DE2401315A1 - Ventilsitzmaterial fuer eine brennkraftmaschine - Google Patents
Ventilsitzmaterial fuer eine brennkraftmaschineInfo
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2401315 Patentanwalt Dipl.-Phys.Gerhard Liedl 8 München 22 Steinsdorfstr.21-22 Tel.298462
A 6427
Honda Giken Kogyo Kabiishiki Kaisha 5, 5-chome, Yaesu, Chuo-kü, Tokyo/JAPAN
und
Sumitomo Electric Industries, Ltd. 15, 5-chome, Kitahama, Higashi-ku, Osaka/ JAPAN
Ventilsitzmaterial für eine Brennkraftmaschine
Die Erfindung betrifft ein Material für den Ventilsitz einer Brennkraftmaschine.
Dieses Material soll folgende Eigenschaften aufweisen:
1. Eine ausreichende Ermüdungsfestigkeit und Dauerfestigkeit bei
Schlagbeanspruchung bei hoher Temperatur und
2. eine hohe Widerstandsfestigkeit gegenüber Verschleiß bei hoher Temperatur. -
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Bisher hat man gewöhnliches Gußeisen, niedrig legiertes Gußeisen, das
beispielsweise Cu-Cr-Mo und Ni-Cr-Mo enthielt und Stahl mit hohem
Chromgehalt, beispielsweise mit 12 % Chrom und 2 % Kohlenstoß und 8 % Chrom und 1 % Kohlenstoff als Ventilsitzmaterial für Brennkraftmaschinen
verwendet. Beim Betrieb der Brennkraftmaschine ist der Ventilsitz bzw. die Ventilsitzfläche dem Verbrennungsgas ausgesetzt.
Hierbei wirkt auf die Ventilsitzfläche nicht nur eine hohe Temperatur von 300° C - 700° C aufgrund der Hitze von der Ventilfläche ein, sondern
es wird auch aufgrund des Schiagens des Ventils eine Schlagbeanspruchung ausgeübt. Durch unregelmäßige Rotation des Ventiles wird
noch eine Gleitwirkung bzw. Schleifwirkung ausgeübt. Bei einer Verbrennungskraftmaschine,
welche, herkömmliches, bleihaltiges Benzin bzw. bleihaltigen Treibstoff verwendet, reagiert das Blei, das im Treibstoff
enthalten ist, mit Schwefel, Phosphor, Kalzium und Natrium, das im Öl oder Treibstoff enthalten ist, wodurch Verbrennungsprodukte, wie
Bleioxyd, Bleisulfat, Kalziumoxyd, Natriumoxyd, Phosphor oxyd und Kalziumsulfat entstehen. Diese können einen Film bilden, der als Antioxydantien
oder als reibungsminderndes Material zwischen den Berührungsflächen
des Ventils und der Ventilsitzfläche eine Rolle spielen kann. Wenn im Gegensatz dazu in anderen Verbrennungsmaschinen ein bleifreies
Benzin bzw. ein bleifreier Treibstoff verwendet wird, werden derartige
Schmiermittel nicht gebildet und das Ventil und die Ventüsitzfläche sind
in direkte Berührung miteinander bei einer hohen Temperatur gebracht. Hieraus resultiert ein rascher Verschleiß der Ventüsitzfläche und manch»
. haftenden mal auch des Ventües selbst aufgrund der^Wirkung und des Verschleißes.
Demgemäß kann die Verbrennungsmaschine nicht unter normalen Bedingungen betrieben werden, da kein Ventilspiel aufgrund der anormalen
Verschleißwirkung vorhanden ist.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein verbessertes Ventilsitzmaterial
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für eine Verbrennungskraftmaschine zu zeigen, bei dem die vorstehend
genannten Schwierigkeiten beseitigt sind und das gegenüber Oxydation
und Verschleiß bei. hohen Temperaturen widerstandsfähig ist.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine gesinterte, eisenhaltige Legierung
der Zusammensetzung:
5-15 Gew.-% Chrom,
5-20 Gew. -% Kobalt,
2-8 Gew. -% Nickel,
2 - 10 Gew. -% Wolfram,
0, 2-12 Gew.-% Molybdän,
0, 2-2 Gew. -% Kohlenstoff und
den Rest Eisen außer den üblichen Verunreinigungen und Spurenelementen,
wobei die Legierung eine Porosität von 5 - 30 % aufweist.
