DE2918248B2 - Ventilsitzring - Google Patents

Ventilsitzring

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    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F7/00—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression
    • B22F7/06—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression of composite workpieces or articles from parts, e.g. to form tipped tools
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C1/00—Making non-ferrous alloys
    • C22C1/04—Making non-ferrous alloys by powder metallurgy
    • C22C1/0433—Nickel- or cobalt-based alloys
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L3/00—Lift-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
    • F01L3/22—Valve-seats not provided for in preceding subgroups of this group; Fixing of valve-seats
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Description

besteht.
3. Ventilsitzring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sinterlegierung des Verschleißteiles aus einer Legierung mit
maximal 1,25% Kohlenstoff
10 bis 14% Nickel
3 bis 14% Wolfram und/oder Nickel
18 bis 28% Chrom
2 bis 4% Kupfer
bis max. 8% Eisen
Rest Kobalt
besteht.
4. Ventilsitzring nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Sinterlegierung des Stützteiles bis zu 10% der Sinterlegierung des Verschleißteiles zugemischt sind.
5. Ventilsitzring nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Sinterlegierung des Verschleißteiles bis zu 10% der Sinterlegierung des Stützteiles zugemischt sind.
6. Ventilsitzring nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die niedrigschmelzende Metallegierung aus
maximal 1,25% Kohlenstoff
18 bis 28% Chrom
10 bis 14% Wolfram und/oder Molybdän
1 bis 4% Bor
1 bis 4,5% Silizium
Rest Nickel und/oder Kobalt
besteht.
7. Ventilsitzring nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Stützteillegierung bis zu 5% elementares Bor und/oder Silizium zugemischt sind.
8. Ventilsitzring nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe des Verschleißteiles etwa ein Drittel der Gesamthöhe des Ventilsitzringes beträgt.
Die Erfindung betrifft einen Ventilsitzring für eine
ίο Verbrennungskraftmaschine, bestehend aus einer gesinterten Eisen- oder Stahllegierung im Stützteil und einer Nickel- und/oder Kobaltsinterlegierung im Verschleißteil.
Ventilsitzringe für Verbrennungskraftmaschinen werden in der Praxis meist aus gegossenen oder gesinterten Metallegierungen hergestellt Wegen ihrer hervorragenden Beständigkeit gegen Verschleiß, insbesondere aber gegen Korrosion und gegen eine Wärmewechselbeanspnichung im motorischen Betrieb, werden in erster Linie Metallegierungen auf der Basis von Nickel oder Kobalt eingesetzt. Beide Metalle haben jedoch relativ hohe Rohstoffpreise, welche wegen der zunehmenden Rohstoffverknappung ständig steigen.
Ersatzweise werden daher auch Ventilsitzringe aus hochlegierten Gußeisen- oder Sintereisensorten hergestellt. Allerdings besitzen solche Ventilsitzringe nicht die geforderte hohe Festigkeit gegen die Beanspruchung im motorischen Betrieb. Deshalb werden vielfach die Sitzflächen der Ringe mit entsprechenden Oberflächen-
JO behandlungsverfahren geschützt. Bei Beschichtungsverfahren durch beispielsweises Aufbringen einer Panzerungsschicht durch Auftragsschweißen muß allerdings die Haftung von Schicht und Grundkörper besonders hoch sein, da im motorischen Betrieb die Sitzfläche
y> durch den Ventilteller auf Schlag belastet wird, so daß Ausbrüche der Schichten entstehen können.
Andere Oberflächenbehandlungsverfahren, wie zum Beispiel ein Oberflächenhärten durch Nitrieren oder Borieren, wie sie sonst bei anderen, auf Reibung
"i beanspruchten Maschinenteilen üblich sind, scheiden bei Ventilsitzringen aus, da diese vor dem Einbau nachgeschliffen werden müssen, und ein solches Nachschleifen würde die relativ dünnen, gehärteten Schichten wieder entfernen.
