DE10297567T5

DE10297567T5 - Ventilführung für Brennkraftmaschinen, hergestellt aus einer Sinterlegierung auf Eisenbasis

Info

Publication number: DE10297567T5
Application number: DE10297567T
Authority: DE
Inventors: Katsunao Nagareyama Chikahata; Koichiro Matsudo Hayashi; Katsuaki Wako Sato
Original assignee: Honda Motor Co Ltd; Hitachi Powdered Metals Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd; Resonac Corp
Priority date: 2002-01-11
Filing date: 2002-12-27
Publication date: 2004-12-09
Anticipated expiration: 2022-12-28
Also published as: CN1297679C; DE10297567B4; JP4193969B2; US20050040358A1; US7040601B2; CN1612946A; WO2003060173A1; JP2003201548A

Abstract

Ventilführung für eine Brennkraftmaschine, gefertigt aus einer Eisen(II)-Sinterlegierung, die
8 bis 20 Massen-% Cu, 0,8 bis 1,5 Massen-% C, 0,5 bis 2 Massen-% mindestens einer der Verbindungen MnS, WS₂ und MoS₂ und als Rest Fe enthält, und
eine metallographische Struktur aufweist, bestehend aus:
einer Eisen-Perlit-Matrix,
einer Kupferphase, die in der Matrix dispergiert ist, Poren und
Metallsulfid, das in der Matrix, der Kupferphase und den Poren dispergiert ist.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft Ventilführungen für Brennkraftmaschinen, die aus einer Eisen(II)-Sinterlegierung hergestellt sind und eine hervorragende Verschleißfestigkeit aufweisen.
Stand der Technik
Viele Ventilführungen für Einlassventile oder Auslassventile von Brennkraftmaschinen sind aus Eisen(II)-Sinterlegierungen gefertigt. Zum Beispiel wird eine Sinterlegierung, in der Kohlenstoff mit 1,5 bis 4 Massen-%, Kupfer mit 1 bis 5 Massen-%, Zinn mit 0,1 bis 2 Massen-%, Phosphor mit 0,1 bis 0,3 Massen-% vorhanden ist und der Rest aus Eisen besteht, die Auscheidungen aus einer ternären, eutektischen Fe-C-P-Verbindung in einer Eisen-Perlitmatrix aufweist und in der Graphit dispergiert ist, in der JP-Offenlegungschrift Nr. 55-34858 beschrieben. Da diese Legierung eine hervorragende maschinelle Bearbeitbarkeit und Verschleißfestigkeit aufweist, wird sie in Motoren wie denen von Automobilen eingesetzt. Korrosionsfeste und warmfeste Superlegierungen (Japanese Industrial Standard (JIS) NCF), warmfeste Stähle (JIS SUH), Schnelldreh-Werkzeugstähle (JIS SKH) und durch eine Weichnitrierbehandlung der vorstehend erwähnten Legierungen erhaltene Legierungen werden bei vielen Ventilspindeln in Einlassventilen und Auslassventilen eingesetzt.
