DE3633988C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer
Metalldichtung, bei dem auf ein Substrat aus Hartmetall
beidseitig Deckschichten aufgebracht werden, die aus
Kupfer, einer Legierung auf Basis von Kupfer, Aluminium
oder einer Legierung auf Basis von Aluminium bestehen.
Ein solches Verfahren ist aus der japanischen Gebrauchs
musterveröffentlichung 59-152249 bekannt. Aus der DE-AS
13 02 178 ist ein Verfahren zur Herstellung einer
Zylinderdeckeldichtung für Brennkraftmaschinen bekannt, bei
welchem ein Metalldichtungsring mit Kupfer plattiert wird
und eine oder mehrere Dichtungsschnüre aus Polytetrafluor
ethylen an den Dichtungsring angelegt werden. Aus der DE-AS
12 53 950 ist ein Verfahren zur Herstellung eines
kupferplattierten Dichtungsringes für den gleichen Zweck
bekannt, welcher jedoch im Querschnitt noch kreisabschnitt
förmig ausgebildet wird. Aus der GB 9 31 710 ist ein
Verfahren zur Herstellung einer Metalldichtung bekannt, bei
welchem auf einen harten Dichtungskern ein- oder beidseitig
weicheres Material aufgebracht wird, wobei die Dichtung
zusätzlich noch mit Rippen versehen oder gewellt wird.
Bei der Herstellung einer solchen zusammengesetzten
Metalldichtung verursacht plastische Verformung, wie
Plattieren und Stanzen, eine Härtung der Deckschichten, und
als Folge davon ist es sehr schwierig, eine einheitliche,
weiche Oberflächenbeschaffenheit auf der hergestellten
Metalldichtung zu erzielen. Wenn eine solche Metalldichtung
zur Abdichtung eingesetzt wird, kann die Metalldichtung
keine ausreichende Abdichtung der rauhen Oberfläche des
Objekts gewährleisten.
Durch die Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, ein
Verfahren zur Herstellung einer zusammengesetzten
Metalldichtung mit einer zufriedenstellenden Dichtungs
wirkung bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß
die Deckschichten nach der Aufbringung einer
Wärmebehandlung bei einer Temperatur im Bereich von 350 bis
500°C unterzogen werden.
Die Erfindung wird im folgenden mit Bezug auf die
Zeichnungen beschrieben. In diesen ist eine Ausführungsform
der Erfindung als Beispiel dargestellt. Im Einzelnen zeigt
Fig. 1 eine Draufsicht einer Ausführungsform der
Metalldichtung gemäß der Erfindung,
Fig. 2 einen Querschnitt entlang der Linie II-II
in Fig. 1,
Fig. 3 eine vereinfachte Seitenansicht eines
Beispiels des Produktionsprozesses der
Metalldichtung gemäß der Erfindung,
Fig. 4 ein Diagramm zur Darstellung des Verhältnisses
zwischen der Zugfestigkeit des
Substrats und der Erwärmungstemperatur bei
der Herstellung und
Fig. 5 ein Diagramm zur Darstellung des Verhältnisses
zwischen der Härte der Deckschicht
und der Erwärmungstemperatur bei der Herstellung.
In Fig. 1 ist eine Metalldichtung 10 z. B. mit
Zylinderlöchern 11 und Bolzenlöchern 12 versehen und
zwischen die Kontaktflächen eines Zylinderblocks und eines
Zylinderkopfes (nicht dargestellt) gelegt. In einem
typischen Beispiel besteht die Metalldichtung 10 aus einem
Substrat 13 aus rostfreiem Stahl und Deckschichten 14,
welche auf beide Seiten des Substrats 13 aufplattiert sind.
Die Deckschicht besteht aus Cu, Cu-Basislegierungen, Al
oder Al-Basislegierungen.
Um die Zylinder- und Bolzenlöcher 11 und 12 weist die
Metalldichtung 10 ausgedehnte Wülste 15 auf. Bei der
Herstellung wird die Metalldichtung 10 nach der Bildung der
Wülste mit einer Temperatur im Bereich von 350 bis 500°C
wärmebehandelt. Genauer gesagt, wird die Metalldichtung
vorzugsweise bei einer Temperatur im Bereich von 450 bis
500°C wärmebehandelt, wenn sie Cu oder Cu-Basislegierungen
enthält. Enthält sie dagegen Al oder Al-Basislegierungen,
wird sie vorzugsweise bei einer Temperatur im Bereich von
350 bis 500°C wärmebehandelt.
