DE3832434C2 - Stahlfeder mit hoher Festigkeit - Google Patents
Stahlfeder mit hoher FestigkeitInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Stahlfeder mit hoher Festigkeit,
die eine starke Ermüdungsbelastung aushält, sie betrifft
insbesondere eine Stahlfeder mit hoher Festigkeit, die als
Ventilfeder für eine Brennkraftmaschine (Verbrennungsmotor)
verwendet werden kann.
Unter den bisher bekannten Federn mit hoher Festigkeit wur
de eine Ventilfeder für eine Brennkraftmaschine (Verbren
nungsmotor) bisher aus einem Material, wie SWO-V (Feder
stahldraht gemäß JIS (Japanese Industrial Standard)
G 3561), SWOCV-V (Federstahldraht gemäß JIS G 3565) und
SWOSC-V (Federstahldraht gemäß JIS G 3566) hergestellt.
Zu diesem Zweck hat man kürzlich begonnen, solche aus
Super-SWOSC-V (nachstehend als SWOSC-V* bezeichnet) zu ver
wenden, die eine verbesserte Festigkeit aufweisen, die er
zielt wurde durch weitere Herabsetzung des Gehaltes an Ein
schlüssen in dem o.g. Material SWOSC-V.
Obgleich das Material SWOSC-V* in bezug auf die Festigkeit
beträchtlich verbessert ist gegenüber dem Material SWOSC-V,
weist es immer noch eine unzureichende Festigkeit auf, um
eine Ventilantriebskette bei der maximalen Betriebsgeschwin
digkeit und die Reibung in ausreichendem Maße zu verbessern,
um dadurch den gewünschten hohen Wirkungsgrad und einen
niedrigen Kraftstoffverbrauch des zugeordneten Motors zu er
zielen.
Man ist daher eifrig bemüht, eine neue Ventilfeder zu ent
wickeln, die kompakt in ihrer Größe ist, ein geringes Ge
wicht und eine hohe Festigkeit aufweist sowie eine stabile
Qualität besitzt und im Betrieb sehr zuverlässig ist.
Aus der DE 31 30 914 A1 ist bereits eine Stahlzusammenset
zung für Fahrzeugaufhängefedern bekannt, mit einem Gehalt an
0,5 bis 0,8% Kohlenstoff, 1,5 bis 2,5% Silicium, 0,5 bis
1,5% Mangan sowie einem oder mehreren Elementen, ausgewählt
aus einer Gruppe, bestehend aus 0,05 bis 0,5% Vanadium,
0,05 bis 0,5% Niob und 0,05 bis 0,5% Molybdän, Rest Eisen
und herstellungsbedingte Verunreinigungen. Ferner offenbart
diese Druckschrift, daß bei Gehalten an Vanadium, Niob und
Molybdän von mehr als 0,50 Gew.-% die Menge an in dem Auste
nit nicht gelöstem Legierungscarbid zunimmt und damit große
Aggregate erzeugt werden, die als nichtmetallische Ein
schlüsse wirken und zu einer Abnahme der Ermüdungsfestigkeit
des Stahles führen können.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine neue Feder
zur Verfügung zu stellen, die so belastbar ist, daß sie
besonders hohen Beanspruchungen gewachsen ist.
Diese Aufgabe wird bei einer hochfesten Feder mit folgender
Zusammensetzung (Gew.-%)
Kohlenstoff: | |
0,6 bis 0,7% | |
Silicium: | 1,2 bis 1,6% |
Mangan: | 0,5 bis 0,8% |
Chrom: | 0,5 bis 0,8% |
Vanadium: | 0,05 bis 0,2% |
Rest Eisen und herstellungsbedingte Verunreinigungen,
dadurch gelöst,
daß nichtmetallische Einschlüsse eine maximale Teilchengröße von 15 µm aufweisen,
daß die Feder in einem ihrer äußeren Oberfläche benachbarten Abschnitt einer Druckeigenspannung unterworfen ist, die ma ximal 833,85 bis 1079,1 N/mm² beträgt und
daß die Oberflächenrauhigkeit der Feder 5 bis 15 µm beträgt.
