DE102018219686A1 - Verfahren zum Herstellen eines mit Kupfer infiltrierten Ventilsitzrings - Google Patents
Verfahren zum Herstellen eines mit Kupfer infiltrierten Ventilsitzrings Download PDFInfo
- Publication number
- DE102018219686A1 DE102018219686A1 DE102018219686.9A DE102018219686A DE102018219686A1 DE 102018219686 A1 DE102018219686 A1 DE 102018219686A1 DE 102018219686 A DE102018219686 A DE 102018219686A DE 102018219686 A1 DE102018219686 A1 DE 102018219686A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- copper
- valve seat
- seat ring
- section
- functional material
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
- F01L3/00—Lift-valve, i.e. cut-off apparatus with closure members having at least a component of their opening and closing motion perpendicular to the closing faces; Parts or accessories thereof
- F01L3/02—Selecting particular materials for valve-members or valve-seats; Valve-members or valve-seats composed of two or more materials
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F1/00—Metallic powder; Treatment of metallic powder, e.g. to facilitate working or to improve properties
- B22F1/09—Mixtures of metallic powders
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
- B22F3/001—Starting from powder comprising reducible metal compounds
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
- B22F3/02—Compacting only
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
- B22F3/02—Compacting only
- B22F3/03—Press-moulding apparatus therefor
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
- B22F3/10—Sintering only
- B22F3/1035—Liquid phase sintering
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
- B22F3/20—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces by extruding
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F5/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the special shape of the product
- B22F5/008—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the special shape of the product of engine cylinder parts or of piston parts other than piston rings
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F5/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the special shape of the product
- B22F5/10—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the special shape of the product of articles with cavities or holes, not otherwise provided for in the preceding subgroups
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F2998/00—Supplementary information concerning processes or compositions relating to powder metallurgy
- B22F2998/10—Processes characterised by the sequence of their steps
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F2999/00—Aspects linked to processes or compositions used in powder metallurgy
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F7/00—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression
- B22F7/06—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression of composite workpieces or articles from parts, e.g. to form tipped tools
- B22F7/062—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression of composite workpieces or articles from parts, e.g. to form tipped tools involving the connection or repairing of preformed parts
- B22F7/064—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression of composite workpieces or articles from parts, e.g. to form tipped tools involving the connection or repairing of preformed parts using an intermediate powder layer
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C33/00—Making ferrous alloys
- C22C33/02—Making ferrous alloys by powder metallurgy
- C22C33/0257—Making ferrous alloys by powder metallurgy characterised by the range of the alloying elements
- C22C33/0278—Making ferrous alloys by powder metallurgy characterised by the range of the alloying elements with at least one alloying element having a minimum content above 5%
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
- F01L2303/00—Manufacturing of components used in valve arrangements
- F01L2303/01—Tools for producing, mounting or adjusting, e.g. some part of the distribution
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
- F01L2820/00—Details on specific features characterising valve gear arrangements
- F01L2820/01—Absolute values
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Powder Metallurgy (AREA)
Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines mit Kupfer infiltrierten Ventilsitzrings (1). Gemäß dem Verfahren werden ein Kupferpulver (100b) und eine Funktionsmaterial-Pulvermischung (100a) in eine gemeinsame Kavität, die in einem Formelement (101) einer Formvorrichtung (100) vorhanden ist, (104) eingebracht. Gleichzeitig werden dann in der gemeinsamen Kavität (104) mittels des Formelements (101), insbesondere durch Pressen, das eingebrachte Kupferpulver (100b) und die eingebrachte Funktionsmaterial-Pulvermischung (100a) zu einem einen Funktionsabschnitt (1a) und einen Kupferabschnitt (1b) umfassenden gemeinsamen Grünkörper (1c) geformt. Anschließend wird der geformte Grünkörper (1c) zu dem Ventilsitzring (1) derart gesintert, dass sich während des Sinterns der Kupferabschnitt (1b) verflüssigt und Poren infiltriert, die in dem Funktionsabschnitt (1a) vorhanden sind.
Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines mit Kupfer infiltrierten Ventilsitzrings und einen Ventilsitzring, welcher unter Durchführung dieses Verfahrens hergestellt ist. Die Erfindung betrifft ferner ein tribologisches System mit einem solchen Ventilsitzring und eine Brennkraftmaschine mit einem solchen Ventilsitzring und, alternativ oder zusätzlich, einem solchen tribologischen System.
