DE19723392A1 - Ventilsitz - Google Patents
VentilsitzInfo
- Publication number
- DE19723392A1 DE19723392A1 DE19723392A DE19723392A DE19723392A1 DE 19723392 A1 DE19723392 A1 DE 19723392A1 DE 19723392 A DE19723392 A DE 19723392A DE 19723392 A DE19723392 A DE 19723392A DE 19723392 A1 DE19723392 A1 DE 19723392A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- valve seat
- sintered
- alloy
- copper
- powder
- 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.)
- Granted
Links
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
- F01L3/22—Valve-seats not provided for in preceding subgroups of this group; Fixing of valve-seats
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Powder Metallurgy (AREA)
Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen Ventilsitz zur Verwendung in einer
Brennkraftmaschine oder in einem Verbrennungsmotor und dabei speziell auf einen
Ventilsitz, der mit dem Zylinderkopf einer Verbrennungsmaschine verbunden oder
verbindbar ist.
In der üblichen Technik werden Ventilsitze beispielsweise durch Paß- oder Preßsitz in
einem Zylinderkopf eines Verbrennungsmotors vorgesehen und dienen zum Abdichten
des Motorraumes oder der Verbrennungsgase sowie auch zur Kühlung des jeweiligen
Ventils. In jüngster Zeit wurden aber in Hinblick auf höhere Leistungen und
Geschwindigkeiten sowie im Hinblick auf die Gewichtsreduzierung bei Fahrzeugen und
Motoren Vielfach-Ventil-Strukturen für Motoren entwickelt, so daß jeder Zylinder eine
Vielzahl von Ansaug- und Abgasöffnungen aufweist, die räumlich dicht beieinander
angeordnet sind.
In jüngster Zeit wurden auch Ventilsitze vorgeschlagen, die in den Zylinderkopf eingefügt
und mit diesen verbunden werden, um die Abstände zwischen den Ventilen zu
verkleinern, um ein hohes Maß an Freiheit in der Kunstruktion sicherzustellen, wie
beispielsweise die Vergrößerung der Durchmesser der Ansaug- und Auslaßöffnungen, um
die Wärmeabfuhr von dem jeweiligen Ventil und dessen Ventilsitz zu verbessern und
somit die thermischen Belastungen zu reduzieren usw.
Im Stand der Technik sind auch Sintermaterialien oder Sinterlegierungen für die
Verwendung von Ventilsitzen bekannt, beispielsweise aus "Japanese Patent Laid-open
Gazette No. 25959/1984", auf deren gesamten Inhalt hier ausdrücklich Bezug genommen
wird. Diese Literaturstelle beschreibt gesinterte Legierungen oder Sintermaterialien für die
Verwendung bei Ventilsitzen. Die Legierungen enthalten einen großen Anteil an C, Ni,
Cr, Mo, Co sowie außerdem verteilt in der Matrixstruktur auch harte Partikel oder
Bestandteile. Diese harten Partikel bestehen aus C-Cr-W-Co-Fe-Pulver oder aus Fe-Mo-
Pulver. Es wurden auch diese gesinterten Legierungen mit in die Poren eingebrachtem
Kupfer oder mit einer in die Poren eingebrachten Kupferlegierung für Ventilsitze
verwendet, die dann verbesserte Eigenschaften bezüglich Festigkeit, Belastbarkeit und
Abrieb- oder Verschleißfestigkeit aufweisen.
Würde aber ein einfügbarer bzw. verbindbarer Ventilsitz aus derartigen herkömmlichen,
für die Herstellung von Ventilsitzen verwendeten Sintermaterialien oder Sinter-
Legierungen hergestellt, so sind Risse im Ventilsitz beim Verbinden und/oder aber
während des Betriebs des Motors unvermeidbar. Solche Risse verschlechtern die
Dichtungseigenschaften des Ventilsitzes. Dies führt auch zu Beeinträchtigungen in der
Massenproduktion. Das Auftreten von Rissen ist u. a. durch die im Vergleich zu den durch
Preßsitz gehaltenen Ventilsitzen kleine Form der verbindbaren Ventilsitze bedingt sowie
dadurch, daß die Festigkeitsgrenzen unter der Belastung beim Verbinden durch
Widerstandsschweißen sowie beim Betrieb des Motors überschritten werden.
Um diese Probleme zu lösen, wird beispielsweise in der Literaturstelle "Japanese Patent
Laid-open Gazette No. 189628/1995" auf die bzw. auf deren Inhalt hier ebenfalls Bezug
genommen wird, ein Ventilsitz vorgeschlagen, der aus einer Legierung auf Cu-Basis oder
aus einer Legierung auf Basis eines austenischen Eisens oder Stahles hergestellt ist, wobei
der Ventilsitz im Zylinderkopf durch Widerstandsschweißen befestigt wird. Obwohl bei
diesem Ventilsitz möglicherweise keine Risse beim Fügeprozeß oder während des
Betriebes des Motors auftreten, werden für ihn aber sehr teure Legierungen oder
Legierungsbestandteile benötigt, was einen erheblichen wirtschaftlichen Nachteil
bedeutet. Außerdem ist die Festigkeit, Belastbarkeit und Abrieb- und Verschleißfestigkeit
nicht zufriedenstellend.
Aufgabe der Erfindung ist es, die vorgenannten Nachteile zu vermeiden und einen
verbesserten Ventilsitz aufzuzeigen, der hinsichtlich Festigkeit, Belastbarkeit und Abrieb-
und Verschleißfestigkeit optimal ist, insbesondere auch dahingehend, daß das Auftreten
von Rissen beim Füge- oder Verbindungsprozeß sowie während des Betriebs des Motors
vermieden ist.