Wahlweise können 0-10 Gew.-% Blei und 0 - 5 % Glas in der Legierung
mitenthalten sein.
Das Ventilsitzmaterial ist auch bei solchen Verbrennungskraftmaschinen
geeignet, welche bleifreien Treibstoff verwenden.
Es hat sich herausgestellt, daß sowohl die Zusammensetzung des Materials
als auch die Porosität der gesinterten Legierung bei der Lösung . der Aufgabenstellung richtig sind.
Das Ventilsitzmaterial kann insbesondere als Ventilsitzeinsatz für eine
Kolbenverbrennungskraftmaschine verwendet werden. Die Herstellung erfolgt bevorzugt durch Mischen der entsprechenden Pulver in den gewünschten
Anteilen, Pressen der Pulver, so daß ein Preßling entsteht, und anschließendem Sintern des Preßlings.
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Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind die folgenden:
1. Das Grundgefüge der gesinterten eisenhaltigen Legierung enthält
Cr, Co, Ni, W, Mo, C und Fe.
2. Das Gefüge (Matrix) wird einer Erhitzung und einer mechanischen
Beanspruchung unterworfen, wobei die Zusammensetzungen von
Co-Cr, Co-Mo und Co-W ausgeschieden werden und das Gefüge gehärtet wird.
3 ο Das Gefüge ist eine gesinterte Legierung mit einer Porosität von
5-30%.
4. Bei einer bevorzugten Ausführungsform können Blei und ein niedrigschmelzendes Glas in Kombination in die Legierung eingebaut werden.
Diese sind schmelzbar und können somit einen Schmiermittelfilm auf der Oberfläche der Ventiisitzflache bilden. Bevorzugt ist
das Blei in einem Verhältnis von 0,3 - 10 % und Glas in einem Verhältnis
von O, 3 - 5 % enthalten.
Bei der vorstehend genannten Zusammensetzung des Ventilsitzmaterials
gemäß der Erfindung bildet Chrom zusammen mit Kohlenstoff ein bruchfestes
Karbid. Hierdurch wird die Widerstandsfähigkeit gegenüber Verschleiß des Gefüges erhöht. Gleichzeitig bildet sich ein bruchfester
Oxydfilm während des Betriebes, wodurch die Korrosionsbeständigkeit
verbessert wird. Außerdem bildet sich im Anschluß an die Ausscheidung eine Verbindung mit Kobalt, wodurch die Festigkeit des Gefüges
bei hoher Temperatur erhöht wird. Das Chrom wird in einer Menge von 5 - 15 % hinzugegeben. Wenn die Menge weniger als 5 % beträgt, sind
die genannten Wirkungen nur gering. Wenn die Chrommenge mehr als 15 % beträgt, wird die Bearbeitbarkeit merklich vermindert. Außerdem
erhöht sich die Brüchigkeit und die Funktion der Bildung eines Oxydes wird vermindert. Kobalt spielt bei der Gewinnung der Hitzebeständigkeit
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des Gefüges sowie bei der Ausscheidung der durch die Bearbeitung eingeleiteten
Modifikationen bzw. Zusammensetzungen von Co-Cr, Co-Mo und Co-W eine Rolle, um die Widerstandsfähigkeit gegenüber Verschleiß
bei hoher Temperatur zu erhalten. Kobalt wird in einer Menge von 5 - 20 % hinzugefügt. Bei einer Menge von weniger als 5 % ist die
Bildung der genannten Zusammensetzungen nicht ausreichend und bei Hinzufügung von mehr als 20 % sind unter Berücksichtigung der Wirtschaftlichkeit
die erstrebten Wirkungen nicht erhöht. Wolfram löst sich in Eisen und scheidet eine Zusammensetzung Co-W bei hoher Temperatur
aus. Hierdurch wird die Festigkeit des Ferrits bei hoher Temperatur
gewährleistet. Wolfram verbindet sich mit Kohlenstoff und bildet
ein Karbid ähnlich wie Chrom. Hierdurch wird die Widerstandsfestigkeit
gegenüber Abrieb bzw. Verschleiß erhöht. Der Mengenbereich des Wolframs, das hinzugegeben wird, ist auf 2 - 10 % begrenzt. Bei einer
Menge unter 2 % ist der Beitrag der Erhöhung der Festigkeit nicht ausreichend
und bei einer Zugabe von mehr als 10 % ergeben sich Schwierigkeiten
bei der Herstellung und die Zähigkeit ist erniedrigt. Nickel ist wirkungsvoll bei der Verfestigung des Ferrits und trägt auch zur
Verbesserung der Zähigkeit des Gefüges bei. Nickel wird in einer Menge von 2 - 8 % hinzugefügt. Bei einer zugefügten Menge von weniger als
2 % sind die Wirkungen nur gering und bei einer zugefügten Menge von mehr als 8 % wird die Ausscheidung von Karbiden merklich unterdrückt.