- Es ist bekannt, Ventilsitzringe für Ein- und Auslassventile pulvermetallurgisch derart herzustellen, dass während eines Sintervorgangs Ein Funktionsabschnitt aus einem Funktionsmaterial mit Kupfer infiltriert wird. Während der Funktionsabschnitt verschleißbeständig ist, trägt das Kupfer primär zur Wärmeleitfähigkeit des Ventilsitzrings bei.
- Üblicherweise werden solche Ventilsitzringe hergestellt, indem ein ringförmiger Funktions-Grünkörper und ein ringförmiger Kupfer-Grünkörper jeweils in einer Presse gepresst werden. Anschließend werden die beiden Grünkörper derart zueinander angeordnet, dass sich beim folgenden Sintervorgang der Kupfer-Grünkörper verflüssigt und im Funktionsabschnitt vorhandene Poren infiltriert. Alternativ werden, statt Kupfer-Grünkörper zu pressen, auch Kupferringe aus Kupferdrähten gewickelt.
- Ventilsitzringe mit einer niedrigen Ringhöhe, insbesondere mit einer Ringhöhe von weniger als 4 mm, erweisen sich als vorteilhaft für Ladungswechselverhältnisse einer Brennkraftmaschine, aber auch als vorteilhaft für eine Kühlung der Zylinder durch eine ermöglichte geringere Distanz zu einem Wassermantel der Brennkraftmaschine.
- Für solche Ventilsitzringe geeignete Kupfer-Grünkörper zu pressen, erweist sich jedoch aufgrund der geringen Ringhöhe, insbesondere bei Ringhöhen von weniger als 1 mm, fertigungstechnisch als schwierig.
- Gewickelte Kupferringe können hingegen einfacher hergestellt werden, weisen jedoch oft einen Spalt und eine Verschränkung im Ring auf. Dies führt dazu, dass sich die für eine optimale Geometrie des Ventilsitzrings essentielle Anordnung des Kupferrings und des Funktions-Grünkörpers zueinander verschieben kann, insbesondere bei Vibrationen und Erschütterungen während der Herstellung. Außerdem ist eine Bestimmung der erforderlichen Kupfermenge bei gewickelten Kupferringen häufig unpräzise und es müssen Drahtwickel-Maschinen bereitgestellt werden.
- Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein präziseres, prozesssichereres und kostengünstigeres Verfahren zum Herstellen eines mit Kupfer infiltrierten Ventilsitzrings zu schaffen. Insbesondere sollen mittels eines solchen Verfahrens kostengünstigere Ventilsitzringe und solche hergestellt werden, welche eine niedrigere Ringhöhe aufweisen, so dass die vorangehend genannten Nachteile behoben oder zumindest reduziert werden.
- Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
- Grundidee der Erfindung ist demnach, ein Kupferpulver und eine Funktionsmaterial-Pulvermischung in einer gemeinsamen Presse und in einem einzigen Pressvorgang zu pressen. Auf diese Weise lässt sich besonders präzise, prozesssicher und auch kostengünstig ein mit Kupfer infiltrierter Ventilsitzring geringer Höhe herstellen, ohne dass weitere Pressen oder Drahtwickelmaschinen nötig sind.
- Ein erfindungsgemäßes Verfahren dient zum Herstellen eines mit Kupfer infiltrierten Ventilsitzrings. Gemäß dem Verfahren werden ein Kupferpulver und eine Funktionsmaterial-Pulvermischung in eine gemeinsame Kavität, die in einem Formelement einer Formvorrichtung vorhanden ist, eingebracht. Gleichzeitig werden dann in der gemeinsamen Kavität mittels des Formelements, insbesondere durch Pressen, das eingebrachte Kupferpulver und die eingebrachte Funktionsmaterial-Pulvermischung zu einem einen Funktionsabschnitt und einen Kupferabschnitt umfassenden gemeinsamen Grünkörper geformt. Anschließend wird der geformte Grünkörper zu dem Ventilsitzring derart gesintert, dass sich während des Sinterns der Kupferabschnitt verflüssigt und Poren infiltriert, die in dem Funktionsabschnitt vorhanden sind.
- Zweckmäßig werden während des Einbringens des Kupferpulvers und der Funktionsmaterial-Pulvermischung das Kupferpulver und die Funktionsmaterial-Pulvermischung im Wesentlichen nicht miteinander durchmischt. Auf diese Weise wird ein die Infiltration des Funktionsabschnitts mit sich verflüssigten Kupferabschnitts betreffend und eine anschließende Verwendung des herzustellenden Ventilsitzrings betreffend besonders vorteilhafter Aufbau erzielt.
- Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform wird das Kupferpulver vor der Funktionsmaterial-Pulvermischung eingebracht, oder umgekehrt. Diese Ausführungsform ermöglicht eine besonders kostengünstige und einfache Beeinflussung des Aufbaus des zu formenden Grünkörpers und des zu herzustellenden Ventilsitzrings und gewährleistet, dass das Kupferpulver und die Funktionsmaterial-Pulvermischung besonders gut getrennt in der Kavität vorliegen.
- Gemäß einer anderen vorteilhaften Ausführungsform werden das Kupferpulver und die Funktionsmaterial-Pulvermischung gleichzeitig eingebracht. Diese Ausführungsform ermöglicht eine besonders zeitsparende Durchführung des herzustellenden Verfahrens.
- Bevorzugt wird das eingebrachte Kupferpulver mittels einer Vorformvorrichtung, insbesondere durch Pressen, vorgeformt. Auch diese Ausführungsform ermöglicht eine besonders kostengünstige und einfache Beeinflussung des Aufbaus des zu formenden Grünkörpers und des zu herzustellenden Ventilsitzrings und gewährleistet, dass das Kupferpulver und die Funktionsmaterial-Pulvermischung besonders gut getrennt in der Kavität vorliegen.
- Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform enthält die eingebrachte Funktionsmaterial-Pulvermischung Eisen und jeweils 0 bis 15 Gew.-% Mo, Si, W, V, C, P, Ni, Cr, Cu, Co, N und Mn sowie herstellungsbedingte Verunreinigungen. Alternativ oder zusätzlich weisen 90% der Partikel der Funktionsmaterial-Pulvermischung einen Maximaldurchmesser zwischen 25 µm und 344 µm auf. Alternativ oder zusätzlich weisen höchstens 20% der der Partikel der Funktionsmaterial-Pulvermischung einen Maximaldurchmesser von kleiner als 40 µm auf. Alternativ oder zusätzlich weisen höchstens 10% der Partikel der Funktionsmaterial-Pulvermischung einen Maximaldurchmesser von größer als 300 µm auf. Auf diese Weise wird ein besonders verschleißbeständiger und besonders effektiv infiltrierbarer Funktionsabschnitt des Grünkörpers geschaffen.
- Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform enthält das eingebrachte Kupferpulver herstellungsbedingte Verunreinigungen sowie maximal 10% Legierungselemente, insbesondere jeweils 0 bis 5 Gew.-% Fe, Mn, Sn, Zn, Al und Ni. Alternativ oder zusätzlich weisen höchstens 5% der Partikel des Kupferpulvers einen Maximaldurchmesser von größer als 177 µm auf. Auf diese Weise wird ein Kupferabschnitt des Grünkörpers geschaffen, welcher besonders gut den Funktionsabschnitt infiltriert und außerdem optimale Wärmeleiteigenschaften des herzustellenden Ventilsitzrings erzielt, so dass Wärme über den Ventilsitzring besonders effektiv an besagten Wassermantel abgeführt werden kann.
- Besonders bevorzugt weist nach dem Formen der Kupferabschnitt eine entlang der axialen Richtung gemessene Höhe von weniger als 1 mm, vorzugsweise von weniger als 0,7 mm, auf. Auf diese Weise wird eine besonders effektive Infiltration des Funktionsabschnitts mit dem sich verflüssigten Kupferabschnitt ermöglicht. Außerdem werden auch somit optimale Wärmeleiteigenschaften des herzustellenden Ventilsitzring erzielt, so dass Wärme über den Ventilsitzring besonders effektiv an besagten Wassermantel abgeführt werden kann.
- Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform sind nach dem Formen der Kupferabschnitt und der Funktionsabschnitt entlang einer axialen Richtung nebeneinander angeordnet. Dies erweist sich als besonders vorteilhaft für das Formen des Funktionsabschnitts und Kupferabschnitts des Grünkörpers entlang der Richtung der Schwerkraft und optimiert zudem die Infiltration des Funktionsabschnitts während des Sinterns.
- Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform erstreckt sich nach dem Formen eine den Funktionsabschnitt und den Kupferabschnitt vollständig trennende Fläche in einer zu der axialen Richtung des Ventilsitzrings senkrechten Ebene. Auch dies erweist sich als besonders vorteilhaft für das Formen des Funktionsabschnitts und Kupferabschnitts des Grünkörpers entlang der Richtung der Schwerkraft und optimiert zudem die Infiltration des Funktionsabschnitts während des Sinterns.
