DE1957823A1 - Alloy, especially for parts of the valve system of internal combustion engines - Google Patents
Alloy, especially for parts of the valve system of internal combustion enginesInfo
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- F01L3/02—Selecting particular materials for valve-members or valve-seats; Valve-members or valve-seats composed of two or more materials
Description
Z/DB-2 Sp uk Patentanmeldung Z / DB-2 Sp uk patent application
Legierung, insbesondere für Teile des Ventilsystems von BrennkraftmaschinenAlloy, in particular for parts of the valve system of internal combustion engines
Die Erfindung bezieht sich auf eine Legierung, insbesondere für Teile des Ventilsystems von Brennkraftmaschinen, die heissen Auspuffgasen ausgesetzt sind und widerstandsfähig gegen Oxydation, SuIfidation und gegen Einwirkungen von Bleiverbindungen bei hohen Temperaturen sein raüssen.The invention relates to an alloy, in particular for parts of the Valve systems of internal combustion engines that are exposed to hot exhaust gases are and resistant to oxidation, suIfidation and impacts of lead compounds at high temperatures.
Eine typische Legierung für derartige Teile besteht aus 20 % Chrom, 5*5 % Aluminium, 2,5 % Titan, 7,5 % Eisen, 0,15 % Kohlenstoff υηά den Rest Nickel.A typical alloy for such parts consists of 20 % chromium, 5 * 5 % aluminum, 2.5 % titanium, 7.5 % iron, 0.15 % carbon and the remainder nickel.
Die Erfindung beruht auf der Beobachtung, dass bestimmte quartäre Legierungen von Nickel, Chrom, Aluminium und Titan eine Kombination von Eigenschaften besitzen, die für Teile des Ventilsystems von Brennkraftmaschinen, die heissen Auspuffgasen ausgesetzt sind, die widerstandsfähig gegen Oxydation, Sulfidation und gegen Einwirkungen von Bleiverbindungen bei hohen Temperaturen sein müssen, besonders wünschenswert sind.The invention is based on the observation that certain quaternary alloys of nickel, chromium, aluminum and titanium have a combination of properties that are essential for parts of the valve system of internal combustion engines that are exposed to hot exhaust gases, that are resistant to oxidation, sulfidation and the effects of lead compounds must be at high temperatures are particularly desirable.
Es wird in diesem Zusammenhang höflichst auf eine wissenschaftliche Abhandlung über die Eigenschaften derartiger Legierungen verwiesen, die in der Zeitschrift "Journal of Metals" im Oktober 1956 auf den Seiten 1356 - 1362 von A Taylor veröffentlicht wurde.In this context, it is most polite to refer to a scientific treatise on the properties of such alloys referred to in the journal "Journal of Metals" in October 1956 on pages 1356-1362 published by A Taylor.
5K-2531 / 12. November I9695K-2531 / November 12, 1969
00982 3/134900982 3/1349
S«z der Gesellschaft: Köln - Vorsitzender des Aufslchteratos: Erhard Vltger · Vorstand: John A. Banning, Vorsitzender Dr. Kl«u» B. AmedtcK - Hans-Adolf Barthelmeh ■ Hans Grand! - Paul H. Kuhn · Hermann Miüer · Hana SchmidtSociety: Cologne - Chairman of the Supervisory Board: Erhard Vltger · Board of Directors: John A. Banning, Chairman Dr. Kl «u» B. AmedtcK - Hans-Adolf Barthelmeh ■ Hans Grand! - Paul H. Kuhn · Hermann Miüer · Hana Schmidt
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Legierung der obengenannten Art zu schaffen, die bei gleich guten Eigenschaften wesentlich preisgünstiger und damit für die Großserie anwendbar ist.The object of the present invention is to provide an alloy of the above Kind of creating that is much cheaper with the same good properties and can therefore be used for large-scale production.
Gemäss der vorliegenden Erfindung wird diese Aufgabe gelöst, indem bestimmte Chrom-Aluminium-Titan-Legierungen auf Nickelbasis einen Zusatz von bis zu 14 % Eisen erhalten, wodurch sie für Teile des Ventilsystems von Brennkraftmaschinen besonders interessant werden.According to the present invention, this object is achieved by adding up to 14 % iron to certain chromium-aluminum-titanium alloys based on nickel, which makes them particularly interesting for parts of the valve system of internal combustion engines.
Besondere Aufmerksamkeit ist hierbei den Köpfen von Tellerventilen und dem Ventilsitz-Einsätzen zu widmen, die beide in besonderem Mass mit Bleiver- · bindungen verunreinigten heissen Auspuffgasen ausgesetzt sind. Die erfindungsgemässen Legierungen werden in ihrem Giesszustand verwendet. Die gegossenen Köpfe der Tellerventile werden durch Reibungsschweissen mit einem Ventilsäaft aus Kohlenstoffstahl verbunden, um die Anwendung der teuren Legierungsbestandteile im Kopf des Tellerventiles wirtschaftlicher zu gestalten. Particular attention is paid to the heads of poppet valves and the To dedicate valve seat inserts, both of which are especially made with lead connections are exposed to contaminated hot exhaust gases. The inventive Alloys are used in their as-cast state. The cast heads of the poppet valves are friction welded to a Valve stem made of carbon steel connected to the application of the expensive Make alloy components in the head of the poppet valve more economical.