Da Mangan ähnliche Wirkungen hervorruft wie Nickel, kann ein Teil oder das gesamte Nickel durch Mangan ersetzt werden. Molybdän trägt
zur Verbesserung der Wärmewiderstandsfähigkeit des Gefüges bei. Darüber hinaus löst sich Molybdän im Ferrit, wodurch die Dauerfestigkeit
erhöht wird. Außerdem verbindet es sich teilweise mit Kohlenstoff und
scheidet ein Karbid aus und verbindet sich auch noch teilweise mit Kobalt und scheidet eine Co-Mo-Verbindung aus. Hierdurch wird die Widerstandsfestigkeit
gegenüber Verschleiß bei hoher Temperatur verbes-
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sert. Das Molybdän wird bevorzugt in einer Menge von 0,2 - 8 % zugegeben.
Bei einer zugegebenen Menge von weniger als 0,2 % sind die
Wirkungen nicht ausreichend und bei einer Zugabe von mehr als 8 % wird das Material brüchig und die Bearbeitbarkeit des Materials wird
merklich beeinträchtigt. Wenn jedoch die Menge von Chrom weniger als 10 % ist, wird die Bearbeitbarkeit nicht so sehr erniedrigt und die hinzugegebene
Molybdänmenge kann bis zu etwa 12 % erhöht werden. Kohlenstoff verbindet sich mit Chrom, Molybdän und Eisen und bildet dementsprechende
Karbide. Dadurch wird die Festigkeit, die Wärmewiderstandsfähigkeit und die Widerstandsfähigkeit gegenüber Verschleiß verbessert.
Kohlenstoff wird in einer Menge von 0,2 - 2 % hinzugegeben. Bei einer Zugabe von weniger als 0,2 % sind die Wirkungen nur gering
und bei einer Zugabe von mehr als 2 % ergibt sich eine brüchige Qualität.
Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht in der Beschränkung der
Porosität auf 5 - 30 %. Eine gesinterte Legierung weist ursprünglich
eine Porosität auf. Wenn jedoch die Legierung als ein. wärmebeständiges
Material, das auch bei hohen Temperaturen eine hohe Festigkeit aufweisen soll, verwendet werden soll, hat man bisher die Festigkeit
durch Erhöhung der Dichte in möglichst großem Maß hervorgerufen. Der
Grund der Begrenzung der Porosität auf 5 - 30 % gemäß der Erfindung
ist im Gegensatz dazu in folgendem zu sehen:
Bei Verwendung eines bleihaltigen Treibstoffes ergeben sich Verbrennungsrückstände,
welche Bleisulfat, Kalziumsulfat, Natriumsulfat und Phosphoroxyd enthalten. Diese Rückstände bilden sich zwischen dem
Ventil und dem Ventilsitz aus. Hierdurch wird das Aneinander haften der Metallflächen des Ventiles und des Ventilsitzes bei hoher Temperatur
verhindert. Wenn jedoch ein bleifreier Treibstoff verwendet wird,
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-7- 24U1315
bilden sich bis zu einem gewissen Ausmaß Verbrennungsrückstände,
welche hauptsächlich aus Bleisulfat und Phosphoroxyd bestehen. Diese können ebenfalls eine Rolle bei der Verhinderung des Anejnanderhaftens
des Metalles des Ventiles und des Metalles des Ventilsitzes spielen. Im Zusammenhang mit der Erfindung wurde jedoch noch die
Porosität der gesinterten Legierung in Betracht gezogen, um die Verbrennungsrückstinde,
welche zwischen dem Ventil und dem Ventilsitz vorhanden sind, in wirkungsvoller Weise ausnützen zu können. Das bedeutet,
daß die Yerbrennungsrückstände, welche sich beim Betrieb einer Verbrennungskraftmaschine bilden, durch die Erhitzung erweicht
