DE2145690B2

DE2145690B2 - Bei hoher temperatur verschleissfeste legierung auf kupferbasis

Info

Publication number: DE2145690B2
Application number: DE19712145690
Authority: DE
Inventors: Itaru Nagoya Kaneko Yasuhisa Komiyama Yoshiro Uchiyama Yoshiki Takeda Yasuo Maeda Shirou Toyota Nnmi, (Japan)
Original assignee: Toyota Jidosha Kogyo KK
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1970-12-28
Filing date: 1971-09-13
Publication date: 1973-08-02
Also published as: JPS507010B1; DE2145690A1; DE2145690C3; GB1306567A

Description

Verbesserung der Verschieißfestigkeit bei. Bei einem Gehalt von weniger als 0,8% Chrom ist die Wirkung des Aluminiums jedoch gering, und der Chromgehalt wurde daher auf zumindest 0,8% festgesetzt. Bei einem Gehalt von mehr als 3% Chrom nimmt die Bearbeitbarkeit der Legierung ab, und der Chromgehalt wurde daher auf höchstens 3,0% festgesetzt. Was das Mangan anbetrifft, so verstärkt dieses die Kris'.allmatrix in der gleichen Weise wie Aluminium und verbessert die Verschleißfestigkeit, wobei es gleichzeitig eine bemerkenswert harte intermetallische Verbindung mit Silicium ergibt. Diese intermetallische Verbindung ist gleichförmig in feinverteiltem Zustand in der Kristallmatrix dispergiert und verbessert so die Verschleißfestigkeit bemerkenswert. Wenn weniger als 1% Mangan vorliegt, so ist die Menge der mit Silicium gebildeten intermetallischen Verbindung gering, und der Beitrag zur Verschleißfestigkeit ist klein. So wurde der Gehalt an Mangan auf zumindest 1 % festgesetzt. Bei einem höheren Gehalt an Mangan so als 5% nimmt die Bearbeitbarkeit der Legierung auf Grund des gleichzeitigen Vorhandenseins von Mangan mit Zink, Aluminium, Silicium, Chrom u. dgl. ab. Der Gehalt an Mangan wurde daher auf höchstens 5% festgesetzt.

Was das Silicium anbetrifft, so bildet dieses zwar eine bemerkenswert harte intermetallische Verbindung mit Mangan und trägt zur Erhöhung der Verschleißfestigkeit der Legierung bei, doch ist die Menge an mit Mangan gebildeter harter intermetallischer Verbindung gering und der Beitrag zur Verscnleißfestigkeit klein, wenn der Siliciumgehalt weniger als 0,3% beträgt. Der Siliciumgehalt wurde daher auf zumindest 0,3 % festgesetzt. Bei einem Sliciumgehalt über 2,0 % wird die Bearbeitbarkeit der Legierung auf Grund des gleichzeitigen Vorhandenseins von Zink, Aluminium, Mangan, Chrom u. dgl. herabgesetzt. Der Siliciumgehalt wurde daher auf höchstens 2% festgesetzt.

Phosphor wird als Desoxydator verwendet. Bei einem Phosphorgehalt über 0,3 % besitzt der Phosphor die Neigung, die Härte der Legierung zu erhöhen und auch zur Verbesserung der Verschieißfestigkeit beizutragen. Liegt der Phosphorgehalt jedoch über 1 %, so nimmt die Bea-beitbarkeit der Legierung ab. Der Phosphorgehalt wurde daher auf höchstens 1 % festgesetzt.

Ferner wird, wenn der Gehalt an Eisen und/oder Nickel untei oder höchstens 2% und der Gehalt an Sn, Pb, Ti, Zr, Be, B, Co und/oder W unter oder höchstens 1 % beträgt und die Gesamtsumme diese·- Elemente weniger als oder höchstens 5% ausmacht, das Verhalten der Legierung bei der Herstellung von Ventilsitzen, Ventilschaftführungen, Synchronisierringen und Lagern nicht nachteilig beeinflußt, und diese Elemente können daher gewünschtenfalls zügegeben werden.

Alle Gehaltsangaben gelten in Gewichtsprozent.

Die folgenden Beispiele dienen zur weiteren Erläuterung der Erfindung.

Zwei erfindungsgemäße Legierungsproben mit den in der nachfolgenden Tabelle I gezeigten Zusammensetzungen wurden hergestellt und bezüglich Gleitreibung bei hohen Temperaturen geprüft. Zu Vergleichsproben gehörten gewöhnliches übliches Gußeisen, Spezialgußeisen und warmfester Stahl. Die Versuchsergebnisse, die die Eigenschaften und die Reibung von jeder Legier-mg zeigen, sind in der nachfolgenden Tabelle IT dargestellt.

