholte Beaufschlagung zerstört werden kann.
Eine bekannte verschleißfeste Sinterlegierung für einen Ventilsitz besteht aus Eisen (Fe) als ihrer Hauptkomponente und enthält Kohlenstoff (C) mit 0,4–1,0 Gew.-%, Silizium (Si) mit 0,1–1,0 Gew.-%, Chrom (Cr) mit 0,5–2,0 Gew.-%, Molybdän (Mo) mit 6,0–10,0 Gew.-%, Kobalt (Co) mit 6,0–15,0 Gew.-% und Blei (Pb) mit 6,0–18,0 Gew.-%. Deren Herstellprozess ist wie folgt.
Zunächst wird ein Metallpulver aus den Komponenten mit Ausnahme von Blei gemixt und mit einem Oberflächendruck von 4–8 ton/cm² geformt.
Dieses wird im Bereich von 750–800°C für 40 Minuten in einer reduzierenden Atmosphäre vorgesintert und geschmiedet mit einem Oberflächendruck von 7–10 ton/cm².
Dann wird in einer Wasserstoffatmosphäre im Bereich von 1110–1140°C für 30 bis 50 Minuten das Hauptsintern durchgeführt, wird ein Harz imprägniert, um die maschinelle Bearbeitbarkeit zu verbessern, und wird ein Walzprozess durchgeführt, um eine verschleißfeste, gesinterte Legierung oder Sinterlegierung für einen Ventilsitz herzustellen.
Jedoch verursacht die durch die Komponenten und deren Gehalt hergestellte Sinterlegierung für Ventilsitze exzessive Abrasion an Werkzeugen und Rissbildung und die Bearbeitbarkeit ist nicht gut. Deshalb besteht Bedarf an Verbesserungen.
Die in diesem Hintergrundabschnitt offenbarte Information dient lediglich zur Verbesserung des Verständnisses des grundsätzlichen Hintergrundes der Erfindung und sollte nicht als Anerkenntnis oder irgendeine Form von Andeutung verstanden werden, dass diese Information den Stand der Technik ausbildet, der bereits von einem Fachmann gekannt wird.
Zusammenfassung der Erfindung
Verschiedene Aspekte der vorliegenden Erfindung stellen für eine Sinterlegierung für einen Ventilsitz und für ein Herstellverfahren eines Auslassventilsitzes unter Verwendung der Legierung die Vorteile der Verbesserung der Feststoffschmierung, der Rauigkeit des Ventilsitzes und der Oberflächenzustände durch Ausbildung einer Co-Mo-Cr-Si Hartphase durch Hinzufügung von MnS (Mangansulfid) und Durchführung einer Anlassbehandlung zur Verfügung.
Die vorliegende Erfindung gemäß verschiedener Aspekte präsentiert eine Sinterlegierung für einen Ventilsitz, wobei MnS zu der Sinterlegierung, die C mit 0,8–1,2 Gew.-%, Ni mit 2,0–4,5 Gew.-%, Cr mit 3,0–5,0 Gew.-%, Mo mit 16,0–20,0 Gew.-%, Co mit 9,0–13,0 Gew.-%, V mit 0,05–0,15 Gew.-%, S mit 0,2–0,8 Gew.-%, Eisen und zusätzlich unvermeidbaren Verunreinigungen umfasst, hinzugefügt wird.
Eine Menge an MnS von 0,2–2,5 Gewichtsanteilen bezogen auf die 100 Gewichtsanteile der Sinterlegierung wird hinzugefügt, die Größe der MnS Partikel ist kleiner als 12 μm und das MnS umfasst Mn mit 60–65 Gew.-% und S mit 35–40 Gew.-% gemäß verschiedenen Aspekten der vorliegenden Erfindung.
Verschiedene Aspekte der vorliegenden Erfindung stellen ein Verfahren zur Verfügung, das die Schritte enthält: Mischen von MnS mit einem Legierungspulver für einen Ventilsitz, welches Pulver C mit 0,8–1,2 Gew.-%, Ni mit 2,0–4,5 Gew.-%, Cr mit 3,0–5,0 Gew.-%, Mo mit 16,0–20,0 Gew.-%, Co mit 9,0–13,0 Gew.-%, V mit 0,05–0,15 Gew.-%, S mit 0,2–0,8 Gew.-%, Eisen und zusätzlich unvermeidbaren Verunreinigungen umfasst; Herstellen einer ersten Form durch Formen des gemischten Materials; Vorsintern der ersten geformten Form; Herstellen einer zweiten Form durch Nachverpressen der ersten vorgesinterten Form; Hauptsintern der zweiten Form und Anlassen der hauptgesinterten zweiten Form.