Allgemein besteht das Substrat aus Hartmetall, wie
rostfreiem Stahl, am besten aus hitzebeständigem
Federmetall. Ein Beispiel eines solchen hitzebeständigen
Federmetalls ist kaltgewalzter Federstahl, welcher neben Fe
0,4 bis 1,0 Gew.-% C und 0,1 bis 0,5 Gew.-% Si enthält.
Wenn nötig, kann wahlweise noch einer oder mehrere der
folgenden Bestandteile enthalten sein: 1,0 Gew.-% oder
weniger Mn, 1,5 Gew.-% oder weniger Cr und 0,5 Gew.-% oder
weniger V. Ein anderes Beispiel eines solchen Federmetalls
ist rostfreier Federstahl, welcher neben Fe 10 bis 20 Gew.-
% Cr enthält. Wenn nötig kann noch einer oder mehrere der
folgenden Bestandteile enthalten sein: 0,5 Gew.-% oder
weniger C, 1,0 Gew.-% oder weniger Si, 2,0 Gew.-% oder
weniger Mn, 12 Gew.-% oder weniger Ni und 2,0 Gew.-% oder
weniger Al. Ein anderes Beispiel eines solchen Federmetalls
ist hitzebeständiger Federstahl, welcher neben Fe 30 bis 46
Gew.-% Ni und 15 bis 25 Gew.-% Cr enthält. Wenn nötig kann
noch einer oder mehrere der folgenden Bestandteile
enthalten sein: 0,1 Gew.-% oder weniger C, 1,0 Gew.-% oder
weniger Si, 1,5 Gew.-% oder weniger Mn, 5,0 Gew.-% oder
weniger Mo, 3,0 Gew.-% oder weniger Cu, 1,0 Gew.-% oder
weniger Al und 1,5 Gew.-% oder weniger Ti. Ein weiteres
Beispiel eines solchen Federmetalls ist eine
hitzebeständige Ni-Basisfederlegierung, welche neben Ni 10
bis 25 Gew.-%Cr enthält. Wenn nötig kann noch einer oder
mehrere der folgenden Bestandteile enthalten sein: 30 Gew.-%
oder weniger Fe, 0,2 Gew.-% oder weniger C, 1,0 Gew.-%
oder weniger Si, 1,0 Gew.-% oder weniger Mn, 1,0 Gew.-%
oder weniger Cu, 2,0 Gew.-% oder weniger Al, 3,0 Gew.-%
oder weniger Ti und 1,5 Gew.-% oder weniger (Nb + Ta).
Der Herstellungsprozeß ist so ausgerichtet, daß die
endgültige Dicke des Substrats vorzugsweise in einem
Bereich von 0,10 bis 0,35 mm und die Endhärte vorzugsweise
bei HV 350 bis 500 (Vickershärte) liegt.
Die Deckschicht 14 besteht aus Cu, Cu-Basislegierungen, Al
oder Al-Basislegierungen. Ein Beispiel des Cu-Typs enthält
neben Cu einen oder mehrere der folgenden Bestandteile: 3,5
Gew.-% oder weniger Fe, 3,0 Gew.-% oder weniger Sn, 45
Gew.-% oder weniger Zn, 12 Gew.-% oder weniger Al, 2,0
Gew.-% oder weniger Mn, 35 Gew.-% oder weniger Ni und 0,5
Gew.-% oder weniger P. Ein Beispiel eines Al-Typs enthält
neben Al einen oder mehrere der folgenden Bestandteile: 1,2
Gew.-% oder weniger Si, 1,0 Gew.-% oder weniger Fe, 5,0
Gew.-% oder weniger Cu, 1,5 Gew.-% oder weniger Mn, 5,0
Gew.-% oder weniger Mg, 0,5 Gew.-% oder weniger Cr, 5,0
Gew.-% oder weniger Zn, 0,5 Gew.-% oder weniger Ti, 0,5
Gew.-% oder weniger V und 0,5 Gew.-% oder weniger Zr.