Maschinenteile, wie Dichtleisten oder Kolbenringe von Verbrennungskraftmaschinen, sind auch schon bimetallisch, das heißt mit unterschiedlichen Sinterwerkstoffen im Stützteil und Verschleißteil, gesindert worden. Hier besteht natürlich wegen der hohen Schlagbelastung durch den Ventilteller im motorischen Betrieb das Problem der besonders guten Haftung zwischen beiden Teilen. Zur Umgehung des Problems wurden daher nach der DE-PS 21 39 738 Dichtleisten oder Dichtringe aus einem Gemisch eines Stahllegieningspulvers und eines Karbidpulvers gesintert und zwar so, daß der Karbidanteil im Stützteil erheblich geringer als im Verschleißteil ist. Da aber das Bindemetall in beiden Fällen das gleiche ist, kann das Maschinenteil in einem einzigen Verfahrensschritt
6" gesintert werden. Allerdings sollen Ventilsitzringe zumindest im Verschleißteil aus Nickel- oder Kobaltlegierungen bestehen, welche im Prinzip Bindemetalle sind, und welche gegenüber Stahl die niedrigere Sintertemperatur besitzen.
« Nach der US-PS 27 53 858 und der US-PS 27 53 859 sind gesinterte Ventilsitzringe bekannt, die im Stützteil aus gesinterten Eisenlegierungen und im Verschleißteil aus gesinterten Nickel — und/oder Kobaltlegierungen
bestehen. Damit ein guter Verbund der beiden Ringelemente zustandekommt, werden als dritte Phase niedrig schmelzende Metalllegierungen, wie bevorzugt auf der Basis von Kupfer oder Aluminium, eingesetzt, und in weiteren Sinterungsschritten füllen diese Legierungen die Poren der beiden Sinterteile aus und bewirken so den festen Verbund zwischen den beiden Sinterteilen. Allerdings verteuern die weiteren Verfahrensschritte die Herstellung dieser Ringe, so daß diese Ringe im Prinzip meist teuer als massiv aus Nickel — oder Kobaltlegierungen gesinterte Ventilsitzringe sind.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen gesinterten Ventilsitzring hoher Festigkeit aus einer Eisenlegierung im Stützteil und einer Nickel — und/oder Kobaltlegierung im Verschleißteil zu schaffen, welcher einfach und unter geringen Rohstoff — und Fertigungskosten herstellbar ist.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch einen Ventilsitzring gelöst, dessen Verschleißteil und Stützteil aus den zwei Lagen der beiden Sinterlegierungspulver in einem Verfahrensschritt unter Bildung eines festen Verbundes zusammengepreßt und gesintert sind, wobei zur Erreichung des festen Verbundes dem Sinterlegierungspulver des Stützteils bis zu 30% des Sinterlegierungspulvers des Verschleißteils und/oder bis zu 5% einer niedrigschmelzenden Legierung und/oder eines niedrigschmelzenden Elements zugemischt sind. Der Verschleißteil hat dabei vorzugsweise eine Stärke von etwa bis zu einem Drittel der Gesamtstärke des Ventilsitzringes. Gegebenenfalls kann auch der Verschleißteil bis zu 30 Gewichtsprozent, vorzugsweise bis zu 10 Gewichtsprozent, der Legierung des Stützteils enthalten. Die gegebenenfalls der Sinterlegierung des Stützteils zugegebenen Zusätze sind bis zu 5 Gewichts- J5 pmzent elementares Bor und/oder Silizium oder auch niedrig schmelzende Nickel — und/oder Kobaltlegierungen.
Die vorzugsweise für den Verschleißteil verwendeten Sinterlegierungen auf der Basis von Nickel oder Kobalt bestehen aus
10 bis 14% Kobalt
bis maximal 1,5% Kohlenstoff
10 bis 28% Chrom
3 bis 14% Wolfram und/oder Molybdän
1 bis 2% Kupfer
bis maximal 8% Eisen
Rest Nickel
3 bis 14% Wolfram und/oder Molybdän
oder bis maximal 1,25% Kohlenstoff
10 bis 14% Nickel
18 bis 28% Chrom
2 bis 4% Kupfer
bis maximal 8% Eisen
Rest Kobalt
45
50
55
Für den Stützteil werden vorzugsweise schwach legierte Sintereisen — oder Sinterstahllegierungen bekannter Zusammensetzung verwendet.
Die als Zusatz zum Stützteil verwendeten niedrig schmelzenden Nickel — oder Kobaltlegierungen bestehen vorzugsweise aus