Die Menge an MnS beträgt zwischen 0,2 und 2,5 Gewichtsanteilen bezogen auf die 100 Gewichtsanteile des Legierungspulvers, die Anlasstemperatur liegt zwischen 180 und 220°C und die Anlasszeit beträgt zwischen 100 Minuten und 150 Minuten gemäß verschiedenen Aspekten der vorliegenden Erfindung.
Verschiedene Aspekte der vorliegenden Erfindung stellen ein Verfahren zur Verfügung, das die Schritte des Eindringens von Öl in die angelassene zweite Form und das Behandeln und Walzen der öldurchdrungenen zweiten Form umfassen.
Ein Ventilsitz kann durch die vorstehende gesinterte Legierung hergestellt werden.
Feststoffschmierung, Rauigkeit des Ventilsitzes und Oberflächenzustände können durch Ausbildung einer Co-Mo-Cr-Si Hartphase durch Hinzufügung von MnS und Durchführen des Anlassens verbessert werden.
Weiterhin kann die Abriebfestigkeit des Ventilsitzes ohne Anstieg des Reibungsverlustes verbessert werden und Rissbildungsphänomene können verhindert werden.
Die Verfahren und Vorrichtungen der vorliegenden Erfindung können andere Merkmale und Vorteile besitzen, welche aus den beigefügten Zeichnungen, die hier mit eingeschlossen sind, und die nachfolgende detaillierte Beschreibung, welche zusammen dazu dienen, gewisse Prinzipien der vorliegenden Erfindung zu erläutern, augenscheinlich werden und in größerem Detail dargelegt sind.
Kurze Figurenbeschreibung
Die 1 ist eine schematische Darstellung verschiedener Aspekte der vorliegenden Erfindung in Bezug auf eine Weiterverarbeitungssequenz eines Ventilsitzes.
Die 2 ist ein Diagramm eines beispielhaften Ventilsitzes, welches die Rauigkeit gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt.
3 zeigt Fotografien beispielhafter metallischer Strukturen vor und nach Korrosion gemäß einem Vergleichsexemplar und einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
4 ist ein Fließbild für einen Herstellprozess eines beispielhaften Ventilsitzes gemäß der vorliegenden Erfindung.
Detaillierte Beschreibung
Es wird nun im Detail Bezug genommen auf verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, von welcher Beispiele in den beigefügten Zeichnungen illustriert und nachstehend beschrieben sind. Während die Erfindung(en) in Verbindung mit den beispielhaften Ausführungsformen beschrieben werden, versteht es sich, dass die vorliegende Beschreibung nicht beabsichtigt, die Erfindung(en) auf solche beispielhaften Ausführungsformen zu beschränken. Im Gegenteil, die Erfindung(en) beabsichtigt/beabsichtigen nicht nur die beispielhaften Ausführungsformen abzudecken, sondern ebenso diverse Alternativen, Modifikationen, Äquivalente oder andere Ausführungsformen, die vom Geist und Schutzumfang der Erfindung, wie er durch die beigefügten Ansprüche definiert ist, umfasst sind.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird eine Sinterlegierung hergestellt durch Hinzufügung von MnS zu einer Sinterlegierung, die umfasst: C mit 0,8–1,2 Gew.-%, Ni mit 2,0–4,5 Gew.-%, Cr mit 3,0–5,0 Gew.-%, Mo mit 16,0–20,0 Gew.-%, Co mitn 9,0–13,0 Gew.-%, V mit 0,05–0,15 Gew.-%, S mit 0,2–0,8 Gew.-%, Eisen und zusätzliche unvermeidbare Verunreinigungen.
Das MnS ist mit 0,2–2,5 Gewichtsanteilen bezogen auf die 100 Gewichtsanteile der Sinterlegierung enthalten und der Ventilsitz ist mit der das MnS enthaltenden Sinterlegierung hergestellt.
Nachstehend werden die Limitierungsgründe für die numerischen Werte entsprechend den verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung erläutert.