- Die Erfindung betrifft ferner einen Ventilsitzring, welcher gemäß dem vorangehend vorgestellten Verfahren hergestellt ist. Die vorangehend erläuterten Vorteile des vorangehend vorgestellten Verfahrens übertragen sich somit auch auf den erfindungsgemäßen Ventilsitzring.
- Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Ventilsitzrings weist der Ventilsitzring eine entlang einer axialen Richtung gemessene Höhe von weniger als 4 mm auf. Dies erweist sich bei Verwendung des gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Ventilsitzrings an einem Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine als vorteilhaft für Ladungswechselverhältnisse in der Brennkraftmaschine, aber auch für eine Kühlung deren Zylinder durch die mit der geringen Ringhöhe einhergehenden Distanz zu einem in der Brennkraftmaschine vorgesehenen Wassermantel.
- Die Erfindung betrifft auch ein tribologisches System, welches einen gemäß dem vorangehend vorgestellten Verfahren hergestellten Ventilsitzring umfasst. Die vorangehend erläuterten Vorteile des vorangehend vorgestellten Verfahrens und des gemäß dem vorangehend vorgestellten Verfahren hergestellten Ventilsitzrings übertragen sich somit auch auf das erfindungsgemäße tribologische System.
- Die Erfindung betrifft ferner eine Brennkraftmaschine für ein Kraftfahrzeug. Die Brennkraftmaschine umfasst einen gemäß dem vorangehend vorgestellten Verfahren hergestellten Ventilsitzring und, alternativ oder zusätzlich, ein vorangehend vorgestelltes tribologisches System. Die vorangehend erläuterten Vorteile des vorangehend vorgestellten Verfahrens, des gemäß dem vorangehend vorgestellten Verfahren hergestellten Ventilsitzrings und des vorangehend vorgestellten tribologischen Systems übertragen sich daher auch auf die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine.
- Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
- Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
- Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
- Die
1 illustriert eine Schnittdarstellung eines vereinfachten Beispiels eines geformten Grünkörpers1c . Der Grünkörper1c umfasst einen Funktionsabschnitt1a und einen Kupferabschnitt1b . Der Funktionsabschnitt1a und der Kupferabschnitt1b sind entlang einer axialen Richtung A nebeneinander angeordnet und durch eine zwischen dem Funktionsabschnitt1a und dem Kupferabschnitt1b angeordnete TrennflächeT getrennt. Im Beispiel der1 verläuft die TrennflächeT entlang einer radialen Richtung R des Ventilsitzrings1 , erstreckt sich in einer zu der axialen Richtung A des Ventilsitzrings senkrechten Ebene E und trennt den Funktionsabschnitt1a und den Kupferabschnitt1b vollständig entlang eines Querschnitts des Grünkörpers1c . Denkbar ist auch, dass die TrennflächeT entlang der axialen Richtung A des Ventilsitzrings1 verläuft. - Der Kupferabschnitt weist eine entlang der axialen Richtung A gemessene Höhe
HK von weniger als 1 mm, vorzugsweise von weniger als 0,7 mm, auf. Der Kupferabschnitt1b kann auch 20% bis 30% der Masse des Funktionsabschnitts1a aufweisen. Der Funktionsabschnitt1 weist eine entlang der axialen Richtung A gemessene HöheHR von weniger als 4 mm auf. - Die
2 illustriert eine Schnittdarstellung eines vereinfachten Beispiels einer Ventilsitzanordnung10 mit einem an einem Zylinderkopf2 einer Brennkraftmaschine montierten erfindungsgemäß hergestellten Ventilsitzring1 in einem Querschnitt entlang einer axialen Richtung A des Ventilsitzrings1 . - Der Ventilsitzring
1 fasst eine Ventilöffnung des Zylinderkopfs2 ein, welcher mittels eines Ventilkörpers (nicht gezeigt in2 ) verschlossen werden kann. Ein zu der axialen Richtung A geneigter Abschnitt des Ventilsitzrings1 bildet den Ventilsitz3 , auf welchem in einer Schließstellung des Ventilkörpers ein Ventilteller (nicht gezeigt in der1 ) des Ventilkörpers anliegt. - Der Ventilsitzring
1 umfasst im Wesentlichen nur noch die Maße des Funktionsabschnitts, welcher mit dem sich verflüssigten Kupferabschnitt infiltriert wurde, und weist eine entlang der axialen Richtung A gemessene RinghöheHR von weniger als 4 mm auf. - Die
3 zeigt ein Beispiel einer Formvorrichtung100 , welche zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet ist. Die Formvorrichtung100 umfasst ein mehrteiliges Formelement101 , welches eine Formmatrix102 , einen Oberstempel103 , Unterstempel103b und eine Kernstange105 umfasst. - Zwischen der Formmatrix
