DE2401315B2 - Ventilsitzmaterial für eine Brennkraftmaschine - Google Patents
Ventilsitzmaterial für eine BrennkraftmaschineInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Ventilsitzmaterial für eine Brennkraftmaschine aus einer gesinterten, in ihrem Rest
eisenhaltigen Legierung, welche Kohlenstoff und Chrom und als weitere die mechanischen Eigenschaften
und die Bearbeitbarkeit verbessernde Bestandteile Nickel, Wolfram und Molybdän enthält sowie eine
erhebliche Porosität zur Aufnahme von betriebsverbessernden Füllstoffen aufweist.
Ein derartiges Ventilsitzmaterial ist aus der US-PS 27 53 858 bekannt.
Beim Betrieb der Brennkraftmaschine ist der Ventilsitz bzw. die Ventilsitzfläche dem Verbrennungsgas
ausgesetzt. Hierbei wirkt auf die Ventilsitzfläche nicht nur eine hohe Temperatur von 3OO°C-7OO°C ein,
sondern es wird auf die Ventilsitzfläche eine Schlagbeanspruchung ausgeübt. Durch unregelmäßige Rotation
des Ventils wird noch eine Schleifwirkung ausgeübt. Bei einer Brennkraftmaschine, welche herkömmliches, bleihaltiges
Benzin bzw. bleihaltigen Brennstoff verwendet, reagiert das Blei, das im Brennstoff enthalten ist, mit
Schwefel, Phosphor, Kalzium und Natrium, das im öl oder Brennstoff enthalten ist, wodurch Verbrennungsprodukte, wie Bleioxid, Bleisulfat, Kalziumoxid, Natriumoxid,
Phosphoroxid und Kalziumsulfat entstehen. Diese können einen Film bilden, der als Antioxidantien
oder als reibungsminderndes Material zwischen den Berührungsflächen des Ventils und der Ventilsitzfläche
eine Rolle spielen kann. Wenn im Gegensatz dazu in anderen Brennkraftmaschinen ein bleifreies Benzin bzw.
ein bleifreier Brennstoff verwendet wird, werden derartige Schmiermittel nicht gebildet, und das Ventil
und die Ventilsitzfläche sind in direkte Berührung miteinander bei einer hohen Temperatur gebracht.
Hieraus resultiert ein rascher Verschleiß der Ventilsitzfläche und auch des Ventils selbst.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein verbessertes Ventilsitzmaterial für eine Brennkraftmaschine zu
schaffen, bei dem die vorstehend genannten Schwierigkeiten beseitigt sind und das gegenüber Oxidation und
Verschleiß bei hohen Temperaturen widerstandsfähig ist.
ίο Diese Aufgabe wird beim Ventilsitzmaterial der
eingangs genannten Art erfindungsgemäß gelöst durch die Kombination der Zusammensetzung:
Chrom 5 bis 15,
Kobalt 5 bis 20,
Chrom 5 bis 15,
Kobalt 5 bis 20,
Nickel und/oder Mangan 2 bis 8,
Wolfram 2 bis 10,
Molybdän 0,2 bis 12 und
Kohlenstoff 0,2 bis 2 Gewichtsprozent sowie
eine Porosität von 5 bis 30%.
Wolfram 2 bis 10,
Molybdän 0,2 bis 12 und
Kohlenstoff 0,2 bis 2 Gewichtsprozent sowie
eine Porosität von 5 bis 30%.
Zur Aufnahme von Betriebsrückständen der Maschine während des Betriebs können 0,3 bis 10 Gewichtsprozent
Blei und 0 bis 5% Glas in der Legierung mitenthalten sein. Außerdem kann die Legierung
wenigstens eines der Elemente Kupfer, Aluminium und Titan zusätzlich enthalten.
Das Ventilsitzmaterial ist auch bei solchen Brennkraftmaschinen geeignet, welche bleifreien Brennstoff
verwenden.