Zunächst ist Kohlenstoff (C) dem Eisen (Fe) hinzugefügt, so dass die Abriebfestigkeit entsprechend von Festigkeits- und Härtezunahmen verbessert wird und die Festigkeit der Matrix verbessert wird. Falls der Kohlenstoffgehalt geringer als 0,8 Gew.-% ist, werden Perlit und Ferrit exzessiv gebildet, so dass die Matrix erweicht wird und die Festigkeit und der Abriebfestigkeit verschlechtert werden und falls der Kohlenstoffgehalt größer als 1,2 Gew.-% beträgt, bildet der nach der Ausbildung von Perlit zurückbehaltene Kohlenstoff eine Zementitnetzwerkstruktur, so dass die Matrix schwach ist/wird.
Deshalb ist der Kohlenstoffgehalt in den verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung auf 0,8–1,2 Gew.-% beschränkt.
Wenn Nickel (Ni) hinzugefügt wird und in dem Matrixmetall diffus verteilt ist, verbessert es die Hitze- und Warmfestigkeit und die Hochtemperatureigenschaften. Sobald der Anteil an Ni geringer als 2,0 Gew.-% ist, zeigen sich diese Effekte nur geringfügig, wohingegen, falls der Anteil an Ni größer als 4,5 Gew.-% ist, ändert sich die Matrixstruktur in Martensit und Ni-reiches Austenit, so dass die Struktur unstabil wird und die Härte exzessiv ansteigt und dadurch die Umformung oder Umformungsfähigkeit verschlechtert.
Daher ist der Gehalt an Ni in den verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung auf 2–4,5 Gew.-% beschränkt.
Chrom (Cr) bildet eine Co-Mo-Cr-Si Phase, welche zusammen mit Co, Mo und Si Komponenten eine harte Phase ist, so dass die Abriebfestigkeit verbessert ist, und Cr spielt eine Rolle als ein Schmiermittel durch Abscheiden von CrS (Chromsulfid) in der Matrix. Falls der Anteil an Cr geringer als 3,0 Gew.-% ist, werden die Co-Mo-Cr-Si Phase, welche die harte Phase ist, und das CrS, welches ein festes Schmiermittel ist, geringfügig gebildet, so dass die Abriebfestigkeit verschlechtert wird.
Wenn der Anteil an Cr größer als 5,0 Gew.-% ist, werden die Co-Mo-Cr-Si Phase und das CrS exzessiv ausgebildet, so dass die Metallmatrix schwach ist.
Deshalb ist der Anteil an Cr in verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung auf 3,0–5,0 Gew.-% beschränkt.
In der Co-Mo-Cr-Si Phase betragen die Mengen der jeweiligen Komponenten 50 Gew.-% Mo, 9 Gew.-% Cr, 3 Gew.-% Si und Co als Ausgleich.
Jedoch sind die vorstehend genannten Mengen an Komponenten beispielhaft für einen optimierten Effekt, so dass die Gehalte nicht auf diese Mengen beschränkt sind.
Das Molybdän (Mo) bildet eine Co-Mo-Cr-Si Phase, welches eine harte Phase ist, gemeinsam mit Co, so dass die Abriebfestigkeit erhöht und verbessert wird durch eine Fe-Mo Phase durch Diffusion in die Fe Matrix. Falls die Menge an Mo geringer ist als 16 Gew.-%, werden die Co-Mo-Cr-Si Phase und die Fe-Mo Phase geringfügig ausgebildet, so dass die Abriebfestigkeit verschlechtert wird, wohingegen, falls die Menge an Mo größer als 20 Gew.-% ist, die Co-Mo-Cr-Si Phase und die Fe-Mo Phase exzessiv gebildet werden, so dass die Metallmatrix schwach ist.
Deshalb wird der Gehalt an Mo in den verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung auf 16–20 Gew.-% beschränkt.
Das Chrom (Cr) bildet eine Co-Mo-Cr-Si Phase, welches eine harte Phase ist, gemeinsam mit Mo, so dass die Abriebfestigkeit vergrößert wird. Falls die Menge an Cr kleiner als 9 Gew.-% ist, wird die Co-Mo-Cr-Si Phase geringfügig gebildet, so dass die Abriebfestigkeit verschlechtert wird, wohingegen, falls die Menge an Cr größer als 13 Gew.-% ist, die Co-Mo-Cr-Si exzessiv ausgebildet wird, so dass die Metallmatrix schwach ist.