werden und in die an der Oberfläche der Ventilsitzfläche geöffneten Poren eindringen. Dies erfolgt auf mechanische Weise durch die Arbeit
des Ventiles. Hierdurch werden die Verbrennungsrückstände in erhöhtem Maße festgehalten und das Aneinanderhaften der Metalle des Ventiles
und des Ventilsitzes kann hierdurch wirkungsvoll unterbunden warden. In den Fällen, bei denen gesinterte Materialien mit hoher Dichte
verwendet werden oder bei normalgeformten Materialien können die
Verbrennungsrückstände leicht entfernt werden. Die Porosität soll daher
bevorzugt in einem Bereich von 5 - 30 % liegen. Bei einer Porosität
unter 5 % ist die Anzahl der Poren, welche an der Oberfläche der Ventilsitzfläche geöffnet sind, zu gering, um eine ausreichende Menge
von Verbrennungsrückständen zurückzuhalten. Wenn die Porosität höher
als 30 % ist, wird die Festigkeit der gesinterten Legierung beeinträchtigt
und sie hat dann keine ausreichende Widerstandsfähigkeit bei hohen
Temperaturen, obgleich die Menge der zurückgehaltenen Verbrennungsrückstände
erhöht wird.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann Blei und
Glas in die Legierung eingebaut sein. Die bevorzugten entsprechenden Anteile sind 0, 3 - 10 % und 0, 3 - 5 %. Diese Stoffe eignen sich als
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Schmiermittel, da sie erweichen und schmelzen können. Hierdurch bilden sie einen Schmiermittelfüm auf der Oberfläche des Ventilsitzes.
Wenn das Blei mit einem Anteil von weniger als 0, 3 % verwendet wird, ist die erwünschte Wirkung gering und bei einem Anteil von
mehr als 10 % wird die Festigkeit der gesinterten Legierung erniedrigt. Aufgrund seiner Plastizität verhindert Blei das Aneinanderhaften
von Metall. Auch ist Blei widerstandsfähig gegenüber Abnützung, weshalb es als Schmiermittelkomponente in erhöhtem Maße geeignet ist.
Da andere niedrig schmelzende Metalle, wie Indium, Wismut, Antimon und Zinn im wesentlichen die gleichen Schmiermitteleigenschaften aufweisen
wie Blei, kann wenigstens eines dieser Metalle anstelle eines Teiles oder der Gesamtmenge von Blei verwendet werden. Andererseits
wird als Glas ein Glas mit einem niedrigen Schmelzpunkt bevorzugt verwendet. Dieser Schmelzpunkt soll dann bei einer Temperatur
von weniger als 800° C liegen. Das Glas enthält Bleioxyd, Zinkoxyd,
Phosphoroxyd, Boroxyd und Lithiumoxyd. Wenn das Glas mit einem Anteil von weniger als 0,3 % verwendet wird, sind die Schmiermitteleigenschaften
bei hoher Temperatur unzureichend und wenn der Anteil höher ist als 5 %, wird die Festigkeit der gesinterten Legierung erniedrigt.
Das Blei besitzt gute Schmiermitteleigenschaften bei relativ niedrigen Temperaturen, während das Glas bei relativ hohen Tempera^
türen Schmiermittel eigenschaften aufweist. Demgemäß werden bei der
Verwendung von Blei und Glas in Kombination bessere Ergebnisse erzielt. Man erhält eine erhöhte stabilisierte Schmiermittelwirkung und
Widerstandsfähigkeit gegenüber Abnutzung innerhalb eines Temperaturbereiches, der von Raumtemperatur bis zu hohen Temperaturen reicht.