Die Verlängerung der Lebensdauer wird durch die Kombination der vorstehend angegebenen Merkmale
hinsichtlich der Anteile der einzelnen Legierungsbestandteile und der angegebenen Porosität erzielt.
In den US-Patentschriften 27 53 858 und 27 53 859 handelt es sich um Ventilsitzkörper aus einer Eisenmatrix,
beispielsweise in Form eines Sinterkörpers mit einer bestimmten Porosität, wobei dieser poröse
Körper angefüllt ist mit einem anderen Metall, beispielsweise Kupfer. Insofern besitzt das endgültige
Ventilsitzmaterial keine Porosität, sondern lediglich der 4ü Sinterkörper, welcher beim Stand der Technik das
Gerüst bildet. Die Poren des Sinterkörpers sind jedoch angefüllt, so daß der endgültige Ventilsitzkörper
praktisch keine Porosität besitzt.
Das Ventilsitzmaterial beim Gegenstand der deutsehen
Offenlegungsschrift 21 55 765 unterscheidet sich hinsichtlich der Anteile der Legierungsbestandteile und
der Legierungsbestandteile selbst. Es fehlen beispielsweise die Legierungsanteile Nickel, Wolfram und
Molybdän. Auch fehlt ein Hinweis auf die erforderliche Porosität von 5 bis 30%.
Aus der deutschen Patentschrift 9 70 509 ist eine austenitische Stahlzusammensetzung mit 18% Chrom,
10% Nickel und 1,4% Wolfram bekannt, wobei es sich jedoch nicht um einen Sinterkörper handelt.
Aus der deutschen Patentschrift 9 29 157 ist die Herstellung von Ventilsitzringen durch Sintern von Metallpulvern bekannt, jedoch fehlen Angaben hinsichtlich der Zusammensetzung des Materials und der Porosität der Sinterkörper.
Aus der deutschen Patentschrift 9 29 157 ist die Herstellung von Ventilsitzringen durch Sintern von Metallpulvern bekannt, jedoch fehlen Angaben hinsichtlich der Zusammensetzung des Materials und der Porosität der Sinterkörper.
Aus der US-Patentschrift 30 28 850 ist ein Ventilsitzmaterial aus einer gesinterten Eisenbasis, welche
Kohlenstoff, Kupfer und Nickel mit anderer Zusammensetzung enthält, wobei Angaben zum Porositätsgrad
fehlen.
Im älteren Patent 23 31 552 ist ein Ventilsitzmaterial mit den Bestandteilen
Cr 10 bis 35,
Ni 8 bis 45,
Cr 10 bis 35,
Ni 8 bis 45,
Mo 0,1 bis 6 (oder W),
C 0,2 bis 2,5,
Co 0,05 bis 20 Gewichtsprozent
vorgeschlagen.
vorgeschlagen.
Hieraus ergibt sich, daß bei der Erfindung der Gehalt des Nickels außerhalb dem Nickelanteilbereich gemäß
älterem Patent 23 31 552 liegt. Außerdem handelt es sich beim älteren Vorschlag um eine austenitische Basis,
während es sich bei der Erfindung um eine Martensit-Basis handelt. Da jedoch im älteren Patent angegeben
ist, die Dichte des Ventilsitzmaterials betrage nach dem Sintervorgang 6,8 g/cm3, erfüllt der ältere Vorschlag die
Forderung nach einer Porosität der Sinterlegierung in der Größenordnung von 5 bis 30%.
Das Ventilsitzmaterial kann insbesondere als Ventilsitzeinsatz
für eine Kolbenbrennkraftmaschine verwendet werden. Die Herstellung erfolgt bevorzugt durch
Mischen der entsprechenden Pulver in den gewünschten Anteilen, Pressen der Pulver, so daß ein Preßling
entsteht, und anschließendes Sintern des Preßlings.
Zur Erfindung und weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird folgendes bemerkt:
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,
v/obei die Zusammensetzungen von Co-Cr, Co-Mo und Co-W ausgeschieden werden und
das Gefüge gehärtet wird.