Es ist zweckmäßig, die Ventilspindel einer Weichnitrierbehandlung zu unterziehen, um die Eigenschaften der Thermostabilität, Verschleißfestigkeit und Dauerfestigkeit zu verbes sern. Diese Behandlung erfordert jedoch einen Verwaltungsaufwand für eine Handhabung und Entsorgung usw., weil eine Salzschmelze verwendet wird, die eine toxische Cyanverbindung enthält, und bei dem Prozess ein Umweltschutzproblem entsteht. Deshalb ist es erstrebenswert, nach Möglichkeit eine Ventilspindel ohne den Weichnitrierprozess zu erhalten. Im Falle der Verwendung einer Ventilspindel ohne den Weichnitrierprozess sind jedoch die Gleitschäden (Abrieb) bei den Ventilführungen, die aus Eisen(II)-Sinterlegierungen gefertigt sind, sowie den Ventilspindeln fortschreitend, und es besteht die Möglichkeit, dass sich der Abrieb vergleichsweise erhöht, weil die Verschleißfestigkeit der Ventilspindel ohne den Weichnitrierprozess relativ geringer ist als bei der Ventilspindel, die mit dem Weichnitrierprozess behandelt worden ist. Insbesondere an der Einlassseite (Einlass) entsteht die als "Ölabtropfen" bezeichnete Erscheinung, bei welcher das Schmieröl nach unten in die Brennkammer hinein fließt, wenn das Schmieröl zum Verhindern des Abriebs an der Gleitstelle zwischen der Ventilführung und der Ventilspindel zugeführt wird. Infolge dieser Erscheinung erhöht sich der Verbrauch an Schmieröl und es entstehen nachteilige Emissionswirkungen. Folglich kann zur Vermeidung dieser Wirkungen die Porosität der Sinterlegierung und die Zuführgeschwindigkeit des Schmieröls in der Weise eingestellt werden, dass der Verbrauch an Schmieröl mäßig wird. Als Folge werden die Reibungsbedingungen vergleichsweise schlecht.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Die Aufgaben der vorliegenden Erfindung sind es, Ventilführungen für Brennkraftmaschinen vorzusehen, die aus Eisen(II)-Sinterlegierung gefertigt sind und eine hervorragende Haltbarkeit der Ventilspindel ohne einen Wechnitrierprozess ergeben.
Ventilführungen der vorliegenden Erfindung enthalten Cu mit 8 bis 20 Massen-%, C mit 0,8 bis 1,5 Massen-% und mindestens eine Verbindung aus MnS, WS₂ und MoS₂ mit 0,5 bis 2 Massen-%, wobei der Rest aus Fe besteht und viele Poren vorhanden sind; es liegt ein Metallgefüge vor, in welchem die Kupferphase in einer Eisenperlitmatrix dispergiert ist und Metallsulfide zwischen Teilchen der Matrix und der Kupferphase dispergiert sind. Der Grund zur Einschränkung der Zusammensetzung gemäß der vorliegenden Erfindung wird nachstehend erläutert.
Matrix auf Eisenbasis
Eine Matrix auf Eisenbasis ergibt Grundeigenschaften wie die Materialfestigkeit und Verschleißfestigkeit, und bei der vorliegenden Erfindung hat die Matrix auf Eisenbasis eine Perlitstruktur, bei welcher Kohlenstoff aus Graphit in die während des Sinterns aus reinem Eisenpulver erzeugte Matrix hinein diffundiert ist. Der Gehalt an gebundenem Kohlenstoff in der Matrix auf Eisenbasis beträgt etwa 0,8% der eutektoiden Phase zwischen Eisen und Kohlenstoff, und es wird eine Matrix auf Eisenbasis, in welcher eine größere Menge an Zementit ausgeschieden worden ist, nicht erwünscht. Im zugegebenen Graphitpulver ist auch ein Teil Graphitpulver enthalten, welcher als freier Kohlenstoff verbleibt.
C
Der Gesamtkohlenstoffgehalt in der Sinterlegierung wirkt sich auf die radiale Druckfestigkeit und die maschinelle Bearbeitbarkeit der Ventilführung sowie den Verschleiß der Ventilführung und der Ventilspindel aus. Je kleiner der Gesamtkohlenstoffgehalt ist, desto besser wird die maschinelle Bearbeitbarkeit der Ventilführung. Die radiale Druckfestigkeit weist den höchsten Wert auf, wenn der Gesamtkohlenstoffgehalt etwa 1 Massen-% beträgt, und nimmt ab wenn der Gesamtkohlenstoffgehalt mehr oder weniger als etwa 1 Massen-% beträgt, wobei ein Gesamtkohlenstoffgehalt, welcher 1,5 Massen-% überschreitet, nicht erwünscht ist. Der Verschleiß an der Ventilführung und der Ventilspindel weist den niedrigsten Wert auf, wenn der Gesamtkohlenstoffgehalt etwa 1 Massen-% beträgt, und wird größer, wenn der Gesamtkohlenstoffgehalt weniger als 0,8 Massen-% beträgt. Aufgrund dieser Tatsachen ergibt sich, dass ein Gesamtkohlenstoffgehalt im Bereich von 0,8 bis 1,5 Massen-% zu einem geringen Verschleiß, einer hohen radialen Druckfestigkeit und einer guten maschinellen Bearbeitbarkeit führt.