Dementsprechend wird mit der Erfindung ein Ventilsitz zum Befestigen in einem aus
Aluminium oder aus einer Aluminiumlegierung hergestellten Zylinderkopf einer
Verbrennungsmaschine bzw. eines Verbrennungsmotors mit Hilfe des
Widerstandsschweißens vorgeschlagen, wobei der Ventilsitz aus einem Material besteht,
welches eine Zugfestigkeit (tensible strength) von 300 MPa oder mehr, eine radiale
Druckfestigkeit (radial crushing strength) von 500 MPa oder größer, eine Dehnung
(elongation) oder Dehnbarkeit (Bruchdehnung) von 0,6% oder mehr, eine thermische
Leitfähigkeit von 15W/(m · K) oder größer, einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von
10 × 10-6 (1/K) oder größer sowie einen elektrischen Widerstandswert von 50 µΩ · cm
oder kleiner besitzt.
Das erwähnte Material des Ventilsitzes ist dann beispielsweise ein Sintermaterial oder
eine gesinterte Legierung auf Fe-Basis oder eine kupferinfiltrierte Sinterlegierung auf Fe-
Basis oder ein Sintermaterial oder eine Sinterlegierung auf F-Basis mit Kupfer
abgedichteten oder ausgefüllten Poren. Weiterhin kann das Material des Ventilsitzes auch
eine Sinterlegierung auf Ni-Basis oder Cu-Basis sein. Das Material des Ventilsitzes kann
schließlich auch Gußeisen oder Gußstahl oder ein Guß- oder Legierungsmaterial auf Cu-
Basis oder Ni-Basis sein.
Die Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß Risse, die beim Widerstandsschweißen
und beim Betrieb des Motors bzw. Maschine auftreten, von Deformationen während des
Verbindungsprozesses beim Widerstandsschweißen oder aber durch Stoßbelastungen
bzw. durch das Schlagen des Ventils beim Betrieb des Motors sowie durch das
Expandieren und Schrupfen aufgrund des Erhitzens und Abkühlens beim Betrieb des
Motors sowie beim Widerstandsschweißen verursacht sind. Der Erfindung liegt daher
weiterhin die Erkenntnis zugrunde, daß zur Vermeidung derartiger Rißbildungen bei
einem einsetzbaren bzw. verbindbaren Ventilsitz die Materialeigenschaften des
Ventilsitzes, insbesondere die Festigkeit, die Dehnung, die thermische Leitfähigkeit, der
thermische Ausdehnungskoeffizient sowie die elektrische Leitfähigkeit von
ausschlaggebender Bedeutung sind, und daß all diese Eigenschaften bzw. Parameter
wenigstens einen bestimmten vorgegebenen Wert aufweisen bzw. diesen überschreiten
müssen, um so daß Auftreten von Rissen in dem Ventilsitz zu vermeiden.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren an Ausführungsbeispielen näher
erläutert.
Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung die Verbindungssituation beim Anbringen eines
Ventilsitzes in einen Zylinderkopf mittels des Widerstandsschweißens;
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Test- oder Prüfanlage;
Fig. 3 eine schematische Darstellung, die die Temperaturmeßposition bei den
Testmustern in der Prüfanlage wiedergibt.
Die Erfindung und vorteilhafte Details der Erfindung werden nachstehend näher unter
Bezugnahme auf beispielhafte Ausführungsformen beschrieben.
Der erfindungsgemäße einfügbare bzw. verbindbare Ventilsitz wird durch Bearbeiten
oder Formen eines Materials in eine gewünschte Form hergestellt und der Ventilsitz wird
dann in einen aus einer Aluminiumlegierung hergestellten Zylinderkopf durch
Widerstandsschweißen eingesetzt und mit diesem verbunden. Obwohl das
Widerstandsschweißen eine bevorzugte Methode für das Verbinden ist, sind auch andere
Methoden, wie beispielsweise Reibschweißen oder ein Schweißen mit einem
Elektronenstrahl möglich.
Entsprechend der vorliegenden Erfindung wird ein Ventilsitzmaterial für den Ventilsitz
verwendet, welches eine Festigkeit (Dehn- oder Zugfestigkeit) von 300 MPa (Megapascal)
oder mehr, eine radiale Druckfestigkeit von 500 MPa oder mehr, eine Dehnung von 0,6%
oder mehr, eine thermische Leitfähigkeit von 15W/(m · K) oder mehr, einen thermischen
Ausdehnungskoeffizienten von 10 × 10-6(1/K) oder mehr sowie einen elektrischen
Widerstand von 50 µΩ · cm oder darunter besitzt.
Nachstehend werden nun die Gründe für die speziellen Werte der Materialeigenschaften
des Materials aufgezeigt, welches für den Ventilsitz verwendet wird.
Wie erwähnt besitzt der Ventilsitz gemäß der Erfindung eine Dehnungs- bzw. Zugfestigkeit
von 300 MPa oder größer. Falls die Zugfestigkeit unter 300 MPa liegt, ist der Ventilsitz
nicht widerstandsfähig gegen über der beim Widerstandsschweißen auftretenden
Verbindungskraft, sowie auch nicht widerstandsfähig gegenüber den auf dem Ventilsitz
durch das Ventil beim Betrieb des Motors einwirkenden Schlag- oder Stoßkräften. Es
können daher Risse im Ventilsitz auftreten. Aus diesem Grunde liegt das untere Limit der
Zugfestigkeit von 300 MPa.