daß nichtmetallische Einschlüsse eine maximale Teilchengröße von 15 µm aufweisen,
daß die Feder in einem ihrer äußeren Oberfläche benachbarten Abschnitt einer Druckeigenspannung unterworfen ist, die ma ximal 833,85 bis 1079,1 N/mm² beträgt und
daß die Oberflächenrauhigkeit der Feder 5 bis 15 µm beträgt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung be
steht die Stahlfeder aus einem Stahldraht, dessen Einschnü
rung wenigstens 40% beträgt.
Die Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die bei
liegende Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 ein Diagramm, in dem das experimentelle Ergebnis
der Beziehung zwischen der maximalen Korngröße
oder Teilchengröße der in einem Federmaterial ent
haltenen nichtmetallischen Einschlüsse und der
Ermüdungsgrenze des Federmaterials dargestellt ist.
Die Einflüsse der jeweiligen Legierungselemente und die
Gründe für die Begrenzung der Mengen der jeweiligen Ele
mente sind nachstehend beschrieben.
In der nachstehenden Beschreibung sind die Mengen
der jeweiligen Elemente in dem Federmaterial jeweils in
Gew.-% angegeben.
Kohlenstoff ist ein unerläßliches Element, um einer Feder
Festigkeit zu verleihen. Wenn der Kohlenstoffgehalt unter
0,6% liegt, kann keine ausreichende Festigkeit erzielt
werden. Wenn der Kohlenstoffgehalt andererseits 0,7% über
steigt, ist die Zähigkeit vermindert, wodurch die Produk
tivität beeinträchtigt wird. Aus diesem Grunde beträgt der
geeignete Bereich des Kohlenstoffgehaltes 0,6 bis 0,7%.
Silicium ist ein Element mit einem verhältnismäßig niedri
gen Preis und damit kann die Ferrit-Festigkeit wirksam er
höht werden und gleichzeitig werden die Abstände zwischen
den benachbarten Carbiden nach einem Öltemperprozeß verrin
gert, um dadurch die Beständigkeit der Feder gegen blei
bende Verformung zu verbessern. Wenn jedoch der Siliciumge
halt unter 1,2% liegt, kann kein ausreichender Effekt er
zielt werden, wenn er andererseits 1,6% übersteigt, wird
dadurch nicht nur die Zähigkeit der Feder verringert, son
dern es wird auch die Decarburierung gefördert, die eine Ur
sache für die Bildung von nichtmetallischen Einschlüssen
während der Stahlherstellungsverfahren ist, und dadurch
werden die Festigkeit und die Zuverlässigkeit vermindert.
Aus diesem Grunde liegt ein geeigneter Siliciumbereich bei
1,2 bis 1,6%.
Mangan ist ein Element, das wirksam ist in bezug auf die Fi
xierung von Schwefel, um dadurch dadurch verursachte Schäden
zu verhindern, und das auch wirksam ist in bezug auf die
Desoxidation. Wenn jedoch der Mangangehalt unter 0,5%
liegt, ist seine Wirksamkeit unzureichend. Wenn er anderer
seits 0,8% übersteigt, nimmt die Härtbarkeit zu, so daß
die Kristallform des Federmaterials während des Warm
walzens dazu neigt, in Bainit oder Martensit überzugehen,
wodurch die Zähigkeit und die Leichtigkeit und Stabilität
der Produktion vermindert werden. Aus diesem Grunde liegt
ein geeigneter Manganbereich bei 0,5 bis 0,8%.
Chrom ist ein Element, das dem Federmaterial Zähigkeit ver
leiht, wenn es nach dem Warmwalzen einer Glättungs-
Behandlung unterzogen wird, und das die Beständigkeit gegen
Weichwerden beim Tempern erhöht bei Durchführung einer Öltemperbehandlung,
um dadurch eine hohe Festigkeit zu erzielen.