Cu
Kupfer verbessert die Formanpassung und die Verschleißfestigkeit der Ventilspindel, wenn das Kupfer in einer teilchenförmigen Phase in der Matrix auf Eisenbasis der Sinterlegierung dispergiert ist. Es ist zweckmäßig, das Kupfer in der Form von Kupferpulver zuzugeben. Eine geeignete Korngröße des vorstehend erwähnten Kupferpulvers ist relativ grob, so dass eine dispergierte Kupferphase erhalten wird. zum Beispiel wird ein Kupferpulver bevorzugt, in dem die durch Sieben erhaltene Korngröße weniger als 0,149 mm (100 Mesh) beträgt, und der Anteil der Siebdurchgangsfraktion 10 bis 30 Massen-% beträgt. Infolge des Sinterns diffundiert das Kupfer in geringem Ausmass in das Gefüge auf Eisenbasis und bildet sogar eine Struktur aus reinem Kupfer. Während die Sintertemperatur auf 1100 bis 1300°C gehalten wird, die etwas höher liegt als der Schmelzpunkt des Kupfers, wird zur Erzielung der Festigkeit die Diffusion des Kupfers in das Eisen durch die Haltezeit bei der maximalen Sintertemperatur gesteuert, und der vorstehend erwähnte Kohlenstoff wird zu etwa 0,8 Massen-% in dem Eisen gelöst. Der Kupfergehalt führt auch zu verschiedenen Eigenschaften. Die maschinelle Bearbeitbarkeit wird bei einer Erhöhung des Kupfergehalts verbessert. Die radiale Druckfestigkeit nimmt bei einer Erhöhung des Kupfergehalts ab. Der Verschleiß an der Ventilführung und der Ventilspindel weist den meist bevorzugten Wert auf, wenn der Kupfergehalt etwa 15 Massen-% beträgt und steigt an, wenn der Kupfergehalt 5 Massen-% beträgt. Aufgrund dieser Tatsachen ergibt sich, dass ein Kupfergehalt im Bereich von 8 bis 20 Massen-% zu einem geringen Verschleiß, einer hohen radialen Druckfestigkeit und einer guten maschinellen Bearbeitbarkeit führt.
Metallsulfid (MnS, WS₂, MoS₂)
Eine Ventilführung aus Eisen(II)-Sinterlegierung mit einem Gefüge, in dem das Kupfer mit 8 bis 20 Massen-% in einer Matrix auf Eisenbasis mit einer Perlitstruktur dispergiert ist, weist eine höhere radiale Druckfestigkeit auf als eine übliche, aus einer Eisen(II)-Sinterlegierung gefertigte Ventilführung und haftet nicht fest. Jedoch ist eine Ventilführung aus einer Eisen(II)-Sinterlegierung mit einem Gefüge, in dem das Kupfer mit 8 bis 20 Massen-% in einer Matrix auf Eisenbasis mit einer Perlitstruktur dispergiert ist, bezüglich der Verschleißfestigkeit und maschinellen Bearbeitbarkeit den üblichen, aus Eisen(II)-Sinterlegierungen gefertigten Ventilführungen unterlegen. Ein festes Schmiermittel kann in den Legierungen enthalten sein, um die vorstehend erwähnte Verschleißfestigkeit und maschinelle Bearbeitbarkeit zu verbessern. Als festes Schmiermittel können Mangansulfid (MnS), Wolframdisulfid (WS₂), Molybdändisulfid (MoS₂), Enstatit (MgSiO₃), Bornitrid (BN), Calciumfluorid (CaF) usw. eingesetzt werden. Von diesen festen Schmiermitteln ist jedoch Metallsulfid überlegen, und insbesondere ist Mangansulfid am meisten überlegen, weil die Verringerung der radialen Druckfestigkeit klein ist und die Verschleißfestigkeit am besten ist. Bei Erhöhung des Gehalts an Metallsulfid wird die maschinelle Bearbeitbarkeit verbessert und die radiale Druckfestigkeit verringert. Der Verschleiß an der Ventilführung und an der Ventilspindel ist klein, falls der Gehalt an Metallsulfid etwa 1 bis 1,5 Massen-% beträgt, und erhöht sich, falls der Gehalt an Metallsulfid weniger als 0,5 Massen-% beträgt. Der Verschleiß erhöht sich auch, wenn der Gehalt an Metallsulfid 3 Massen-% beträgt. Aufgrund dieser Tatsachen ergibt sich, dass ein Metallsulfidgehalt im Bereich von 0,5 bis 2 Massen-% zu einem geringen Verschleiß, einer hohen ra dialen Druckfestigkeit und einer guten maschinellen Bearbeitbarkeit führt.
