DE3517077C1

DE3517077C1 - Verfahren zum Panzern der Ventilsitzflaeche eines thermisch und mechanisch hoch belastbaren sowie gegen Korrosion geschuetzten Gaswechselventils fuer eine schweroelbetriebene Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE3517077C1
Application number: DE3517077A
Authority: DE
Inventors: Welf Dr.-Ing. 8000 München Amende; Wolfram Dr.-Ing. 8900 Augsburg Lausch
Original assignee: MAN B&W Diesel GmbH
Current assignee: MAN B&W Diesel GmbH
Priority date: 1985-05-11
Filing date: 1985-05-11
Publication date: 1986-11-06
Also published as: NO162164B; FI861038A; JPS61259881A; NO162164C; EP0204121B1; FI80129B; DE3661956D1; NO861853L; EP0204121A1; FI861038A0; FI80129C; JPH0815658B2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Panzern der Ventilsitzfläche eines thermisch und mechanisch hoch belastbaren sowie gegen Korrosion geschützten Gaswechselventils für ein schwerölbetriebene Brennkraftmaschine, wobei in eine umlaufende Vertiefung am Ventilteller ein vorzugsweise, aus einer Nickel- bzw. Kobaltbasis-Superlegierung bestehendes Panzermateria! eingebracht und durch ein Umschmelzverfahren mit dem Ventilgrundmaterial verbunden wird und anschließend an der dabei gebildeten Panzerschicht eine Ventilsitzfläche sowie eine Ventiltellerumfangsfläehe angeschliffen werden.

Dieses Verfahren ist aus »Lasers In Modern Industry«, 1979, Artikel in Seiten 128 bis 134, »High Power Laser Surface Treatment« bekannt. Die Panzerung eines Gaswechselventiles ist dort aus den Kapiteln »Valve cladding« und »Valve alloying« in Verbindung mit den Fig. 4 bis 8 ersichtlich. Dabei wird in eine am Ventilteller des Gaswechselventiles umlaufende Vertiefung eingebrachtes Panzermaterial mittels eines Hochleistungs-Lasers mit den Ventilgrundmaterial verbunden, wobei das Panzermaterial im Übergangsbereich mit dem Ventilgrundmaterial umgeschmolzen wird. Die Umschmelzzöne beträgt dabei jedoch nur einige tausendstel Millimeter. Trotz dieser relativ innigen Verbindung des Panzermaterials mit dem Ventilgrundmaterial kommt es an einem solchermaßen hergestellten Gaswechselventil bei dessen Einsatz in einer schwerölbetriebenen Brennkraftmaschine zu Korrosion, und zwar sowohl Naß- als auch Heißkorrosion und hier bevorzugt zu einer sogenannten Messerkorrosion an den beiden äußeren ringsumlaufenden Übergängen zwischen Panzermaterial und Ventilgrundmaterial.

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines thermisch und mechanisch hoch belastbaren sowie gegen Korrosion geschützten Gaswechselventiles einer schwerölbetriebenen Brennkraftmaschine anzugeben, nach dessen Anwendung das Gaswechselventil im Maschinenbetrieb so geschützt isl, daß eine Messerkorrosion an den beiden äußeren am Ventilteller umlaufenden Übergangsstellen zwischen Panzermaterial und Ventilgrundmaterial weitestgehend vermeidbar ist und die heißkorrosive Wirkung der Schwerölverbrennungsrückstände während des Motorbetriebes sowie die naßkorrosive Wirkung der Schwerölrückstände und Schwerölbestandteile beim Motorstillstand sich nicht mehr negativ auf die Verbindung zwischen Ventilgrundmaterial und dem den Ventilsitz bildenden Panzermaterial auswirken kann.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß nach zwei verschiedenen Methoden lösbar, zum einen wie im Anspruch 1 beansprucht dadurch, daß nach dem Anschleifen der Ventilsitzfläche und der Ventiltellerumfangsfläehe die außen umlaufenden Nahtstellen am Übergang zwischen Ventilgrundmaterial und Panzermaterial durch gezielte Wärmezufuhr örtlich begrenzt für den Erhalt zweier am Ventilteller ringsumlaufender Schutzschichten umgeschmolzen werden, oder, wie im Anspruch 2 gekennzeichnet dadurch, daß nach dem Anschleifen der Ventilsitzfläche und der Ventilteilerumfangsfläche über die beiden außen am Ventilteller umlaufenden Nahtstellen am Übergang vom Panzermaterial zum Ventilgrundmaterial jeweils eine seitlich begrenzte Schicht aus Panzermaterial aufgebracht wird und dann jede dieser Schichten durch gezielte Wärmezufuhr mit der am Übergang vorhandenen Malerialpaarung für den Erhalt zweier am Ventilteller ringsumlaufender Schutzschichten umgeschmolzen werden. Vorteilhafte Details dieses Verfahrens sind in den Un-

50

teransprüchen gekennzeichnet.

