DE1526486A1

DE1526486A1 - Teile von Ventilantrieben und Legierung zu deren Herstellung

Info

Publication number: DE1526486A1
Application number: DE1966J0031978
Authority: DE
Inventors: Kueny Kenneth Eugene
Original assignee: Johnson Products Inc
Current assignee: Johnson Products Inc
Priority date: 1965-10-14
Filing date: 1966-10-12
Publication date: 1970-03-05
Also published as: DE1526486B2; GB1110497A

Description

JOHNSON PRODUCTS, INC., tlu3kegon, Michigan, USA "Teile von Ventilantrieben und Legierung zu deren Herateilung'

Die Erfindung bezieht sich auf Teile von Ventilantrieben, insbesondere die Ventilstößel, Nockenwellen und Kipphebel der Ventile von Verbrennungskraftmaschinen, insbesondere von hochkomprimierten Verbrennungsmotoren, bei welchen die Perioden zwischen den Ölwechseln vergleichsweise lang sind.

Die Erfahrungen der letzten Jahre haben gezeigt, da3 diese Ventilbestandteile, insbesondere die Ventilstößelflächen und die damit zusammenwirkenden Nockenbuckel der Nockenstangen wie auch die Kipphebel einem außerordentlich hohen Verschleiß und erheblichen Ausfällen unterworfen sind. Die Untersuchung der Ursachen dieser Erscheinung hat ergeben, daß sie darauf zurückzuführen sind, dies die Härte dieser Teile häufig bis zu einem schädlichen sie unbrauchbar machenden Maße abnimmt.

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Diese Verminderung der Härte i3t offenbar auf die außerordentliche Erhitzung der Oberflächen der Teile zurückzuführen, die erfolgt, wenn, wie das bei den heute üblichen hochkomprimierten Mototen, bei welchen die zeitlichen Zwischenräume zwischen den Ölwechseln lang sind, vorkommt, die Schmierung ausfällt und sich dann ein unmittelbarer Kontakt von Metall auf Metall dieser Teile ergibt.

Durch die Erfindung werden die sich hierdurch ergebenden Schwierigkeiten und Nachteile dadurch beseitigt, daß die genannten Ventilantriebsteile aus einer Legierung von neuartiger Zusammensetzung hergestellt werden, die die Eigenschaft besitzt, die für den Verwendungszweck dieser Teile notwendige Härte auch bei den hohen Temperaturen beizubehalten, die sich als Folge des .ininittelbaren Kontakts von Metall auf Metall bei hochkomprimierten Motoren unter den beschriebenen Umständen, insbesondere bei Ausfall der Schmierung ergeben.

Gegenstand der Erfindung sind demgemäß eine neue Eisen- . legierung und die aus dieser hergestellten Ventilteile der beschriebenen Art.

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Üblicherweise werden Ventilstößel, Nockenstangen und Kipphebel für Ventile aus härtbarem Stahl hergestellt. Ein solcher Stahl genügt unter normalen Temperaturbedingungen den Anforderungen, die an die Eigenschaften dieser Teile rom Gesichtspunkt ihres Verwendungszwecks zu stellen sind, insbesondere weil die Härte dieses Werkstoffe bei Temperaturen Ton bis *v etwa 185 ⁰C erhalten bleibt, Jedoch genügt er nicht den Hitzebeanspruchungen, denen aus solchem Material hergestellte Ventilbestandteile im Falle ihrer Verwendung für hochkomprimierte Motofcen, insbesondere solche mit langen ölweohselperioden, dann ausgesetzt sein können, wenn die Schmierung ausfällt und dann ein unmittelbarer Kontakt von Metall auf Metall zwischen solchen Teilen erfolgt, als dessen ' Folge die Temperaturen erheblich über das normale Maximum von 185 ⁰C ansteigen. Bei solchen Temperaturen tritt eine erhebliche Verringerung der Härte von härtbarem Stahl ein, die AnIaQ zu einem starken Verschleiß der Oberflächen ist, el: jczIxk dessen Folge diese Teile schnell unbrauchbar werden.