3. Das Gefüge ist eine gesinterte Legierung mit einer Porosität von 5-30%.
4. Elei einer bevorzugten Ausfiihrungsform können
Ellei und ein niedrig schmelzendes Glas in
Kombination in die Legierung eingebaut werden. Diese sind schmelzbar und können somit einen
Schmiermittelfilm auf der Oberfläche der Ventilsitzfläche bilden. Bevorzugt ist das Blei in einem
Verhältnis von 0,3—10% und Glas in einem Verhältnis von 0,3—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. Zugleich 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 bis 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 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 bis 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 bis 10% begrenzt. Bei einer Menge unter 2% ist
der Beitrag der Erhöhung der Festigkeit nicht ausreichend, und bei einer Zugabe von mehr als 10%
ίο 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 bis 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 Wärme Widerstandsfähigkeit 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
verbessert. Das Molybdän wird bevorzugt in einer Menge von 0,2 bis 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 bis 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 im Vorhandensein der Porosität von 5 bis 30%. Eine
gesinterte Legierung weist ursprünglich eine Porosität
so 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 für die Porosität von 5 bis 30% gemäß der
Erfindung ist im Gegensatz dazu in folgendem zu sehen: Bei Verwendung eines bleihaltigen Brennstoffes
ergeben sich Verbrennungsrückstände, welche Bleisulfat, Kalziumsulfat, Natriumsulfat und Phosphoroxyd
ω enthalten. Diese Rückstände bilden sich zwischen dem
Ventil und dem Ventilsitz aus. Hierdurch wird das Aneinanderhaften der Metallflächen des Ventils und des
Ventilsitzes bei hoher Temperatur verhindert. Wenn jedoch ein bleifreier Brennstoff verwendet wird, bilden
t>5 sich bis zu einem gewissen Ausmaß Verbrennungsrückstände,
weiche hauptsächlich aus Bleisulfat und Phosphoroxyd bestehen. Diese können ebenfalls eine Rolle
bei der Verhinderung des Aneinanderhaftens des
Metalls des Ventils und des Metalls des Ventilsitzes spielen. Im Zusammenhang mit der Erfindung wurde
jedoch noch die Porosität der gesinterten Leigierung in Betracht gezogen, um die Verbrennungsrückstände,
welche zwischen dem Ventil und dem Ventilsitz vorhanden sind, in wirkungsvoller Weise ausnützen zu
können. Das bedeutet, daß die Verbrennungsrückstände, 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 Ventils. Hierdurch
werden die Verbrennungsrückstände in erhöhtem Maße festgehalten, und das Aneinanderhaften der Metalle des
Ventils und des Ventilsitzes kann hierdurch wirkungsvoll unterbunden werden. 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 in einem Bereich von 5 bis 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 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 bis 10% und 0,3 bis 5%. Diese Stoffe eignen sich als
Schmiermittel, da sie erweichen und schmelzen können. Hierdurch bilden sie einen Schmiermittelfilm 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 Temperaturen Schmiermitteleigenschaften 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 Ermüdungsfestigkeit,
Dauerfestigkeit, Widersiandsfestigkeit gegenüber Verschleiß und Wärmebeständigkeit bei hohen
Temperaturen, so daß die hohen Anforderungen, welche bei der Verwendung in Brennkraftmaschinen gestellt
werden, in vorteilhafter Weise 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 Ring 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 1000°C und einer Aushärtung bei 700°C unterworfen.
Die Stähle B und C wurden lediglich einer öllöschung bei 1000° C unterworfen. Die Beispiele M bis
U sind gesinterte Legierungen und dienen zum Vergleich.
Die gesinterten eisenhaltigen Legierungen D bis L2
gemäß der Erfindung wurden durch Mischen der entsprechenden Pulver in den benötigten Verhältnissen
zubereitet, formgepreßt und bei 1250°C 30 Minuten lang gesintert, so daß Legierungen der folgenden
Zusammensetzungen mit einer Porosität von 5 bis 30%, was einer Dichte von 95—70% entspricht, 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 Doppelvergaserbrennkraftmaschine verwendet,
welche bei 8000 U/min mit Vollgas und voller Belastung betrieben wurde. Das Ventilspiel wurde zunächst auf
0,1 mm eingestellt, und es wurde die Zeit gemessen unabhängig für den rechten und linken Zylinder, bis das
Spiel 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 Brennstoff wurde Benzin mit einer Oktanzahl von 87 verwendet, das einem Bleigehalt von 0,002 g/Gallon
aufwies.