Deshalb wird der Gehalt an Cr in verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung auf 9,0–13,0 Gew.-% beschränkt.
Das Vanadium (V) ist in verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung im Kohlenstoff kombiniert und bildet partikelförmige Karbide, so dass die Abriebfestigkeit und die Warmfestigkeit verbessert sind. Falls die Menge an V geringer als 0,05 Gew.-% ist, sind die Effekte gering, wohingegen, falls der Gehalt an V größer als 0,15 Gew.-% ist, werden leicht V₂O₅ Oxide gebildet. Da der Dampfdruck des Oxids hoch ist, verdampft es leicht bei hohen Temperaturen.
Deshalb ist der Gehalt an V in verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung auf 0,05–0,15 Gew.-% beschränkt.
Des Weiteren wird Schwefel (S) als ein festes Schmiermittel hinzugefügt und mit Cr kombiniert und bildet CrS im Inneren von Partikeln aus.
Falls die Menge an S geringer als 0,2 Gew.-% ist, ist die Menge an ausgeschiedenem festem Schmiermittel gering, so dass die Effekte gering sind, wohingegen, falls die Menge an S größer als 0,8 Gew.-% ist, ist die Menge an CrS exzessiv, so dass die Festigkeit der Matrix verschlechtert ist.
Deshalb ist der Gehalt an S in verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung auf 0,2–0,8 Gew.-% beschränkt.
Ebenso enthält die Sinterlegierung für einen Ventilsitz in verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung Eisen (Fe) als eine Hauptkomponente und MnS ist dem Legierungspulver für einen Ventilsitz hinzugefügt, um die Werkzeugabnutzung und die maschinelle Bearbeitbarkeit/Zerspanbarkeit zu verbessern.
Das MnS ist in verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung in Löchern vorhanden, ohne dass es mit benachbarten Elementen reagiert, so dass die maschinelle Bearbeitbarkeit und die Festschmierung verbessert werden kann.
In verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beträgt in dem MnS mit einer Partikelgröße von kleiner als oder gleich 12 μm gleichmäßig verteilt der Gehalt an Mn (Mangan) 60–65 Gew.-% und der Gehalt an Schwefel 35–40 Gew.-%. Das MnS wird bei hohen Temperaturen nicht in eine Verbindung zersetzt und ist stabil, so dass das MnS in den Löchern des Sinterkörpers als MnS nach dem Sintern zurückbehalten wird. Als Ergebnis wird ein Sinterkörper erhalten, dessen maschinelle Verarbeitbarkeit aufgrund einer Verringerung der (Griffigkeits)Reibbeiwerte bei der Maschinenverarbeitung gut ist.
Weiterhin, weil das MnS eine Rolle als Festschmiermittel spielt, kann das MnS die Auswirkung zwischen Metallen und Reibungskraft reduzieren.
Wenn die Menge an MnS geringer als 0,5 Gewichtsanteile in Bezug auf die 100 Gewichtsanteile der Sinterlegierung (Legierungspulver) ist, ist der Effekt gering, wohingegen, wenn die Menge an MnS größer als 2,5 Gewichtsanteile in Bezug auf die 100 Gewichtsanteile der Sinterlegierung ist, ist die Festigkeit der Matrix verbessert, so dass leicht eine Fraktur während des Einpressens des Ventilsitzes in einen Zylinderkopf erfolgen kann.
Deshalb ist der Gehalt an MnS in verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung auf 0,5–2,5 Gewichtsanteile in Bezug auf 100 Gewichtsanteile des Sinterpulver (Legierungspulver) beschränkt.
Nachstehend wird das Herstellverfahren von Ventilsitzen in verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Die 4 ist ein Fließbild eines Herstellprozesses eines Ventilsitzes gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Bezugnehmend auf 4 werden 1,0–2,0 Gewichtsanteile an MnS in Bezug auf 100 Gewichtsanteile des Legierungspulvers dem Legierungspulver hinzugefügt, welches aus C (Kohlenstoff) mit 0,8–1,2 Gew.-%, Nickel (Ni) mit 2,0–4,5 Gew.-%, Chrom (Cr) mit 3,5–5,0 Gew.-%, Molybdän (Mo) mit 16,0–20,0 Gew.-%, Kobalt (Co) mit 9,0–13,0 Gew.-%, Vanadium (V) mit 0,05–0,15 Gew.-%, Schwefel (S) mit 0,2–0,8 Gew.-%, Eisen (Fe) und zusätzlich unvermeidbaren Verunreinigungen zusammengesetzt ist.
