DE2243008A1

DE2243008A1 - Sintered iron alloy - of improved heat-and wear resistance for valve plates

Info

Publication number: DE2243008A1
Application number: DE19722243008
Authority: DE
Inventors: Minoru Hasegawa; Kaoru Nara; Kentaro Takahashi
Original assignee: Nippon Piston Ring Co Ltd
Current assignee: Nippon Piston Ring Co Ltd
Priority date: 1971-09-02
Filing date: 1972-09-01
Publication date: 1973-03-15
Also published as: JPS4832710A

Abstract

The alloy is produced by mixing the alloy constituents in powder form, adding ferrocarbide contg. a carbide forming element, in powder form, moulding the mixture and sintering the moulded mixt. Pref. the alloy is composed of 0.6-2% C, 0.5-5% Mo, 6-15% Co, 0.5-4% Ni, balance Fe, and 0.3-5% ferrocarbide contg. for example any of the following elements Cr, Mo, Co W, Ti, V, B.

Description

Wärmebeständige und abriebfeste gesinterte Legierung. Heat-resistant and abrasion-resistant sintered alloy.

Die Erfindung bezieht sich auf euie wärmebeständige und abriebfeste gesinterte Legierung. The invention relates to heat-resistant and abrasion-resistant sintered alloy.

Bekannte Metalle, wie Chrom, Kobalt, Wolfram u. dgle, haben nicht nur eine hohe Abriebfestigkeit, sondern auch ausgezeichnete Eigenschaften bei hohen Temperaturen, und sie werden daher auf verschiedenen Gebieten angewendet. Known metals such as chromium, cobalt, tungsten and the like do not have only high abrasion resistance, but also excellent properties at high Temperatures, and therefore they are used in various fields.

Jedoch sind bei einem solchen Metall viele Problame zu lösen, wenn es als gesintertes Maschinenteil benutzt werden soll. Das bedeutet, daß, da das Metall einen hohen Sehmelzpunkt hat, die Sintertemperatur zwangshäufig hoch sein muß und die Sinterzeit verlängert wer den muß, was deshalb natürlich kostenmäßig unvorteilhaft ist.However, with such a metal, there are many problems to be solved when it is to be used as a sintered machine part. That means that, since that Metal has a high melting point, the sintering temperature is inevitably high must and the sintering time who must be extended, which is of course cost-wise is unfavorable.

Die vorliegende Erfindung hat deh Zweck, eins gesinterte Legierung zu schaffen, die eine hohe Wärmebeständigkeit und eine hohe Abriebfestigkeit aufweist und für gleitende Teile geeignet ist, wie beispielsweise Ventilplatten, für die eine hohe Wärmebeständigkeit und eine hohe Abriebfestigkeit erforderlich sind. The present invention aims to be a sintered alloy to create that high heat resistance and high abrasion resistance and is suitable for sliding parts, such as valve plates, for which high heat resistance and high abrasion resistance are required are.

Gemäß der Erfindung ist eine gesinterte wärmebeständige und abriebfeste Legierung dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einer geformten und gesinterten pulverförmigen Zusammensetzung besteht, bei welcher 0,3 bis 5 Ferrokarbid einer Eisen-Kohlenstoff-Legierung, die eine oder mehrere Arten karbidbildender Elemente enthält, einer Basis zugesetzt sind, die 0,6 bis 2% Kohlenstoff, 0,5 bis 5% Molybdän, 6 bis 15% Kobalt, 0,5 bis 4% Nickel und als Rest Eisen enthält. According to the invention, a sintered one is heat-resistant and abrasion-resistant Alloy characterized in that it consists of a shaped and sintered powdery Composition consists in which 0.3 to 5 ferrocarbide of an iron-carbon alloy, containing one or more kinds of carbide-forming elements added to a base which are 0.6 to 2% carbon, 0.5 to 5% molybdenum, 6 to 15% cobalt, 0.5 to Contains 4% nickel and the remainder iron.

Die Vorteile der Erfindung gehen aus dem Nachstehenden in Verbindung mit der Zeichnung hervor. The advantages of the invention are combined from the following with the drawing.

Fig. 1 ist eine graphische Darstellung der Härte bei erhöhten Temperaturen von Beispielen gemäß der Erfindung, eines herkömmlichen Gußeiaens und einer herkömmlichen gesinterten Eisenlegierung. Figure 1 is a graph of hardness at elevated temperatures of examples according to the invention, a conventional casting and a conventional one sintered iron alloy.

