DE2140749B2 - Bei hoher temperatur verschleissfeste sinterlegierung - Google Patents

Bei hoher temperatur verschleissfeste sinterlegierung

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Itaru Nagoya Hashimoto Kametaro Ushitani Kenzi Ishihara Ko Serino Yoichi Toyota Mitani Seishu Kyoto Imanishi Kunizo Nagoya Nnmi, (Japan) C22c21 02
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    • Y10T29/49306—Valve seat making

Description

von zwei Phasen, einer harten und einer weichen, und dieses Material hat besonders bezüglich Verschleißfestigkeit bei hoher Temperatur ausgezeichnete Eigenschaften.
Außenrdem trägt die Erhöhung der Dichte der Legierungen zur Erhöhung der Wärmeleitfähigkeit bei hoher Temperatur unter hoher Belastung und zur Verhinderung einer dauernden Spannungsbeanspruchung bei.
Die erfindungsgemäßen Sinterlegierungen, die die obengenannten Eigenschaften aufweisen, sind außerordentlich gut für Ventilsitze geeignet, die in Brennkraftmaschinen verwendet werden und ganz besonders für Brennkraftmaschinen, bei denen bleifreies Benzin oder Flüssiggas als Brennstoff verwendet wird. Diese Legierungen sind auch als Lagermateria-Vien. beispielsweise für heiße Walzen geeignet. Außerdem sind die erfindungsgemäßen Materialbestandteile und das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren außerordentlich einfach, was den Vorteil besitzt. ™ daß eine gleichbleibende Qualität selbs' bei Massenproduktion leicht erzielbar ist.
Die folgenden Beispiele dienen zur weiteren Erläuterung der Erfindung.
25
Beispiel 1
Elektrolytpulver mit einer Teilchengröße unter 0.147 mm. Zinnpulver mit einer Teilchengröße inter 0,147 mm und Elektrolytchrompulver mit einer Teilchengröße unter 0,074 mm werden so miteinander vermischt, daß sie in Mengen von 76 Gewichtsprozent Kupfer, 12 Gewichtsprozent Zinn und ^Gewichtsprozent Chrom vorliegen. Anschließend werden die Pulver zu einem Körper mit einer Dichte von 7.3 ,e/cnv1 unter einem Formdruck von 5 t/cm'-geformt. Dann wird der Formkörper bei 860 C 1 Stunde in einer neutralen Gasaimosphärc gesintert. und der Sinterkörper wird erneut unter einem Druck von 7 t/cm- gepreßt, um die Dichte auf 7.4 g citP zu erhöhen.
Beispiel 2
Die gleichen Pulver wie im Beispiel 1 werden so miteinander vermischt, daß sie in Mengen \on 84 Gewichtsprozent Kupfer, 8 Gewichtsprozent Zinn und 8 Gewichtsprozent Chrom vorliegen. Nach dem Mischen der Pulver wird das Gemisch unter einem Druck von 5 t/cm-' zu einem Körper geformt, der eine Dichte von 7,3 g/cm:i aufweist. Der Formkörper wird in einer reduzierenden Gasatmosphäre hei 860 C 1 Stunde gesintert, und der so erhaltene Sinterkörper wird erneut unter einem Druck von 7 t.cm2 gepreßt, um seine Dichte auf 8.1 g cm-; zu erhöhen.
In der nachfolgenden Tabelle sind Versuchsergebnisse bezüglich der Eigenschaften und Verschleißfestigkeit der nach den Arbeitsweisen ύ·:τ Beispiele 1 U'"d 2 erhaltenen Legierungen und solche von üblichen Legierungen angegeben.
Der in der Tabelle in mm angegebene Veischleiß bedeutet den Verschleiß der Testprobe in Höhenrichtung. Die Prüfung wurde mittels eines sogenannten Gleitschlagprüfgeräts mit hohem Arbeiszyklus vorgenommen. Bei dieser Prüfung wird eine scharfkantige Probe, die in einer Aluminiumlegierung befestigt ist, mit 10 U/Min bei einer Temperatur von 450 bis 500" C gedreht, und es werden dann 2500 Schläge je Minute unter einem Oberflächendruck von lOkp/cm1' mittels einer aus warmfestem Stahl hergestellten Anschlageinrichtung vorgenommen.
