DE2500662A1 - Oxydations- und hochhitzebestaendige sinterlegierung - Google Patents

Oxydations- und hochhitzebestaendige sinterlegierung

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DE2500662A1
DE2500662A1 DE19752500662 DE2500662A DE2500662A1 DE 2500662 A1 DE2500662 A1 DE 2500662A1 DE 19752500662 DE19752500662 DE 19752500662 DE 2500662 A DE2500662 A DE 2500662A DE 2500662 A1 DE2500662 A1 DE 2500662A1
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DE
Germany
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alloy
oxidation
sintered
valve seats
internal combustion
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Pending
Application number
DE19752500662
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English (en)
Inventor
Shigeru Urano
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Piston Ring Co Ltd
Original Assignee
Nippon Piston Ring Co Ltd
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Publication date
Application filed by Nippon Piston Ring Co Ltd filed Critical Nippon Piston Ring Co Ltd
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Pending legal-status Critical Current

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01LCYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L3/00Lift-valve, i.e. cut-off apparatus with closure members having at least a component of their opening and closing motion perpendicular to the closing faces; Parts or accessories thereof
    • F01L3/02Selecting particular materials for valve-members or valve-seats; Valve-members or valve-seats composed of two or more materials
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C33/00Making ferrous alloys
    • C22C33/02Making ferrous alloys by powder metallurgy
    • C22C33/0257Making ferrous alloys by powder metallurgy characterised by the range of the alloying elements
    • C22C33/0278Making ferrous alloys by powder metallurgy characterised by the range of the alloying elements with at least one alloying element having a minimum content above 5%
    • C22C33/0285Making ferrous alloys by powder metallurgy characterised by the range of the alloying elements with at least one alloying element having a minimum content above 5% with Cr, Co, or Ni having a minimum content higher than 5%