Fig. 2 ist eine graphische Darstellung der Abriebfestigkeit der Beispiele gemäß der Erfindung, des herkömmlichen Gußeisen und der herkömmlichen gesinterten Eisenelgierung. Figure 2 is a graph of the abrasion resistance of the examples according to the invention, the conventional cast iron and the conventional sintered Iron alloy.

Bei der gesinterten Legierung gemäß der Erfindung ist der Kohlenstoff in einer Eisenbasis erstarrt, um ein feines unstenitisches Gefüge zu erzielen, und er spielt eine große Rolle für die Verbesserung der Festig.-keit des Materials. Wenn Jedoch der Kohlenstoffgehalt weniger als 0,6 Gew. beträgt, erhält die Legierung ein ferritisches Gefüge, wodurch die für die Abriebfestigkeit erforderliche Härte verringert wird, während die Legierung bei einem Kohlenstoffgehalt @ @ mehr als 2 Gew.% ein übermäßig Zementit enthaltendes GefUge el; hält, was zu einer unnötig großen Heirte führt und die Tendenz hat, die Legierung spröde zu machen. In the sintered alloy according to the invention, the carbon is solidified in an iron base in order to achieve a fine unstenitic structure, and it plays a major role in improving the strength of the material. However, if the carbon content is less than 0.6 wt., The alloy is obtained a ferritic structure, which provides the hardness required for abrasion resistance is reduced, while the alloy with a carbon content @ @ more than 2% by weight of a structure containing excess cementite; holds what becomes unnecessary great shepherd leads and the The alloy has a tendency to become brittle do.

Molybdän erhöht die Zähigkeit sowie die Schlagfestigkeit und die Ermhdungsgrenze einer Legierung und andererseits verbessert es die Wärmebehandlungseigenschaften und stabilisiert das Gefüge nach dem Sintern, um zur Wärmebeständigkeit und Abriebfestigkeit der Legierung beizutragen Jedoch ist die Wirkung gering er bei weniger als 0,5 % Molybdän, und selbst wenn-mehr als 5% vorhanden sind, ist eine einer Verbess erung entsprechende höhere Wirkung nicht erzielbar. Molybdenum increases the toughness as well as the impact resistance and the Fatigue limit of an alloy and, on the other hand, it improves heat treatment properties and stabilizes the structure after sintering in order to achieve heat resistance and abrasion resistance to contribute to the alloy However, the effect is small if it is less than 0.5% Molybdenum, and even if it is more than 5%, is one of an improvement corresponding higher effect cannot be achieved.

Nickel verstärkt das Grwidgefüge der Legierung und verbessert' die Wärmebeständigkeit und die Abriebfestigkeit. Jedoch ist diese Wirkung bei einem Nickelgehalt von weniger als 1 ffi geririg, während bei Überschreiten von 4 % das Gefüge stellenweise martensitisch wird, so daß sich die Härte unnötig erhöht. Nickel strengthens the structure of the alloy and improves it Heat resistance and abrasion resistance. However, this effect is on one Nickel content of less than 1 ffi geririg, while if it exceeds 4% the The structure becomes martensitic in places, so that the hardness increases unnecessarily.

Kobalt verbessert die Wärmebeständigkeit und die Abriebfestigkeit bei erhöhten Temperaturen wesentlich, und es ist zu 6 bis 15 auf der Basis der synergetischen Wirkung mit anderen Elementen ermittelt worden. Cobalt improves heat resistance and abrasion resistance at elevated temperatures substantially, and it is 6 to 15 based on the synergistic Effect with other elements has been determined.

Ferrokarbid ist eine der Eisen-Kohlenstoff-Legierungen, die ein oder mehrere karbidbildende Elemente (wie z.3. Chrom, Molydän, Kobalt, Wolfram, Titan, Vanadium, Bor od. dgl. in einer Basis enthält, und es wird in dem Grundgefüge beim Sintern unzerfallen diffundiert, um die Abriebfestigkeit der Legierung zu verbessern. Jedoch ist bei weniger als 0,3 % die Wirkung nicht bemerkenswert, während bei mehr als 5 ß die Harte unnötig erhöht, die Formbarkeit des Pulvers beienträchtigt und die Festigkeit verringert wird. Ferrocarbide is one of the iron-carbon alloys that are an or several carbide-forming elements (such as 3rd chromium, molybdenum, cobalt, tungsten, titanium, Vanadium, boron or the like. Contains in a base, and it is in the basic structure at Sintering diffuses undecomposed to improve the abrasion resistance of the alloy. However, if it is less than 0.3%, the effect is not noticeable, while if it is more than 5 ß the hardness increases unnecessarily, the malleability of the powder and the strength is reduced.