Das Ventilsitzmaterial, das gemäß der Erfindung aus einer gesinterten
eisenhaltigen Legierung besteht, kann in Massenproduktion hergestellt werden. Es hat hervorragende Eigenschaften bezüglich Ermü-
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dungsfestigkeit, Dauerfestigkeit, Widerstandsfestigkeit gegenüber
Verschleiß und Wärmebeständigkeit bei hohen Temperaturen, so daß die hohen Anforderungen, welche bei der Verwendung in Verbrennungskr
aft maschinen gestellt werden, in vorteilhafterweise und ausreichendem Maße erfüllt sind. Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der
Erfindung beschrieben, welche zur näheren Erläuterung der Erfindung
dienen sollen.
Die chemischen Zusammensetzungen der gesinterten Legierungen gemäß
der Erfindung und von Vergleichslegierungen sind in der Tabelle 1 aufgezählt. Die Ergebnisse von Lebensdauerversuchen sind in der Tabelle 2 gezeigt.
Die Stähle A bis C dienen zum Vergleich und haben die folgende Zusammensetzung.
Bei.der Herstellung wurden sie in einem Hochfrequenzofen in einer Menge von 7 kg geschmolzen, .anschließend zu
einem Hing von 40 0 χ 20 0 χ 15 mm gegossen und abschließend wurde den Stählen mit einer bestimmten Wärmebehandlung eine vorbestimmte
Härte gegeben. Bei der Wärmebehandlung wurde der Stahl A einer Öllöschung bei 1.000° C und einer Aushärtung bei 700° C unterworfen.
Die Stähle B und C wurden lediglich einer Öllöschung bei 1.000° C unterworfen. Die Beispi«
rungen und dienen zum Vergleich.
rungen und dienen zum Vergleich.
1.000 C unterworfen. Die Beispiele M bis U sind gesinterte Legie-
T5ie" gesinterten eisenhaltigen Legierungen D bis L- gemäß der Erfindung
wurden durch Mischen der entsprechenden Pulver in den benötigten Verhältnissen zubereitet, formgepreßt und bei 1.250° C 30 Minuten
lang gesintert, so daß Legierungen der folgenden Zusammensetzungen
mit einer Porosität von 5 - 30 %, was einer Dichte von 95 - 70 % ent«
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spricht, sich ergeben. Die gesinterten Legierungen D bis F wurden etwas geschmiedet und zwar bis auf eine Dichte von 95 % (Porosität:
5 %). Die so erhaltenen Proben wurden bearbeitet bzw. in eine vorbestimmte
Gestalt und Form fertig bearbeitet und dann dem folgenden Lebensdauerversuch unterworfen:
Lebensdauerversuch
Es wurde eine 360 ecm wassergekühlte Zweizylinder- und Doppelvergaserverbrennungsmaschine
verwendet, welche bei 8.000 U/min, mit Vollgas und voller Belastung betrieben wurde. Der Ventilspielspalt
wurde zunächst auf 0,1 m/m eingestellt und es wurde die Zeit gemessen
unabhängig für den rechten und linken Zylinder bis der Spalt zu null wurde. Die Lebensdauer des Ringes für den Ventilsitz wurde durch
die gemessene Zeitdauer bestimmt. Nach diesem Versuch wurde am Ventilsitz eine Mikroanalyse durchgeführt.
Als Treibstoff wurde Benzin mit einer Oktanzahl von 87 verwendet,
das einem Bleigehalt von 0, 002 g/Gallon aufwies.