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Description

  • Oxydations- und hochhitzebestandige Sinterlegierung.
  • Die Erfindung betrifft eine oxydations- zu ons- und hochhitzebeständige Sinterlegierung für Ventilsitze von inneren Verbrennungskraftmaschinen, insbesondere für Dieselmotoren.
  • Bei inneren Verbrennungskraftmaschinen, insbesondere Automotoren, wird angestrebt, bleifreies Benzin zu verwenden, um den Motorbetrieb zu verbessern und die Luftverglftung zu verringern. Hierbei besteht jedoch eine Schwierigkeit insofern als die Bleiverbindungen nicht von der Ventilsitzoberfläche aufgenommen werden, so daß hier eine Neigung zur Zerklüftung (valve recession) besteht.
  • Zwar sind verschiedene Ventilsitzwerkstoffe bekannt, welchedieser Neigung entgegenwirken sollen. Bei Verwendung von Gießmetall wird eine Mehrzahl von Legierungsbildnern wie Nickel, Chrom udgl. hinzugefügt, wodurch allerdings das Gießen und die mechanische Bearbeitung erschwert und relativ teure Rohstoffe verwendet werden müssen. Auch ist die Verwendung von Sintermetall bekannt, welches sehr gute Eigenschaften zeigt und wenig Legierungsbestandteile benötigt.
  • Wenn auch die nachträgliche Bearbeitung des Sintermetalis nicht leicht ist, ergeben sich insgesamt verringerte Kosten wegen der Eignung für die Fiassenproduktion, Bei A40motoren jedoch, insbesondere bei Dieselmotoren, ist es mit Schwierigkeiten verbundene diesen Werkstoff als Material für Ventilsitze zu verwenden. Als Grund hierfür sieht die Pachwelt die Tatsache an, daß der Ventilsitz erhöhter Temperatur und erhöhter Oxydation ausgesetzt ist, was auf die Bauart der Motoren, auf den verwendeten Brennstoff u. a.
  • zurückgeht. Wenn man versucht, aus Sinterlegierung einen üblichen Ventil sitz für den Betrieb unter den obigen Bedingungen herzustellen, dring ein oxydierendes Gas in wesentlicher Weise in die Poren des 5intermetalls ein und oxydiert den Innenteil der Poren, welche mit Eisenoxyden gefüllt sind, mit dem Ergebnis, daß die mechanischen Eigenschaften des Ventilsitzes außerordentlich geschwächt werden und sich Risse wegen der unterschiedlichen MWärmeausdehnunoswerte bilden. Dies kann zum Aufbrechen des Ventilsitzes fuhren, also zur Beschädigung des Motors selbst. Zwar ist es bereits bekannt, diese Gefahr durch Verkleinerung der Poren zu vermindern, indem Schlagen im heißen Gesenk oder das nachfolgende Sintern und Schmieden zum Einsatz kommt, die an sich in der Sintertechnik bekannt sind.
  • Hierdurch wird die Materialdichte hier annähernd auf die wahre Dichte zurückgeführt und ein höherer Widerstand den oxydierenden Gasen entgegengesetzt. Jedoch ist dieses Verfahren insofern nachteilig, als erhöhte Kosten entstehen. Auch für die Lebensdauer der Gießformen und bei den zusätzlichen Arbeitsschritten ist eine erhöhte Sorgfalt in vieler Hinsicht zusätzlich erforderlich.
  • Der erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die vorstehenden Nachteile zu vermeiden und einen Ventilsitz anzugeben, welcher hochhitzebeständig, verschleißbeständig und oxydationsbeständig ist.
  • Erfindungsgemäß wird hierfür vorgeschlagen, daß die unter relativ erhöhtem Druck aus einer pulverförmigen Mischung, die aus 0,6 - 2 ffi Kohlenstoff, 1 - 3 ffi Nickel, 10 - 15 ß Chrom, 0,3 - 1,5 ffi Molybdän, 5 - 15 o Kobalt und 3 - 7 Xo Wolfram, Rest Eisen, besteht, die Legierung geschmolzen und gesintert wird, wobei die Sintertemperatur weniger als 11500 C beträgt.
  • Eine bevorzugte Ausführungsform zur Gewinnung dieser Legierung besteht darin, daß bei 1420 - 11500 a 30 - 60 Minuten lang gesintert wird. Die vorstehend angegebenen Prozentwerte sind Gewichtsprozente.
  • Hierdurch wird erreicht, daß die Poren der Sinterlegierung mit Reinmetall oder mit Legierung gefüllt werden, deren Schmelzpunkt bzw. Schmelzpunkte niedriger als 11500 a sind, wobei der Wärmeausdehnungskoeffizient im wesentlichen gleich dem Basismetall ist. Die Poren werden durch Infiltration oder Diffusion gefüllt. Dadurch, daß erfindungsgemäß die gewünschte Legierung unter einem relativ höheren Druck als dem normalen Gießdruck hergestellt wird, wird einmal bewußt die Dichte des diesem Druck unterliegenden Pulvers erhöht, wobei eine möglichst hohe Dichte bei diesem Verfahrensschritt angestrebt wird, und gleichzeitig die Porösität herabgesetzt wird. Nachdem das Sintern beendet ist, werden die Poren des Sintermetalls mit reinem Metall oder mit Legierungen gefüllt, deren Schmelzpunkt unter dem genannten Wert von 11500 C liegt und etwa mit dem gleichen Wärmeausdehnungskoeffizienten wie derjenige des Basismetalls. Dies hat den Vorteil, daß bei den Betriebsbedingungen des Motors das üllmetall bzw. die Füllegierung gehindert ist, sich von den Poren zu lösen und deshalb der agressive Angriff der Oxydationsgase hier insoweit keinen Nachteil bringt. Das Ergebnis ist eben das bochhitzebeständige Sintermetall, das widerstandsfähig nicht nur gegen Verschleiß, sondern eben gegen oxydativen Eingriff ist. In der bekannten Sintermetaillegierung liegen diese Bedingungen aber nicht vor, so daß nach dem Schmelzen und Eindringen des Materials in die Poren hier keine einwandfreie Verbindung besteht und die Sintermetallbereiche in den Poren durch oxydativen Angriff der Gase langsam zerstört und die mechanische Festigkeit des Ventilsitzes herabgesetzt wird bzw. sich Risse ausbilden.
  • Eine Ausführungsform der Erfindung sieht vor, daß man für die Sinterlegierung von einem Pulver ausgeht, welches, in Gewichtsprozent, 1 - 3 %0 Kohlenstoff, 55 - 65 %0 Chrom, 25 - 30 % Wolfram und 5 - 20 Kobalt enthält, welche einer Pulvermischung hinzugefügt wird, welche im wesentlichan aus Eisen besteht und Bor, Nickel und Molybdän enthält. Somit erhält man zuletzt ein Pulver mit einer endgültigen Zusammensetzung von 0,6 - 2 % Kohlenstoff, 1 - 3 o/a Nickel, 0,) - 1,5- Molybdän, 10 - 15 i,J/ó Chrom, 5 - 15 $ Kobalt und 3 - 7 0 Wolfram, Rest Eisen. Es wird unter einem Druck von 30 - 60 kg pro mm² gegossen und dann in der Atmosphäre bzw. einem umgebenden Gas bei einer Temperatur von 1120 - 11500 C 70 - 60 Minuten lang gesintert. Hierbei bzw. nach dieser Vorbehandlung fließen die Reinmetalle oder Legierungen, welche einen Schmelzpunkt unterhalb von 1150°C sowie einen Wärmeausdehnungskoeffizient haben, welcher im wesentlichen gleich dem Basismetall ist, nach Art einer Diffusion oder Infiltration in einzeln an sich bekannter Weise in die Poren des Sintermetalls.
  • Die erfinderische Lehre gründet sich auch auf folgenden tiberlegungen: Wenn der Kohlenstoffgehalt niedriger als 0,6 Gewichtsprozent wird, ist zu erwarten, daß die Legierung eine übermäßig starke Ferritstruktur annimmt, so daß dann Schwierigkeiten bestehen, die erforderliche hohe Härte zu erlangen.
  • Würden aber mehr als 2 o% Kohlenstoff vorliegen, ist zu erwarten, daß die Legierung übermäßig viel Zementit hat und spröde wird. Wenn auch durch Zusatz von Nickel an das Grundmetsll der Legierung eine Erhöhung der Zähigkeit zu erwarten ist, jedenfalls Hochhitzebeständigkeit und Verschleißbeständigkeit, so kann diese vorteilhafte Eigenschaft dann nicht erwartet werden, wenn zuwenig Nickel vorliegt, deshalb wird erfindungsgemäß mehr als 1 /o Nickel vorgeschlagen. Ein-übermäßiger Zusatz von Nickel kann aber dazu führen, daß die Grundstruktur des Gefüges zumindest örtlich in ein Martensit übergeht. Dies kann aber in nachteiliger Weise eine übermäßige Härte mit sich bringen. Ferner kann die Gleichmäßigkeit des Gefüges und eine gleichmäßige Härteverteilung verlorengehen. Deshalb wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, mit nicht mehr als 3 %0 Nickel zusatz zu arbeiten.
  • Durch Zusatz von Molybdän wird die Dehnbarkeit der Legierung vergrößert, jedenfalls die Schlagfestigkeit und die Grenze der Dauerfestigkeit, ebenfalls wird die Hitzebeständigkeit und eine stabile Struktur nach dem Sintern vergrößert. Allerdings war nicht vorher zu erwarten, wie sich der synergistische Effekt und die Verträglichkeit mit anderen Legierungsbestandteilen auswirken würde, auch dann, wenn ihr Zusatz gering ist.
  • Hier haben die Erfinder vorgeschlagen, daß eine Grenze von 0,3 Gewichtsprozent nicht unterschritten werden darf, aber man darf auch nicht mehr als 1,5 % Molybdän verwenden. In Übereinstimmung mit dem hergestellten Legierungspulver, der gewünschten Struktur und den Eigenschaften des Sintermaterials wurde herausgefunden, daß 10 - 15 % Chrom, 5 - 15 °%0 Kobalt und 3 - 7 Va Wolfram für das endgültige Legierungspulver notwenig sind; 15 - 25 % Legierungspulver wurden in diesem Zusammenhang ausgewählt.