P-o- Chemische Zusammensetzung Dichte Härte
ben-
b5 Nr. (Gew.-%, Rest: Fe) (%) (mHV)
A C 2,0, Cr 12,0, Mo 0,4 100 365
B C 1,5, Cr 20,0, NiIO1O, P 0,2 100 340
| I-'ortsctzung | Chemische Zusammensetzung i€~\ Olli Q/f\ Pnrl, Γ-"λ\ |
Dichte | W 5, | Dichte tn/,Λ |
24 01 | K) | 330 | 31 | 5 | 8 | Lebensdauer | innen | Dichte | Hiir | |
| ^vJU W,- /U, i\CM. ICJ | V '") | (%) | (ml | ||||||||||||
| W 4,0, | 375 | mHV Zeit | |||||||||||||
| 7 | Pro- ben- NJr |
C 2,0, Cr 12,0, Ni 4O1C | o/o | 100 | Chemische Zusammensetzung | 368 6 | 80 | 348 | |||||||
| IN Γ. | P 0,2, Mo 2,0 | 100 | W 10, | 350 13 | Pro- | (Gcw.-o/o, Rest: Fe) | 376 37 | ||||||||
| C 1,0, Cr 10,0, Co 10, | 100 | 95 | Härte /rv\ Ul \f\ |
bcn- Nr. |
^** 4 ^v ^™1 4 f\ f\ t*~^ Λ F\ Il I β | 372 64 | 80 | 350 | |||||||
| C | Ni 2, Mo 0,5 | 100 | W 5, | (mHV) .- | 350 | C 1,0, Cr 10,0, Co 10, W 5, | 345 98 | ||||||||
| C 1,5, Cr 6,0, Co 8,0, | 97 | 95 | 350 | G4 | Ni 2, Mo 0,5, Pb 10,0, G 5,0 | 328 82 | 70 | 335 | |||||||
| D | Ni 4,0, Mo 0,2 | 97,5 | 336 | C 1,0, Cr 10,0, Co 10, W 5, | 358 111 | ||||||||||
| Cl1O, Cr 15, Co 15, 1 | 97 | W 2,0, | 95 | 330 20 | H2 | Ni 2, Mo 0,5, Pb 3,0, G 2,0 | 351 165 | 80 | 335 | ||||||
| E | Ni 8, Mo 0,2 | 75 | 350 | C 1,5, Cr 6,0, Co 8,0, W 4,0, | 356 148 | ||||||||||
| C 1,0, Cr 10,0, Co 10 | 84 | W 4,0, | 70 | 335 | I2 | Ni 4,0, Mo 0,2, Pb 3,0, G 2,0 | 352 125 | 70 | 352 | ||||||
| F | Ni 2, Mo 0,5 | 84 | 335 | C 1,5, Cr 6,0, Co 8,0, W 4,0, | 331 109 | ||||||||||
| desgl. | 74 | 80 | U | Ni 4,0, Mo 0,2, Pb 3,0, G 2,0 | 328 111 | 80 | 352 | ||||||||
| G, | C 0,2, Cr 5,0, Co 5,0, | 83 | , W 4,0, | 80 | 341 25 | C 1,5, Cr 6,0, Co 8,0, W 4,0, | 325 141 | 70 | 370 | ||||||
| Ni 5,0, Mo 8,0 | 83 | J5 | Ni 4,0, Mo 10,0, Pb 3,0, G 2,0 | 345 165 | |||||||||||
| H, | C 1,5, Cr 6,0, Co 8,0, | 74 | W 4,0, | 70 | 355 | desgl. | 348 151 | 80 | 369 | ||||||
| H,' | Ni 4,0, Mo 0,2 | 83 | 375 | Jb | C 1,0, Cr 15, Co 15, W 10, | 361 185 | 80 | 365 | |||||||
| desgl. | 75 | 80 | K2 | Ni 8, Mo 2, Pb 3,0, G 2,0 | 359 176 | 80 | 340 | ||||||||
| Il | C 2,0, Cr 5,0, Co 20,0 | 84 | W 10, | 80 | 369 in | desgl. | 355 154 | 80 | 336 | ||||||
| Ni 5,0, Mo 5,0 | 76 | 348 | L2 | C 2,0, Cr 12,0, Mo 0,4 | 355 152 | ||||||||||
