DE2125534C3 - Verwendung von gesinterten Eisenlegierungen als Werkstoff für Ventilsitze im Brennkraftmaschinenbau - Google Patents

Verwendung von gesinterten Eisenlegierungen als Werkstoff für Ventilsitze im Brennkraftmaschinenbau

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DE2125534C3
DE2125534C3 DE2125534A DE2125534A DE2125534C3 DE 2125534 C3 DE2125534 C3 DE 2125534C3 DE 2125534 A DE2125534 A DE 2125534A DE 2125534 A DE2125534 A DE 2125534A DE 2125534 C3 DE2125534 C3 DE 2125534C3
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Description

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Alle verwendeten Prozentangaben beziehen sich auf Gewichtsprozent.
Beispiel 1
6% zerstäubtes elementares Kupfer der Siebgröße 300,
0,4% elementares Molybdän der Siebgröße 300,
1,0% Bayerischer Graphit, in
92,6% einer Vorlegierung aus 87% Eisen und 13% Chrom der Siebgröße 100,
zusätzlich 0,75% Zinkstearat-Schmiermittel, welches beim Sintern entweicht,
werden in Pulverform miteinander gemischt und zu π einer Legierung gesintert, welche folgende Zusammensetzung aufweist:
80,6% Fe, 12,0% Cr, 6,0% Cu, 1,0% C, 0,4% Mo.
Die pulverförmiger! Stoffe werden in einem doppe!· kegelförmigen Mixer eine Stunde lang miteinander vermischt Diese Mischung wird sodann in einer von beiden Seiten wirkenden Presse verpreßt, und zwar bei einem Preßdruck von 62,9 kp/rnin2. Diese verdichtete Masse wird sodann eine Stunde lang in einer Ammoniakatmosphäre gesintert, wobei der Taupunkt dieser Atmosphäre —35° C beträgt und die Sintertemperatur 11000C beträgt Das resultierende Erzeugnis wird sodann einer Wärmebehandlung unterworfen, um die angestrebten F'genschafter. zu gewährleisten. Die Wärmebehandlung erfolgt über einen Zeitraum von 15 Minuten bei einer Temperatur von 1000°C. Sodann erfolgt ein Abschrecken in einem Ölbad und ein anschließendes einstündiges Anlassen bei 6CO0C. Das a hergestellte Ergebnis hat die folgenden Eigenschaften und Kennwerte:
20
Härte:
MikroHärte:
Dichte:
Bruchdehnung:
Zugspannung:
Wärmeleitfähigkeit
(Raumtemperatur):
Wärmedehnungskoeffizient
(20-5000C):
Streckgrenze (0,1%
plastische Dehnung):
Elastizitätsmodul:
Makro-Härte
35-40 HRC
Durchschnittswert
550-600 HVJo
6,6 — 6,7 g/cm3
1%
230-310 N/mm2
11 W/(k · m)
11.4x10 "pro 0C
930 N/mn-
117 000 -
124 000 N/mm2
40
Statt der vorstehend erwähnten Wärmebehandlung kann das gesinterte Erzeugnis etwa 21Z2 Stunden bei 1025"C geglüht, anschließend auf Raumtemperatur abgekühlt und sodann im Luftstrom eine Stunde lang auf ?00°C erwärmt werden.
Beispiel 2
15% zerstäubtes elementares Kupfer der Siebgröße 300,
0,4% elementares Molybdän der Siebgröße 300,
2,0% Bayerischer Graphit
82,6% einer Vorlegierung aus 87% Eisen Und 13% Chrom der Siebgröße 100,
zusätzlich 0,75% Zinkstearat-Schmiermittel, welches beim Sintern entweicht