Die radiale Druckfestigkeit des Ventilsitzes beträgt 500 MPa oder mehr. Falls nämlich
diese radiale Druckfestigkeit unter 500 MPa liegt, ist der Ventilsitz nicht haltbar
gegenüber der beim Widerstandsschweißen auftretenden Verbindungskraft und auch
nicht gegenüber den Schlagkräften, die beim Betrieb des Motors durch das Ventil auf den
Ventilsitz einwirken, so daß wiederum Risse im Ventilsitz entstehen können. Aus diesem
Grunde beträgt die untere Grenze der radiale Druckfestigkeit 500 MPa.
Die Dehnung des Ventilsitzes beträgt 0,6% oder mehr. Falls dieser Wert kleiner als 0,6%
ist, kann der Ventilsitz der Dehnung und Schrumpfung, die beim Widerstandsschweißen
durch das Erhitzen und anschließende Abkühlen auftreten, nicht folgen, so daß wiederum
Risse im Ventilsitz entstehen können. Aus diesem Grunde liegt die untere Grenze für die
Dehnung bei 0,6%.
Der Ventilsitz hat weiterhin eine thermische Leitfähigkeit von 15W/(m · K) oder darüber.
Falls die thermische Leitfähigkeit unter 15W/(m · K) liegt, ist die thermische
Weiterleitung der Hitze, die beim Widerstandsschweißen erzeugt wird, nicht voll
gewährleistet, so daß die Hitze, die für die Verbindung benötigt wird, nicht oder
zumindest nicht effektiv oder nicht in der erforderlichen Weise an die
Verbindungsflächen übertragen wird, was dann zu Problemen bei der Verbindung führt.
Aus diesem Grunde liegt die unterste Grenze für die thermische Leitfähigkeit bei
15W/(m · K).
Der Ventilsitz gemäß der Erfindung besitzt weiterhin einen thermischen
Ausdehnungskoeffizienten von 10 × 10-6 (1/K) oder größer. Falls der
Wärmeausdehnungskoeffizient des Ventilsitzes unter 10 × 10-6 (1/K) liegt, besteht ein
ziemlich großer Unterschied in der thermischen Ausdehnung zwischen dem Ventilsitz
und dem Zylinderkopf aus der Aluminiumlegierung, in welchem der Ventilsitz befestigt
ist, was dann zu großen Unterschieden in der Ausdehnung zwischen dem Ventilsitz und
dem Zylinderkopf beim Widerstandsschweißen, aber auch beim Erhitzen und Abkühlen
während des Betriebs des Motors bzw. der Maschine führt. Dies kann dann ebenfalls
Risse im Ventilsitz verursachen. Aus diesem Grund beträgt die untere Grenze des
Wärmeausdehnungskoeffizienten des Ventilsitzes 10 × 10-6 (1/K).
Der Ventilsitz hat schließlich einen elektrischen Widerstandswert von 50 µΩ · cm oder
darunter. Falls der elektrische Widerstandswert des Ventilsitzes den Wert von 50 µΩ · cm
übersteigt, wird die elektrische Leitfähigkeit herabgesetzt, so daß der Wärmewert, der
durch den elektrischen Strom beim Widerstandsschweißen erzeugt wird, niedrig ist, was
dazu führt, daß die zu verbindenden Oberflächen nicht auf eine ausreichend hohe
Temperatur erhitzt werden, die für die Verbindung notwendig ist. Aus diesem Grunde
liegt der elektrische Widerstandswert des Ventilsitzes bei 50 µΩ · cm oder darunter.
Für den Ventilsitz der Erfindung können Materialien, auch bekannte, überlicherweise für
Ventilsitze genutzte Materialien verwendet werden, sofern diese die oben erwähnten
Materialeigenschaften aufweisen. Im einzelnen werden bevorzugt gesinterte Legierungen
auf Fe-Basis, kupferinfiltrierte, gesinterte Legierungen auf Fe-Basis und gesinterte
Legierungen auf Fe-Basis verwendet, bei denen die Poren mit Kupfer abgedichtet sind.
Auch gesinterte Legierungen auf Ni-Basis und Cu-Basis sind bevorzugt verwendet.
Weiterhin können Gußeisen, Gußstahl, Gußlegierungen auf Cu-Basis sowie
kontinuierlich gegossene oder gezogene Materialien auf Cu-Basis und Ni-Basis verwendet
werden.
Jede gesinterte Legierung auf Fe-Basis, die für Ventilsitze verwendbar ist, einschließlich
der üblichen, bekannten Sintermaterialien bzw. gesinterten Legierungen auf Fe-Basis
können für den Ventilsitz bevorzugt verwendet werden. In speziellen ist eine gesinterte
Legierung bzw. ein Sintermaterial auf Fe-Basis bevorzugt, welches C, Mi, Cr, Co und Mo
sowie zusätzlich auch harte Partikel enthält, die C-Cr-W-Co-Fe Partikel und/oder Fe-Mo
Partikel sind, welche in der Matrixstruktur verteilt sind. Bevorzugt wird eine
Sinterlegierung auf Fe-Basis verwendet, die der Gruppe der Hochgeschwindigkeitsstähle
oder Schnell-Laufstähle, der Gruppe der rostfreien Stähle, oder der Gruppe von
wiederlegierten Stählen angehört, die 0,5%-8% von wenigstens Ni und Mo enthält.