Das gemischte Legierungspulver und das Mangansulfit (MnS) werden durch ein erstes Formen (S100) unter Berücksichtigung der gewünschten Dichte und Gesamtlänge in eine erste Form gebracht.
Dann wird das Vor-Sintern (S110) durchgeführt und der Prozess wird im Bereich von 750–800°C während 2,5 Stunden ausgeführt.
Der Vorsinterprozess ist ein Prozess, in welchem die Duktilität durch Diffusion von ein wenig Kohlenstoff in die erste ausgebildete Form für ein Nachverpressen oder Nachverdichten (Umformen/Schmieden) (S120) verbessert wird, welches Nachverdichtungen/Nachverpressen ein Prozess zur Verbesserung der Dichte ist.
Nach dem Vorsinterprozess ist die zuerst ausgebildete Form nachverdichtet (S120), so dass die zweite Form verwirklicht ist und die Dichte durch Ausübung einer Kraft von 10 ton/cm² erhöht wird.
Die Materialien werden in dem Nachverdichtungsprozess physikalisch verbunden und die zweite Form kann chemisch durch das Hauptsintern (S130) verbunden werden.
Die Materialien werden im Bereich von 1110–1140°C für 5 Stunden während des Hauptsinterns und insbesondere für 50 Minuten in einem Hochtemperaturbereich gehalten.
Nach dem Hauptsintern tritt Restspannung in der zweiten Form auf und wird ein Anlassprozess (S140), bei welchem die Temperatur konstant ist, in der Atmosphäre zur Beseitigung der Restspannung durchgeführt.
Die Anlasstemperatur liegt in den verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung in dem Bereich von 180–220°C und die Anlasszeit liegt im Bereich von 100–150 Minuten.
Die Spannung zwischen den Strukturen wird durch das Anlassen abgemildert.
Und dann wird ein Öl umfassender Prozess, der in einem Vakuumzustand Öl in die zweite Form einbringt, durchgeführt, um die Maschinenverarbeitbarkeit der Produkte zu verbessern und das Auftreten von Rost zu verhindern.
Nachdem der Öl enthaltende Prozess beendet ist, wird die Öl durchmischte zweite Form, die nicht durch das Pulvermetall(PM)verfahren verwirklicht ist, mechanisch in Maß und Form gebracht, und wird ein Walzprozess (S150), der entgratet und Verunreinigungen entfernt, nachdem der Prozess ausgeführt ist, ausgeführt, um einen optimalen Oberflächenzustand zu erhalten.
Wenn der Walzprozess beendet ist, werden Defekte auf der Oberfläche früh entdeckt und kann ein Endcheck diese finden, so dass das Produkt nicht an Kunden ausgeliefert werden wird.
Nachstehend werden verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung in größerem Detail beschrieben.
Jedoch ist der Bereich der vorliegenden Erfindung nicht darauf beschränkt.
Beispiel
In verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist der MnS mit 1,5 Gewichtsanteilen in Bezug auf 100 Gewichtsanteile an Legierungspulver gleichmäßig in dem Legierungspulver vermischt, welches aus Fe mit 59,5 Gew.-%, Ni mit 3,15 Gew.-%, Mo mit 18,24 Gew.-%, Cr mit 4,27 Gew.-%, C mit 1,04 Gew.-%, Co mit 11,6 Gew.-%, Mn mit 0,95 Gew.-%, S mit 0,88 Gew.-%, V mit 0,1 Gew.-% und zusätzlich unvermeidbaren Verunreinigungen zusammengesetzt ist, und das gemischte Legierungspulver wird zur Herstellung einer Sinterlegierung, auch als gesinterte Legierung bezeichnet, für einen Ventilsitz gepresst und das gepresste Legierungspulver wird geformt, gesintert und bei einer Temperatur von 200°C für 120 Minuten angelassen.
Der Abriebverlust des mit dem vorstehenden Verfahren hergestellten Ventilsitzes wird gemessen.