Tabelle
Legierungstyp Beispiel 1 Prozentsatz
der Bestandteile		 Zugfestigkeit Härte Verschleiß
(Gewichtsprozent) kp'mm'2 HV (0.2) (mm j
76Cu— 12 Sn- 12Cr 20 400 bis 450 0.50
Beispiel 2 (blockartiges Cr)
Erfindiings- 120 (Matrix)
gemäße
Legierung		 Spezial 84 Cu-8Sn-8 Cr 25 400 bis 450
(blockartiges Cr)		 0.81
Gußeisen 103 (Matrix)
± C ' j,J V^ ' i.»J οι ~~ 40 250 bis 300 5.38
Vergleichs- Gußlegierung 1 Mn — 0,5 P — 0,5 Cr
probe -0,5Mo-0,1 V
5OFe-50Cu 70 187 4,75
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1 2
Die erfindungsgemäßen Sinterlegierungen sind
Patentansprüche: Legierungen, in denen Chrom in einer blockähnlichen
Verteilung in einer Matrix aus Kupfer und Zinn
1. Kupfersinterlegierung mit Verschleißfestig- dispergiert ist, wie die in der Zeichnung gezeigte keit bei hoher Temperatur, dadurch ge- 5 mikrophotographische Darstellung zeigt. Die ertinkc η nzei ch net, daß sie aus 5 bis 15" u ΖΪηη. dungsgemaßen Legierungen sind dadurch gekenn-4 bis 25u■■« Chrom, Rest Kupfer, besteht und auf zeichnet, daß sie Kupfer als Hauptbestandteil und mehr als 88"» ihres theoretischen Dichteverhält- 5 bis 15 Gewichtsprozent Zinn und 4 bis 25 Genisses gesintert ist. wichtsprozent Chrom enthalten. Jede erfinJungs-
2. Verwendung einer Legierung nach An- io gemäße Legierung ist auf mehr als 380O des theorespruch 1 als Werkstoff für Ventilsitze von Brenn- tischen Dichteverhältnisses gesintert. kraftmaschinen. Die erfindungsgemäßen Sinterlegierungen haben
ausgezeichnete vVärmelei'fähigkeit und Verschleißfestigkeit bei hoher Temperatur. Sie eignen sich
15 besonders für Ventilsitze in den Fällen, in denen
bleifreies Benzin verwendet wird. Diese Legierungen eignen sich auch sehr gut als Ventilsitze für Maschi-
Die \orliegende Erfindung betrifft eine Kupfer- nen. bei denen LPG (Flüssigpropangas) als Brennsinu-rl. r;erung mit hoher Korrosionsbeständigkeit stoff verwende! wird und bei denen die Arbeit* und hoher Verschleißfestigkeit bei hohen Tempera- 20 bedingungen schwieriger als im Falle der Verv.<.·:!- türen und insbesondere eine Legierung, die sich /ur dünn von aebleitem Benzin sind. Die Legierungen Herstellung von Ventilsitzen für Brennkraftmaschin können auch zur Herstellung von Lagern verwende', nen, bei denen bleifreies Ben/in 1Is Brennstoff vcr- werden, insbesondere in den Fällen, bei denen Jiwendet wird, geeignet. Laser hohen Temperaturen ausgesetzt sind oder hohe
Gußeisen, warmfester Stahl und Kupferlegierungen 25 Temperaturen erreichen können.
11. dgl. wurden bisher als Hauptmaierialien für Ventil- Die Wirkung und der Grund des Vorhandensein-,
sitze verwendet (-Manual on Metals?. Verlag Nippon eines jeden Bestandteils der crfindungsgemälVjn Kinzoku Gakkai. 1952. S. 665, unter »Non-metallic Legierungen sind die folgenden, metal materials«), D:Cie Materialien haben jedoch Unter den Bestandteilen der erfind'ingsgemälun
den Nachteil, daß die Schmierwirkung des Bleis bei 30 Sinterlecieruneen ist Kupfer-Zinn als Sinterbrotve Verwendung von bleifreiem Benzin als Brennstoff bekannt und wurde seit langem als Lagermateria' nicht vorhanden ist und der Verschleiß des Ventil- verwendet. In diesem Bestandteil trägt das Zinn zur sitzes hierdurch erheblich erhöht wird. Die Leistung Verbesserung der mechanischen Festigkeit und Wider Maschine fällt in einem solchen Ausmaß ab. schleißfestiskeit der Legierung bei. Wenn der Zinndaß diese Materialien für die Herstellung von Ventil- 35 gehalt geringer als 5"» ist. so ist dessen Wirkun« sitzen nicht brauchbar sind. geringer, und wenn der Zinngehalt mehr als 15",.