Dichte der Ventilführung
Die Dichte der Ventilführung, die Poren mit der Fähigkeit aufweist, darin Öl aufzunehmen, und die von ausreichender Festigkeit ist, beträgt 6,4 bis 6,8 g/cm³.
BESTER MODUS ZUM AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
Als nächstes wird die Erfindung anhand konkreter Beispiele näher erläutert.
(1) Herstellung und Prüfung der Funktion von Sinterlegierungsproben
Praktische Beispiele
(a) Ausgangsmaterialpulver

Eisenpulver: KIP-300A, hergestellt von Kawasaki Steel; Siebkorngröße 0,149 mm (100 Mesh).
Kupferpulver: Nr. 35, hergestellt von Japan Energy; Siebkorngröße 0,149 mm (100 Mesh).
Graphitpulver: CPB, hergestellt von Nihon Graphite Industry; Siebkorngröße ca. 0,1 mm (150 Mesh).
Festes Schmiermittelpulver: Mangansulfid (MnS), Wolframdisulfid (WS₂), Molybdändisulfid (MoS₂), Enstatit (MgSiO₃), Bornitrid (BN), Calciumfluorid (CaF).
Zinkstearatpulver.

(b) Mischpulver
Unter Verwendung der vorstehend erwähnten Ausgangsmaterialpulver wurden Mischpulver wie nachstehend gezeigt für Proben 1 bis 7 zubereitet. Die Mengen sind in Massen-% angegeben.
Zinkstearat in einer Menge von 0,75 Massen-% wurde allen Proben zugegeben.
Probe 1: 89% Eisenpulver + 10% Kupferpulver + 1% Graphit.
Probe 2: 99% Probe 1 + 1% MnS.
Probe 3: 99% Probe 1 + 1% WS₂.
Probe 4: 99% Probe 1 + 1% MoS₂.
Probe 5: 99% Probe 1 + 1% MgSiO₃.
Probe 6: 99% Probe 1 + 1% BN.
Probe 7: 99% Probe 1 + 1% CaF.
(c) Kompaktieren von Pulver und Sinterung
Die vorstehend erwähnten Pulverproben 1 bis 7 wurden in einer Form zur Gestalt zylinderförmiger Ventilführungen kompaktiert und die Presskörper durch Erwärmen auf eine maximale Temperatur von 1130°C in einem reduzierenden Gas gesintert. Die Dichte jeder der zur Auswertung der Eigenschaften vorgesehenen Proben wurde auf 6,6 g/cm³ eingestellt. Jeder Sinterkörper enthielt Kohlenstoff in einer Gesamtmenge von 95 Massen-%. Im Eisenmikrogefüge jedes Sinterkörpers bestand die gesamte Fläche aus Perlit (der Gesamtkohlenstoffgehalt betrug etwa 0,8%), und es war in diesem Mikrogefüge eine teilchenförmige Kupferphase enthalten.
Vergleichsbeispiel
Eine aus der vorstehend erwähnten üblichen Sinterlegierung gefertigte Probe wurde als eine Vergleichsbeispielprobe hergestellt. Ein Mischpulver wurde durch jeweiliges Vermischen von Eisenpulver, Kupfer-Zinn-Legierungspulver, Phosphor-Eisen(II)-Legierungspulver, Kupfer-Zinnlegierungspulver, Phosphor-Eisen(II)-Legierungspulver und Graphitpulver in vorbestimmten Mengen erhalten, ein Presskörper wurde durch Kompaktieren dieses Mischpulvers erhalten und die Vergleichsbeispielprobe wurde durch Sintern dieses Presskörpers erhalten. Die Zusammensetzung des Sinterkörpers des Vergleichsbeispiels bestand aus Kohle: 2 Massen-%, Kupfer: 3 Massen-%, Zinn: 1 Massen-%, Phosphor: 0,2 Massen-%, wobei der Rest aus Eisen bestand. Das Mikrogefüge des Sinterkörpers war das einer ternären, eutektischen Fe-C-P-Verbindung, die durch Diffusion von Kohlenstoff in das Eisengefüge in der Perlitmatrix ausgeschieden worden war.