Tabelle I

	Zusammensetzung	Zusammensetzung
	der erfindungsgemäßen	der erfindungsgemäßen
	Legi· rung A	Legierung B
Cu	56%	62%
Zn	35%	30%
Al	2,5%	2%
Mn	2%	3%
Si	0,7%	0,8%
Cr	l°/o	l°/o
P	0,5%	0,5%
Fe	0,5%	—
Ni	1,5%	—
Sn	0,3%	—
Be		0,1%
Ti	—
W	-	0,3%

Tabelle II

	gewöhn	Chemische	Zug	Härte	Ver
	liches	Zusammen	festig	HV	schleiß
	Guß	setzung	keit
	eisen	(Gewichts	(kp/	(10)	(mm)
	Spezial	prozent)	cm⁵)	240	8,35
Ver	gußeisen	JIS standard	30
gleichs-		FC 30
proben
				280	6,36
		C 3,4-Si	40
		2,4-Mn
		0,75-P
	warm-	0,3-Cr
	fester	0,6-Mo
	Stahl	0,7-V
		0,15-Fe
		Rest		300	2,70
	A	C 0,8-Si	100
	B	2,3-S
		0,1-Cr
		20-Ni
		1,3-Fe Rest		230	0,25
Erfin	(vgl. Tabelle I)	68	260	0,40
dungs	(vgl. Tabelle I)	70
gemäße
Legie
rung

DIj Bestimmung des obengenannten Verschleißes wurde vorgenommen, indem eine ringförmige Probe, die auf 400 bis 450⁰C erhitzt worden war, an einer Aluminiumlegierung befestigt wurde, diese Baugruppe mit 10 U/Min, gedreht wurde, mittels einer Anschlagvorrichtung aus warmfestem Stahl wiederholte· Schläge mit einer Stoßgeschwindigkeit von 0,2 m/Sek. bei einem Oberflächendruck von 30 kp/cm² und einer Schlagfolge von 2500 Schlägen/Min, erteilt wurden und die Änderungen der Dicke der Proben für eine bestimmte Zeitspanne festgestellt wurden.

Aus den obigen Versuchsergebnissen ist ersichtlich,

ί erfindungsgemäßen Legierungen im Vergleich wohnlichem Gußeisen, Spezialgußeisen und !stem Stahl außerordentlich hohe Verschleißet besitzen,
erfindungsgemäßen Legierungen eignen sich

insbesondere zur Herstellung von Auspuffventilsitzen, die außerordentlich hohen Temperaturen von Viertaktbrcnnkraftmaschinen, bei denen bleifreies Benzin und Flüssiggas als Brennstoff verwendet wird, ausge-S setzt sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

1 2 Im folgenden soll die Erfindung näher erläutert Patentansprüche- werden. Die Zeichnung zeigt eine mikrofotografische Darstellung der Zusammensetzung der Legierung A gemäß dem nachfolgenden Beispiel.

1. Bei hoher Temperatur verschleißfeste Legierung 5 Die erfindungsgemäßen Legierungen auf Kupferauf Kupferbasis, bestehend aus 25 bis 4O⁰Z₀ Zink, basis sind Legierungen, die Kupfer als Hauptbestand-1 bis 8 %ι Aluminium, 1 bis 5% Mangan, 0,3 bis teil sowie Zink, Aluminium, Mangan, Silicium, 2,0% Silicium, 0,8 bis 3,0% Chrom und 0,3 bis Chrom und Phosphor als Legierungizlemente ent-1,0% Phosphor und Kupfer als Rest. halten und ferner eine kleine Menge anderer Elemente

2. Legierung nach Anspruch 1, die außerdem io enthalten können.

noch je bis zu 1 % Zinn, Blei, Titan, Zirkonium, Die erfindungsgemäßen Legierungen eignen sich

Beryllium, Gor, Kobalt und/oder Wolfram und/oder als Herstellungsmaterialien für Auspuffventilsitze, die

je bis zu 2% Eisen und/oder Nickel, insgesamt in Brennkraftmaschinen verwendet werden, insbe-

aber höchstens 5% dieser Elemente enthält. sondere solchen, bei denen bleifreies Benzin, LPG

3. Verwendung von Legierungen nach Anspruch 15 od. dgl. ohne Zusätze, wie beispielsweise Blei, ver-1 oder 2 zur Herstellung von Ventilsitzen für Brenn- wendet wird. Wenn die erfindungsgemäße Legierung kraftmaschinen. als Material für Ventilsitze verwendet wird, so wird

die Reibungsbelastung auf einen vernachlässigbaren

Wert herabgesetzt. Es können auch hohe Maschinen-

ao drehzahlen und hohe Belastungen und Betriebswerte

während einer langen Betriebszeit ohne Schwierigkeit

erzielt werden. Ferner sind die erfindungsgemäßen

Legierungen auch als Herstellungsmaterialien für

Komponenten geeignet, die in einem Bereich verwendet

25 werden, für welchen hohe Trockenverschleißfestigkeit

Die vorliegende Erfindung betrifft Legierungen auf bei hohen Temperaturen erforderlich ist, wie beispiels-Kupferbasis und insbesondere Legierungen auf Kupfer- weise für Ventilschaftführungen, Synchronisierringe basis, die hohe Verschleißfestigkeit bei erhöhten Tem- und Lager,
peraturen aufweisen. Die Wirkung und der Grund des Vorhandenseins

