DE2114160C

DE2114160C - Process for the production of valve seat inserts by powder metallurgy

Info

Publication number: DE2114160C
Authority: DE
Inventors: Max Dr.-Ing. 5802 Wetter Koehler
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Publication date: 1976-09-16

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Ventilsitzringen auf pulvermetallurgischem Wege, bei dem ein Eisenpulver, dem Kohlenstoff und Blei sowie andere Legierungsbestandteile zugesetzt iind, brikettiert, gesintert und einer Nachbehandlung unterworfen wird. Diese Nachbehandlung kann entweder in einer Heißverdichtung oder in einer Kaltverdichtung bei einem Druck bestehen, der den Brikettierdruck übersteigt. Sowohl an die Heißverdichtung als auch an die Kaltverdichtung kann sich eine Vergütung anschließen, bei der das Werkstück auf eine über dem AC 3-Punkt liegende Temperatur kurzzeitig erhitzt, dann rasch abgekühlt und darauf bei Temperaturen bis zu 650° C angelassen wird. Man kann vor der Kaltverdichtung auch noch eine zusätzliche Warmbehandlung durchführen.The invention relates to a method for the production of valve seat inserts on powder metallurgy Ways in which an iron powder is added to the carbon and lead as well as other alloy components iind, briquetted, sintered and an after-treatment is subjected. This post-treatment can either be a hot compaction or a cold compaction exist at a pressure that exceeds the briquetting pressure. Both the hot compaction as well as the cold compaction can be followed by a compensation in which the workpiece on a temperature above the AC 3 point is briefly heated, then rapidly cooled and then heated is tempered at temperatures up to 650 ° C. You can also do one before cold compaction carry out additional heat treatment.

Zum Stand der Technik gehört ein Gleit- und Verschleißwerkstoff für Zylinderlaufbüchsen und Ventilsitzringe, der nach dem erwähnten Verfahren hergestellt ist und der zur Erhöhung seiner Festigkeit außer Eisen und Kohlenstoff, der in dem fertigen Erzeugnis in Mengen von 0,5 bis 1% vorliegt, 1 bis 4% Blei und Nickel in Mengen von 0,5 bis 5% enthält.The prior art includes a sliding and wear material for cylinder liners and Valve seat insert, which is manufactured according to the mentioned process and which is used to increase its strength Except for iron and carbon, which is present in the finished product in quantities of 0.5 to 1%, 1 contains up to 4% lead and nickel in amounts of 0.5 to 5%.

Für bestimmte Anwendungsgebiete, beispielsweise zur Herstellung von Ventilsitzringen für die Auslaßventile von Kraftfahrzeugen, ist es erforderlich, daß der Werkstoff neben den erwähnten Festigkeitseigenschaften eine erhöhte Warmfestigkeit, d. h. ausreichende Festigkeitswerte bei Temperaturen bis zu 65O⁰C aufweist. Für die Auslaßventile von Kraftfahrzeugen sind aus dem USA.-Patent 34 71343 Ventilsitzringe mit erhöhter Warmfestigkeit bekannt, die aus einem Pulvergemisch hergestellt sind, das vor der oben beschriebenen Behandlung folgende Zusammensetzung hat:For certain applications, for example for the production of valve seat inserts for exhaust valves of motor vehicles, it is necessary that the material in addition to the aforementioned strength properties increased hot strength, ie sufficient strength values at temperatures having up to 65O ⁰ C. For the exhaust valves of motor vehicles, valve seat inserts with increased heat resistance are known from US Pat.

0,8 bis 1,5% Graphit,
1,0 bis 4,0% Blei,
0,5 bis 5,0% Nickel,
1,2 bis 1,8% Molybdän,
9,6 bis 14,4% Kobalt,
Rest Eisen.0.8 to 1.5% graphite,
1.0 to 4.0% lead,
0.5 to 5.0% nickel,
1.2 to 1.8% molybdenum,
9.6 to 14.4% cobalt,
Remainder iron.

