DE2809384C2

DE2809384C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Beschichten der Oberflächen von Ventilen für Brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE2809384C2
Application number: DE2809384A
Authority: DE
Inventors: Horst Dipl.-Ing. 8901 Königsbrunn Lindner
Original assignee: MAN Maschinenfabrik Augsburg Nuernberg AG
Current assignee: MAN AG
Priority date: 1978-03-04
Filing date: 1978-03-04
Publication date: 1985-09-12
Also published as: DE2809384A1; GB2015397B; US4222430A; DK84279A; FR2418689B1; NL188106C; NL188106B; JPS54129220A; IT7920580A0; FR2418689A1; DD142225A1; GB2015397A; IT1111876B; NL7901508A; JPH0224623B2; DK149172B

Description

teil in folgendem prozentualen Bereich liegen: Kohlenstoff 0,75, Silizium 4,25, Chrom 13-20, Nickel 70, Eisen 4,75, Bor 3. Diese Legierung gewährleistet zum einen im Ventilsitzbereich auch bei hohen Betriebstemperaturen eine hohe Härte und Verschleißfestigkeit und zum anderen in den übrigen Oberflächenbereichen eine gute Beständigkeit gegen Heißkorrosion.

Nachstehend sind das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung anhand der Zeichnung näher erläutert

In der Zeichnung ist die erfindungsgemäße Vorrichtung in zwei, verschiedene Verfahrensstufen des erfindungsgemäßen Verfahrens verdeutlichenden Halbschnitten dargestellt Dabei zeigt

F i g. 1 einen Halbschnitt durch die erfindungsgemäße is Vorrichtung vor der Erhitzung und

F i g. 2 einen Halbschnitt durch die erfindungsgemäße Vorrichtung nach Erhitzung auf Schmelztemperatur.

In F i g. 1 ist ein aus einem Topfteil 3 unJ einem Dekkelteil 4 bestehender Schmelztiegel 5 dargestellt, in dem aufrechtstehend ein Ventil 1 angeordnet ist Das Ventil 1 durchsetzt mit seinem Schaltteil eine zentrale öffnung im Deckelteil 4 und hat in seinem Sitzbereich eine umlaufende RiUe 2 ausgebildet Das Deckelteil 4 hat eine konische Außenfläche 9, mit der es an einer konisch nach außen sich erweiternden Innenfläche 10 des Topfteils 3 unter Bildung eines Ringspalts 8 zur Auflage kommt Deckelteil 4 und Topfteil 3 umschließen einen Raum, dessen Innenkonturen der Außenform des fertig beschichteten Ventils entsprechen. Am Deckelteil 4 ist ein Gewicht (nicht dargestellt) angeordnet

Zur Aufbringung des Panzerungsmaterials und zur Beschichtung der weiteren Oberflächenbereiche wird in die Rille 2 granulatförmiges Panzerungsmaterial 6 auf Nickelbasis gefüllt, auf das das mit dem Gewicht beschwerte Deckelteil 4 zu liegen kommt

Nach Erzeugung eines Vakuums (10~⁶ bis IO-⁷ Torr) werden sämtliche Teile auf eine Temperatur gebracht, bei der sich das granulatförmige Panzerungsmaterial (6) verflüssigt und das Deckelteil 4 unter der Gewichtskraft nach unten sinkt, wobei das verflüssigte Panzerungsmaterial in die Ringspalte 7 und 8 aufsteigt (F i g. 2). Unter dem Druck der sich in diesen Spalten 7 und 8 einstellenden Schmelzflüssigkeitssäule und infolge von Kapillarwirkung füllen sich sämtliche zwischen Ventil und Schmelztiegel 5 gebildeten Hohlräume, auch der zwischen Tellerboden und Schmelztiegel befindliche Spalt. Die Dicke des Spaltes ergibt sich durch Rauhtiefen der bearbeiteten Ventiloberfläche, die im μ-Bereich liegt und zur Beschichtung gegen Heißkorrosion ausreicht. Zur Erzielung einer größeren Schichtdicke können jedoch auch Maßnahmen vorgesehen werden, durch die die Ventiloberfläche zu den Innenflächen der Schmelztiegelteile in einem definierten Abstand gehalten werden, wie z. B. Haltefungseinrichtungen für Ventil und Deckelteil oder Anordnung von Abstandshaltemitteln zwischen der VentilOberfläche und den Innenwänden des Schmelztiegels.

