DE2140749C3 - Bei hoher Temperatur verschleißfeste Sinterlegierung - Google Patents
Bei hoher Temperatur verschleißfeste SinterlegierungInfo
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Description
Die erfindungsgemäßen Sinterlegierungen haben ausgezeichnete Wärmeleitfähigkeit und Verschleißfestigkeit
%e\ hoher Temperatur. Sie eignen sich
— 15 besonders für Ventilsitze in den Fällen, in denen
bleifreies Benzin verwendet wird. Diese Legierungen
kraftmaschinen.
eignen sich auch sehr gut als Ventilsitze für Maschinen, bei denen LPG (Flüssigpropangas) als Brennstoff
verwendet wird und bei denen die Arbeits-
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kupfersinterlegierung mit hoher Korrosionsbeständigkeit
und hoher Verschleißfestigkeit bei hohen Tempera- 20 bedingungen schwieriger als im Falle der Verwenturen und insbesondere eine Legierung, die sich zur dung von gebleitem Benzin sind. Die Legierungen Herstellung von Ventilsitzen für Brennkraftmaschi- können auch zur Herstellung von Lagern verwendet nen, bei denen bleifreies Benzin als Brennstoff ver- werden, insbesondere in den Fällen, bei denen die wendet wird, geeignet. Lager hohen Temperaturen ausgesetzt sind oder hohe
und hoher Verschleißfestigkeit bei hohen Tempera- 20 bedingungen schwieriger als im Falle der Verwenturen und insbesondere eine Legierung, die sich zur dung von gebleitem Benzin sind. Die Legierungen Herstellung von Ventilsitzen für Brennkraftmaschi- können auch zur Herstellung von Lagern verwendet nen, bei denen bleifreies Benzin als Brennstoff ver- werden, insbesondere in den Fällen, bei denen die wendet wird, geeignet. Lager hohen Temperaturen ausgesetzt sind oder hohe
Gußeisen, warmfester Stahl und Kupferlegierungen 35 Temperaturen erreichen können,
u. dgl. wurden bisher als Hauptmaterialien für Ventil- Die Wirkung und der Grund des Vorhandenseins
sitze verwendet (»Manual on Metals«, Verlag Nippon eines jeden Bestandteils der erfindungsgeinäßen
Kinzoku Gakkai, 1952, S. 665, unter »Non-metallic Legierungen sind die folgenden,
metal materials«). Diese Materialien haben jedoch Unter den Bestandteilen der erfindungsgemäßen
den Nachteil, daß die Schmierwirkung des Bleis bei 30 Sinterlegierungen ist Kupfer-Zinn als Sinterbronze
Verwendung von bleifreiem Benzin als Brennstoff bekannt und wurde seit langem als Lagermaterial
nicht vorhanden ist und der Verse leiß des Ventil- verwendet. In diesem Bestandteil trägt das Zinn zur
Sitzes hierdurch erheblich erhöht wird. Die Leistung Verbesserung der mechanischen Festigkeit und Verder
Maschine fällt in einem solchen Ausmaß ab, schleißfestigkeit der Legierung bei. Wenn der Zinndaß
diese Materialien für die Herstellung von Ventil- 35 gehalt geringer als 5°/o ist, so ist dessen Wirkung
sitzen nicht brauchbar sind. geringer, und wenn der Zinngehalt mehr als 15°Ό
Die vorliegende Erfindung bezweckt die Schaffung beträgt, sinkt die mechanische Festigkeit der Legieeiner
Sinterlegierung mit hoher Wärmeleitfähigkeit 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- 40 daher auf 5 bis 15*/o 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 aus 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 Chromgehalt jedoch geringer als 4°/o ist, ist
und 4 bis 25 Gewichtsprozent Chrom enthält und dessen Wirkung auf die Legierung nicht merklich
auf mehr als 88% des theoretischen Dichteverhält- und wenn der Chromgehalt auf 35 0Zo 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
auf bis zu 25% festgesetzt.
Wenn die Dichte der Legierung geringer als 88 0Zo
der theoretischen Dichte innerhalb des obengenann-55 ten Zusammensetzungsbereiches ist, so ist die Wärmeleitfähigkeit
bei hoher Temperatur geringer, und es tritt eine dauernde Spannungsbeanspruchung auf,
die die Legierung unbrauchbar macht. Aus diesem Grund wurde die Dichte auf mehr als 88% festenthalten,
wobei der Rest Kupfer ist und wobei die 60 gesetzt.
Legierung auf mehr als 88e/o des theoretischen In den erfindungsgemäßen Sinterlegierungen ist
Legierung auf mehr als 88e/o des theoretischen In den erfindungsgemäßen Sinterlegierungen ist
Dichteverhältnisses gesintert ist. hartes Chrom, das ausgezeichnete Verschleißfestig-
Im folgenden soll die Erfindung näher erläutert kett bei hoher Temperatur besitzt, in einer blockwerden.