Die Metalldichtung 10 gemäß der Erfindung kann ferner noch
Zwischenschichten enthalten, welche zwischen dem Substrat
13 und den Deckschichten 14 gebildet sind. Solch eine
Zwischenschicht besteht aus Ni, wenn Cu oder eine Cu-
Basislegierung für die Deckschicht verwendet wird, und sie
besteht aus Cu, wenn Al oder eine Al-Basislegierung für die
Deckschicht verwendet wird.
Die Zwischenschicht kann z. B. durch Plattieren oder
durch galvanisches Überziehen auf das Substrat aufgebracht
werden. Das Vorhandensein von solchen Zwischenschichten
verhindert wirkungsvoll die Entstehung von brüchigen
intermetallischen Verbindungen zwischen dem Substrat und
den Deckschichten sowie die Ausbildung von Hohlräumen beim
Erhitzen und hilft, die Bindung zwischen dem Substrat und
den Deckschichten zu festigen.
Der Herstellungsprozeß ist so ausgerichtet, daß die
endgültige Dicke der Deckschicht vorzugsweise in einem
Bereich von 0,03 bis 0,15 mm liegt, und daß die Endhärte
vorzugsweise bei HV 60 (Vickershärte) oder weniger liegt.
Ein Beispiel des Herstellungsprozesses ist in Fig. 3
dargestellt, bei dem ein unverarbeitetes Substrat 13 von
einer Blechrolle 21 abgewickelt wird und unverarbeitete
Deckschichten 14 von Blechlagen 22 so genommen werden, daß
sie das unverarbeitete Substrat 13 von beiden Seiten
sandwichartig einschließen. Die unverarbeitete Sandwich-
Verbindung wird durch ein Paar Preßwalzen 23 plattiert.
Nach dem Plattieren wird sie in einer Druckvorrichtung 24
plastisch verformt, um die oben beschriebenen
Zylinderlöcher, Bolzenlöcher und ausgedehnten Wülste zu
erhalten. Danach wird die verformte Verbindung zu einem
Heizgerät 25 zur Wärmebehandlung weitergeleitet.
Um die Wirkung der Erfindung auf die Zugfestigkeit zu
bestätigen, wurde eine Reihe von Tests bei verschiedenen
Erwärmungstemperaturen durchgeführt, wobei ein Substrat von
0,2 mm Dicke aus SUS301H verwendet wurde. Die Erwärmung
wurde bei jeder Temperatur 30 min. lang durchgeführt.
Danach wurde die Zugfestigkeit des Substrats gemessen. Die
Ergebnisse sind in Fig. 4 aufgezeichnet, in welcher die
Erwärmungstemperatur auf der Abszisse und die Zugfestigkeit
auf der Ordinate aufgetragen ist. Die graphische
Darstellung zeigt deutlich, daß der Erwärmungstemperaturbereich,
welcher bei der Erfindung verwendet wurde, einen
bedeutenden Anstieg der Zugfestigkeit sicherstellt.
Ferner wurde eine Reihe verschiedener Tests durchgeführt,
um die Wirkung der Erfindung auf die Härte zu bestätigen.
In Fig. 5 ist die Erwärmungstemperatur auf der Abszisse und
die Härte auf der Ordinate aufgetragen. Die punktierte
Linie ist für eine Cu-Deckschicht und die strichpunktierte
Linie für eine Al-Deckschicht. Aus dem Diagramm geht
deutlich hervor, daß die Erwärmungstemperatur, die bei der
Erfindung angewendet wird, eine geringere Härtung der
Deckschichten beim Erwärmen gewährleistet.
Claims (19)
1. Verfahren zur Herstellung einer Metalldichtung, bei
dem auf ein Substrat aus Hartmetall beidseitig
Deckschichten aufgebracht werden, die aus Kupfer,
einer Legierung auf Basis von Kupfer, Aluminium oder
einer Legierung auf Basis von Aluminium bestehen,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Deckschichten nach der Aufbringung einer
Wärmebehandlung bei einer Temperatur im Bereich von
350 bis 500°C unterzogen werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Deckschichten aus Cu oder einer Cu-
Basislegierung bestehen und die Wärmebehandlung bei
einer Temperatur im Bereich von 450 bis 500°C
durchgeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Substrat aus hitzebeständigem Federmetall
besteht.
4. Verfahren nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß das hitzebeständige Federmetall kaltgewalzter
Federstahl ist, welcher neben Fe 0,4 bis 1,0 Gew.-% C
und 0,1 bis 0,5 Gew.-% Si enthält.