Im VentilsitzberSieh hingegen wird der von der Rille 2 gebildete Hohlraum ausgefüllt und ergibt die für die Panzerung des SitÄbereichs erforderliche Schichtdicke, die mehrere Millimeter betragen kann.

Das Grundmaterial des Ventils 1 (beispielsweise X 45 Cr Si 9) und das Panzerungsmaterial verbinden sich während einer Haltezeit von 15 bis 30 Minuten bei gleieher Temperatur in einer duktilen Diffusionszone.

Nach dem Abkühlen ist der gesamte Bereich des Ventiltellers, der im Motorbetrieb einer Heißkorrosion ausgesetzt ist, mit einer Schutzschicht aus korrosionsbeständigem Panzerungsmaterial überzogen und der Ventilsitz ohne verbleibende Eigenspannungen gepanzert

Das Panzerungs- und Beschichtungsverfahren kann in einem beheizbaren Vakuumofen durchgeführt werden, der in einem zeitlich gesteuerten Zyklus vollautomatisch betrieben werden kann.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

1 2 eine ausreichende Haftung des Oberzugsmaterials zu Patentansprüche: gewährleisten, lassen sich mit diesem Verfahren lediglich gegen Heißkorrosion schützend: Oberzüge gleich-

1. Verfahren zum Beschichten der Oberflächen mäßiger Dicke schaffen. Hochbeanspruchte Ventile ervon Ventilen für Brennkraftmaschinen mittels eines 5 fordern jedoch in bestimmten Bereichen, wie z. B. dem in flüssiger Form auf die Oberfläche aufzubringen- Ventilsitzbereich, noch eine Beschichtung mit Panzeden, heißkorrosionsbeständigen Panzerungsmateri- rungsmaterial in einer wesentlich größeren Schichtdikals, wobei das Ventil zum Einbringen des Panze- ke, d. h. mit einer Dicke von 2 bis 3 mm, wohingegen für rungsmaterials in seinem Sitzbereich mit einer um- die übrigen, gegen Heißkorrosion zu schützenden Oberlaufenden Rille versehen ist, dadurch gekenn- ίο flächenbereiche eine Schichtdicke im μ-Bereich auszeichnet, daß das Ventil (1) an seinen zu be- reicht

schichtenden Oberflächenbereichen von einem aus Zur Aufbringung dieser Panzerungsschichten ist es einem Topfteil (3) und einem Deckelteil (4) beste- üblich, das Panzerungsmaterial, das auch noch bei Temhenden Schmelztiegel (5) umschlossen wird, dessen peraturen über 773° K (500⁰C) eine große Härte und Innenkonturen der Außenform des zu beschichten- 15 Verschleißfestigkeit aufweist, nach dem Piasmarc- oder den Ventils entsprechen, daß zwischen Deckeltcil (4) Argonarc-Verfahren aufzubringen, und Ventil (1) zumindest unter Auffüllung des durch Dabei ergeben sich jedoch, insbesondere bei Ventilen die Rille (2) gebildeten Hohlraumes granulatförmi- mit zunehmender Größe, Schwierigkeiten, da die hohen ges Panzerungsmaterial (6) eingebracht wird, und Temperaturen, bei denen das Panzerungsmaterial in daß der Schmelztiegel (5) zusammen mit dem Ventil 20 flüssiger Phase auf den kälteren Grundwerkstoff aufgeil) und dem Panzerungsmaterial (6) in Vakuum auf bracht wird, zu hohen Eigenspannungen in der Panzeeine Temperatur gebracht wird, bei der sich das gra- rung führen. Diese Eigenspannungen, die durch Spannulatförmige Panzerungsmaterial (6) verflüssigt und nungsarmglühen nicht beseitigt werden können (wegen unter Gewichtskraft des aufschwimmenden, im der seh»· hoch liegenden Warmstreckgrenzen von Topfteil (3) in axialer Richtung frei beweglich ange- 25 Grund- und Panzerungsmaterial), erzeugen bei Überlaordneten Deckelteils (4) in den zwischen Deckelteil gerung fertigungs- oder betriebsbedingter Zusatzspan-(4) und Topfteil (3) und den zwischen Deckelteil (4) nungen Risse in der Panzerung. Außerdem sind bei den und Ventil (1) gebildeten Ringspalten (7,8) aufsteigt bisherigen halbautomatischen Panzerungsverfahren