Die Zeichnung zeigt eine mikrophotogra- artigen Weise in einer vergleichsweise weichen Matrix
phische Darstellung der Zusammensetzung einer «5 aus Kupfer-Zinn dispergiert, die gute Wärmeleiterfindungsgemäßen
Legierung, wobei die Matrix eine fähigkeit, ausgezeichnete Verschleißfestigkeit und
Kupfer-Zinn-Legierung ist und die blockartigen Teile Korrosionsbeständigkeit besitzt. Eine entsprechende
Chrom sind. Materialfestigkeit ergibt sich aus dem Vorhandensein
keit und Verschleißfestigkeit bei hoher Temperatur. Diese Legierungen eignen sich ganz besonders gut
zur Herstellung von Ventilsitzen, die in Brennkraftmaschinen verwendet werden.
Die erfindungsgemäßen Legierungen sind Sinterlegierungen,
die bei hoher Temperatur Verschleißfestigkeit besitzen und die dadurch gekennzeichnet
sind, daß sie 5 bis 15"/· Zinn und 4 bis 25Vo Chrom
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 Lagermaterialien, beispielsweise für heiße Walzen geeignet. Außerdem
sind die erfindungsgemäßen Materialbestandteile und das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren
außerordentlich einfach, was den Von.eil besitzt, daß eine gleichbleibende Qualität selbst bei Massenproduktion
leicht erzielbar ist.
Die folgenden Beispiele dienen zur weiteren Erläuterung der Erfindung.
Elektrolytpulver mit einer Teilchengröße unier 0,147 mm, Zinnpulver mit einer Teilchengröße unter
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 12 Gewichtsprozent
Chrom vorliegen. Anschließend werden die Pulver zu einem Körper mit einer Dichte
von 7,3 g/cm3 unter einem Formdruck von 5 t/cm2
geformt. Pann wird der Formkörper bei 860° C 1 Stunde in einer neutralen Gasatmosphäre gesintert,
und der Sinterkörper wird erneut unter einem Druck von 7 t/cm* gepreßt, um die Dichte auf 7,9 g/cm:|
zu erhöhen.
Die gleichen Pulver wie im Beispiel 1 werden so miteinander vermischt, daß sie in Mengen von
ίο 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/cm2 zu einem Körper geformt, der eine Dichte von 7,3 g/cm:| aufweist. Der Formkörper
wird in einer reduzierenden Gasatmosphäre bei 860° C 1 Stunde gesintert, und der so erhaltene
Sinterkörper wird erneut unter einem Druck von 7 t/cm- gepreßt, um seine Dichte auf 8,1 g/cm:l zu
erhöhen.
In der nachfolgenden Tabelle smJ Versuchsergebnisse
bezüglich der Eigenschaften und Verschleißfestigkeit der nach den Arbeitsweisen der Beispiele 1
und 1 erhaltenen Legierungen und solche von üblichen Legierungen angegeben.
a5 Der in der Tabelle in mm angegebene Verschleiß
bedeutet den Verschleiß der Testprobe in Höhenrichtung. Die Prüfung wurde mittels eines sogenannten
Gleitschlagprüfgeräts mit hohem Arbeitszyklus 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 10kp/cm- mittels einer aus warmfestem Stahl hergestellten Anschlageinrichtung vorgenommen.
Erfinrlungsgemäß«
Legierung
Legierung
Vergleichsprobe
Beispiel 1
Beispiel 2
Beispiel 2
SpezialGußeisen
Gußlegierung
76Cu-12Sn—12Cr 84 Cu — 8 Sn — 8 Cr
Fe- 3,5C — 2,5 Si —
IMn- 0,5P — 0,5Cr
— 0,5 Mo —0,1V
50Fe- 50Cu 20
25
40
70
400 bis 450
(blockartiges Cr)
120 (Matrix)
400 bis 450
(blockartiges Cr)
103 (Matrix)
250 bis 300
187
0,50
0.81
5,38
4,75
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (2)
1. Kupfersinterlegierung mit Verschleißfestigkeit bei hoher Temperatur, dadurch gekennzeichnet,
daß sie aus 5 bis 15 °/o Zinn,
4 bis 250/o Chrom, Rest Kupfer, besteht und auf
mehr als 88% ihres theoretischen Dichteverhältnisses gesintert ist.
2. Verwendung einer Legierung nach An- io gemäße Legierung ist auf mehr als 88% des theorespruch
1 als Werkstoff für Ventilsitze von Brenn- tischen Dichteverhältnisses gesintert.
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