Eine Cu-infiltrierte gesinterte Legierung auf Fe-Basis kann beispielsweise durch das
nachfolgend angegebene Verfahren gewonnen werden:
Ein Pulver wird als Ausgangsmaterial in eine Metallform eingebracht und dann unter Verwendung einer Formpresse durch Pressen geformt. Im Anschluß daran wird der aus dem Pulver geformte Körper gesintert. Der gesinterte Körper wird zusammen mit einer Kupferlegierung, die für die Infiltration verwendet wird, auf eine Temperatur erhitzt, die den Schmelzpunkt der Kupferlegierung übersteigt, um in die Poren die Kupferlegierung einzubringen, d. h. die Poren mit der Kupferlegierung zu infiltrieren. Anstelle einer solchen Infiltration kann aber Kupferpulver gleich von Anfang an dem pulverförmigen Rohmaterial zugemischt werden, wobei das Kupferpulver dann beim Sintern verflüssigt wird, um die Poren mit Kupfer zu infiltrieren.
Ein Pulver wird als Ausgangsmaterial in eine Metallform eingebracht und dann unter Verwendung einer Formpresse durch Pressen geformt. Im Anschluß daran wird der aus dem Pulver geformte Körper gesintert. Der gesinterte Körper wird zusammen mit einer Kupferlegierung, die für die Infiltration verwendet wird, auf eine Temperatur erhitzt, die den Schmelzpunkt der Kupferlegierung übersteigt, um in die Poren die Kupferlegierung einzubringen, d. h. die Poren mit der Kupferlegierung zu infiltrieren. Anstelle einer solchen Infiltration kann aber Kupferpulver gleich von Anfang an dem pulverförmigen Rohmaterial zugemischt werden, wobei das Kupferpulver dann beim Sintern verflüssigt wird, um die Poren mit Kupfer zu infiltrieren.
Bei der vorliegenden Erfindung ist ein Sintermaterial bzw. eine Sinterlegierung nicht
immer verwendet, sondern es können auch in Formen gegossene oder kontinuierlich
gegossene bzw. strang gegossene Materialien verwendet werden. Derartige
Gußmaterialien sind bevorzugt Gußeisen oder Gußstahl. Bei bevorzugtes Gußeisen für
die Verwendung bei dem erfindungsgemäßen Ventilsitz ist FCD600 Spheriodal-Graphit-
Gußeisen oder Schuppen-Graphit-Gußeisen oder entsprechende Gußeisenlegierungen,
die Cr, B enthalten, aber auch andere Legierungen oder Gußeisen sind denkbar. Als
bevorzugter Gußstahl wird ein solcher mit hohem Ni-Anteil vorgeschlagen, der dann
einen beachtlichen Anteil an Ni enthält, ebenso ein Gußstahl mit hohem Anteil an Cr
sowie Gußstähle der Cr-Si-Gruppe.
Weiterhin kann der Ventilsitz gemäß der Erfindung auch aus einer Legierung auf Ni-Basis
oder Cu-Basis hergestellt werden. Die Ni-Basis-Legierung ist bevorzugt eine solche der
Gruppe NCF(JIS G4901-4902), der Ni-Cr-Gruppe usw. Bei der vorliegenden Erfindung
besteht der Ventilsitz bevorzugt aus einer Cu-Basis-Legierung.
Ist der Ventilsitz aus einer Legierung auf Cu-Basis oder Ni-Basis hergestellt, so wird
beispielsweise ein Sinterverfahren unter Verwendung eines Metallpulvers, ein
Gießverfahren oder kontinuierliches Stranggießverfahren verwendet oder aber die
Herstellung erfolgt aus einem gewalzten Material.
Die Legierung auf Cu-Basis, die für den Ventilsitz gemäß der Erfindung geeignet ist, ist
vorzugsweise eine Cu-Ni-Si-Legierung, Cu-Be-Legierung und Cu-Cr-Legierung.
Es werden nun nachfolgend Beispiele für die Materialien des Ventilsitzes, der für eine
Verbindung geeignet ist, näher beschrieben:
Ein Ausgangs-Pulvermaterial (Rohmaterial), welches aus C-Pulver, Co-Pulver, Ni-Pulver,
aus einer pulverisierten C-Co-W-Cr-Fe-Legierung sowie verstäubtem reinen Eisenpulver
bestand, wurde mit Zinkstearat kombiniert und vermischt. Dieses gemischte Pulver wurde
dann durch Preßformen geformt und anschließend in einer Reduktionsatmosphäre
gesintert. Der gesinterte Körper wurde mit Kupfer infiltriert und einer Wärmebehandlung
unterworfen, aus der eine gesinterte Legierung bzw. ein Sintermaterial auf Fe-Basis
erhalten wurde. Diese so erhaltene gesinterte Legierung enthielt, jeweils in
Gewichtsprozent, C:1,3%, Ni:2,0%, Cr:6,5%, W:2,0%, Co: 7,5%, Cu:13,0%, wobei der
Rest unvermeidliche Verunreinigungen und Fe war. Diese gesinterte Legierung enthielt
harte Partikel, die in der Matrixstruktur verteilt waren. Eine solche gesinterte Legierung
wurde zu einem Ventilsitz verarbeitet.
Ein pulverförmiges Ausgangsmaterial bestehend aus C-Pulver, Co-Pulver, Ni-Pulver, aus
einer pulverisierten C-Co-W-Cr-Fe-Legierung und aus einem zerstäubtem reinen
Eisenpulver wurde mit Zinkstearat vermischt. Das gemischte Pulver-wurde dann durch
Preßformen geformt und in einer Reduktionsatmosphäre gesintert, so daß eine
gesinterte Legierung oder ein Sintermaterial auf Fe-Basis erhalten wurde. Das gesinterte
Material bzw. die gesinterte Legierung bestand, jeweils in Gewichtsprozent, aus C:1,3%,
Ni:2,0%, Cr:6,5%, W:2,0%, Co:7,5%, Rest unvermeidliche Verunreinigungen und Fe.
Die erhaltene gesinterte Legierung enthielt harte Partikel, die in der Matrixstruktur verteilt
sind. Dieses gesinterte Material wurde zu einem Ventilsitz verarbeitet.