102 und der Kernstage105 ist eine Kavität104 ausgebildet, welche im Beispiel der3 ringförmig um eine Achse in der Bildebene angeordnet ist und in der3 in einem Querschnitt entlang dieser Achse zu sehen ist. In die Kavität104 sind im Beispiel der1 ein Kupferpulver100b und eine Funktionsmaterial-Pulvermischung100a eingebracht. - Im Folgenden wird anhand der
1 bis3 das erfindungsgemäße Verfahren beispielhaft erläutert: - Zur Durchführung des Verfahrens werden das Kupferpulver
100b und die Funktionsmaterial-Pulvermischung100a in dieselbe, gemeinsame Kavität104 eingebracht. Das Kupferpulver100b kann dabei vor der Funktionsmaterial-Pulvermischung100a eingebracht werden, oder die Funktionsmaterial-Pulvermischung100a kann vor dem Kupferpulver100b eingebracht werden. Das Kupferpulver100b und die Funktionsmaterial-Pulvermischung100a können auch gleichzeitig eingebracht werden. Das Kupferpulver100b und die Funktionsmaterial-Pulvermischung100a können dabei derart in die Kavität104 eingebracht werden, dass das Kupferpulver100b und die Funktionsmaterial-Pulvermischung100b während des Einbringens im Wesentlichen nicht miteinander durchmischt werden. - Die Funktionsmaterial-Pulvermischung kann dabei Metallpulver auf Eisen-, Kupfer- oder Kobaltbasis, Hartphasen, Kohlenstoff, Chrom, Mangan, Nickel, Molybdän, Kupfer, Silizium, Vanadium, Wolfram, Kobalt, Niob, Kupfer, Schwefel, Calcium, Trieisenphosphid, Bronze, Phosphor, Presshilfsmittel, Fließverbesserer, Graphit, Sulfide, Calciumdifluorid, organische und anorganische Bindemittel, Wachse, Festschmierstoffe, herstellungsbedingte Verunreinigungen und weitere zur Herstellung verschleißbeständiger Ventilsitzringe übliche Materialien enthalten. Im Beispiel der
1 bis3 enthält die eingebrachte Funktionsmaterial-Pulvermischung Eisen und jeweils 0 bis 15 Gew.-% Mo, Si, W, V, C, P, Ni, Cr, Cu, Co, N und Mn sowie herstellungsbedingte Verunreinigungen. Außerdem weisen 90% der Partikel der Funktionsmaterial-Pulvermischung einen Maximaldurchmesser zwischen 25 µm und 344 µm auf, höchstens 20% der der Partikel der Funktionsmaterial-Pulvermischung weisen einen Maximaldurchmesser von kleiner als 40 µm auf und höchstens 10% der Partikel der Funktionsmaterial-Pulvermischung weisen einen Maximaldurchmesser von größer als 300 µm auf. - Das Kupferpulver kann Fe, Mn, Sn, Zn, Al, Ni, Presshilfsmittel, Fließverbesserer, organische und anorganische Bindemittel, Wachse, Festschmierstoffe und herstellungsbedingte Verunreinigungen enthalten. Im Beispiel der
1 bis3 enthält das eingebrachte Kupferpulver herstellungsbedingte Verunreinigungen sowie maximal 10% Legierungselemente umfassend jeweils 0 bis 5 Gew.-% Fe, Mn, Sn, Zn, Al und Ni. Außerdem weisen höchstens 5% der Partikel des Kupferpulvers einen Maximaldurchmesser von größer als 177 µm auf. - Gleichzeitig werden dann in der gemeinsamen Kavität
104 mittels des Formelements101 , insbesondere durch Pressen, das eingebrachte Kupferpulver100b und die eingebrachte Funktionsmaterial-Pulvermischung100a zu einem einen Funktionsabschnitt1a und einen Kupferabschnitt1b umfassenden gemeinsamen Grünkörper geformt 1c. Dabei werden im Beispiel der3 das eingebrachte Kupferpulver100b und die eingebrachte Funktionsmaterial-Pulvermischung100a mittels Andrücken des Oberstempels103a an die Formmatrix102 und Kernstange105 in einem gemeinsamen Pressvorgang geformt. Der Unterstempel103b wird dabei dem angedrückten Oberstempel103a nach dessen Druckkontakt mit dem Unterstempel103b entgegengedrückt um das eingebrachte Kupferpulver100b und die eingebrachte Funktionsmaterial-Pulvermischung100a weiter zu verdichten. Das eingebrachte Kupferpulver100b kann auch mittels einer, insbesondere an der Formvorrichtung100 ausgebildeten, Vorformvorrichtung (nicht gezeigt in3 ), insbesondere durch Pressen, vorgeformt werden. Der Kupfer-Grünkörper und der Funktions-Grünkörper sind nach dem Formen integral aneinander ausgeformt. - Anschließend wird der geformte Grünkörper zu dem Ventilsitzring derart gesintert, dass sich während des Sinterns der Kupferabschnitt verflüssigt und Poren infiltriert, die in dem Funktionsabschnitt vorhanden sind. Der Kupferabschnitt wird dabei durch Kapillarkräfte vollständig vom Funktionsabschnitt aufgenommen.