Unabhängig davon, nach welcher Methode das Gaswechselventil gegen korrosiven Angriff geschützt wird, ergeben sich durch das örtlich begrenzte Umschmelzen am Ventilteller zwei umlaufende Umschmelzzonen, durch die verhindert ist, daß die Nahtstellen zwischen dem den Ventilsitz bildenden Panzermaterial und dem Ventilgrundmaterial bis zur Außenfläche des Ventiltellers auslaufen. Die umgeschmolzene Zone bildet dabei eine relativ breite, umlaufende Abdeckung für die Nahtstelle zwischen dem Ventilgrundmaterial und dem den Ventilsitz bildenden Panzermaterial.

Nachstehend sind die erfindungsgemäßen Verfahren anhand der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt

Fi g. 1 ein Gaswechselventil für eine schwerölbetriebene Brennkraftmaschine nach Anbringung der den Ventilsitz bildenden Panzermaterialschicht,

F i g. 2 das Gaswechselventil von F i g. 1 nach dem Formschleifen des Ventiltellers im Bereich seiner Ventilsitzpanzerung,

Fig. 3 das Gaswechselventil von Fig.2 nach der Nachbehandlung durch die erste erfindungsgemäße Methode,

F i g. 4 das Gaswechselventil von F i g. 2 nach dem ersten Verfahrensschritt der zweiten erfindungsgemäßen Nachbehandlungsmethode,

Fig.5 das Gaswechselventil von Fig.4 nach dem zweiten Schritt der zweiten erfindungsgemäßen Nachbehandlungsmethode.

Zunächst sei darauf hingewiesen, daß es sich bei dem in den Figuren dargestellten Gaswechselventil sowohl um das Auslaßventil als auch das Einlaßventil einer schwerölbetriebenen Brennkraftmaschine handeln kann. Auch wenn das Einlaßventil thermisch nicht so hoch wie das Auslaßventil belastet ist, so ist es doch ebenso wie letzteres dem heißkorrosiven Angriff der Schwerölverbrennungsrückstände während des Maschinenbetriebes sowie der naßkorrosiven Wirkung der Schwerö.lrückstände und Schwerölbestandteile während des Motorstillstandes ausgesetzt.

In den Figuren ist jeweils nur teilweise der Ventilteller 1 eines des weiteren nicht dargestellten Gaswechselventiles gezeigt. Um am Ventilteller 1 einen gepanzerten Ventilsitz zu erhalten, wird zunächst am Ventilteller 1 eine umlaufende Vertiefung 2 geschaffen. In diese umlaufende Vertiefung 2 wird dann ein aus einer Nickelbzw. Kobaltbasis-Superlegierung bestehendes Panzermaterial eingebracht und durch ein Umschmelzverfahren mit dem Ventilgrundmaterial verbunden. Dies geschieht unter Anwendung der Plasmaschweißtechnik oder mittels eines Hochleistungs-Lasers. Nach diesem Verfahrensschritt ist am Ventilteller 1 — wie aus F i g. 1 ersichtlich — eine umlaufende, die Vertiefung 2 vollständig auffüllende Schicht 3 aus dem besagten Panzermaterial vorhanden, die fest mit dem Ventilgrundmaterial verbunden ist.

Diese feste Verbindung ist dadurch gegeben, daß bedingt durch das Umschmelzverfahren das Panzermaterial in der Übergangszone am Boden der umlaufenden Vertiefung 2 geringfügig (einige Hundertstel Millimeter) mit dem Ventilgrundmaterial umgeschmolzen wird und eindiffundiert.

Anschließend wird der Ventilteller 1 auf Endform nachgearbeitet, wobei — wie aus F i g. 2 ersichtlich — unter Abtragung eines Teils der Panzermaterialschicht eine hier keglige Ventilsitzfläche 4 sowie eine zylindrischen Ventiltellerumfangsfläche 5 angeschliffen werden.