Claims (2)

  1. Patentansprüche
    ? xydations- und hochitzebeständige Sinterlegierung für Ventilsitze von inneren Verbrennungskraftmaschinen, insbesondere für Dieselmotoren, dadurch gekennzeichnet, daß unter relativ erhöhtem Druck aus einer pulverförmigen Mischung, die aus, in Gewichtsprozent, 0,6 - 2 % Kohlenstoff, 1 - 3 Ojo Nickel, 10 -15 % Chrom, 0,3 - 1,5 0 Molybdän, 5 - 15 °gO Kobalt und 3 - 7 ffi Wolfram, est bisen, besteht, die Legierung geschmolzen und gesintert wird, wobei die Sintertemperatur weniger als 11500 a beträgt.
  2. 2.Verfahren zur Herstellung einer Sinterlegierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei 1120 - 11500 C 30 -60 Minuten lang gesintert wird.
DE19752500662 1974-01-12 1975-01-09 Oxydations- und hochhitzebestaendige sinterlegierung Pending DE2500662A1 (de)

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JP677374A JPS50101205A (de) 1974-01-12 1974-01-12

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DE19752500662 Pending DE2500662A1 (de) 1974-01-12 1975-01-09 Oxydations- und hochhitzebestaendige sinterlegierung

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EP0051300A1 (de) * 1980-10-31 1982-05-12 Nippon Kokan Kabushiki Kaisha Verfahren zur Herstellung eines Auslassventiles für einen Dieselmotor

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