DE2140749C3

DE2140749C3 - Bei hoher Temperatur verschleißfeste Sinterlegierung

Info

Publication number: DE2140749C3
Application number: DE2140749A
Authority: DE
Inventors: Kametaro Hashimoto; Kunizo Nagoya Imanishi; Ishihara; Seishu Kyoto Mitani; Itaru Nagoya Niimi; Yoichi Serino; Kenzi Ushitani
Original assignee: Toyota Jidosha Kogyo KK
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1970-12-28
Filing date: 1971-08-13
Publication date: 1974-01-24
Also published as: JPS4812604B1; DE2140749B2; US3776705A; DE2140749A1; GB1330746A

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

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 88^e/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.

Beispiel 1

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.

Beispiel 2

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.

Tabelle

Erfinrlungsgemäß«
Legierung

Vergleichsprobe

Beispiel 1
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

Patentansprüche: Die erfindungsgemäßen Sinterlegierungen sind Legierungen, in denen Chrom in einer blockähnlichen Verteilung in einer Matrix aus Kupfer und Zinn dispergiert ist, wie die in der Zeichnung gezeigte S mikrophotographische Darstellung zeigt. Die erfindungsgemäßen Legierungen sind dadurch gekennzeichnet, daß sie Kupfer als Hauptbestandteil und 5 bis 15 Gewichtsprozent Zinn und 4 bis 25 Gewichtsprozent Chrom enthalten. Jede erfindungs-

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.