5. Verfahren nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß der kaltgewalzte Federstahl ferner noch einen oder
mehrere der folgenden Bestandteile enthält: 1,0 Gew.-%
oder weniger Mn, 1,5 Gew.-% oder weniger Cr und 0,5
Gew.-% oder weniger V.
6. Verfahren nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß das hitzebeständige Federmetall rostfreier
Federstahl ist, welcher neben Fe 10 bis 20 Gew.-% Cr
enthält.
7. Verfahren nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß der rostfreie Federstahl ferner noch einen oder
mehrere der folgenden Bestandteile enthält: 0,5 Gew.-%
oder weniger C, 1,0 Gew.-% oder weniger Si, 2,0 Gew.-%
oder weniger Mn, 12 Gew.-% oder weniger Ni und 2,0
Gew.-% oder weniger Al.
8. Verfahren nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß das hitzebeständige Federmetall hitzebeständiger
Federstahl ist, welcher neben Fe 30 bis 46 Gew.-% Ni
und 15 bis 25 Gew.-% Cr enthält.
9. Verfahren nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß der hitzebeständige Federstahl ferner noch einen
oder mehrere der folgenden Bestandteile enthält: 0,1
Gew.-% oder weniger C, 1,0 Gew.-% oder weniger Si, 1,5
Gew.-% oder weniger Mn, 5,0 Gew.-% oder weniger Mo,
3,0 Gew.-% oder weniger Cu, 1,0 Gew.-% oder weniger Al
und 1,5 Gew.-% oder weniger Ti.
10. Verfahren nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß das hitzebeständige Federmetall eine
hitzebeständige Ni-Basisfederlegierung ist, welche
neben Ni 10 bis 25 Gew.-% Cr enthält.
11. Verfahren nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß die hitzebeständige Ni-Basisfederlegierung ferner
noch einen oder mehrere der folgenden Bestandteile
enthält: 30 Gew.-% oder weniger Fe, 0,2 Gew.-% oder
weniger C, 1,0 Gew.-% oder weniger Si, 1,0 Gew.-% oder
weniger Mn, 1,0 Gew.-% oder weniger Cu, 2,0 Gew.-%
oder weniger Al, 3,0 Gew.-% oder weniger Ti und 1,5
Gew.-% oder weniger (Nb+Ta).
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Deckschichten aus einer Cu-Basislegierung
bestehen, welche neben Cu einen oder mehrere der
folgenden Bestandteile enthält: 3,5 Gew.-% oder
weniger Fe, 3,0 Gew.-% oder weniger Sn, 45 Gew.-% oder
weniger Zn, 12 Gew.-% oder weniger Al, 2,0 Gew.-% oder
weniger Mn, 35 Gew.-% oder weniger Ni und 0,5 Gew.-%
oder weniger P.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 3-11,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Deckschichten aus einer Al-Basislegierung
bestehen, welche neben Al einen oder mehrere der
folgenden Bestandteile enthalten: 1,2 Gew.-% oder
weniger Si, 1,0 Gew.-% oder weniger Fe, 5,0 Gew.-%
oder weniger Cu, 1,5 Gew.-% oder weniger Mn, 5,0 Gew.-
% oder weniger Mg, 0,5 Gew.-% oder weniger Cr, 5,0
Gew.-% oder weniger Zn, 0,5 Gew.-% oder weniger Ti,
0,5 Gew.-% oder weniger V und 0,5 Gew.-% oder weniger
Zr.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13,
dadurch gekennzeichnet,
daß zwischen dem Substrat und den
Deckschichten Zwischenschichten angeordnet werden.
15. Verfahren nach Anspruch 14,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Deckschichten aus Cu oder einer Cu-
Basislegierung bestehen und die Zwischenschichten aus
Ni.
16. Verfahren nach Anspruch 14,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Deckschichten aus Al oder einer Al-
Basislegierung bestehen und die Zwischenschichten aus
Cu.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Dicke des Substrats im Bereich von 0,10 bis
0,35 mm liegt.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Härte des Substrats bei Hv 350 bis 500
(Vickershärte) liegt.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Dicke jeder Deckschicht im Bereich von 0,03
bis 0,15 mm liegt.
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