Ein pulverförmiges Ausgangsmaterial bestehend aus C-Pulver, aus einer pulverförmigen
Cr-Fe-Legierung, aus Fe-Mo-Pulver und aus reinem Eisenpulver wurde mit Zinkstearat
vermischt. Dieses gemischte Pulver wurde dann durch Pressen geformt und in einer
Reduktionsatmosphäre gesintert sowie einer Wärmebehandlung unterworfen, bei der eine
gesinterte Legierung auf FeBasis mit Cr-Karbit in der Matrixstruktur, und zwar
ausgeschieden aus der flüssigen Phase erhalten wurde. Die Zusammensetzung der
erhaltenen gesinterten Legierung war, jeweils in Gewichtsprozent, C:2,0%, Cr:12,0%,
Mo:1,0%, Rest unvermeidliche Verunreinigungen und Fe. Eine solche gesinterte
Legierung wurde zu einem Ventilsitz verarbeitet.
Ein Rohmaterial bestehend aus Cr-Metall, Fe-W-Metall, Co-Metall, Ni-Metall, einem
kohlenden Zusatz und Stahl, wurde in einem Hochfrequenzschmelzofen geschmolzen,
und zwar zu einem Gußmaterial oder einer Legierung auf Ni-Basis, die jeweils in
Gewichtsprozent, enthielt C:2,5%, Cr:30%, W:15%, Co:10%, Ni:40% und Rest Fe. Die
so erhaltene Legierung auf Ni-Basis wurde einer Hitzebehandlung unterworfen, um so ein
Material verwendbar für einen Ventilsitz zu erhalten. Dieses Material wurde zu einem
Ventilsitz verarbeitet.
Ein Rohmaterial bestehend aus Fe-Cr, aus Ni-Metall, aus einem kolenden Zusatz und
Stahl wurde in einem Hochfrequenzschmelzofen geschmolzen, um eine Legierung auf
Ni-Basis als Block oder als kontinuierlich hergestellten Gußmaterials zu erhalten, welches
jeweils in Gewichtsprozent, bestand aus C:1,0%, Cr:13%, Ni:45%, Rest Fe. Dieses
Material wurde zu einem Ventilsitz verarbeitet.
Ein Spheriodal-Graphit-Gußeisen (FCD 600), welches jeweils in Gewichtsprozent bestand
aus C:3,6%, Si:2,0%, Mn:0,5%, Cu:1,0%, Rest Fe, wurde durch einen Schmelzprozeß in
einem Hochfrequenzschmelzofen erhalten. Das so erhaltene Material wurde zu einem
Ventilsitz verarbeitet.
Ein Schuppen-Graphit-Gußeisen, welches, jeweils in Gewichtsprozent, bestand aus
C:3,4%, Si:2,0%, Mn:0,7%, P:0,2%, B:0,05%, Rest unvermeidliche Verunreinigungen
und Fe, wobei zusätzlich auch Boroncarbit in der Matrixstruktur vorgesehen war, wurde
durch einen Schmelzprozeß in einem Hochfrequenzofen erhalten. Das so erhaltene
Material wurde zu einem Ventilsitz verarbeitet.
Ein Cu-Be-Legierung-Block oder Guß-Material wurde einer Wärmebehandlung
unterworfen, um ein für einen Ventilsitz verwendbares Material zu erhalten. Dieses
Material wurde zu einem Ventilsitz verarbeitet.
Ein pulverförmiges Ausgangsmaterial bestehend aus C-Pulver und einem Pulver aus
einem Hochgeschwindigkeitsstahl wurde mit Zinkstearat vermischt. Das gemischte Pulver
wurde durch Pressen geformt und dann gesintert in einer Reduktionsatmosphäre. Im
Anschluß daran wurde der gesinterte Körper mit Kupfer infiltriert um hierdurch eine
kupferinfiltrierte gesinterte Legierung bzw. kupferinfiltriertes gesintertes Material der
Hochgeschwindigkeitsstahlgruppe bzw. auf Fe-Basis zu erhalten. Die so hergestellte
gesinterte Legierung enthielt jeweils in Gewichtsprozent C:1,0%, Cr:2,0%, Mo:2,5%,
W:3,0%, V:1,5%, Cu:15,0%, Rest unvermeidliche Verunreinigungen und Fe. Weiterhin
enthielt die Legierung in der Matrixstruktur verteilt feine Karbitpartikel. Die gesinterte
Legierung wurde zu einem Ventilsitz verarbeitet.
Keramikmaterialien bestehend aus MgO-Puvler, Al₂O₃-Pulver und SiO₂-Pulver wurden
mit einem Sinterhilfsmittel vermischt und anschließend einem Form- und Sinterprozeß
mit Wärmebehandlung unterworfen, um hierdurch ein für den Ventilsitz brauchbares
Material zu erhalten. Dieses Material wurde zu einem Ventilsitz verarbeitet.
Ein pulverförmiges Ausgangsmaterial, welches C-Pulver, Ni-Pulver, Mo-Pulver mit feinem
Eisen, Cu-Pulver und Fe-Mo-Pulver enthielt, wurde mit Zinkstearat vermischt. Das
gemischte Pulver wurde durch Pressen geformt und in einer Reduktionsatmosphäre
gesintert und einer Hitzebehandlung unterworfen, wodurch eine gesinterte Legierung auf
FeBasis erhalten wurde. Diese gesinterte Legierung bestand, jeweils in Gewichtsprozent,
aus C:1,1%, Cu:13,0%, Mo:10,0%, Ni:2,0%, Rest unvermeidliche Verunreinigungen und
Fe. Die Legierung enthielt weiterhin Fe-Mo-Partikel verteilt in der Matrixstruktur. Die
erhaltene gesinterte Legierung wurde zu einem Ventilsitz verarbeitet.