werden in Pulverform miteinander vermischt und sodann verpreßt und gesintert Die erhaltene Legierung besitzt folgende Zusammensetzung:
71,9% Fe, 10,7% Cr, 15,0% Cu,
2,0% C, 0,4% Mo.
Alle nicht angegebenen Verfahrensschritte wurden wie bei Beispiel 1 angegeben durchgeführt
Die hergestellte Legierung wies die folgenden Eigenschaften und Kennwerte auf:
Makro-Härte:
Mikro-Härte:
Dichte:
Bruchdehnung:
Zugspannung:
Wärmeleitfähigkeit
(Raumtemperatur):
WärmedehnungskoefFiziem
(20-7000C):
Streckgrenze (0,1 %
bleibende Dehnung):
Elastizitätsmodul:
30-35 HRC
480-52OHV30
6,7-6,8 g/cm3
i%
390-540 N/mm3
16W/(k ■ m)
13,1 χ 10-" pro 'C
930 N/mm2
117 000-
124 000 N/mm2
Beispiel 3
Unter Verwendung von 0,4% elementarem Molybdänpulver sowie 2,0% pulverförmigem Bayerischen Graphit sowie einer 97,6%igen Vorlegierung aus 87% Eisen und 13% Chrom wurde durch Mischen, Verpressen und Sintern ein Körper hergestellt. Anschließend wurde der hergestellte Körper einer Infiltration unterworfen, bei welcher eine aus 90% Kupfer, 5% Eisen und 5% Mangan bestehendes Legierungspulver in einer Menge von 15 Gewichtsprozent des Körpers mit diesem in Berührung gebracht wird, wobei der Sinterzyklus wiederholt wird Dat ji schmilzt die Kupferlegierung und dringt in die Matrix des Körpers der zunächst hergestellten Legierung ein. Eine solche Arbeitsweise ist in der Technik gut bekannt. Die sich ergebende Legierung wurde sodann einer Wärmebehandlung, wie in Beispiel 1 angegeben, unterworfen. Die hergestellte Legierung besaß folgende Zusammensetzung:
7WoFe. 13.5% Cu, 10,8% Cr,
1,7% C, 0,8% Mn. 0,3% Mo.
An der Legierung wurden folgende Eigenschaften und Kennwerte ermittelt:
MaKro-Härte:
Mikro-Härte:
Dichte:
5i Bruchdehnung:
Zugspannung:
Wärmeleitfähigkeit
(Raumtemperatur):
Wärmedehnungskoeffizient
(20-700-C):
Streckgrenze (0,1%
bleibende Dehnung):
Elastizitätsmodul;
30-35 HRC
480-520 HV,,,
7.3-7.5 g/cm»
1%
770-930 N/mm2
14 W/(m ■ k)
13,7 x 10-6 pro 9C
930 N/mm2
117 000 bis
124 000 N/mm2
Im folgenden sind die Zusammensetzungen und Kennwerte Von drei weiteren Legierungen (Beispiele 4, 5 und 6) zusammengestellt:
Chrom
Kohlenstoff
Molybdän
Kupfer
Beispiel-Nummer
4 5
15%
1%
2%
6%
12% 1% 1% 6%
Reste (ausgenommen Verunreinigungen)
11,5% 1% 4% 6% handelt, daß sie etwa 2Vj Stunden lang auf 1,025"C erwärmt, dann auf Raumtemperatür abgekühlt und schließlich eine Stunde lang auf 7000C erhitzt werden. Die Wärmebehandlung wird in einer im wesentlichen inerten Atmosphäre vollzogen.
Die physikalischen Eigenschaften der Sinterkörper gehen aus nachstehender Tabelle hervor:
Beispiel-Nummer
4 5 6
Die Dichten der Sinterkörper sind 6,2, 6,5 und 6,6 g/cm3.
Diese Sinterkörper werden in der Weise wärmebe-
Dichte (g/cm3) 5,95 6,5 6,6
Makro-Härte (HRC) 30 24 26
Mikro-Härte (HV30) 440 380 440