Nach diesem Behandlungsvorgang kam bisher ein solches Gaswechselventil zum Einsatz in einer schwerölbetriebenen Brennkraftmaschine. Infolge des korrosiven Angriffes zeigte sich an den äußeren, ringsumlaufenden Nahtstellen — siehe Pfeile 6 und 7 in F i g. 2 — am Übergang zwischen dem Panzermaterial 3 und dem Ventilgrundmaterial, daß Korrosion an diesen Stellen auftritt. Diese Korrosion offenbart sich sichtbar in Form eines Spaltes, der sich mit zunehmender Betriebsdauer vergrößert und schlimmstenfalls unter Einwirkung der mechanischen Betriebsbelastung des Gaswechselventiles zum Abreißen der Schicht 3 aus Panzermaterial führenkann.

Um diese nachteiligen Auswirkungen zu vermeiden und um das Gaswechselventil gegen die korrosiven Wirkungen dieser Schwerölverbrennungsrückstände und der Schwerölanteile an den äußeren umlaufenden Nahtstellen 6 und 7 zu schützen, wird das Gaswechselventil nach der Erfindung gezielt nachbehandelt, wobei zwei verschiedene Methoden anwendbar sind.

Die erste erfindungsgemäße Methode besteht dabei darin, daß nach dem Anschleifen der Ventilsitzfläche 4 und der Ventiltellerumfangsfläche 5 die außen umlaufenden Nahtstellen 6 und 7 am Übergang zwischen Ventilgrundmaterial und Panzermaterial 3 durch gezielte Wärmezufuhr örtlich begrenzt umgeschmolzen werden. Die gezielte Wärmezufuhr erfolgt dabei vorzugsweise durch den jeweils auf die umlaufenden Nahtstellen 6 und 7 fokussierten Strahl eines Hochleistungs-Lasers.

Dadurch werden die vorher am Ventilteller in dessen Umfangsfläche auslaufenden ringsumlaufenden Nahtstellen 6 und 7 durch eine mehrere Zehntel Millimeter dicke, aus umgeschmolzenem Panzermaterial und Ventilgrundmaterial bestehende, jeweils am Ventilteller ringsumlaufende Schutzschicht 8 und 9 abgedeckt.

Etwas anders wird bei der zweiten erfindungsgemäßen Methode verfahren. Dort wird — wie aus F i g. 4 ersichtlich — nach dem Anschleifen der Ventilsitzfläche 4 und der Ventiltellerumfangsfläche 5 am Ventilteller 1 des Gaswechselventil zunächst über jede der beiden außen umlaufenden Nahtstellen 6 und 7 am Übergang vom Panzermaterial zum Ventilgrundmaterial eine seitlich begrenzte Schicht 10 bzw. 11 aus Panzermaterial angebracht. Bei diesem Panzermaterial kann es sich um das gleiche wie das den Ventilsitz bildende Panzermaterial oder ein ähnliches Panzermaterial handeln. Die Dikke dieser Schichten 10 bzw. 11 kann bis zu einigen Zehntel Millimeter betragen. Die Aufbringung der beiden vor den Nahtstellen 6 und 7 am Ventilteller 1 ringsumlaufenden Schichten 10 und 11 aus Panzermaterial kann beispielsweise durch das an sich bekannte Flammspritzverfahren oder durch Auftragen von in einem flüssigen Bindemittel gebundenem pulverförmigen Panzermaterial erfolgen. Im nächsten Verfahrensschritt wird dann jede der beiden Schichten 10 und 11 aus Panzermaterial durch gezielte Wärmezufuhr mit der am Ventilteller an den Nahtstellen bereits vorhandenen Materialpaarung umgeschmolzen. Auch in diesem Fall wird die gezielte Wärmezufuhr vorzugsweise durch einen jeweils auf die Schicht 10 bzw. 11 fokussierten Strahl eines Hochleistungs-Lasers durchgeführt. Dadurch ergeben sich am Ventilteller 1 — wie aus F i g. 5 ersichtlich — zwei ringsumlaufende Schutzschichten 12 und 13, die die Übergangsbereiche vom Ventilsitzpanzermaterial zum Ventilgrundmaterial an der Außenseite des Ventiltellers 1 vollständig abdecken. Diese Schutzschichten 12 und 13 bestehen aus einem umgeschmolzenen Material, das sich aus dem Material der Schichten 10 und 11 sowie

dem den Ventilsitz bildenden Panzermaterial 3 und dem Ventilgrundmaterial zusammensetzt.