In einem nächsten Schritt wurden die jeweiligen Ventilsitze in den Zylinderkopf,
hergestellt aus einer Aluminiumlegierung (AC4C), eingesetzt und dort verbunden, und
zwar unter Verwendung des Widerstandsschweißens. Die Figur 1 zeigt diesen unter
Verwendung des Widerstandsschweißens durchgeführten Verbindungsschritt.
Wie in der Fig. 1(a) dargestellt ist, wird der Ventilsitz 1 so positioniert, daß sein
überstehender Bereich oder Rand 1a gegen die Schrägfläche 2a des Zylinderkopfes 2
anliegt. Ein Druck wird in Richtung des in den Figuren angegebenen Pfeils auf den an der
Schrägfläche 2a anliegenden bzw. sitzenden Ventilsitz 1 aufgebracht. Im Anschluß daran
wird der elektrische Strom eingeschaltet, so daß er insbesondere auch zwischen dem
Ventilsitz 1 und der Schrägfläche 2 wirksam ist. Sobald die Berührungsflächen zwischen
dem Zylinderkopf 2 und dem Ventilsitz 1 und deren Umgebung auf die
Schmelztemperatur oder eine Temperatur benachbart der Schmelztemperatur erhitzt sind,
wird der elektrische Storm abgeschaltet. Der Zylinderkopf 2, dessen Härte geringer ist als
diejenige des Ventilsitzes, wird dann plastisch verformt und der Ventilsitz 1 ist dann im
Zylinderkopf 2 befestigt und eingebettet bzw. eingefügt, wie dies in der Fig. 1(b)
dargestellt ist.
Nach diesem Verbindungsprozeß wurde der jeweilige Ventilsitz auf mögliche Risse hin
untersucht. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 1 wiedergegeben. Weiterhin wurden die
Ventilsitze unter den gleichen Bedingungen, als wären sie in dem Zylinderkopf
eingesetzt, in einer Testeinrichtung bei den gleichen Temperaturen wie bei einem Dauer-
oder Dauerhaftigkeitstest in einer reellen Maschine getestet, und zwar unter
Bedingungen, bei denen die Ventilsitze einer Schlag- und Stoßbelastung durch das Ventil
ausgesetzt wurden, um das Auftreten von eventuellen Rissen in den Ventilsitzen zu
untersuchen. Die Testbedingungen waren wie folgt:
Testtemperatur 400°C (gemessen an der in der Figur 3 angegebenen Position) Lauf- oder Testzeit: 30 Stunden
Drehgeschwindigkeit des Ventil-Nockens: 3000 Umdrehungen pro Minute
Drehgeschwindigkeit des Ventils: 10 Umdrehungen pro Minute
Ventilhub: 7 mm
Last auf Ventilsitz: 89 kg
Die Ergebnisse sind in der Tabelle 1 wiedergegeben.
Testtemperatur 400°C (gemessen an der in der Figur 3 angegebenen Position) Lauf- oder Testzeit: 30 Stunden
Drehgeschwindigkeit des Ventil-Nockens: 3000 Umdrehungen pro Minute
Drehgeschwindigkeit des Ventils: 10 Umdrehungen pro Minute
Ventilhub: 7 mm
Last auf Ventilsitz: 89 kg
Die Ergebnisse sind in der Tabelle 1 wiedergegeben.
Bei der erfindungsgemäßen Ausbildung wurden keine Risse festgestellt, und zwar weder
beim Verbindungsprozeß bedingt durch thermische Belastungen, noch bei den
Belastungstests unter den gleichen Bedingungen wie in einer reellen Maschine bzw. in
einem reellen Motor.
Bei den Ventilsitzen der Vergleichsmuster Nr. 2 und Nr. 7, bei denen jeweils die
Festigkeit und Dehnung nicht im Bereich der Erfindung lagen, traten Risse bei der
Verbindung durch das Widerstandsschweißen auf.
Bei dem Ventilsitz des Vergleichsmusters Nr. 4, bei dem sowohl die thermische
Leitfähigkeit als auch der elektrische Widerstandswert nicht innerhalb des Bereichs der
Erfindung lagen, sowie bei dem Ventilsitz des Vergleichsmusters Nr. 10, bei dem die
Dehnung, die thermische Leitfähigkeit, der thermische Ausdehnungskoeffizient und der
elektrische Widerstandswert nicht im Bereich der Erfindung lagen, war eine Verbindung
nicht möglich, und zwar aufgrund einer unzureichenden Erhitzung durch den
elektrischen Strom beim Widerstandsschweißen.
Bei der erfindungsgemäßen Ausbildung wurden keine Risse festgestellt, und zwar weder
bedingt beim Verbindungsprozeß durch Widerstandsschweißen, noch bedingt durch den
Betrieb des Motors, wodurch eine hohe Dichtfunktion oder hohe Dichtungseigenschaften
für den jeweiligen erfindungsgemäßen Ventilsitz erhalten werden.
Die Erfindung wurde voranstehend im Detail beschrieben. Es versteht sich für einen
Fachmann, daß zahlreiche Änderungen und Modifikationen möglich sind, ohne daß
dadurch der der Erfindung zugrundeliegende Erfindungsgedanke und der Umfang der
Erfindung verlassen wird.
Die gesamte Offenbarung der japanischen Patentanmeldung Nr. 145368/1996,
eingereicht am 7. Juni 1996, einschließlich Beschreibung, Ansprüche, Zeichnungen und
Zusammenfassung wird in ihrer Gesamtheit hier mit einbezogen.