Die den Gegenstand 'der Erfindung bildende Legierung zur Herstellung von solchen Ventilbestaniteilen, weiche sogar bei erheblich höheren Temperaturen als 185 ⁰C, näalich von etwa 340 bis 460 C^ keine nennenswerte Verminderung der Härte seigt, und diese Eigenschaft bei langen Betriebsdauern von 500 oder mehr Stunden ohne Verschlechterung beibehält,

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"&3 OR'.G'NAL

besitzt die folgende grundsätzliche Zusammensetzung:

Element Gewichtsprozent

Kohlenstoff 3,00 bis 3,55

Silizium 2,00 bis 2,90

Mangan 0,70 bis 1,10

Phosphor 0,00 bie 0,20 (als Ver

unreinigung)

Schwefel 0,00 bis 0,10 (als Ver

unreinigung)

Nickel . 0,15 bis 0,70 Chrom 0,40 bis 1,25

Molybdän 0,15 bis 0,70

Wolfram 0,15 bie 10,00

Eisen Rest

Der in dieser Legierung enthaltene Phosphor und Schv/efel stellen normale Verunreinigungen dar, die praktisch immer in solchen Legierungen vorhanden sind, und deren Anwesenheit nicht erforderlich ist, Jedenfalls die vorstehend angegebenen Höohetprozentsätze hiervon nicht überschreiten darf.

Besonders wesentlich und entscheidend ist der Gehalt der Legierung an Wolfram innerhalb der oben angegebenen Frenzen. Wie sich gezeigt hat, sind Wolframgehalte von weniger als etwa 0,5 i» nicht ausreichend, um eine erhebliche Verschlechterung

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der Härteeigenschaften bei hohen Temperaturen sie verhindern. Andererseits wurde gefunden, daß höhere anteilige Mengen an Wolfram als etwa 10 5» zwar anwendbar sind, aber die Härtecharakteristik der Legierung nicht weiter verbessern, und deshalb lediglich kostensteigernd wirken.

Wie eich gezeigt hat, stellt ein Wolframgehalt von gröflenordnungsroäflig 3,00 bis 4,00 # den optimalen Wert des Anteils an diesem Metall in der neuen Legierung dar, deren vorzugsweise Zusammensetzung wie folgt ist:

Element Gewichtsprozent Kohlenstoff 3,30

Silizium 2,30

Mangan 0,90

Nickel 0,50

Chrom 1,10

Molybdän 0,50

Wolfram 4,00

Elsen Rest

Auoh in diesem Falle kann Schwefel und Phosphor als Verunreinigung vorhanden sein.

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Nachstehend werden typische Beispiele der neuen Legierungsluaammeneetzung gegeben:

Beispiel 1 Element Gewichtsprozent

Kohlenstoff 3,35

Silizium 2,60

" Mangan 0,96

Nickel 0,25

Chrom 0,46

Molybdän · 0,27

Wolfram 2,90

Eisen (und geringe Mengen

an Phosphor und Schwefel Rest

als Verunreinigungen)

Die untersuchung dieser Legierung ergab eine ausgezeichnet· Anfangshärte, die auch unter Einwirkung hoher Temperaturen, sogar solchen von bis zu etwa 52O⁰C, in vorzüglicher 7/eise erhalten blieb. Bei einer Anfangshärte nach der Rockwell-Skala gemessen von etwa 60 bi3 65 Punkten trat bei einer Temperatur von 350 ⁰C ein Härteverlust von nur 1 1/2 Punkten, yon 460⁰C nur von 3 1/2 Punkten und von 52O⁰C von nur 5 1/2 Punkten ein.

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	Beispiel 2	Gewichtsprozent
Element		3,32
Kohlenstoff		1,02
Mangan		0,26
Molybdän		2,69
Sllslum		0,69
Chrom		0,23
Nickel		41,60
Wolfram		Rest
Eisen fund serin	f?e Mengen

( gn g an Phosphor und Schwefel als Verunreinigungen)

Die vorstehende Legierungszusammensetzung enthält einen größeren Anteil ein Wolfram als die nach dem Beispiel 1 und besitzt, wie eich gezeigt hat, noch bessere Eigenschaften hinsichtlich der Erhaltene der Anfangshärte. Zum Beispiel betrug bei einer Temperatur von 350 C der Härteverlust nur 1 1/4 Punkte, bei einer solchen von 460 ⁰C nur 2 1/2 Punkte_f MmA bei einer Temperatur von 520 ⁰C nur 4 1/4 Punkte und Ton 575 ⁰C nur 6 1/2 Punkte.