| Tabelle 1 | Dichte <%) |
Härte (mHV) |
|
| Proben- Nr. |
Chemische Zusammensetzung (Gew. -%, Rest: Fe) |
100 | 365 |
| A | C 2, 0, Cr 12, 0, Mo 0,4 | 100 | 340 |
| B | C 1, 5, Cr 20, 0, Ni 10,0, P 0,2 |
100 | 336 |
| C | C 2,0, Cr 12, 0, Ni 40, 0, P 0,2, Mo 2,0 |
95 | 350 |
| D | C 1, 0, Cr 10, 0, Co 10, W 5, Ni 2, Mo 0, 5 |
95 | 330 |
| E | C 1, 5, Cr 6, 0, Co 8,0, W 4, 0, Ni 4,0, Mo 0,2 |
||
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24Ü1315
C I5 O, Cr 15, Co 15, W 10,
Ni 8, Mo 0,2
C 1, 0, Cr 10, 0, Co 10, W 5, 95
375
| Ni 2, MoO, 5 | - | 5,0, 8,0 |
70 | 350 |
| - dto. | Co Mo |
8,0, 0,2 |
80 | ' 350 |
| C 0, 2, Cr 5, 0, W 2, 0, Ni 5, 0, |
Co Mo |
80 | 350 | |
| C 1, 5, Cr 6, 0, W 4, 0, Ni 4, 0, |
70 | 330 | ||
| -dto. | 80 | 335 | ||
C 2, 0, Cr 5, 0, Co 20,0, W 4, 0, Ni 5, 0, Mo 5, 0
C 1, 5, Cr 6, 0, Co 8, 0, W 4, 0, Ni 4,0, Mo 10,0
- dto. -
C 1, 0, Cr 15, Co 15, W 10,
Ni 8, Mo 2
- dto. -
C 1,0, Cr 10,0, CoIO, W 5, Ni 2, Mo 0, 5, Pb 3,0, G 2,0
C 1, 0, Cr 10, 0, Co 10, W 5, Ni 2, Mo 0, 5, Pb 0, 3, G 0, 3
C 1, 0, Cr 10, 0, Co 10, W 5, Ni 2, Mo 0, 5, Pb 10,0, G 5,
C 1, 0, Cr 10, 0, Co 10, W 5, Ni 2, Mo 0, 5, Pb 3,0, G 2,0
C 1, 5, Cr 6, 0, Co 8, 0, W 4, 0, Ni 4,0, Mo 0,2, Pb 3,0,G 2,0
C 1, 5, Cr 6, 0, Co 8,0, W 4, 0, Ni 4, 0, Mo 0,2, Pb 3, 0, G 2,
C 1, 5, Cr 6, 0, Co 8,0, W 4, 0, Ni 4,0, Mo 10,0, Pb 3,0, G 2,
- dto. -
C 1, 0, Cr 15, Co 15, W 10, Ni 8, Mo 2, Pb 3, 0, G 2,0
- dto. -
80
335
| 70 | 341 |
| 80 | 355 |
| 70 | 375 |
| 80 | 369 |
| 70 | 348 |
| 80 | 348 |
| 80 | 348 |
| 80 | 350 |
| 70 | 335 |
| 80 | 335 |
| 70 | 352 |
| 80 | 352 |
| 70 | 370 |
| 80 | 369 |
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| C 2, O, Cr 12, 0, Mo 0, 4 | 80 | 241)1315 | |
| M | C 1, 3, Cr 20, Ni 10, P 0,2 | 80 | 365 |
| N | C 1, 8, Cr 12, 0, Ni 40, 0, P 0,2, Mo 2,0 |
80 | 340 |
| O | C 1, 0, Cr 10, 0, Co 10, W 5, Ni 2, MoO, 5 |
99 | 336 |
| P | C 1, 5, Cr 6, 0, Co 8, 0, W 4,0, Ni 4, 0, Mo 0,2 |
99 | 348 |
| Q | C 1, 0, Cr 10, 0, Co 10, 0, W 5, 0, Ni 2, 0, Mo 0, 5 |
99 | 332 |
| R | C 2, 0, Cr 12, 0, Mo 0,4 | 99 | 369 |
| S | C 1, 5, Cr 20, 0, Ni 10,0, P 0,2 | 99 | 355 |
| τ | C 2,0, Cr 12,0, Ni 40,0, P 0,2, Mo 2,0 |
99 | 355 |
| U | 355 | ||
Hinweis: G = Glas
| Dichte | Änderung Menge |
Tabelle 2 | 368 mHV | Lebensdauer Zeit Std. |
3 | |
| 100% | 0 | 376 | 6 | 42 | ||
| A | 100 | 0 | Härte nahe der innan Oberfläche 1^611 |
372 | 37 | 61 |
| B | 100 | 0 | 319 niHV | 345 | 64 | 86 |
| C | 97 | + 1% | 351 | 328 | 98 | 84 |
| D | 97,5 | + 1,5 | 370 | 358 | 82 | 86 |
| E | 97 | + 1 | 495 | 351 | 111 | 118 |
| F | 75 | + 5 | 462 | 356 | 165 | 196 |
| Gl | 84 | + 4 | 501 | 148 | ||
| H. | 508 | |||||
| 492 |
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| Hif | 84% | + 4% | 462 mHV | 352 mHV | 125 | 13€ |
| 1I | 74 | + 4 | 459 | 331 | 109 | 118 |
| Jl | 83 | + 3 | 470 | 328 | 111 | 136 |
| Ύ | 83 | + 3 | 458 | 325 | 141 | 129 |
| J2 | 74 | + 4 | 525 | 345 | 165 | 138 |
| J3 | 83 | + 3 | 512 | 348 | 151 | 146 |
| Kl | 75 | + 5 | 496 | 361 | 185 | 136 |