Claims (8)
1. Ventilsitz eingesetzt in und/oder verbunden mit einem Zylinderkopf aus Aluminium
oder aus einer Aluminiumlegierung eines Verbrennungsmotors mit Hilfe des
Widerstandsschweißens, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilsitz aus einem
Material hergestellt ist, welches wenigstens folgende Merkmale aufweist:
Zugfestigkeit von 300 MPa oder größer,
radiale Druckfestigkeit von 500 MPa oder größer,
Dehnung (Bruchdehnung) von 0,6% oder größer,
thermische Leitfähigkeit von 15W/(m · K) oder größer,
thermischer Ausdehnungskoeffizient von 10 × 10-6 (1/K) oder größer, sowie elektrischer Widerstandswert von 50 µΩ · cm oder kleiner.
Zugfestigkeit von 300 MPa oder größer,
radiale Druckfestigkeit von 500 MPa oder größer,
Dehnung (Bruchdehnung) von 0,6% oder größer,
thermische Leitfähigkeit von 15W/(m · K) oder größer,
thermischer Ausdehnungskoeffizient von 10 × 10-6 (1/K) oder größer, sowie elektrischer Widerstandswert von 50 µΩ · cm oder kleiner.
2. Ventilsitz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Material des Ventilsitzes
eine gesinterte Legierung oder ein Sintermaterial auf Fe-Basis oder ein
kupferinfiltriertes Sintermaterial oder eine kupferinfiltrierte Sinterlegierung auf Fe-Basis,
oder ein Sintermaterial oder eine Sinterlegierung auf Fe-Basis mit durch Kupfer
abgedichteten oder verschlossenen Poren ist.
3. Ventilsitz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Material des Ventilsitzes
ein Sintermaterial oder eine Sinterlegierung auf Ni-Basis oder auf Cu-Basis ist.
4. Ventilsitz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Material des Ventilsitzes
Gußeisen oder Gußstahl oder eine Gußlegierung, auch ein Strangußmaterial auf Cu-
Basis und/oder Ni-Basis ist.
5. Ventilsitz zum Einfügen in und/oder Verbinden mit einem Zylinderkopf aus Aluminium
oder aus einer Aluminiumlegierung eines Verbrennungsmotors mit Hilfe des
Widerstandsschweißens, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilsitz aus einem
Material hergestellt ist, welches wenigstens folgende Merkmale aufweist:
Zugfestigkeit von 300 MPa oder größer,
radiale Druckfestigkeit von 500 MPa oder größer,
Dehnung (Bruchdehnung) von 0,6% oder größer,
thermische Leitfähigkeit von 15W/(m · K) oder größer,
thermischer Ausdehnungskoeffizient von 10 × 10-6 (1/K) oder größer, sowie elektrischer Widerstandswert von 50 µΩ · cm oder kleiner.
Zugfestigkeit von 300 MPa oder größer,
radiale Druckfestigkeit von 500 MPa oder größer,
Dehnung (Bruchdehnung) von 0,6% oder größer,
thermische Leitfähigkeit von 15W/(m · K) oder größer,
thermischer Ausdehnungskoeffizient von 10 × 10-6 (1/K) oder größer, sowie elektrischer Widerstandswert von 50 µΩ · cm oder kleiner.
6. Ventilsitz nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Material des Ventilsitzes
eine gesinterte Legierung oder ein Sintermaterial auf Fe-Basis oder ein
kupferinfiltriertes Sintermaterial oder eine kupferinfiltrierte Sinterlegierung auf Fe-Basis,
oder ein Sintermaterial oder eine Sinterlegierung auf FeBasis mit durch Kupfer
abgedichteten oder verschlossenen Poren ist.
7. Ventilsitz nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Material des Ventilsitzes
ein Sintermaterial oder eine Sinterlegierung auf Ni-Basis oder auf Cu-Basis ist.
8. Ventilsitz nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Material des Ventilsitzes
Gußeisen oder Gußstahl oder eine Gußlegierung, auch ein Strangußmaterial auf Cu-
Basis und/oder Ni-Basis ist.