Claims (5)

Patentansprüche:
1. Verwendung einer gesinterten Eisenlegierung, bestehend aus 5
10,5 bis 15,0% Chrom,
0,5 bis 2,5% Kohlenstoff,
0,25 bis 5,0% Molybdän,
3,0 bis 25,0% Kupfer,
Resteisen und hersteliungsbedingte io
Verunreinigungen
zum Herstellen von Ventilsitzen in Kolben-Brennkraftmaschinen.
2. Verwendung einer Legierung nach Anspruch 1, die zusätzlich Mangan und/oder Titan und/oder 15 Vanadium und/oder Kobalt bis zu einer Gesamtmenge von 5% enthält, für den Zweck nach Anspruch 1.
3. Verwendung einer Legierung nach Anspruch 1 oder 2, die jedoch 11,5 bis 13,0% Chrom enthält, für 20 den Zweck nach Anspruch i.
4. Verwendung einer Legierung nach Anspruch 1 oder 2, die jedoch
12,0% Chrom,
1,0% Kohlenstoff, 2i
0,4% Molybdän und
6.0% Kupfer
enthält, für den Zweck nach Anspruch 1.
5. Verwendung einer Legierung nach Anspruch 1 oder 2, die jedoch in
10,7% Chrom,
2,0% Kohlenstoff,
0,4% Molybdän und
15,0% Kupfer
enthält, für den Zweck nach Anspruch 1. 35
6. Verwendung einer Legierung nach Anspruch 2, die jedoch
10,8% Chrom,
1.7% Kohlenstoff,
0.3% Molybdän. 40
13,5% Kupfer und
0,8% Mangan
enthält, für den Zweck nach Anspruch 1.
7. Verwendung einer Legierung nach Anspruch 1 oder 2, die jedoch 45
15,0% Chrom,
1.0% Kohlenstoff,
2.0% Molybdän und
6.0% Kupfer
enthält, für den Zweck nach Anspruch 1. 10
8. Verwendung einer Legierung nach Anspruch 1 oder 2. die jedoch
12.0% Chrom.
1.0% Kohlenstoff.
1.0% Molybdän und «
6.0% Kupfer
enthält, für den Zweck nach Anspruch 1.
9. Verwendung einer Legierung nach Anspruch 1 oder 2. die jedoch
11,5% Chrom, e>o
1,0% Kohlenstoff,
4,0% Molybdän und
6,0% Kupfer
enthält, für den Zweck nach Anspruch I.
65 Zu den besonders hoch beanspruchten Bauteilen von Brennkraftmaschinen gehören die Ventilsitze von Kolben-Brennkraftmaschinen. Diese Ventilsitze sind hohen thermischen Beanspruchungen sowie korrosiven Medien ausgesetzt. Sollen die Leistungsfähigkeit und die Lebensdauer von Ventilsitzen in Kolben-Brennkraftmaschinen gesteigert werden, so muß an die Stelle der bisher für diesen Zweck verwendeten Werkstoffe ein anderer Werkstoff treten, der sich insbesondere durch hohe Verschleißfestigkeit und Korrosionsbeständigkeit sowie eine hohe mechanische Festigkeit auszeichnen muß.
Daß sintermetallurgisch hergestellte Legierungen im Vergleich zu schmelzmetallurgisch hergestellten Legierungen gute Festigkeits- und Korrosionsbeständigkeitseigenschaften aufweisen, ist bereits beispielsweise aus der CH-PS 2 75 201 bekannt. Die bekannte sbtermetallurgisch hergestellte Legierung besteht aus 0,2 bis 2,5% Kohlenstoff, 1 bis 20% Mangan und 7,5 bis 30% Kupfer, Rest Eisen. Zwecks Erhöhung der Korrosionsbeständigkeit und Warmfestigkeit können die bekannten Legierungen bis zu 30% Chrom, bis zu 20% Nickel, Kobalt oder Wolfram sowie gegebenenfalls in Mengen bis zu 5% mindestens ein Metall der 3. bis 5. Gruppe des Periodischen Systems der Elemente, wie Vanadium, Niob, Tantal, Titan, Zirkonium oder Aluminium, eventuell auch bis zu 5% Molybdän oder Bor. einzeln oder zu mehreren enthalten, wobei jedoch der Gesamtgehalt der mit dem Eisen und Kohlenstoff legierten Elemente 50% nicht überschreiten darf.
Aus der I)E-PS 5 90 213 ist bereits eine Stahllegierung für Zieheisen und ähnliche Werkzeuge bekannt, die aus 1,4 bis 2,5% Kohlenstoff. 10,0 bis 20,0 Chrom, 0 5 bis 4,5% Kupfer, Rest Eisen besteht. Die bekannte Legierung kann aber auch 0,2 bis 1,0% Vanadium, 03 bis 5.0% Kobalt und 0,5 bis 3% Molybdän als Wahlkomponenten enthalten. Angaben über die Herstellungsweise dieser bekannten Legierung sind der genannten deutschen Patentschrift nicht zu entnehmen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen einen Werkstoff für Ventilsitze von Kolben-Brennkraftmaschinen anzugeben, der hinsichtlich Verschleißfestigkeit, Korrosionsbeständigkeit und mechanischer Festigkeit höchsten Ansprüchen gerecht wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Verwendung einer gesinterten Eisenlegierung, bestehend aus 10.5 bis 15,0% Chrom, 0,5 bis 2.5% Kohlenstoff. 0,25 bis 5.0% Molybdän, 3,0 bis 25.0% Kupfer, Rest Eisen und herstellungsb-,dingte Verunreinigungen, zur Herstellung von Ventilsitzen in Kolben-Brennkraftmaschinen.
Der mit Hit's der Erfindung erzielbare technische Fortschritt besteht in erster Linie darin, daß durch Verwendung der vorstehend angegebenen Legierung Ventilsitze für Kolben-Brennkraftmaschinen hergestellt werden können, die thermisch hoch belastbar und gleichzeitig sehr korrosionsbeständig sind. Es sei in diesem Zusammenhang daran erinnert, daß Ventile von Brennkraftmaschinen häufig bei Rotglut arbeiten, und daß die Brenngase einer Yerbrennungsmaschine stark korrodierend sind.
In den Untefanspfüchen sind bevorzugte Zusammensetzungen der erfindungsgemäß zu verwendenden Sinterlegierungen angegeben.
Der bevorzugte Chromgehalt beträgt 11,5 bis 13%, Die Herstellung der zu verwendenden Sinterlegierung erfolgt mit Hilfe bekannter Arbeitsweisen der Pulver* metallurgie.
DE2125534A 1970-05-28 1971-05-22 Verwendung von gesinterten Eisenlegierungen als Werkstoff für Ventilsitze im Brennkraftmaschinenbau Expired DE2125534C3 (de)

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DE2125534A1 DE2125534A1 (de) 1971-12-09
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DE2125534A Expired DE2125534C3 (de) 1970-05-28 1971-05-22 Verwendung von gesinterten Eisenlegierungen als Werkstoff für Ventilsitze im Brennkraftmaschinenbau

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