Die Herstellung vcn derartigen Ventilsitzringen erfolgt nach dem bekannten Verfahren in der Weise, daß 78% eines Sintereisenpulvers, 1% Graphit, 4% Bleipulver, 3,5% Nickelpulver, 1,5% Molybdänpulver und 12% Kobaltpulver zugesetzt werden. Die einzelnen Pulver werden gemischt und dann bei einem Druck von 3,5 t/cm² brikettiert und anschließend bei einer Temperatur von 1100⁰C in neutraler Atmosphäre etwa 3 Stunden gesintert. Die gesinterten ίο Werkstücke werden dann abgekühlt und einer Kaltverdichtung bei einem Druck von etwa 12 t/cm² unterworfen, 15 Minuten lang auf eine Temperatur oberhalb des AC3-Punktes erwärmt, dann schnell abgekühlt und bei einer Temperatur von 580° C 30 Minuten lang angelassen. Die Brinellfestigkeit des Materials liegt bei etwa 320 kg/mm² bei Raumtemperatur und bei 205 kg/mm² bei einer Temperatur von 600⁰C. Nach diesem Verfahren hergestellte Ventilsitzringe haben demnach eine erhöhte Warmao festigkeit und können als Auslaßventile für Kraftfahrzeuge benutzt werden. Bei der praktischen Erprobung der Ringe, die sich ausgezeichnet bewährt haben, wurde bei Laufversuchen auf dem Prüfstand unter Vollast eine Laufzeit von 250 Stunden eras mittelt.Such valve seat inserts are manufactured according to the known method in such a way that 78% of a sintered iron powder, 1% graphite, 4% lead powder, 3.5% nickel powder, 1.5% molybdenum powder and 12% cobalt powder are added. The individual powders are mixed and then briquetted at a pressure of 3.5 t / cm ² and then sintered for about 3 hours at a temperature of 1100 ^° C. in a neutral atmosphere. The sintered ίο workpieces are then cooled and subjected to cold compression at a pressure of about 12 t / cm ² , heated for 15 minutes to a temperature above the AC3 point, then quickly cooled and tempered at a temperature of 580 ° C for 30 minutes . The Brinellfestigkeit of the material is about 320 kg / mm ² at room temperature and at 205 kg / mm ² at a temperature of 600 ⁰ C. According to this method valve seat inserts made accordingly increased Warmao have strength and can be used as exhaust for motor vehicles. In the practical testing of the rings, which have proven to be excellent, a running time of 250 hours was determined in running tests on the test bench under full load.

Die Aufgabe, die der Erfindung zugrunde liegt, besteht darin, die Eigenschaften der bekannten Ventilsitzringe mit erhöhter Warmfestigkeit, also der Nickel, Molybdän und Kobalt enthaltenden Ventilsitzringe, hinsichtlich ihrer Korrosionsbeständigkeit, der Erosionsfestigkeit und des Laufverhaltens zu verbessern.The object on which the invention is based is the properties of the known Valve seat inserts with increased heat resistance, i.e. the valve seat inserts containing nickel, molybdenum and cobalt, with regard to their corrosion resistance, erosion resistance and running behavior improve.

Es hat sich überraschenderweise herausgestellt, daß dies dann möglich ist, wenn die erwähnten Legierungsbestandteile dem Ausgangsgemisch nicht einzeln als Pulver zugesetzt werden, sondern, wenn als Ausgangsgemisch eine pulverisierte Vorlegierung verwendet wird, d. h. ein Stahlpulver, das die Legierungsbestandteile enthält.It has surprisingly been found that this is possible when the mentioned Alloy components are not added individually as a powder to the starting mixture, but when a powdered master alloy is used as the starting mixture, d. H. a steel powder that contains the alloy components contains.

Bei einem pulvermetallurgischen Verfahren zur Herstellung von Ventilsitzringen mit erhöhter Warmfestigkeit unter Verwendung eines Metallpulvers, das außer Eisen 0,5 bis 1% Kohlenstoff, 0,7 bis 1,5% Blei, 1,0 bis 2,0% Nickel, Kobalt und 1,0 bis 2,0% Molybdän enthält, besteht die Erfindung darin, daß einer pulverisierten Vorlegierung, die aus 1,0 bis 2% Nickel, 6,0 bis 7% Kobalt, 1,0 bis 2% Molybdän, Rest Eisen und übliche Stahlbegleiter besteht, 0,5 bis 1,0% Kohlenstoff und 0,7 bis 1,5% Blei zugesetzt werden, worauf das Gemisch in an sich bekpnnter Weise brikettiert, gesintert, kalt oder heiß nachverdichtet und gegebenenfalls vergütet wird.In a powder metallurgical process for the production of valve seat inserts with increased heat resistance using a metal powder which, in addition to iron, contains 0.5 to 1% carbon, 0.7 to 1.5% Lead, 1.0 to 2.0% nickel, cobalt and 1.0 to 2.0% molybdenum, the invention consists in that a powdered master alloy consisting of 1.0 to 2% nickel, 6.0 to 7% cobalt, 1.0 to 2% molybdenum, The remainder is made up of iron and usual steel companions, 0.5 to 1.0% carbon and 0.7 to 1.5% lead are added, whereupon the mixture is briquetted in a conventional manner, sintered, cold or hot is redensified and, if necessary, remunerated.