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP8145368A JPH09324615A (ja) | 1996-06-07 | 1996-06-07 | 接合型バルブシート |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE19723392A1 true DE19723392A1 (de) | 1997-12-11 |
DE19723392C2 DE19723392C2 (de) | 2001-06-28 |
Family
ID=15383609
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19723392A Expired - Fee Related DE19723392C2 (de) | 1996-06-07 | 1997-06-04 | Ventilsitz |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US5803037A (de) |
JP (1) | JPH09324615A (de) |
DE (1) | DE19723392C2 (de) |
GB (1) | GB2313900B (de) |
Families Citing this family (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3380081B2 (ja) * | 1995-03-13 | 2003-02-24 | ヤマハ発動機株式会社 | バルブシート |
JP3579561B2 (ja) * | 1996-12-27 | 2004-10-20 | 日本ピストンリング株式会社 | 鉄系焼結合金製バルブシート |
EP1074329B1 (de) * | 1999-08-06 | 2004-05-19 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Diffusionsverbindungsverfahren |
DE60025931T2 (de) * | 1999-11-04 | 2006-08-31 | Hoeganaes Corp. | Herstellungsverfahren für verbesserte metallurgische pulverzusammensetzung und nutzung derselbe |
AT4737U1 (de) * | 2001-01-15 | 2001-11-26 | Plansee Ag | Pulvermetallurgisches verfahren zur herstellung hochdichter formteile |
JP4178758B2 (ja) * | 2001-02-08 | 2008-11-12 | 株式会社豊田自動織機 | バルブシートの接合構造 |
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 |
US8479700B2 (en) * | 2010-01-05 | 2013-07-09 | L. E. Jones Company | Iron-chromium alloy with improved compressive yield strength and method of making and use thereof |
Family Cites Families (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4422875A (en) * | 1980-04-25 | 1983-12-27 | Hitachi Powdered Metals Co., Ltd. | Ferro-sintered alloys |
JPS58152982A (ja) * | 1982-03-09 | 1983-09-10 | Honda Motor Co Ltd | 高剛性を有する二層焼結合金製バルブシ−トリング |
JPS5925959A (ja) * | 1982-07-28 | 1984-02-10 | Nippon Piston Ring Co Ltd | 焼結合金製バルブシ−ト |
BR8403253A (pt) * | 1983-07-01 | 1985-06-11 | Sumitomo Electric Industries | Embuchamento de assento de valvula para motores de combustao interna |
EP0167034B1 (de) * | 1984-06-12 | 1988-09-14 | Sumitomo Electric Industries Limited | Ventilsitzring für Brennkraftmaschinen und ihr Produktionsverfahren |
JP2792027B2 (ja) * | 1988-02-05 | 1998-08-27 | 日産自動車株式会社 | 耐熱・耐摩耗性鉄基焼結合金 |
JPH03158445A (ja) * | 1989-11-16 | 1991-07-08 | Mitsubishi Materials Corp | 耐摩耗性に優れたFe基焼結合金製バルブシート |
JP2706561B2 (ja) * | 1990-10-18 | 1998-01-28 | 日立粉末冶金株式会社 | 内燃機関用弁座材、及びその製造方法 |
JPH06101429A (ja) * | 1992-09-22 | 1994-04-12 | Mitsubishi Materials Corp | 内燃機関用鉛含浸鉄系焼結合金製バルブシート |
JPH07189628A (ja) * | 1993-12-28 | 1995-07-28 | Yamaha Motor Co Ltd | 接合型バルブシート |
US5611306A (en) * | 1995-08-08 | 1997-03-18 | Fuji Oozx Inc. | Internal combustion engine valve |
-
1996
- 1996-06-07 JP JP8145368A patent/JPH09324615A/ja active Pending
-
1997
- 1997-04-11 GB GB9707408A patent/GB2313900B/en not_active Expired - Fee Related
- 1997-06-04 DE DE19723392A patent/DE19723392C2/de not_active Expired - Fee Related
- 1997-06-05 US US08/869,845 patent/US5803037A/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US5803037A (en) | 1998-09-08 |
GB2313900B (en) | 1998-06-24 |
GB2313900A (en) | 1997-12-10 |
GB9707408D0 (en) | 1997-05-28 |
DE19723392C2 (de) | 2001-06-28 |
JPH09324615A (ja) | 1997-12-16 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP2870328B1 (de) | Hochwärmeleitender ventilsitzring | |
EP0372223B1 (de) | Sinterwerkstoff auf Kupferbasis, dessen Verwendung sowie Verfahren zur Herstellung von Formteilen aus dem Sinterwerkstoff | |
EP1470261B1 (de) | Sinterfähige metallpulvermischung zur herstellung gesinterter bauteile | |
EP1815124B1 (de) | Verfahren zur herstellung eines kolbens fuer einen verbrennungsmotor | |
DE69518501T2 (de) | Verbundener körper aus aluminium und siliciumnitrid und herstellungsverfahren dafür | |
EP0871791B1 (de) | Verfahren zur Herstellung von Laufbuchsen | |
DE69908063T2 (de) | Verfahren zur Herstellung einer duch Partikel verstärkten Titanlegierung | |
EP3007842B1 (de) | Verfahren zur herstellung von warmbeständigen und verschleissfesten formteilen, insbesondere motorkomponenten | |
DE102009020227A1 (de) | Verfahren zum Herstellen von Kraftfahrzeugmotorventilen auf Titanbasis mithilfe eines Pulvermetallurgieprozesses | |
EP1444421B1 (de) | Verfahren zur herstellung eines ventilsitzes | |
EP3150304A1 (de) | Verfahren zur herstellung eines ventilsitzringes | |
DE19723392C2 (de) | Ventilsitz | |
DE19506340A1 (de) | Gesinterte Eisenlegierung, die gegen Abrieb bei hoher Temperatur beständig ist und Verfahren zu ihrer Herstellung | |
DE3801847A1 (de) | Verfahren zur herstellung von kolben fuer brennkraftmaschinen sowie kolben, insbesondere hergestellt durch dieses verfahren | |
DE69814498T2 (de) | Kolben für eine Brennkraftmaschine und Verfahren seiner Herstellung | |
DE2415035B2 (de) | Verfahren zum pulvermetallurgischen Herstellen eines Gleitstücks hoher Festigkeit, insbesondere einer Scheiteldichtung für Drehkolbenmaschinen | |
EP1158062B1 (de) | Kupfer-Zink-Aluminium-Knetwerkstoff und dessen Verwendung | |
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 | |
DE19721406A1 (de) | Ventilsitz | |
DE102004002714B3 (de) | Verfahren zum Leichtmetall-Legierungs-Sintern | |
DE69703589T2 (de) | Metallpulvermischung auf eisenbasis und damit hergestellter komponente | |
DE10133757A1 (de) | Einsatz als Bodenbereich eines Zylinderkopfes | |
EP0238478A2 (de) | Strangpressmatrize | |
DE69312679T2 (de) | Ausgleichselementstruktur für einen Ventilstössel einer Brennkraftmaschine |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
D2 | Grant after examination | ||
8364 | No opposition during term of opposition | ||
R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |
Effective date: 20120103 |