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	2	Gewichteprozent
	Beispiel 3	3,30
Element		2,30
Kohlenetoff		0,90
Silizium		0,50
Mangan		1,10
Nickel		0,50
Chrom		4,00
Molybdän		Rest
Wolfram
Eisen

Wie oben bereite angegeben wurde, beträgt der Härteverlust zum Beispiel des Materials eines Ventilstöflele oder einer Ventilnockenwelle im Falle des vorzugsweisen Gehalts der Legierung an Wolfram von 3»00 bis 4,00 fi ein Minimum. Bei einer Temperatur von 41O⁰C betrug der Härteverlust nur 1 Punkt und bei einer solchen von 46O⁰C nur 3 Punkte.

Vorzugsweise besteht der gesamte Ventilstößel, die gesamte Nockenwelle und der gesamte Kipphebel aus der neuen Legierung, Es iat aber auch wahlweise möglich, lediglich die Lagerflächen dieser Elemente aus dieser herzustellen.

Die Herstellung der Ventilteile kann nach beliebigen zweckentsprechenden bekannten Methoden, zum Beispiel durch Gießen arfolgen. Die Legierung kann nach einem üblichen

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Schmelzverfahren geschmolzen, dann In zweckentsprechende Formen, wie Sandformen, Kohleformen, Schalenformen oder Dauerformen gegossen werden.Sie kann auch durch eine Platte aus Kohle oder einem ähnlichen wärmeabführenden Medium abgeschreckt werden. Das Härten erfolgt ebenfalls nach den Üblichen für härtbaren Stahl angewendeten Methoden, von denen eine typische die einer Wärmebehandlung durch Erhitzen bis auf 900 ⁰C, Halten dieser Temperatur für eine Zeitdauer von etwa 30 Minuten und folgendes Abschrecken in öl darstellt. Da diese Arbeitsstufen des Schmelzens, Uie3ena, Kühlens und der Wärmebehandlung allgemein übliche sind, werden sie nicht im einzelnen beschrieben.

Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die vorstehend angegebenen besonderen Zusammensetzungen der neuen Stahllegierung beschränkt, sondern es sind demgegenüber gewisse Änderungen möglich, ohne ihren Grundgedanken zu verlassen.

Patentansprüche

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Claims

1. Antriebsteile der Ventile von Verbrennungskraftmaschinen, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens die Bereiche ihrer Lagerflächen aus einer Eisenlegierung bestehen, die wenigstens 0,5 Gewichtsprozent .volfram enthält.

2· Ventilteile nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, da3 die Eisenlegierung bis zu 10 Gewichtsprozent V/olfram enthält.

3. Tentilteile nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Eisenlegierung zwischen 3»3 und 4,0 "!<> .Volfram enthält.

4· Ventilteile nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Gesamtkörper derselben aus der wolframhaltigen Legierung besteht.

5· Eisenlegierung zur Herstellung von Ventilteilen nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die folgende Zusammensetzung:

Element Gewichtsprozent

Kohlenstoff 3,00 bis 3,55

Silizium 2,00 bis 2,90

Mangan 0,70 bis 1,10

Nickel 0,15 bis 0,70

Chrom 0,40 bis 1,25

Molybdän 0,15 bis 0,70

Wolfram 0,50 bis X\00

Eisen(und geringe Mengen an Phosphor

und Schwefel als Verunreinigungen) ^Kest

6. Eisenlegierung zur Herstellung von Ventilteilen nach An spruch 1, gekennzeichnet durch die folgende Zusammensetzung:

Eleaent

Kohlenstoff

Sllizitui Mangan Nickel Chrom Molybdän Wolfraa

Eisen (und geringe Mengen an Phosphor und Schwefel als Verunreinigungen) Gewichtsprozent 3.00 bis 3,55 2,00 bis 2,90 0,70 bis 1,10 0,15 bis 0,70 P,40 bis 1,25 0,15 bis 0,70 3,00 bis 4,00

Rest

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