| Ll | 84 | + 4 | 515 | 359 | 176 | 185 |
| G2 | 76 | + 6 | 485 | 355 | 154 | 176 |
| G3 | 86 | + 6 | 485 | 355 | 152 | 140 |
| G4 | 86 | + 6 | 485 | 355 | 146 | 162 |
| H2 | 86 | + 6 | 470 | 349 | 170 | 198 |
| h | 75 | + 5 | 459 | 328 | 129 | 151 |
| J4 | 85 | + 5 | 456 | 332 | 130 | 137 |
| J5 | 74 | + 4 | 511 | 389 | 200 | 190 |
| J6 | 84 | + 4 | 509 | 400 | 189 | 192 |
| K2 | 75 | + 5 | 475 | 358 | 200 | 176 |
| L2 | 86 | + 6 | 491 | 361 | 218 | 236 |
| M | 86 | + 6 | 311 | 362 | 15 | 28 |
| N. | 85 | + 5 | 350 | 361 | 41 | 38 |
| O | 84 | + 4 | 352 | 369 | 64 | 69 |
| P | 99,5 | + 0,5 | 486 | 336 | 78 | 72 |
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| Q | 100% | + 1 | 47OmHV | 339 mHV | 83 | 78 |
| R | 99 | 0 | 496 | 356 | 85 | 87 |
| S | 99 | 0 | 326 | 365 | 4 | 8 |
| T | 99 | 0 | 341 | 375 | 32 | 43 |
| U | 99 | 0 | 368 | 381 | 60 | 71 |
Wie aus den Ergebnissen der Beispiele und der Vergleichsbeispiele
hervorgeht, besitzen die eisenhaltigen Legierungen, welche eine Zusammensetzung
und eine Porosität gemäß der Erfindung aufweisen,
bessere Werte hinsichtlich der Lebensdauer im Vergleich zu Gußstählen mit hohem Chromgehalt und wärmebeständigen gesinterten Stählen
mi t hoher Dichte, welche bisher bei bleihaltigemBenzüi bzw. Treibstoff
allgemein zur Anwendung gekommen sind. Die besseren Ergebnisse ergeben sich daraus, daß die Legierung gemäß der Erfindung
Zusammensetzungen von Co-Cr, Co-Mo und Co-W ausscheidet und unter einer solchen Bedingung aushärtet, daß eine geeignete Atmosphäre
und Hitze- und mechanische Formänderung gegeben sind. Ein erster vorteilhafter Faktor besteht darin, daß die gesinterte Legierung gemäß
der Erfindung hinsichtlich der Lebensdauer ausgezeichnete Eigenschaften
aufweist, wenn es als Ventilsitzflache verwendet wird. Hierbei ist
es einer oxydierenden Verbrennungsatmosphäre bei 300 - 600° C ausgesetzt. Außerdem ist es einer mechanischen Kompression und einer
gleitenden bzw. reibenden Beanspruchung bei der Arbeit des Ventiles unterworfen. Demgemäß erhöht sich die Härte beträchtlich. Demgegenüber ergibt sich bei einem bekannten Material das Bestreben des Erweichens
nahe der Oberfläche der Ventilsitzfläche, welche mit dem Ventil in Berührung steht. Der zweite vorteilhafte Faktor besteht darin,
daß die Legierung gemäß der Erfindung eine Porosität von 5 - 30 %
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aufweist und bevorzugt Blei und Glas enthält. Wenn die Legierung
einer oxydierenden Atmosphäre bei einer hohen Temperatur während des Betriebes der Verbrennungskraftmaschine ausgesetzt wird, bildet
sich auf der Oberfläche ein Oxydfilm, der widerstandsfähig ist gegenüber
Abnützung. Auf diese Weise wird verhindert, daß ein metallisches Aneinanderheften des V entiles und des Ventilsitzes sich einstellt. Glasähnliche Verbrennungsrückstände, welche hauptsächlich Kalziumsulfat,
Phosphoroxyd und Natriumoxyd enthalten, werden in Poren festgeiialten. Der Oxydfum auf der Oberfläche und die Verbrennungsrückstände reagieren