bis maximal 1,25% Kohlenstoff
18 bis 28% Chrom
10 bis 14% Wolfram und/oder Molybdän
1 bis 4% Bor
1 bis 4,5% Silizium
Rest Nickel und/oder Kobalt
Durch die Erfindung ist somit ein Ventils<tzring geschaffen, welcher in seinem Verschleißteil aus Nickel — und/oder Kobaltlegierungen besteht und somit hervorragend im motorischen Betrieb beständig gegen Verschleiß, Korrosion und Wärmewechselbeanspruchung ist Durch die zum Stützteil vorzugsweise zugegebenen Sinterlegierungspulver kann der Ventilsitzring bei den für den Verschleißteil üblichen Sintertemperaturen in einem einzigen Verfahrensschritt kostengünstig gesintert werden.
Durch die gleichartigen Bestandteile in Stützteil und Verschleißteil entsteht gleichzeitig ein sehr fester Verbund beider Teile, welcher auch der Schlagbelastung des Ventiltellers im motorischen Betrieb widersteht.
Die Erfindung sei an Hand von vier Ausführungsbeispielen näher erläutert:
Beispiel 1
Als Sinterlegierung für den Verschleißteil wird eine Nickellegierung mit 1% Kohlenstoff, 11% Kobalt, 7% Molybdän, 11% Chrom, 1,5% Kupfer, 4% Eisen und dem Rest Nickel verwendet.
Für die Sinterlegierung des Stützteils werden 90 Teile einer Eisenlegierung mit 1,8% Kohlenstoff, 0,8% Mangan, 1% Silizium, 3°/o Nickel, 8% Chrom mit 10 Teilen der Sinterlegierung des Verschleißteils vermischt. Beide Sinterlegierungen werden in zwei Lagen übereinander in die Preßform gefüllt, und zwar so, daß die oberste Lage des Verschleißteils etwa ein Drittel der Gesamthöhe ausmacht. Anschließend wird unter einem Druck von 1,5 t/cm2 verdichtet und bei 12500C der Sintertemperatur der Verschleißteillegierung 4 Stunden gesintert.
Der entstandene Ventilsitzring zeigt einen sehr festen Verbund vor. Verschleißteil und Stützteil und im Motortest eine hervorragende Beständigkeit.
Beispiel 2
Ausgegangen wird für Stützteil und Verschleißteil von den gleichen Legierungen wie im Beispiel 1. Zusätzlich werden jedoch 90 Teilen der Verschleißteillegierung 10 Gewichtsteile der Stützteillegierung zugemischt. Die anschließende Pressung und Sinterung erfolgt unter den gleichen Bedingungen wie in Beispiel 1.
Beispiel 3
85 Teilen der Stützteillegierung des Beispiels 1 werden 10 Gewichtsteile der Verschleißteillegierung, 1,5 Teile Silizium und 3,5 Teile Bor zugemischt. Als Verschleißteillegierung wird die Legierung des Beispiels 2 verwendet. Die anschließende Pressung und Sinterung erfolgt unter den gleichen Bedingungen wie in Beispiel 1.
Beispiel 4
85 Teilen des Stützteillegierungspulvers des Beispiels 1 werden 10 Teile der Verschleißteillegierung sowie 5 Teile einer niedrig schmelzenden Legierung mit 1% Kohlenstoff, 22% Chrom, 11% Wolfram, 3% Bor, 4% Silizium und dem Rest Nickel hinzugefügt. Als Verschleißteillegierung wird die Legierung des Beispiels 2 verwendet. Die Pressung und Sinterung erfolgt wie in Beispiel 1.

Claims (1)

Patentansprüche:
1. Ventilsitzring für eine Verbrennungskraftmaschine, bestehend aus einer gesinterten Eisen- oder Stahllegierung im Stltzteil und einer Nickel- und/oder Kobaltsinterlegierung im Verschleißteil, dadurch gekennzeichnet, daß Verschleißteil und Stützteil aus den zwei Lagen der beiden Sinterlegicrungspulver in einem Verfahrensschnitt unter Bildung eines festen Verbundes zusammengepreßt und gesintert sind, und daß dem Sinteriegierungspulver des Stützteiles bis zu 30% des Sinterlegierungspulvers des Verschleißteiles und/oder bis zu 5% einer niedrigschmelzenden Legierung und/oder eines niedrigschmelzenden Elementes zugemischt sind.
2. Ventilsitzring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung des Verschleißteiles aus einer Legierung mit
maximal 1,5% Kohlenstoff
10 bis 14% Kobalt
10 bis 28% Chrom
3 bis 14% Wolfram und/oder Molybdän
1 bis 2% Kupfer
maximal 8% Eisen
und dem Rest Nickel
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