Nach Durchführung der erfindungsgemäßen Verfahrensschritte ist lediglich nochmals ein kurzes Überschleifen der Ventilsitzfläche 4 erforderlich, um dessen Oberfläche im Bereich der Schutzschicht 8 bzw. 12 zu glätten und auf Maßhaltigkeit zu bringen.

Unabhängig davon, nach welcher Methode verfahren wird, bewirken die den Übergang von dem den Ventilsitz bildenden Panzermaterial 3 zum Ventilgrundmaterial außen abdeckenden Schutzschichten 8, 9 einerseits bzw. 12,13 andererseits, daß eine Korrosion am Übergang vom den Ventilsitz bildenden Panzermaterial 3 zum Ventilgrundmaterial nicht mehr auftreten kann. Das Gaswechselventil ist damit wirksam gegen die korrosiven Angriffe der Schwerölrückstände und Schwerölbestandteile geschützt, womit sich dessen Einsatzdauer in einer schwerölbetriebenen Brennkraftmaschine erheblich verlängert.

: .

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

25

30

35

40

45

50

55

60

65

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Panzern der Ventilsitzfläche eines thermisch und mechanisch hoch belastbaren sowie gegen Korrosion geschützten Gaswechselventils für eine schwerölbetriebene Brennkraftmaschine, wobei in eine umlaufende Vertiefung am Ventilteller ein, vorzugsweise aus einer Nickel- bzw. Kobaltbasis-Superlegierung bestehendes Panzermaterial eingebracht und durch ein Umschmelzverfahren mit dem Ventilgrundmaterial- verbunden wird und anschließend art der dabei gebildeten Panzerschicht eine Vehtilsitzfläche sowie eine Ventiltellerumfangsfläche angeschliffen werden, dadurch gekennzeichne t, daß nach dem Anschleifen der Ventilsitzfläche (4) und der Ventiltellerumfangsfläehe (5) die außen umlaufenden Nahtstellen (6, 7) am Übergang zwischen Ventilgrundmaterial und Panzermaterial (3) durch gezielte Wärmezufuhr örtlich begrenzt für den Erhalt zweier am Ventilteller (1) ringsumlaufender Schutzschichten (8, 9) umgeschmolzen werden.

2. Verfahren zum Panzern der Ventilsitzfläche eines thermisch und mechanisch hoch belastbaren sowie gegen Heißkorrosion geschützten Gaswechselventils für eine schwerölbetriebene Brennkraftmaschine, wobei in eine umlaufende Vertiefung am Ventilteller ein, vorzugsweise aus einer Nickel- bzw. Kobaltbasis-Superlegierung bestehendes Panzermaterial eingebracht und durch ein Umschmelzverfahren mit dem Ventilgrundmaterial verbunden wird und anschließend an der dabei gebildeten Panzerschicht eine Ventilsitzfläche sowie eine Ventiltellerumfangsfläehe angeschliffen werden, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Anschleifen der Ventilsitzfläche (4) und der Ventiltellerumfangsfläehe (5) über die beiden außen am Ventilteller (1) umlaufenden Nahtstellen (6,7) am Übergang vom Panzermaterial (3) zum Ventilgrundmaterial jeweils eine seitlich begrenzte Schicht (10, 11) aus Panzermaterial aufgebracht wird und dann jede dieser Schichten (.10,.1I)- durch gezielte Wärmezufuhr mit der am Übergang vorhandenen Materialpaarung für den Erhalt zweier am Ventilteller (1) ringsumlaufender Schutzschichten (12,13) umgeschmolzen werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die gezielte Wärmezufuhr durch einen jeweils auf den Bereich der Nahtstelle (6 bzw. 7) fokussierten Strahl eines Hochleistungs^-Lasers erfolgt.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das die Schutzschicht (10 bzw. 11) bildende Panzermaterial gleich dem das den Ventilsitz bildende Panzermaterial (3) ist.

5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht (10 bzw. 1.1) aus Panzermaterial nach dem Flammspritzverfahren aufgebracht wird.

6. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht (10 bzw. 11) in Form eines in einem flüssigen Bindemittel gebundenen pulverförmigen Panzermaterials aufgebracht wird.