Die Erfindung sieht ferner vor, daß die pulverisierte Vorlegierung außer den erwähnten Legierungsbestandteilen, 1,0 bis 2,0% Chrom und 0,3 bis 0,5% Titan enthält.The invention also provides that the powdered master alloy, in addition to the alloy components mentioned, Contains 1.0 to 2.0% chromium and 0.3 to 0.5% titanium.

Wie Versuche mit nach dem Verfahren gemäß vorliegender Erfindung hergestellten Ventilsitzringen ergeben haben, führt die Verwendung einer Vorlegierung an Stelle einzelner Pulver der Legierungsbestandteile zu Ringen, die hinsichtlich der Warmfestigkeit, der Korrosionsbeständigkeit sowie der Erosionsfestigkeit ein wesentlich besseres Laufverhalten zeigen; es konnte ferner eine merkliche Steigerung der Warmableitung festgestellt werden. Während bei unter Vollast durchgeführten Laufversuchen die bekannten unter Verwendung eines Gemischpulvers mit 12% Kobalt hergestellten VentilsitzringeSuch as tests with valve seat inserts produced by the method according to the present invention have shown, the use of a master alloy instead of individual powders of the alloy components leads to rings which, in terms of heat resistance, the corrosion resistance as well as the erosion resistance a significantly better running behavior show; a noticeable increase in heat dissipation could also be determined. While in the case of running tests carried out under full load, the known ones using a mixed powder Valve seat inserts made with 12% cobalt

bei einer Laufzeit von etwa 250 Stunden, die an sich sehr hoch ist, ausfielen, arbeiten Motoren, die mit Venülsitzringen gemäß vorliegender Erfindung ausgestattet waren, nach einer Laufzeit von 500 Stunden noch einwandfrei. Dieses Ergebnis wurde sowohl 5 bei Verwendung von bleihaltigem als auch bleifreiem Kraftstoff erzielt und ist deswegen von besonderer Bedeutung, weil bleifreie Kraftstoffe in immer größerem Umfang verwendet werden und die bisher eingesetzten Gußringe bei Verwendung von Weifreiem xo Kraftstoff keine ausreichende Lebensdauer hatten.at a running time of about 250 hours, which is very long in itself, failed, motors that work with Valve seat rings were equipped according to the present invention after a running time of 500 hours still flawless. This result became 5 using both leaded and lead-free Fuel achieves and is therefore of particular importance because unleaded fuels in ever larger Scope are used and the cast rings used so far when using white xo Fuel did not have a sufficient service life.

Es wurde ferner festgestellt, daß bei Verwendung von Vorlegierungen mit den bisher für erforderlich gehaltenen Mengen von 12% Kobalt keine Verbesserung der Eigenschaften gegenüber solchen Ringen erzielt wurde, die gemäß der Erfindung mit Vorlegierungen mit einem Gehalt von 6 bis 7% Kobalt hergestellt wurden. Eine Verringerung des Kobaltgehaltes von 12% auf 6 bis 7% Kobalt bei den bekannten Ventilsitzringen führte dagegen zu einer so starken Veränderung der Eigenschaften, daß diese Ringe für hoch beanspruchte Motoren nicht benutzt werden konnten. Dieses Ergebnis ist überraschend und hat zur Folge, daß Ventilsitzringe gemäß vorliegender Erfindung mit einem Gehalt von nur 6 bis 7 % Kobalt in den Fällen eingesetzt werden können, in denen bisher ausschließlich Ringe mit 12% Kobalt aus nicht vorlegiertem Pulver benutzt werden konnten. Die Verwendung von vorlegiertem Stahlpulver mit einem erheblich geringeren Kobaltgehalt führt außerdem zu einer gleichmäßigeren Verteilung der einzelnen Legierungskomponenten und zu einer besseren Diffusion des Kohlenstoffs und damit zu einer Erhöhung der Wärmeleitfähigkeit, sowie zu einer verbesserten Korrosionsbeständigkeit und Erosionsfestigkeit. It was also found that when using master alloys with the previously necessary Maintained amounts of 12% cobalt did not improve the properties over such rings was achieved according to the invention with master alloys with a content of 6 to 7% cobalt were manufactured. A reduction in the cobalt content from 12% to 6 to 7% cobalt for the known ones Valve seat inserts, however, led to such a great change in the properties that this Rings for highly stressed engines could not be used. This result is surprising and has the consequence that valve seat inserts according to the present invention with a content of only 6 to 7% cobalt can be used in cases where previously only rings with 12% cobalt were used made of non-pre-alloyed powder could be used. The use of pre-alloyed steel powder with a significantly lower cobalt content also leads to a more even distribution of the individual alloy components and to a better diffusion of the carbon and thus to one Increase in thermal conductivity, as well as improved corrosion resistance and erosion resistance.