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens Fehlstellen in der Schweißzone nicht auszuschließen, so nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen aus 30 daß trotz eingehender zerstörungsfreier Qualitätskon-Topfteil (3) und Deckelteil (4) bestehenden Schmelz- trollen einzelne Ventile mit äußerlich nicht sichtbaren tiegel (5), in den ein unbeschichtetes, an seinem Sitz- Fehlstellen zum Einsatz kommen, die im Motorbetrieb bereich eine umlaufende Rille (2) aufweisendes Ven- zu Ausbrüchen in der Panzerung mit beträchtlichen FoI-til (1) einsetzbar ist, wobei das Deckelteil (4) eine geschäden am Motor führen können.

zentrale öffnung für den Ventilschaft aufweist und 35 Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe mit einer konischen Außenfläche (9) an einer koni- zugrunde, ein mit einer einfachen Vorrichtung durchsehen Innenfläche (10) im Topfteil (3) unter Bildung führbares und für automatischen Betrieb geeignetes eines konischen Ringspalts (8) einsetzbar ist und wo- Verfahren zu schaffen, bei dem das Ventil in einem Arbei Topfteil (3) und Deckelteil (4) mit ihren Innen- beitsgang mit Panzerungsmaterial unterschiedlicher konturen einen Raum umschließen, der der Außen- 40 Stärke beaufschlagt werden kann und Eigenspannungen form des fertigbeschichteten Ventils entspricht und Fehlstellen mit Sicherheit ausgeschlossen sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn- Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst zeichnet daß auf dem Deckelteil (4) ein Gewicht daß das Ventil an seinen zu beschichtenden Oberfläangeordnet ist. chenbereichen von einem aus einem Topfteil und einem

45 Deckelteil bestehenden Schmelztiegel umschlossen

wird, dessen Innenkonturen der Außenform des beschichteten Ventils entsprechen, daß zwischen Deckelteil und Ventil zumindest unter Auffüllung des durch die

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vor- Rille gebildeten Hohlraumes granulatförmiges Panzerichtung zum Beschichten der Oberflächen von Ventilen 50 rungsmaterial eingebracht wird, und daß der Schmelzfür Brennkraftmaschinen mittels eines in flüssiger Form tiegel zusammen mit dem Ventil und dem Panzerungsauf die Oberfläche aufzubringenden, heißkorrosionsbe- material in Vakuum auf eine Temperatur gebracht wird, ständigen Panzerungsmaterials, wobei das Ventil zum bei der sich das granulatförmige Panzerungsmaterial Einbringen des Panzerungsmaterials in seinem Sitzbe- verflüssigt und unter der Gewichtskraft des aufschwimreich mit einer umlaufenden Rille versehen ist. 55 menden, im Topfteil in axialer Dichtung frei beweglich

Aus dem DE-GM 72 37 144 ist ein solches Verfahren angeordneten Deckelteils in den zwischen Deckelteil

bekannt Dabei wird das Panzerungsmaterial in Form und Topfteil und den zwischen Deckelteil und Ventil

eines festen Ringes in die um Ventil in dessen Sitzbe- gebildeten Ringspalten aufsteigt. Die zugehörige erfin-

reich umlaufende Rille eingelegt und dann mittels eines dungsgemäße Vorrichtung ist im Anspruch 2 angege-

Lichtbogenschweißverfahrens oder Autogenschweiß- 60 ben.

Verfahrens niedergeschmolzen. Man erzielt mit diesem Verfahren und dieser Vorrich-

Ein anderes Beschichtungsverfahren ist aus der DE- tung unter völligem Ausschluß von zu Eigenspannungen PS 9 44 642 bekannt. Dabei wird das Ventil mit den zu führenden Differenztemperaturen und Fehlstellen infolüberziehenden Oberflächenbereichen in eine Schmelze ge von Bearbeitungsmängeln oder Gaseinschlüssen eine aus heißkorrosionsbeständigem Material getaucht. Ab- 65 Beschichtung des Ventils mit zur Panzerung und gegen gesehen von der Tatsache, daß bei diesem Verfahren Heißkorrosion geeigneten Schichtdicken, nach dem Eintauchen in die Schmelze eine lange Zeit Als granulatförmiges Panzerungsmaterial wird beierfordernde Wärmediffusionsbehandlung nötig ist, um spielsweise eine Legierung verwendet, deren Bestand-