DE3001503A1

DE3001503A1 - Verfahren zur haertesteigerung von hochgelasteten ventilen fuer verbrennungskraftmaschinen

Info

Publication number: DE3001503A1
Application number: DE19803001503
Authority: DE
Inventors: Gottfried 7717 Immendingen Bächle; Dirk Dipl.-Ing. Kanter; Horst 7759 Immenstaad Lamprecht; Jürgen 7712 Blumberg Mahler; Richard Dipl.-Ing. 7713 Hüfingen Weintz
Original assignee: Teves-Thompson 3013 Barsinghausen GmbH; Teves Thompson and Co GmbH
Current assignee: TRW Thomson GmbH
Priority date: 1980-01-17
Filing date: 1980-01-17
Publication date: 1981-07-23
Also published as: DE3001503C2

Description

Verfahren zur Härtesteigerung von hochbelasteten Ventilen für Verbrennungskraftmaschinen Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Härte steigerung von hochbelasteten Ventilen aus austenitischem Stahl für Verbrennungskraftmaschinen insbesondere für Auslaßventile, sowie nach dem Verfahren hergestellte Ventile.
Hochbelastete Ventile, insbesondere Auslaßventile für Verbrennungskraftmaschinen wurden bisher weitgehend aus aushärtbaren, hochwarmfesten, hei.skorrosionsbeständigen, austenitischen Stählen hergestellt.
Um den Ventilen optimale Warmfestigkeitseigenschaften zu verleihen, wird eine Wärmebehandluny zur Anwendung gebracht, die aus einer Lösungsgliihbehdndluny bei etwa 1.200°C und einem Ausscheidungshärten besteht.
Es ist möglich, durch Ausscheidungshärtung die Härte dieser Stähle bis auf über 40 HRC anzuheDen. Hierdurch ergeben sich jedoch unüberwindliche Zerspanungsproblume Zum Zwecke des Verschleiß- und Korrosionsschutzes am Ventilsitz werden bekanntlich Ventile mit Hartstoaflegierungen versehen werden. Es handelt sich dabei meistens um Kobalt-Nickel-Basis-Legierungen, wie Stellit F oder Kobdlt-Basis-Legierungen wie beispielsweise Stellit 6. Diese Legierungen besitzen eine hohe Warmhärte und verhindern deshalb, daß sich Verbrennungsrückstände in die Ventilsitze einschlagen und somit im Ldufe der Betriebszeit zu Undichtigkeiten führen. Sie besitzen jedoch den Nachteil, meist sehr teuer zu sein und können nur durch sehr dufwendige Verfahren auf die Ventilsitze aufgebracht werden. Der Ausschu.d durch Schwei;3-fehler ist beim Aufbringen solcher Panzerwerkstoffe sehr hoch. Au3erdem ergeben sich während des bestimmungsmäßigen Einsatzes eines Ventils Schwierigkeiten durch unterschiedliches Dehnungsverhalten,wodurch während des Betriebes gleichfalls häufig Ventilfehler entstehen.
Das Verschleißproblem an den Ventilsitzen von Auslaßventilen kann jedoch nach wie vor in erster Linie nur durch eine Härtesteigerung des Ventilsitzes bekämpft werden und zwar ganz einfach dddurch, daß bei entsprechender Härte der Werkstoff dem Eindringen von Verbrennungsrückständen in die Oberfläche mehr Widerstand entgegensetzt. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Härtesteigerung zu schaffen, mit dem die Nachteile des kosten-und energieintensiven Sitzpanzerns unter Verwendung der teueren Aufschweilegierunyen sowie die Nachteile des vorgenannten Ausscheidungshärtens zur Erhöhung der Warmfestigkeitseigenschaften vermieden werden.
Die erfindungsgemäße Lösung ist dadurch yetennzeichnet, daß der Ventilsitz einer mechdnischen Verformung (Pragen , Drückrollen, Hämmern) bei Temperaturen zwischen Raumtemperatur und cd. 9000 C unterworfen wird. Das erfindungsgemäße Verfahren ist wesentlich energiesparender, es ergeben sich keine zusätzlichen Kosten durch Aufschweißlegierungen und kein verfdhrensbedingter Ausschu3.