- Nach dem Herstellen des Ventilsitzrings
1 und nach dem Anordnen und Einpressens des Ventilsitzrings1 am Zylinderkopf2 kann der Ventilsitzring1 nachbearbeitet werden.
Claims (14)
- Verfahren zum Herstellen eines mit Kupfer infiltrierten Ventilsitzrings (1), umfassend die folgenden Schritte: a) Einbringen eines Kupferpulvers (100b) und einer Funktionsmaterial-Pulvermischung (100a) in eine gemeinsame Kavität (104), die in einem Formelement (101) einer Formvorrichtung (100) vorhanden ist, b) Gleichzeitiges Formen, insbesondere durch Pressen, des in Schritt a) eingebrachten Kupferpulvers (100b) und der in Schritt a) eingebrachten Funktionsmaterial-Pulvermischung (100a) zu einem Grünkörper (1c), welcher einen Funktionsabschnitt (1a) und einen Kupferabschnitt (1b) aufweist, in der gemeinsamen Kavität (104) mittels des Formelements (101), c) Sintern des in Schritt b) geformten Grünkörpers (1c) zu dem Ventilsitzring (1), derart, dass sich während des Sinterns der Kupferabschnitt (1b) verflüssigt und Poren infiltriert, die in dem Funktionsabschnitt (1a) vorhanden sind.
- Verfahren nach
Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass während der Durchführung von Schritt a) das Kupferpulver (100b) und die Funktionsmaterial-Pulvermischung (100a) im Wesentlichen nicht miteinander durchmischt werden. - Verfahren nach
Anspruch 1 oder2 , dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt a) das Kupferpulver (100b) vor der Funktionsmaterial-Pulvermischung (100a) eingebracht wird, oder umgekehrt. - Verfahren nach
Anspruch 1 oder2 , dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt a) das Kupferpulver (100b) und die Funktionsmaterial-Pulvermischung (100a) gleichzeitig eingebracht werden. - Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das in Schritt a) eingebrachte Kupferpulver (100b) mittels einer Vorformvorrichtung, insbesondere durch Pressen, vorgeformt wird.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass - die in Schritt a) eingebrachte Funktionsmaterial-Pulvermischung (100a) Eisen und jeweils 0 bis 15 Gew.-% Mo, Si, W, V, C, P, Ni, Cr, Cu, Co, N und Mn sowie herstellungsbedingte Verunreinigungen enthält, und/oder - 90% der Partikel der Funktionsmaterial-Pulvermischung (100a) einen Maximaldurchmesser zwischen 25 µm und 344 µm aufweisen, und/oder - höchstens 20% der der Partikel der Funktionsmaterial-Pulvermischung (100a) einen Maximaldurchmesser von kleiner als 40 µm aufweisen, und/oder - höchstens 10% der Partikel der Funktionsmaterial-Pulvermischung (100a) einen Maximaldurchmesser von größer als 300 µm aufweisen.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass - das in Schritt a) eingebrachte Kupferpulver (100b) herstellungsbedingte Verunreinigungen und maximal 10 Gew.-% Legierungselemente, insbesondere jeweils 0 bis 5 Gew.-% Fe, Mn, Sn, Zn, Al und Ni enthält, und/oder - höchstens 5% der Partikel des Kupferpulvers (100b) einen Maximaldurchmesser von größer als 177 µm aufweisen.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach Durchführen von Schritt b) der Kupferabschnitt (1b) eine entlang der axialen Richtung (A) gemessene Höhe (HK) von weniger als 1 mm, vorzugsweise von weniger als 0,7 mm, aufweist.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach Durchführen von Schritt b) der Kupferabschnitt (1b) und der Funktionsabschnitt (1a) entlang einer axialen Richtung (A) nebeneinander angeordnet sind.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach Durchführen von Schritt b) eine den Funktionsabschnitt (1a) und den Kupferabschnitt (1b) vollständig trennende Fläche (T) sich in einer zu der axialen Richtung (A) des Ventilsitzrings senkrechten Ebene (E) erstreckt.