AusführungsbeispielEmbodiment

Als Ausgangsmaterial zur Herstellung von Ventilsitzringen diente eine pulverisierte Vorlegierung folgender Zusammensetzung:A powdered master alloy was used as the starting material for the manufacture of valve seat inserts the following composition:

1,5% Ni,
1,4% Mo,
6,5% Co,
91,6% Fe.1.5% Ni,
1.4% Mo,
6.5% Co,
91.6% Fe.

Mit diesem vorlegierten Stahlpulver wurden 0,8% Kohlenstoff und 1,2% Blei vermischt und das Gemisch bei einem Druck von 3,5 t/cm² zu Ringen verpreßt und dann bei einer Temperatur von HOO⁰C in einer neutralen Atmosphäre etwa 3 Stunden lang gesintert.0.8% carbon and 1.2% lead were mixed with this pre-alloyed steel powder and the mixture was pressed ^{into rings at a pressure of 3.5 t / cm 2} and then at a temperature of HOO ⁰ C in a neutral atmosphere for about 3 hours long sintered.

Die gesinterten Ringe wurden nach dem Abkühlen bei einem Druck von 12 t/cm² kalt nachverdichtet, 15 Minuten lang auf eine Temperatur oberhalb des AC 3-Punktes erhitzt und dann schnell abgekühlt. Im Anschluß daran wurden die Ringe bei einer Temperatur von 650° C 30 Minuten lang angelassen.After cooling, the sintered rings were re- ^{compacted cold at a pressure of 12 t / cm 2} , heated to a temperature above the AC 3 point for 15 minutes and then rapidly cooled. The rings were then tempered at a temperature of 650 ° C. for 30 minutes.

Die so hergestellten Ringe zeigten eine unerwartete Verbesserung hinsichtlich der Korrosion, Erosion und Warmfestigkeit gegenüber Ventilsitzringen, die in ü olicher Weise aus einem Pulvergemisch mit einem Kobaltgehalt von 12% hergestellt waren.The rings produced in this way showed an unexpected improvement in terms of corrosion, erosion and heat resistance to valve seat inserts, which are made from a powder mixture with a Cobalt content of 12%.

Beim Einsatz in Motoren wurde ein ausgezeichnetes Laufverhalten festgestellt; nach einer Laufzeit von 500 Stunden unter Vollast waren die Ringe auch bei Verwendung von bleifreiem Kraftstoff noch nicht; ausgefallen.When used in engines, excellent running behavior was found; after a term 500 hours under full load, the rings were still even when using unleaded fuel not; failed.

Claims

Patent claims:

1. Powder metallurgical method of manufacture of valve seat inserts with increased heat resistance using a metal powder, that apart from iron 0.5 to 1% carbon, 0.7 to 1.5% lead .. 1.0 to 2.0% nickel, cobalt and 1.0 Contains up to 2% molybdenum, characterized in that that a powdered master alloy consisting of 1.0 to 2% nickel, 6.0 to 7.0% Cobalt, 1.0 to 2% molybdenum, the remainder iron and the usual steel components, 0.5 to 1% carbon and 0.7 to 1.5% lead are added, whereupon the mixture in a manner known per se briquetted, sintered, recompressed cold or hot and, if necessary, remunerated.

2 The method according to claim 1, characterized in that the pulverized master alloy apart from the alloy components mentioned above, 1.0 to 2.0% chromium and 0.3 to 0.5% titanium contains.