Ein Ventilsitz 10 kann in Sitz-Teilbereiche 12, 14 und 16 und Nicht-Sitz-Teilbereiche eingeteilt werden und die Sitz-Teilbereiche 12, 14 und 16 stehen im Fokus eines Experiments in verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
Die Nicht-Sitz-Teilbereiche in verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind die unteren Teile der Sitz-Teilbereiche 12, 14 und 16 in 1, wo die Reibung mit dem Ventil unbedeutend ist.
1 zeigt Prozesssequenzen für den Ventilsitz 10 gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, wobei der Sitzteilbereich 16 hergestellt wird, nachdem die Sitzteilbereiche 12 und 14 hergestellt sind.
Der Sitzteilbereich 16 ist in 1(c) ein Teilbereich, wo der Ventilsitz 10 das Ventil kontaktiert und die Sitzteilbereiche 12 und 14 sind Hilfsoberflächen zur Formung und Ausbildung des Sitzteilbereiches 16.
Die Sitzteilbereiche 12, 14 und 16 in 1 bilden jeweils Oberflächen A, B und C aus.
Versuchsverfahren
Um die Güte und Qualität des Ventilsitzes nach verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zu testen, wird ein Test durchgeführt mit einer Umdrehungsgeschwindigkeit (RPM Rounds per Minutes) von 1100, einem FEED von 124,4 und einer FEED Rate von 0,11 während des Prozesses, werden 1000 Produkte jedes Materials bearbeitet und wird der Sitzteilbereich 16 hergestellt, nachdem die Sitzteilbereiche 12 und 14 hergestellt sind. Die Testergebnisse sind in Tabelle 1 und Tabelle 2 gezeigt.

In dem Vergleichsexemplar werden das MnS und Harz zugefügt, aber wird ein Anlassen nicht durchgeführt. Tabelle 1: Maschinelle Bearbeitbarkeit

Klassifikation	Rauigkeit B der Oberfläche (Rt)	B Oberflächenzustand		Abriebverlust (mm)
Klassifikation	Rauigkeit B der Oberfläche (Rt)	Maximale Lochgröße (μm)	# an Poren (> 100 μm)	Abriebverlust (mm)
Vergleichs-Exemplar	7.5	471.2	8.6	0.068
beispielhafte Ausführungsform	3.6	170.8	1.4	0.052

Tabelle 2: Materialeigenschaften

Klassifikation	Härte (HRA)	Dichte (g/cm3)	Mikrohärte (mHv 100 gf)
Klassifikation	Härte (HRA)	Dichte (g/cm3)	Hart-Phase	Matrix
Vergleichs-Exemplar	67.8	7.27	1339.8	446.5
beispielhafte Ausführungsform	63.4	7.24	1317.3	420.5

Wie in Tabelle 1 gezeigt, ist die Härte des Ventilsitzes gemäß den verschiedenen Ausführungsformen verbessert im Vergleich zu dem Vergleichsexemplar.
Die 2 zeigt die Oberflächenrauigkeit des Ventilsitzes gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, wobei die Oberflächenrauigkeit (Rt) einen Durchschnittswert von 5 Tests an 1000 Produkten für jedes Material darstellt.
Weiterhin ist die maximale Porengröße in verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung auf unter die Hälfte der Größe des Vergleichsexemplars reduziert und die Anzahl an Poren, die größer als 100 μm ist, ist deutlich verringert.
Die 3 zeigt Fotografien von metallischen Strukturen vor und nach Korrosion und die Fotografien sind 200fach vergrößert. Bezugnehmend auf 3 sind (a) und (b) jeweils Fotografien einer metallischen Struktur vor und nach Korrosion entsprechend dem Vergleichsexemplar und einer beispielhaft Ausführungsform, und sind (c) und (d) jeweils Fotografien metallischer Strukturen vor und nach Korrosion entsprechend dem Vergleichsexemplar und verschiedenen Ausführungsformen.
Wie in 3 gezeigt, sind große Veränderungen in dem Vergleichsexemplar nach Korrosion, wohingegen wenig Veränderung in verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung auftreten, so dass man feststellen kann, dass der Ventilsitz gemäß der vorliegenden Erfindung einen besseren Korrosionswiderstand aufweist.
Weiterhin können in dem Vergleichsexemplar weniger als 300 Löcher ausgearbeitet werden, während in dem Ventilsitz gemäß verschiedenen Ausführungsformen mehr als 1400 Löcher ausgearbeitet werden können, und in den verschiedenen Ausführungsformen wird Harz nicht verwendet, so dass ein Rissbildungsphänomen einer ausgearbeiteten Oberfläche nicht auftritt.