- Ventilsitzring (1), hergestellt mittels des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
- Ventilsitzring nach
Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilsitzring (1) eine entlang einer axialen Richtung (A) gemessene Höhe (HR) von weniger als 4 mm aufweist. - Tribologisches System, mit einem Ventilsitzring (1) nach
Anspruch 11 oder12 . - Brennkraftmaschine für ein Kraftfahrzeug, - mit einem Ventilsitzring (1) nach
Anspruch 11 oder12 , - und/oder mit einem tribologischen System nachAnspruch 13 .
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102018219686.9A DE102018219686A1 (de) | 2018-11-16 | 2018-11-16 | Verfahren zum Herstellen eines mit Kupfer infiltrierten Ventilsitzrings |
US16/686,096 US11098619B2 (en) | 2018-11-16 | 2019-11-15 | Method for producing a copper-infiltrated valve seat ring |
CN201911126876.XA CN111195730A (zh) | 2018-11-16 | 2019-11-18 | 用于生产渗铜阀座圈的方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102018219686.9A DE102018219686A1 (de) | 2018-11-16 | 2018-11-16 | Verfahren zum Herstellen eines mit Kupfer infiltrierten Ventilsitzrings |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102018219686A1 true DE102018219686A1 (de) | 2020-05-20 |
Family
ID=70470060
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102018219686.9A Pending DE102018219686A1 (de) | 2018-11-16 | 2018-11-16 | Verfahren zum Herstellen eines mit Kupfer infiltrierten Ventilsitzrings |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US11098619B2 (de) |
CN (1) | CN111195730A (de) |
DE (1) | DE102018219686A1 (de) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN118321545A (zh) * | 2024-06-14 | 2024-07-12 | 成都虹波实业股份有限公司 | 一种钨合金圆环成型模具及制作方法 |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US11473456B2 (en) * | 2020-09-15 | 2022-10-18 | GM Global Technology Operations LLC | Cylinder head valve seat with high thermal conductivity and multiple material cross-section |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4168162A (en) * | 1978-09-22 | 1979-09-18 | Scm Corporation | Infiltrating powder composition |
US4485147A (en) * | 1982-09-06 | 1984-11-27 | Mitsubishi Kinzoku Kabushiki Kaisha | Process for producing a sintered product of copper-infiltrated iron-base alloy and a two-layer valve seat produced by this process |
US6551373B2 (en) * | 2000-05-11 | 2003-04-22 | Ntn Corporation | Copper infiltrated ferro-phosphorous powder metal |
DE102015213706A1 (de) * | 2015-07-21 | 2017-01-26 | Mahle International Gmbh | Tribologisches System, umfassend einen Ventilsitzring und ein Ventil |
DE102016109539A1 (de) * | 2016-05-24 | 2017-12-14 | Bleistahl-Produktions Gmbh & Co Kg. | Ventilsitzring |
Family Cites Families (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0235125B2 (ja) * | 1983-05-02 | 1990-08-08 | Mitsubishi Metal Corp | Fekeishoketsuzairyosei2sobarubushiitonoseizoho |
JP2636837B2 (ja) * | 1986-01-13 | 1997-07-30 | 三菱マテリアル株式会社 | Cu溶浸2層バルブシートの製造方法 |
JPS6456851A (en) * | 1987-08-27 | 1989-03-03 | Nissan Motor | Manufacture of ferrous sintered alloy having resistance to heat and wear |
JP4373287B2 (ja) * | 2004-06-15 | 2009-11-25 | 株式会社リケン | 二層構造鉄基焼結合金製バルブシート |
ATE525156T1 (de) * | 2006-07-21 | 2011-10-15 | Hoeganaes Ab | Pulver auf eisenbasis |
US7757396B2 (en) * | 2006-07-27 | 2010-07-20 | Sanyo Special Steel Co., Ltd. | Raw material powder for laser clad valve seat and valve seat using the same |
JP4947659B2 (ja) * | 2008-02-29 | 2012-06-06 | 福田金属箔粉工業株式会社 | 銅系金属粉末 |
US9162285B2 (en) * | 2008-04-08 | 2015-10-20 | Federal-Mogul Corporation | Powder metal compositions for wear and temperature resistance applications and method of producing same |