Die Erfindung wird nachstehend an einigen Beispielen näher erläutert, in denen die angegebenen prozent@alen Mengen Gewichtsprozente bedeuten. The invention is explained in more detail below using a few examples, in which the stated percent @ alen amounts mean percentages by weight.

Beispiel 1 0,7 % Graphitpulver (Teilohengröße entsprechend - 100 US - Siebmaschen, d.h, die Teilchen gehen durch ein Sieb mit 0,149 mm lichter Maschenweite hindurch), 0,6 % Carbonylnickelpulver (Teilchengröße entsprechend - 250 US - Siebmaschen bezw. einem Sieb mit 0,058 mm lichter Maschenweite), 0,6 ffi (als Molybdän) Ferromolybdänpulver (Teilchengröße entsprechen - 150 US - Siebmaschen bzw. einem Sieb mit 0,100 mm lichter Maschenweite), 6,5 ffi Kobaltpulver (Teilchengröße entsprechend - 150 US - Siebmaschen bzw. einem Sieb mit 0,100 mm lichter Maschenweite), 0,39 % Ferrokarbidpulver (pulverförmige Legierung, die 3,25 % Kohlenstoff, 39,0 56 Nickel, 29,0 % Chroms 15,5 % Wolfram, 10,0 % Kobalt und als Rest Eisen enthält; Teilchengröße entsprechend - 150 US - Siebmaschen bzw. einem Sieb mit 0,100 mm lichter Maschenweite) und 1,0 ffi Zinkstearat als Schmiermittel wurden reduzeirtem Eisenpulver (Teilchengröße entsprechend - 100 US - Siebmaschen bzw. einem Sieb mit 0,149 mm lichter Maschenweite) zugesetzt. Das Ganze wurde vermischt, und die Mischung wurde unter einem Druck von etwa 6 to/cm2 in einer Atmosphäre von zerfallenem Ammoniumgas bei 11200 bis 11700 a während 30 bis 60 Minuten geformt und gesintert. Das so erhaltene gesinterte Material hatte eine Dichte von 6,6 g/cm³ und eine Rockwell B-Närte von 91. Example 1 0.7% graphite powder (part size corresponding to - 100 US sieve mesh, i.e. the particles pass through a sieve with a mesh size of 0.149 mm through), 0.6% carbonyl nickel powder (particle size corresponding to - 250 US - sieve mesh respectively a sieve with 0.058 mm clear mesh size), 0.6 ffi (as molybdenum) ferromolybdenum powder (Particle size corresponds to - 150 US - sieve meshes or a sieve with 0.100 mm clearer Mesh size), 6.5 ffi cobalt powder (particle size corresponding to - 150 US - sieve mesh or a sieve with a clear mesh size of 0.100 mm), 0.39% ferrocarbide powder (powdery Alloy containing 3.25% carbon, 39.0 56 nickel, 29.0% chromium, 15.5% tungsten, Contains 10.0% cobalt and the remainder iron; Corresponding particle size - 150 US - Sieve mesh or a sieve with 0.100 mm clear mesh size) and 1.0 ffi zinc stearate Reduced iron powder (particle size corresponding to - 100 US sieve mesh or a sieve with 0.149 mm clear mesh size). That Whole was mixed, and the mixture was under a pressure of about 6 to / cm2 in an atmosphere of decomposed ammonium gas at 11200 to 11700 a for 30 Shaped and sintered for up to 60 minutes. The sintered material thus obtained had a density of 6.6 g / cm³ and a Rockwell B hardness of 91.

Beispiel 2 4,75 % Ferrokarbidpulver (pulverförmige Legierung, die 3,51 % Kohlenstof, 14,1 % Chron, 4,3 % Molybdän, 1,51 % Vanadium, 1,97 % Kobalt und als Rest Eisen enthält; Teilchengröße entsprechend - 150 US - Siebmaschen bzw. einem Sieb mit 0,100 mm lichter Maschenweite) wurden einem gesinterten Material, das 1,76 % Kohlenstoff, 4,62 55 Molydän, 3,832 % Nickel, 13,9 6% Kobalt und als Rest Eisen enthielt, zugesetzt und unter den im Beispiel 1 erläuterten Bedingungen behaudelt. Das so erhaltene gesinterte Material hatte eine Dichte von 6,8 g/cm³ und eine Rockwell Härte von 96. Example 2 4.75% ferrocarbide powder (powdery alloy which 3.51% carbon, 14.1% chron, 4.3% molybdenum, 1.51% vanadium, 1.97% cobalt and the remainder contains iron; Particle size corresponding to - 150 US - sieve mesh or a sieve with 0.100 mm clear mesh size) were a sintered material, the 1.76% carbon, 4.62% molybdenum, 3.832% nickel, 13.9% 6% cobalt and as The remainder contained iron, added and under the conditions explained in Example 1 asserts. The thus obtained sintered material had a density of 6.8 g / cm³ and a Rockwell hardness of 96.