Die vorliegende Erfindung bezweckt die Schaffung betraut, sinkt die mechanische Fes ifkeit der Legieeiner Sinterlegierung mit hoher Wärmeleitlähigkeit rung beträchtlich ab. Auch wird die Fähigkeit, und hoher Verschleißfestigkeit bei hohen Tempe- Chrom zu halten, herabgesetzt. Der Zinngehalt wurde raturen zur Ausschaltung der obengenannten Nach- 4u daher auf 5 bis 15° η festgesetzt, teile. Es wurde nun gefunden, daß für den vorge- Chrom vermindert die Härte der Legierung selbst
sehenen Zweck eine Sinterlegierung außerordentlich bei hoher Temperatur nicht. Es bildet bei hoher gut geeignet ist, bei der Chrom (Cr) in einer block- Temperatur Chromoxyd und hat die Tendenz, den artigen Verteilung in einer Matrix au, Kupfer (Cu) Reibungskoeffizienten herabzusetzen und somit die und Zinn (Sn) dispergiert ist und die Kupfer als 45 Verschleißfestigkeit der Legierung zu erhöhen. Wenn Hauptbestandteil und 5 bis 15 Gewichtsprozent Zinn der Chromgchalt jedoch geringer als 40O ist. ist und 4 bis 25 Gewichtsprozent Chrom enthält und dessen Wirkune auf die Legierung nicht merklich auf mehr als 88° n des theoretischen Dichteverhält- und wenn der "Chromgehalt auf 35" 0 erhöht wird, nisses gesintert ist. besitzt das Chrom die Tendenz, die Festigkeit der
Die vorliegende Erfindung betrifft Sinterkupfer- 50 Legierung herabzusetzen, obgleich es die Verschleißlegierungen mit ausgezeichneter Korrosionsbeständig- festigkeit verbessert. Der Chromgehalt wurde daher keit und Verschleißfestigkeit bei hoher Temperatur. auf bis zu 250O festgesetzt.
Diese Legierungen eignen sich ganz besonders gut Wenn die Dichte der Legierung geringer als 88° 0
zur Herstellung von Ventilsitzen, die in Brennkraft- der theoretischen Dichte innerhalb des obengenannmaschintn verwendet werden. 55 ten Zusammensetzungsbereiches ist, so ist die Wärme-
Die erfindungsgemäßen Legierungen sind Sinter- leitfähigkeit bei hoher Temperatur geringer, und es legierungen, die bei hoher Temperatur Verschleiß- tritt eine dauernde Spannungsbeanspruchune auf, festigkeit besitzen und die dadurch gekennzeichnet die die Legierung unbrauchbar macht. Aus diesem sind, daß sie 5 bis 15" 0 Zinn und 4 bis 25% Chrom Grund wurde die Dichte auf mehr als 88% festenthalten, wobei der Rest Kupfer ist und wobei die 60 gesetzt.
Legierung auf mehr als 88% des theoretischen In den erfindungsgemäßen Sinterlegieruneen ist
Dichteverhältnisses gesintert ist. hartes Chrom, das^ausgezeichnete Verschleißfestiu-
Tm folgenden soll die Erfindung näher erläutert keit bei hoher Temperatur besitzt, in einer blockwerden. Die Zeichnung zeigt eine mikrophotogra- artigen Weise in einer vergleichsweise weichen Matrix phischc Darstellung der Zusammensetzung einer 65 aus Kupfer-Zinn dispergiert, die gute Wärmeleiterfindungsgen.äßen Legierung, wobei die Matrix eine fäliigkeit, ausgezeichnete Verschleißfestigkeit und Kupfer-Zinn-Legierung ist und die blockartige.i Teile Korrosionsbeständigkeit besitzt. Eine entsprechende Chrom sind. Materialfestigkeit ergibt sich aus dem Vorhandensein
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