Daher ist der Ventilsitz gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung insbesondere geeignet für den Kontaktbereich mit einem Ventil.
Zu Convenience-Zwecken in der Erläuterung und zur akkuraten Definition in den beigefügten Ansprüchen, werden die Begriffe untere usw. verwendet, um die Merkmale der beispielhaften Ausführungsformen mit Bezug zu den Positionen dieser Merkmale in den jeweiligen Figuren zu beschreiben.
Die vorstehende Beschreibung spezifischer beispielhafter Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird zum Zwecke der Erläuterung und Beschreibung präsentiert. Diese beabsichtigen nicht, vollständig zu sein oder die Erfindung auf die präzise offenbarten Formen zu beschränken und offensichtlich sind viele Modifikationen und Variationen im Licht der vorstehenden Lehren möglich. Die beispielhaften Ausführungsformen werden gewählt und beschrieben, um bestimmte Prinzipien der Erfindung und deren praktische Anwendung zu beschreiben und dadurch anderen Fachleuten zu ermöglichen, verschiedene beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung herzustellen und zu verwenden, wie auch verschiedene Alternativen oder Modifikationen davon. Es ist beabsichtigt, dass der Umfang und der Schutzbereich der Erfindung durch die beigefügten Ansprüche und deren Äquivalente definiert sind.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

KR 10-2012-0033989 [0001]

Claims

Sinterlegierung für Ventilsitze, umfassend: MnS hinzugefügt zu einer Legierung, die C mit 0,8–1,2 Gew.-%, Ni mit 2,0–4,5 Gew.-%, Cr mit 3,0–5,0 Gew.-%, Mo mit 16,0–20,0 Gew.-%, Co mit 9,0–13,0 Gew.-%, V mit 0,05–0,15 Gew.-%, S mit 0,2–0,8 Gew.-%, Eisen und zusätzliche unvermeidbare Verunreinigungen umfasst.
Sinterlegierung nach Anspruch 1, wobei eine Menge an MnS von 0,2–2,5 Gewichtsanteilen in Bezug zu 100 Gewichtsanteilen der Sinterlegierung hinzugefügt ist/wird.
Sinterlegierung nach Anspruch 2, wobei die Größe der MnS Partikel kleiner als 12 μm ist.
Sinterlegierung nach Anspruch 3, wobei das MnS Mangan (Mn) mit 60–65 Gew.-% und Schwefel (S) mit 35–40 Gew.-% umfasst.
Herstellverfahren für einen Ventilsitz, welches umfasst: Mischen von MnS mit einem Legierungspulver für einen Ventilsitz, welches Pulver C mit 0,8–1,2 Gew.-%, Ni mit 2,0–4,5 Gew.-%, Cr mit 3,0–5,0 Gew.-%, Mo mit 16,0–20,0 Gew.-%, Co mit 9,0–13,0 Gew.-%, V mit 0,05–0,15 Gew.-%, S mit 0,2–0,8 Gew.-%, Eisen und zusätzlich unvermeidbare Verunreinigungen umfasst; Herstellen einer ersten Form durch Formen des gemischten Materials; Vorsintern der ersten geformten Form; Herstellen einer zweiten Form durch Nachverpressen der ersten vorgesinterten Form; Hauptsintern der zweiten Form und Anlassen der hauptgesinterten zweiten Form.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei die Menge an MnS 0,2–2,5 Gewichtsanteile in Bezug auf 100 Gewichtsanteile des Legierungspulvers beträgt.
Herstellverfahren nach Anspruch 5, wobei die Anlasstemperatur zwischen 180°C und 220°C liegt.
Herstellverfahren nach Anspruch 5, wobei die Anlasszeit 100 Minuten bis 150 Minuten beträgt.
Herstellverfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, wobei das Verfahren einen weiteren Schritt des Eindringens von Öl in die angelassene zweite Form umfasst.
Herstellverfahren nach Anspruch 9, wobei das Verfahren einen weiteren Schritt der Weiterverarbeitung und Walzung der öldurchdrungenen zweiten Form umfasst.
Ventilsitz, hergestellt durch die Sinterlegierung nach Anspruch 1.