| Jl | C 1,5, Cr 6,0, Co 8,0, | 86 | 70 | M | C 1,3, Cr 20, Ni 10, P 0,2 | 355 146 | 99 | 348 | |||||||
| Jl' | Ni 4,0, Mo 10,0 | 86 | W 5, | 348 | N | C 1,8, Cr 12,0, Ni 40,0, P 0,2, | 349 170 | ||||||||
| desgl. | 86 | G 2,0 | 80 | O | Mo 2,0 | 328 129 | 99 | 332 | |||||||
| J2 | C 1,0, Cr 15, Co 15, | 75 | W 5, | 70 | C 1,0, Cr 10,0, Co 10, W 5, | 332 130 | |||||||||
| Ni 8, Mo 2 | 85 | G 0,3 | Härte | P | Ni 2, Mo 0,5 | 389 200 | 99 | 369 | |||||||
| J3 | desgl. | 74 | 80 | nahe der | C 1,5, Cr 6,0, Co 8,0, W 4,0, | 400 189 | |||||||||
| K, | Cl1O, Cr 10,0, Co 10, | 84 | Änderung | 70 | Oberfläche | Q | Ni 4,0, Mo 0,2 | 358 200 | 99 | 355 | |||||
| Ni 2, Mo 0,5, Pb 3,0, | 75 | Menge | mHV | C 1,0, Cr 10,0, Co 10,0, W 5,0, | 99 | 355 | |||||||||
| Li | C 1,0, Cr 10,0, Co 10, | 80 | 319 | R | Ni 2,0, Mo 0,5 | 99 | 355 | ||||||||
| G2 | Ni 2, Mo 0,5, Pb 0,3, | o/o | 351 | C 2,0, Cr 12,0, Mo 0,4 | |||||||||||
| Tabelle 2 | 0 | 370 | S | C 1,5, Cr 20,0, Ni 10,0, P 0,2 | |||||||||||
| G3 | 0 | 495 | T | C 2,0, Cr 12,0, Ni 40,0, P 0,2, | |||||||||||
| 0 | 462 | U | Mo 2,0 | ||||||||||||
| + 1 | 501 | Hinweis: G = Glas | |||||||||||||
| + 1,5 | 508 | ||||||||||||||
| A | + 1 | 492 | Std. | ||||||||||||
| B | + 5 | 462 | 3 | ||||||||||||
| C | + 4 | 459 | 42 | ||||||||||||
| D | + 4 | 470 | 61 | ||||||||||||
| E | + 4 | 458 | 86 | ||||||||||||
| F | + 3 | 525 | 84 | ||||||||||||
| G, | + 3 | 512 | 86 | ||||||||||||
| H, | + 4 | 496 | 118 | ||||||||||||
| H,' | + 3 | 515 | 196 | ||||||||||||
| Ii | + 5 | 485 | 136 | ||||||||||||
| Jl | + 4 | 485 | 118 | ||||||||||||
| Jl' | + 6 | 485 | 136 | ||||||||||||
| J2 | + 6 | 470 | 129 | ||||||||||||
| J3 | + 6 | 459 | 138 | ||||||||||||
| K, | + 6 | 456 | 146 | ||||||||||||
| Li | + 5 | 511 | 136 | ||||||||||||
| G2 | + 5 | 509 | 185 | ||||||||||||
| G1 | + 4 | 475 | 176 | ||||||||||||
| G4 | + 4 | 140 | |||||||||||||
| H2 | + 5 | 162 | |||||||||||||
| L2 | 198 | ||||||||||||||
| J4 | 151 | ||||||||||||||
| J-. | 137 | ||||||||||||||
| Jt | 190 | ||||||||||||||
| K, | 192 | ||||||||||||||
| 176 | |||||||||||||||
Fortsetzimii
Dichte
Änderung Menge
86
86
85
84
99,5
100
99
99
99
99
86
85
84
99,5
100
99
99
99
99
+ 6 + 6 + 5 + 4 + 0,5 + 1 0 0 0 0
Hüne mihe der
Oberfläche
mil V
491 311 350 352 486 470 496 326 341 368
mil V
Lebensdauer
Zeil
Std.