Die folgenden Prüfungen wurden an den aus den Sinterkörpern der vorstehenden Beispiele 1 bis 7 gefertigten Ventilführungen und an der aus einem Sinterkörper des Vergleichsbeispiels gefertigten Ventilführung durchgeführt.
Prüfung der radialen Druckfestigkeit (MPa)
Die radiale Druckfestigkeit wurde gemäß der in der JIS Z2507-1979 beschriebenen Bestimmung radialer Druckfestigkeit eines ölimprägnierten gesinterten Lagers gemessen.
Prüfung der maschinellen Bearbeitbarkeit
Jede Ventilführung mit einem Innendurchmesser von 6,4 mm wurde mit Turbinenöl einer kinematischen Viskosität von 56·10^–6 m²/s (56 cSt) bei 400°C imprägniert, und jede Ventilführung wurde unter Druck in eine Öffnung eines Gehäuses eingeführt, das an einer Werkstückhalterung einer Bohrmaschine befestigt wurde.
Ein aus Sintercarbid gefertigter Erweiterungsbohrer mit einem Außendurchmesser von 7 mm wurde an die Bohrmaschine befestigt und mit einer Drehgeschwindigkeit von 1000 U/min und einer Belastungskraft von 31 N in die innere Öffnung der Proben eingeführt. Die maschinelle Bearbeitbarkeit wurde anhand der Zerspanungsdauer (Sekunden) bewertet, in der eine axiale Länge von 10 mm bei der maschinellen Erweiterung bearbeitet werden konnte.
Verschleißprüfung
Die durch ein maschinelles Erweiterungsbohren bearbeitete Ventilführung wurde in einer Prüfeinrichtung befestigt, und es wurden nach einer Laufzeit von 10 Stunden bei einer Umge bungstemperatur von 500°C, einer Drehzahl der Ventilspindel von 3000 und einer radialen Belastung von 29,4 N (3 kp) der Verschleiß (μm) anhand des Innendurchmessers der Ventilführung und der Verschleiß (μm) an der Ventilspindel gemessen, wobei eine nicht weichnitrierte Ventilspindel verwendet wurde, die aus einem warmfesten Martensitstahl SUH11 (JIS G4311) gefertigt war.
Die Ergebnisse der Prüfung der radialen Bruchfestigkeit und des Verschleißes sind in Tabelle 1 angegeben. In der Tabelle 1 sind die Eigenschaften jeder Probe des praktischen Beispiels in Form einer Indexzahl angegeben, wobei den Eigenschaften der Probe des Vergleichsbeispiels der Wert 100 zugeordnet wurde. In der Tabelle bezeichnet "VF" die "Ventilführung" und "VS" die "Ventilspindel".
Tabelle 1
Gemäß der Tabelle 1 können die Eigenschaften der Metallsulfid enthaltenden Proben der praktischen Beispiele denen der Ventilführung der Probe des Vergleichsbeispiels überlegen sein.
Insbesondere war das Fe – 10% Cu – 0,85% C – 1% MnS enthaltende Material der Probe 2 am besten. Bei der Erweiterungsbohrer-Bearbeitungsdauer der Prüfung der maschinellen Bearbeitbarkeit hatte die Probe 2 die Indexzahl 78, wenn der Probe des Vergleichsbeispiels die Indexzahl 100 zugeordnet wurde; deshalb war die Probe 2 überlegen.