CN102019425A (zh) * | 2011-01-12 | 2011-04-20 | 重庆华孚工业股份有限公司 | 粉末冶金浸铜阀座的制造方法 |
-
2018
- 2018-11-16 DE DE102018219686.9A patent/DE102018219686A1/de active Pending
-
2019
- 2019-11-15 US US16/686,096 patent/US11098619B2/en active Active
- 2019-11-18 CN CN201911126876.XA patent/CN111195730A/zh active Pending
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4168162A (en) * | 1978-09-22 | 1979-09-18 | Scm Corporation | Infiltrating powder composition |
US4485147A (en) * | 1982-09-06 | 1984-11-27 | Mitsubishi Kinzoku Kabushiki Kaisha | Process for producing a sintered product of copper-infiltrated iron-base alloy and a two-layer valve seat produced by this process |
US6551373B2 (en) * | 2000-05-11 | 2003-04-22 | Ntn Corporation | Copper infiltrated ferro-phosphorous powder metal |
DE102015213706A1 (de) * | 2015-07-21 | 2017-01-26 | Mahle International Gmbh | Tribologisches System, umfassend einen Ventilsitzring und ein Ventil |
DE102016109539A1 (de) * | 2016-05-24 | 2017-12-14 | Bleistahl-Produktions Gmbh & Co Kg. | Ventilsitzring |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN118321545A (zh) * | 2024-06-14 | 2024-07-12 | 成都虹波实业股份有限公司 | 一种钨合金圆环成型模具及制作方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN111195730A (zh) | 2020-05-26 |
US11098619B2 (en) | 2021-08-24 |
US20200157978A1 (en) | 2020-05-21 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE2540542C2 (de) | Aluminium-Gußerzeugnis mit Sintereisen-Einsatzteil | |
DE3830447C2 (de) | Sinterwerkstoff | |
DE4031408C2 (de) | Gesintertes Maschinenteil | |
DE69619146T2 (de) | Metallischer gesinterter Verbundkörper | |
DE102006048442B4 (de) | Fertigungsverfahren für ein verschleißfestes Sinterelement, einen gesinterten Ventilsitz, und Fertigungsverfahren hierfür | |
DE2753903C2 (de) | ||
EP1929146B8 (de) | Verfahren zur herstellung eines kolbens für einen verbrennungsmotor sowie danach hergestellter kolben | |
DE102006027851B3 (de) | Pulver für die Sinterhärtung und deren Sinterteile | |
WO1994020765A1 (de) | Verfahren zum herstellen eines bauteils mit wenigstens einer geteilten lauffläche für wälzkörper | |
DE102006014291A1 (de) | Verschleissfestes Sinterelement und Herstellungsverfahren hierfür | |
DE3610856A1 (de) | Verbund-metallgussgegenstand | |
EP0372223A1 (de) | Sinterwerkstoff auf Kupferbasis, dessen Verwendung sowie Verfahren zur Herstellung von Formteilen aus dem Sinterwerkstoff | |
DE102009041940A1 (de) | Herstellungsverfahren für gesinterte Ventilführung | |
DE112017007202T5 (de) | Verfahren zur Herstellung einer gesinterten Komponente | |
DE3029420C2 (de) | Kolbenringe für Brennkraftmaschinen | |
DE102018219686A1 (de) | Verfahren zum Herstellen eines mit Kupfer infiltrierten Ventilsitzrings | |
DE10142645B4 (de) | Sinterteil | |
DE102018209682A1 (de) | Verfahren zum Herstellen eines pulvermetallurgischen Erzeugnisses | |
WO2015091467A2 (de) | Double / triple layer ventilführung | |
EP3311008B1 (de) | Ventilführung | |
DE102009043382B4 (de) | Verfahren zur Herstellung eines Kraftfahrzeugmotorbauteils mit nicht achsensymmetrischem Querschnitt | |
DE3444214A1 (de) | Gegenstand mit einem gussmetallteil und einem gesinterten, metallischen teil, sowie verfahren zu dessen herstellung | |
DE3730082A1 (de) | Verfahren zur herstellung eisenhaltiger sinterlegierungen mit erhoehter abriebfestigkeit | |
DE102007010839B4 (de) | Verfahren zur Herstellung eines Kolbens und Kolben mit einer ringförmigen Verstärkung bestehend aus mehreren Verstärkungssegmenten | |
DE102020212371A1 (de) | Verfahren zum pulvermetallurgischen Herstellen eines Bauteils |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R163 | Identified publications notified |