Der anzustrebende Verformungsgrad soll so hoch sein, daß eine Endhärte zwischen 40 bis 50 HRC erreicht wird, wobei die verfestigte Oberflächenschicht eine Dicke von mindestens 0,5 mm aufweisen soll. Dies wird vorzugsweise durch einen Verformungsgrad von wenigstens 30 % erreicht. Besonders günstig hat sich dabei eine Verformungstemperatur von 780 - 820°C erwiesen.
Für niedrige Verformungstemperaturen eignen sich Verfahren wie Drückrollen oder Hämmern. Bei höheren und mittleren Verformungstemperdturen können vorteilhaft Prägeverfdhren eingesetzt werden. Zusatzlich kdnn der verfestigte Ventilsitz anschließend einer Wärmebehandlung unterzogen werden, bei der durch eine Ausscheidungshärtung eine weitere Härtesteigerung erzielt wird, was insbesondere bei einer Verformung von 30 %, mit der zunächst 42 HRC erzielt werden, vorteilhaft ist. Daher eignen sich als Ventilwerkstoffe vor allem Stähle, die bei Temperaturen um 5000C ausscheidungshärtbar sind. Besonders günstig hat sich die Verwendung eines Ventilstahls folgender Zusammensetzung erwiesen: C 0,6 Gew. X Si 0,25 Gew. % max Mn 11,0 Gew.
Cr 21,0 Gew. % Mo 0,9 Gew. % V 0,9Gew. % Nb 1 U Gew. % 7 N 0,5 Gew. % Mit einem solchen Werkstoff wurde bei C twa 800°C ein Verformungsgrad von ca. 50 , zur Anwendung gebracht.
Dabei wurde eine Endhärte von etwa 4d HRC erzielt.
Diese Härte blieb bei 6500C während Einwirkungszeiten von etwa 1000 Stunden unverändert.
Der vorgenannte Werkstoff besitzt aufgrund seines Legierungsaufbaues gegenüber herkömmlichen austenitischen Ventilwerkstoffen die ausgeprägte Eigenschaft, durch Kalt- bzw. Kalt-Warm-Verformung hohe Versetzungsdichten zu bilden, die eine erhebliche Verfestigung und damit Festigkeitssteigerung der Matrix bewirken. Durch nachfolgende Wärmebehandlungen im Temperaturbereich zwischen 500 - 800°C geht diese Verfestigung durch Anlaßvorgänge nicht verloren, weil mehrere zeitlich aufeinanderfolgende Präzipitationsmechanismen, die sich teilweise überlappen, durch Ausscheidungshärtung eine weitere Festigkeitssteigerung herbeiführen, wobei Endfestigkeiten erreicht werden, die deutlich über den Festigkeiten liegen, die ohne Kaltverfestigung erreicht werden.
Der Einfluß von Temperatur und Zeit auf das Festiskeitsverhalten dieses Werkstoffes mit und ohne Verfestigung durch Kalt- oder Warmverformung ist graphisch in der Zeichnung dargestellt.
- Patentansprüche - Leerseite

Claims

Patentansprüche 1.) Verfahren zur Härtesteigerung von hochbelasteten Ventilen aus austenitischem stahl für Verbrennungskraftmaschinen, insbesondere für Auslaßventile, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilsitz einer mechanischen Verformung (Prägen,Drückrollen,Hämmern, Nachschlagen) bei Temperaturen zwischen Raumtemperatur und ca. 000C unterworfen wird.
2.) Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Verformungsgrad von wenigstens 30 A.
3.) Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Verformungstemperatur von 780 -820°C.
4.) Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilsitz nach der Verformung einer Ausscheidungshärtung unterworfen wird.
5.) Ventil, hergestellt nach dem Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 - 4, gekennzeichnet durch einen Werkstoff, der bei Temperaturen um 500°C ausscheidungshärtbar ist.
6.) Ventil, hergestellt nach dem Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 - 4, gekennzeichnet durch folgende chemische Zusammensetzung: C 0,6 Gew. % Si 0,25 Gew. % max Mn 11,0 Gew. % Cr 21,0 Gew. % Mo 0,9 Gew. % V 0,9 Gew. % Nb 1,0 Gew. % N 0,5 Gew. %