Legierunger, mit ausgezeichneter Verschleißfestig- 30 eines jeden Bestandteils der erfindungsgemäßen Lekeit bei hohen Temperaturen sind seit langem als gierungen sind die folgenden:
Materialien für Teile, die beträchtlichen Reibungs- Unter den Elementen der erfindungsgemäßen Le-

belastungen bei hohen Teinper?*uren ausgesetzt sind, gierungen ist Kupfer der Hauptbestandteil. Kupfer hat gesucht. Zu Materialien für Auspuffventilsitze, die eine ausgezeichnete Wärmeleitfähigkeit und ausgeüblicherweise für Viertaktbrennkraftmaschinen ver- 35 zeichnete Korrosionsbeständigkeit und reagiert mit wendet werden, gehören Gußeisen, Spezialgußeisen, dem Sauerstoff der Luft bei hohen Temperaturen warmfester Stahl u. dgl. Diese Legierungen haben unter Bildung von Kupferoxyi. Ein dünner Γϋη aus jedoch den Nachteil, daß sie bei Verwendung von diesem Kupferoxyd ergibt eine selbstschmierende bleifreiem Benzin, LPG (Flüssigpropangas) u. dgl. als Wirkung und trägt so zur Erhöhung der Verschleiß-Brennstoff einem ungewöhnlichen Verschleiß ausgesetzt 40 festigkeit der Legierung bei. Zink löst sich in Kupfer sind, der die Leistung der Brennkraftmaschine herab- in Form einer festen Lösung, die die Kristallmatrix setzt oder die Abgase verschlechtert (Erhöhung an verstärkt, und reagiert bei hoher Temperatur mit dem CO oder Kohlenwasserstoffen). Eine störungsfreie Sauerstoff der Luft unter Bildung von Zinkoxyd. Verwendung dieser Legierungen während langen Dieser dünne Film aus Zinkoxyd ergibt ebenfalls eine Zeitspannen ist daher unmöglich. 45 selbstschmierende Wirkung und verbessert in bemer-

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die kenswerter Weise die Verschleißfestigkeit der Legierung, obengenannten Nachteile auszuschalten. Außerdem setzt das Zink den Schmelzpunkt der

Es wurde nun gefunden, daß Legierungen auf Kupfer- Legierung herab und verbessert deren Gießbarkeit, basis, die Zink, Mangan, Silicium, Chrom und Phos- Hinsichtlich der Verstärkung der Kristallmatrix und phor u. dgl. als Legierungselemente enthalten, ausge- 50 der Gießbarkeit der Legierung ist es zweckmäßig, daß zeichnete Verschleißfestigkeit bei hohen Temperaturen der Zinkgehalt zumindest 25% beträgt. Wenn der besitzen. Gehalt an Zink über 40% beträgt, so ist andererseits

Die vorliegende Erfindung betrifft Legierungen auf die Bearbeitbarkeit der Legierung vermindert, wenn Kupferbasis, die ausgezeichnete Beständigkeit gegen Zink zusammen mit anderen Elementen vorliegt, die Festfressen oder Hängenbleiben und ausgezeichnete 55 zur Verstärkung der Kristallmatrix und der Verschleiß-Verschleißfestigkeit bei hohen Temperaturen besitzen. festigkeit beitragen. Der Zinkgehalt wurde daher auf Diese Legierungen bestehen aus Elementen in den höchstens 40 Gewichtsprozent festgesetzt. Aluminium nachfolgend angegebenen Zusammensetzungsberei- verstärkt die Kristallmatrix und verbessert die Verchen. schleißfestigkeit. Da jedoch diese Verstärkungswirkung

Die erfindungsgemäßen Legierungen sind Legie- 60 bei einem Aluminiumgehalt von weniger als 1% rungen auf Kupferbasis mit hoher Verschleißfestigkeit gering ist, wurde der Aluminiumgehalt auf zumindest bei hohen Temperaturen, die Kupfer als Hauptbestand- 1% festgesetzt. Beträgt der Aluminiumgehalt über teil sowie 25 bis 40 Gewichtsprozent Zink, 1 bis 8 Ge- 8%, so wird jedoch die Bearbeitbarkeit schlechter, wichtsprozent Aluminium, 1 bis 5 Gewichtsprozent wenn es zusammen mit Chrom vorliegt, und der Mangan, 0,3 bis 2,0 Gewichtsprozent Silicium, 0,8 bis 65 Aluminiumgehalt wurde daher auf höchstens 8% 3 Gewichtsprozent Chrom und 0,3 bis 1 Gewichts- festgesetzt.

prozent Phosphor enthalten und ferner eine kleine Chrom verstärkt die Kristallmatrix und erhöht

Menge anderer Elemente enthalten können. die Härte ebenso wie Aluminium. Es träet auch zur