Zur Prüfung der Eigenschaften der gesinterten Legierungen nach den Beispielen 1 und 2 wurden ein Härtetest bei erhöhten Temperaturen und ein Abriebtest auf einer Ventilplattenabriebprüfmasche (Drehzahl 3000 U/min, Federdruck 35 kg, Ventilgeschwindigkeit zum Zeitpunkt des Schließens des Ventils 0,5 Wsec, Ventilspalt 1 mm, Testwiederholungszahl 8 x i05, Material SUH 313). durchgeführt0 Zum Vergleich wurden die gleichen Tests mit einem herkömmlichen Gußeisen und einer herkömmlichen gesinterte ten Eisenlegierung durchgeführt. Dabei war die Zusammensetzung des Gußeisens und der Eisenlegierung wie folgt: gesinterte Eisenlegierung: Kohlenstoff 1 %, Chrom 3 ffi Kupfer 3 %, Rest Eisen. To test the properties of the sintered alloys according to the Examples 1 and 2 became an elevated temperature hardness test and an abrasion test on a valve plate abrasion test machine (speed 3000 rpm, spring pressure 35 kg, Valve speed at the time the valve closes 0.5 Wsec, valve gap 1 mm, number of test repetitions 8 x i05, material SUH 313). performed0 For comparison performed the same tests with a conventional cast iron and a conventional sintered iron alloy carried out. Here was the composition of the cast iron and the iron alloy as follows: sintered iron alloy: carbon 1%, chromium 3 ffi copper 3%, remainder iron.

Gußeisen: Kohlenstoff 3,02 %, Silicium 2,01 %, Mangan 0,48 %, Chrom 0,81 %, Rest Eisen. Cast iron: carbon 3.02%, silicon 2.01%, manganese 0.48%, chromium 0.81%, remainder iron.

Fig. 1 zeigt das Ergebnis der Messung der Härte der gesinterten Legierungen nach den Beispielen 1 und 2 im Vergleich zu dem herkömmlichen Gußeisen und der hexkömmlichen gesinterten Eisenlegierung bei erhöhten Temperaturen. Fig. 1 shows the result of measuring the hardness of the sintered alloys according to Examples 1 and 2 in comparison with the conventional cast iron and the hex-conventional sintered iron alloy at elevated temperatures.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, ist die Härte der gesinterten Legierungen nach den Beispielen 1 und 2 höher als bei dem herkömmlichen Gußeisen und der herkömmlichen gesinterten Eisenlegierung, und sie weisen ausgezeichnete Härteeigenschaften auf. As can be seen from Fig. 1, the hardness of the sintered alloys is according to Examples 1 and 2, higher than that of the conventional cast iron and the conventional one sintered iron alloy, and they have excellent hardness properties.

Fig. 2 zeigt das Ergebnis des Abriebtests bei den gesinterten Legierungen nach den Beispielen 1 und 2 im Vergleich zu der herkömmlichen Gußeisenlegierung und der herkömmlichen gesinterten Eisenlegierung. Die gesinterte Legierung weist gemäß der Erfindung nur einen sehr geringen Abriebbetrag auf; und sie erwies sich bei hohen Temperaturen stabil. Die Legierung genuß der Erfindung hat somit eine hohe Wärmebeständigkeit und eine hohe Abriebfestigkeit. Fig. 2 shows the result of the abrasion test on the sintered alloys according to Examples 1 and 2 in comparison with the conventional cast iron alloy and the conventional sintered iron alloy. The sintered alloy has according to the invention, only a very small amount of wear; and she turned out stable at high temperatures. The alloy is enjoyed by the invention thus has high heat resistance and high abrasion resistance.

Claims

Claim

Heat-resistant and abrasion-resistant sintered alloy, characterized in that that it consists of a molded and sintered powdery composition, at which 0.3 to 5 ferrocarbide of an iron-carbon alloy, the one or contains several kinds of carbide-forming elements, added to one base, the 996 to 2% carbon, 0.5 to 5% molybdenum, 6 to 15% cobalt, 0.5 to 4% nickel and the remainder contains iron.

L e r s e i t e