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 mit hoher Dichte, welche bisher bei bleihaltigem Benzin bzw. Brennstoff 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, 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 sie als Ventilsitzfläche
verwendet wird. Hierbei ist es einer oxydierenden Verbrennungsatmosphäre bei 300 bis 600° C ausgesetzt.
Außerdem ist es einer mechanischen Kompression und einer gleitenden bzw. reibenden Beanspruchung bei der
Arbeit des Ventils 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 bis 30% 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 Aneinanderhaften des Ventils und
361
362
361
369
336
339
356
365
375
381
362
361
369
336
339
356
365
375
381
| 218 | 236 |
| 15 | 28 |
| 41 | 38 |
| 64 | 69 |
| 78 | 72 |
| 83 | 78 |
| 85 | 87 |
| 4 | 8 |
| 32 | 43 |
| 60 | 71 |
des Ventilsitzes sich einstellt. Glasähnliche Verbrennungsrückstände,
welche hauptsächlich Kalziumsulfat, Phosphoroxyd und Natriumoxyd enthalten, werden in
Poren festgehalten. Der Oxydfilm auf der Oberfläche und die Verbrennungsrückstände reagieren bei einer
Temperatur von 300 bis 600° C und glasieren, so daß das metallische Aneinanderhaften des Ventils und des
Ventilsitzes verhindert wird. Wie aus den Beispielen deutlich hervorgeht, kann dies dadurch erreicht werden,
daß die Legierung gemäß der Erfindung eine Porosität
jo von 5 bis 30% aufweist. Es stellte sich nämlich nach den
Versuchen ein Anwachsen der Dichte um 4 bis 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 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.
Claims (4)
1. Ventilsitzmaterial für eine Brennkraftmaschine aus einer gesinterten, i.i ihrem Rest eisenhaltigen
Legierung, welche Kohlenstoff und Chrom und als weitere die mechanischen Eigenschaften und die
Bearbeitbarkeit verbessernde Bestandteile Nickel, Wolfram und Molybdän enthält sowie eine erhebliche
Porosität zur Aufnahme von betriebsverbessernden Füllstoffen aufweist, gekennzeichnet
durch die Kobination der Zusammensetzung:
Chrom 5 bis 15,
Kobalt 5 bis 20,
Nickel und/oder Mangan 2 bis 8,
Wolfram 2 bis 10,
Molybdän 0,2 bis 12 und
Kohlenstoff 0,2 bis 2 Gewichtsprozent
sowie eine Porosität von 5 bis 30% zur Aufnahme von Verbrennungsrückständen der
Maschine während des Betriebs.
2. Ventilsitzmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung außerdem Blei
und ein niedrig schmelzendes Glas enthält.
3. Ventilsitzmaterial nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Bleigehalt 0,3 bis 10
Gewichtsprozent und der Glasgehalt 0,3 bis 5 Gewichtsprozent betragen.
4. Ventilsitzmaterial nach einem der Ansprüche 1—3, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung
zusätzlich wenigstens eines der Elemente Kupfer, Aluminium und Titan enthält.
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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Publications (3)
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ID=11631482
Family Applications (1)
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