bei einer Temperatur von 300-600 C und glasieren, so daß das metallische Aneinanderhaften des Ventiles und des Ventilsitzes verhindert
wird. Wie aus den Beispielen deutlich hervorgeht, kann dies dadurch erreicht werden, daß die Legierung gemäß der Erfindung eine
Porosität von 5 - 30 % aufweist. Es stellte sich nämlich nach den Versuchen
ein Anwachsen der Dichte um 4 - 5 % ein. Dies ergibt sich offenbar
aufgrund der gestiegenen Oxydation während der Einwirkung der oxydierenden Verbrennungsatmosphäre. Das Anwachsen der Dichte kann
sich auch durch das Anfüllen der Poren mit Verbrennungsrückständen erklären lassen«,
Wie die Vergleichsbeispiele zeigen, können die Vorteile, welche mit
der Erfindung erzielt werden, mit solchen Legierungen, welche entweder
eine ähnliche Zusammensetzung oder nur eine ähnliche Porosität wie bei der Erfindung aufweisen, nicht erzielt werden. Um die gewünschten
Vorteile zu erzielen, müssen sowohl die Zusammensetzung als auch die Porosität innerhalb der bei der Erfindung angegebenen Bereiche liegen.
In der Praxis kann beispielsweise Kupfer hinzugefügt werden, um die
thermische Leitfähigkeit zu erhöhen. Darüber hinaus können andere
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Zusätze und Verunreinigungen hinzugefügt sein, um andere Bedingungen
noch zu erfüllen, wobei diese jedoch unabhängig von den Vorteilen bzw. Wirkungen, welche mit der Erfindung erzielt werden, sind. Beispielsweise
kann Aluminium oder Titan hinzugefügt werden, um eine Ausscheidungshärtung zu erzielen. Auch können Spuren von Selen,
Tellur und Schwefel beigegeben sein, um die Zerspanungseigenschaften zu verbessern.
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Claims (5)
- 2AÜ1315PatentansprücheXJ Ventilsitzmaterial für eine Brennkraftmaschine, gekennzeichnet durch eine gesinterte eisenhaltige Legierung der Zusammensetzung:GewichtsprozentChrom 5-15Kobalt 5-20Nickel 2-8Wolfram 2-10Molybdän 0,2 - 12Kohlenstoff 0,2 - 2wobei außer den üblichen Verunreinigungen und Spurenelementen der Rest Eisen ist und die Porosität 5 - 30 % beträgt.
- 2. Ventilsitzmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daii die Legierung außerdem Blei und ein niedrig schmelzendes Glas enthält.
- 3. Ventilsitzmaterial nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Bleigehalt 0, 3 - 10 Gew. -% und der Glasgehalt 0, 3 - 5.Gew. -% betragen.
- 4. Ventilsitzmaterial nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil oder das gesamte Nickel durch 2-8 Gew. -% Mangan ersetzt ist.
- 5. Ventilsitzmaterial nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung zusätzlich wenigstens eines der Elemente Kupfer, Aluminium und Titan enthält.A 0 9 8 2 9 / U 3 7 Ί
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP618573A JPS5346768B2 (de) | 1973-01-11 | 1973-01-11 |
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| DE2401315A1 true DE2401315A1 (de) | 1974-07-18 |
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ID=11631482
Family Applications (1)
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