Um die Eigenschaften der erfindungsgemässen Legierungen aufzuzeigen, wurde eine typische erfindungsgemässe Legierung, die mit V 270 bezeichnet wurde, mit vier anderen im Handel bekannten und erhältlichen, gegen hohe Temperaturen widerstandsfähigen Legierungen verglichen, von denen eine eine Legierung auf Eisenbasis und die anderen drei Legierungen auf Nickelbasis sind. Die chemische Zusammensetzung der fünf miteinander verglichenen Legierungen sind auf dem folgenden Blatt r~"sammengestellt.In order to demonstrate the properties of the alloys according to the invention, a typical alloy according to the invention, designated V 270, was compared with four other commercially known and available high temperature resistant alloys, one of which is an iron-based alloy and the other three alloys Are nickel-based. The chemical composition of five compared with each other alloys are compiled in the following journal r ~ ".
FK-2531 / 12. November I969FK-2531 / November 12, 1969
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Die Erfindung wird anhand einiger in den beiliegenden Zeichnungen gezeigten Diagrammen näher erläutert.The invention is illustrated with reference to some in the accompanying drawings Diagrams explained in more detail.
Pig. 1 zeigt einen graphischen Vergleich der günstigen Eigenschaften der erfindungsgemässen Legierung verglichen mit denen der drei bekannten, vergleichbaren, gegen hohe Temperaturen widerstandsfähigen Legierungen. Die Darstellungen im linken Teil der Figur 1 zeigen hierbei die Fliessspannung bei Raumtemperatur, während die Darstellungen in rechten Teil der Figur 1 die Fließspannung bei der wesentlich kritischeren Temperatur von 871 ° C zeigen. Die Temperatur von 87I ° C ist etwa die maximale Temperatur, die heute im Ventilsystem einer Brennkraftmaschine in Betracht gezogen wird.Pig. 1 shows a graphic comparison of the favorable properties of alloy according to the invention compared with those of the three known, comparable, alloys resistant to high temperatures. The representations in the left part of FIG. 1 show the flow stress at room temperature, while the representations in the right part of FIG. 1 show the yield stress at the much more critical temperature of Show 871 ° C. The temperature of 87I ° C is about the maximum temperature which is considered today in the valve system of an internal combustion engine.
Fig. 2 zeigt in graphischer Darstellung die Bruchspannung in 100 Stunden bei 871 ° C der fünf miteinander verglichenen Legierungen. Hierbei treten die hervorragenden Eigenschaften der erfindungsgemässen Legierungen, insbesondere im Hinblick auf einen Kriechbruch deutlich zutage.Fig. 2 shows a graph of the breaking stress in 100 hours at 871 ° C of the five compared alloys. This is where the excellent properties of the alloys according to the invention come into play, in particular clearly evident with regard to a creep rupture.
Fig. 3 zeigt eine graphische Darstellung der Widerstandsfähigkeit der verglichenen Legierungen gegen .die Einwirkung von heissen Bleiverbindungen, wobei diese Widerstandsfähigkeit in einem Gewichtsverlust eines Prüflings in Gramm/dem pro Stunde der Einwirkung angegeben wird. Diese Widerstandsfähigkeit gegen eine Einwirkung von Bleiverbindungen ist eine kritische Grosse für Metalle, die heissen Auspuffgasen von verbleiten Benzin ausgesetzt sind.Fig. 3 shows a graph of the resistance of the compared Alloys against. The action of hot lead compounds, this resistance in a weight loss of a test object in grams / which is given per hour of exposure. This resilience against the influence of lead compounds is a critical parameter for metals that are exposed to hot exhaust gases from leaded petrol.
Fig. 4 zeigt in graphischer Darstellung, dass der Gehalt an Eisen der erfindungsgemässen Legierungen bis auf etwa 14 % erhöht werden kann, ohne dass ein Verlust an Widerstandsfähigkeit gegen die Einwirkung von Bleilegierungen in Kauf genommen werden muss. Dies ist insbesondere in wirtschaftlicher Hinsicht wichtig, da es hierdurch möglich wird, die erfindungsgemässen Legierungen wesentlich preisgünstiger aus Eisen-Chrom und Eisen-Titan-Legierungen herzustellen. Eiseni*t hierbei selbstverständlich der billigste •Legierungsbestandteil.4 shows in a graphic representation that the iron content of the alloys according to the invention can be increased up to approximately 14% without having to accept a loss of resistance to the action of lead alloys. This is particularly important from an economic point of view, since it makes it possible to manufacture the alloys according to the invention from iron-chromium and iron-titanium alloys at a significantly lower cost. Of course, iron is the cheapest alloy component.
FK-2531 / 12. November 1969 ' - 5 -FK-2531 / November 12, 1969 '- 5 -
009823/1349009823/1349
Es ist weiterhin wichtig, dass diese Legierungen die maximal mögliche Menge von in einem Gammagefüge gelösten Gamnaeisen bei Betriebstemperatur aufweisen. Die Menge von Gammaeisen soll zumindest 20 % betragen. Die Gegenwart von Titan in diesen Legierungen ermöglicht es, diese besondere Struktur zu erzielen.It is also important that these alloys have the maximum possible amount of gamna iron dissolved in a gamma structure at operating temperature. The amount of gamma iron should be at least 20 % . The presence of titanium in these alloys enables this particular structure to be achieved.
Die nachfolgende Tabelle II soll die Widerstandsfähigkeit einer Vielzahl von Legierungen gegen geschmolzenes Bleioxyd aufzeigen.The following Table II is intended to show the resilience of a variety of alloys against molten lead oxide.
Tabelle II Zusammensetzung in Gewichtsprozenten - Best NickelTable II Composition in percent by weight - Best Nickel
Gramm/dem /Std p
Gram / dem / hour
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