(2) Vergleich des Gehalts an Cu, C und MnS
Als nächstes wurden bei der vorstehend erwähnten Probe 2 die Wirkungen eines jeweils verschiedenen Gehalts an Cu, C und MnS auf die Eigenschaften der Ventilführung verglichen. Geeignete Werte des Gehalts an Cu, C und des Metallsulfids wurden jeweils bestimmt. Hierbei waren die Verfahrensweisen bei der Prüfung der radialen Bruchfestigkeit und der maschinellen Bearbeitbarkeit die gleichen wie die vorstehend erwähnten. Jedoch wurde bei der Verschleißprüfung die Last auf 49,0 N (5 kp) erhöht und die Zeit auf 30 Stunden ausgedehnt, im Vergleich mit denen bei den vorstehend erwähnten Bedingungen. Bei dem Vergleich wurde der vorstehend erwähnten Probe 2 die Indexzahl 100 zugeordnet. Als Kriterien zur Bestimmung der Umfangsgrenzen der vorliegenden Erfindung wurden Zerspanungsdauern gewählt, bei denen die Indexzahl unter 120 lag, radiale Bruchfestigkeiten gewählt, bei denen die Indexzahl 60 oder mehr betrug, Verschleißwerte an der Ventilführung gewählt, bei denen die Indexzahl 140 oder weniger betrug und Verschleißwerte an der Ventilspindel gewählt, bei denen die Indexzahl 250 oder weniger betrug. Wenn auch die Indexzahl für den Verschleiß an der Ventilspindel relativ hoch lag, ist der Wert zulässig, weil der Verschleiß etwa mehrere μm betrug.
(a) Vergleich des Gehalts an Cu
Unter Bedingungen bei denen Fe – 1% C – 1% MnS konstant war, wurden 4 Arten von Ventilführungen als Proben hergestellt, bei denen der Gehalt an Cu 5 Massen-%, 10 Massen-%, 15 Massen-% und 20 Massen-% betrug. Prüfergebnisse für diese Proben sind in Tabelle 2 angegeben.
Tabelle 2
Gemäß der Tabelle 2 war der Cu-Gehalt im Bereich von 10 bis 15 Massen-% günstig. Wird der Cu-Gehalt erhöht, verbessert sich die maschinelle Bearbeitbarkeit. In diesen Fall wird jedoch die radiale Bruchfestigkeit verringert. Der Verschleiß der Ventilführung nahm ab, wenn der Cu-Gehalt 10 bis 15 Massen-% betrug, und erhöhte sich, wenn das Ventil weniger als 10 Massen-% oder mehr als 15 Massen-% enthielt. Der Verschleiß der Ventilspindel lag insgesamt innerhalb der Toleranz. Aufgrund dieser Tatsachen wurde der Bereich des Cu-Gehalts auf 8 bis 20 Massen-% festgelegt, unter Berücksichtigung des Verschleißes und der maschinellen Bearbeitbarkeit der Ventilführungen.
(b) Vergleich des Gehalts an C
Unter den Bedingungen, wonach Fe – 10% Cu – 1% MnS konstant blieb, wurden 4 Arten einer Ventilführung als Proben hergestellt, bei denen der Gehalt an C 0,8%, 1%, 1,2% und 1,5 betrug. Prüfergebnisse für diese Proben sind in Tabelle 3 angegeben.
Tabelle 3
Gemäß der Tabelle 3 war der C-Gehalt im Bereich von 1 bis 1,2 Massen-% günstig. Wurde der C-Gehalt erhöht, verschlechterte sich die maschinelle Bearbeitbarkeit. Die radiale Druckfestigkeit und die Verchleißfestigkeit wiesen die höchsten Werte auf, wenn der C-Gehalt 1% betrug, und neigten zum Abnehmen, wenn der C-Gehalt 1% mehr oder weniger betrug. Im Hinblick auf das Gefüge beträgt der Gehalt an mit Eisen verbundenem Kohlenstoff etwa 0,8%, wobei der Rest an C als Zementit und freier Kohlenstoff ausgeschieden ist. Die maschinelle Bearbeitbarkeit wird mit Anstieg des Kohlenstoffgehalts verringert, weil bei Erhöhung des Kohlenstoffgehalts mehr hartes und brüchiges Zementit vorliegt. Wird die Spindel durch hartes und brüchiges Zementit abgerieben, wirken die abgeriebenen Körner als Schleifteilchen und schleifen die eigentliche Ventilführung ab. Diese Eigenschaften liegen jeweils innerhalb der Toleranzen, wenn der Bereich des C-Gehalts auf 0,8 bis 1,5 Massen-% festgelegt ist.
(c) Vergleich des Gehalts an MnS
Unter den Bedingungen, wonach Fe – 10% Cu – 1% MnS konstant blieb, wurden 5 Arten einer Ventilführung als Proben hergestellt, bei denen der Gehalt an MnS 0,5%, 1%, 1,5%, 2% und 3% betrug. Prüfergebnisse für diese Proben sind in Tabelle 4 angegeben.
Tabelle 4
Gemäß der Tabelle 4 ergab ein MnS-Gehalt im Bereich von 1 bis 2 Massen-% gute Eigenschaften. Wurde der MnS-Gehalt erhöht, nahm die radiale Bruchfestigkeit ab, und die maschinelle Bearbeitbarkeit verbesserte sich. Die Verschleißfestigkeit war günstig, wenn der MnS-Gehalt 1 bis 1,5 Massen-% betrug, und neigte zum Abnehmen, wenn der MnS-Gehalt 1% mehr oder weniger betrug. Wenn der MnS-Gehalt 3 Massen-% betrug, erhöhte sich der Verschleiß an der Ventilführung sowie an der Ventilspindel. Aufgrund dieser Tatsachen wurde der Bereich des MnS-Gehalts auf 0,5 bis 2 Massen-% festgelegt.
Wie vorstehend aufgezeigt worden ist, war bei der Ventilführung gemäß der vorliegenden Erfindung die Formanpassung an die Ventilspindel verbessert, ein Schaden durch Gleitverschleiß trat nur erschwert auf und die Verschleißfestigkeit der Ventilführung und die Abreibwirkung an der Ventilspindel als Gegenmaterial waren verbessert durch die mäßige Dispersion von relativ weichem Kupfer in der Perlitstruktur des Gefüges auf Eisenbasis und durch die Schmierwirkung von Metallsulfid. Aufgrund dieser Tatsachen ergibt sich, dass eine Ventilspindel mit geeigneten Eigenschaften erhalten werden kann, ohne dass eine Weichnitrierbehandlung durchgeführt werden muss.
ZUSAMMENFASSUNG
Ventilführungen aus Eisen(II)-Sinterlegierung für Brennkraftmaschinen weisen eine verbesserte Haltbarkeit der Ventilspindel ohne eine Weichnitrierbehandlung auf. Die Ventilführungen enthalten 8 bis 20 Massen-% Cu, 0,8 bis 1,5 Massen-% C, 0,5 bis 2 Massen-% mindestens einer der Verbindungen MnS, WS₂ und MoS₂ und als Rest Fe. Die Ventilführungen haben viele Poren, ein Metallgefüge in welcher eine Kupferphase in einer Eisen-Perlit-Matrix dispergiert vorkommt, und eine Struktur, in der Metallsulfide zwischen den Teilchen zwischen der Matrix und der Kupferphase dispergiert sind.

Claims

Ventilführung für eine Brennkraftmaschine, gefertigt aus einer Eisen(II)-Sinterlegierung, die 8 bis 20 Massen-% Cu, 0,8 bis 1,5 Massen-% C, 0,5 bis 2 Massen-% mindestens einer der Verbindungen MnS, WS₂ und MoS₂ und als Rest Fe enthält, und eine metallographische Struktur aufweist, bestehend aus: einer Eisen-Perlit-Matrix, einer Kupferphase, die in der Matrix dispergiert ist, Poren und Metallsulfid, das in der Matrix, der Kupferphase und den Poren dispergiert ist.
Ventilführung für eine Brennkraftmaschine, gefertigt aus einer Eisen(II)-Sinterlegierung, nach Anspruch 1, bei der die Ventilführung in Kombination mit einer Ventilspindel aus einer korrosionsbeständigen, wärmebeständigen Superlegierung auf Eisenbasis, einem warmfesten Stahl oder einem Schnelldreh-Werkzeugstahl, an der keine Weichnitrierbehandlung durchgeführt worden ist, verwendet wird.