Chrom ist ferner wirksam zur Herabsetzung der Kohlenstoffak
tivität und zur Verhinderung der Decarburierung bei der
Wärmebehandlung. Wenn jedoch der Chromgehalt unter 0,5%
liegt, ist seine Wirksamkeit zu gering. Wenn er anderer
seits 0,8% übersteigt, wird nicht nur die Beständigkeit gegen blei
bende Verformung vermindert, sondern auch die Härtbarkeit
wird übermäßig stark erhöht, wodurch die Zähigkeit herab
gesetzt wird. Aus diesem Grunde liegt ein geeigneter Be
reich für den Chromgehalt bei 0,5 bis 0,8%.
Vanadium ist ein Element, das besonders wirksam ist in bezug
auf die Verbesserung der Be
ständigkeit gegen bleibende Verformung und in bezug auf die Verhinde
rung der Decarburierung ähnlich wie Chrom. Außerdem weist
es eine beträchtliche Wirksamkeit auf in bezug auf die
Verfeinerung des Korns und in bezug auf die Erhöhung der
Zähigkeit des Federmaterials, um dadurch die Zuverlässig
keit zu erhöhen. Wenn sein Gehalt unter 0,05% liegt, ist
die Wirksamkeit unzureichend. Wenn andererseits sein Gehalt
0,2% übersteigt, werden die Kosten zu hoch und die Handha
bung bei der Herstellung wird schwierig. Aus diesem Grunde
liegt ein geeigneter Bereich des Gehaltes an Vanadium bei
0,05 bis 0,2%.
Der Grund für die Beschränkung der Größe der nichtmetalli
schen Einschlüsse auf einen Wert 15 µm ist folgender:
Im Vergleich zu dem bekannten Material SWOSC-V weist der Stahl, der zur Herstellung der erfindungsgemäßen Feder mit hoher Festigkeit verwendet wird, einen erhöhten Gehalt an Kohlenstoff auf und er ist zusätzlich mit einem oder mehre ren der Elemente V, Mo, Nb und Ta versetzt, um dadurch die Festigkeit zu erhöhen. Deshalb ist die Kerbempfindlichkeit erhöht und wenn Einschlüsse mit einer großen Teilchengröße in dem Material enthalten sind, ist die Ermüdungsfestigkeit auch vermindert. Aus diesem Grunde ist es zur Erzielung ei ner Feder mit hoher Festigkeit und hoher Zuverlässigkeit unerläßlich, die Teilchengröße der nichtmetallischen Ein schlüsse zu spezifizieren. Aufgrund verschiedener Unter suchungen wurde gefunden, daß dann, wenn es möglich ist, die Teilchengröße der nichtmetallischen Einschlüsse auf einen Wert unter 0,15 µm einzustellen, der Gehalt an den nichtmetallischen Einschlüssen entsprechend vermindert wer den kann, wodurch die Abnahme der Ermüdungsfestigkeit unter dem Einfluß der nichtmetallischen Einschlüsse geringer sein kann. Aus diesem Grunde ist es erwünscht, daß die maximale Teilchengröße der nichtmetallischen Einschlüsse auf 15 µm beschränkt ist.
Im Vergleich zu dem bekannten Material SWOSC-V weist der Stahl, der zur Herstellung der erfindungsgemäßen Feder mit hoher Festigkeit verwendet wird, einen erhöhten Gehalt an Kohlenstoff auf und er ist zusätzlich mit einem oder mehre ren der Elemente V, Mo, Nb und Ta versetzt, um dadurch die Festigkeit zu erhöhen. Deshalb ist die Kerbempfindlichkeit erhöht und wenn Einschlüsse mit einer großen Teilchengröße in dem Material enthalten sind, ist die Ermüdungsfestigkeit auch vermindert. Aus diesem Grunde ist es zur Erzielung ei ner Feder mit hoher Festigkeit und hoher Zuverlässigkeit unerläßlich, die Teilchengröße der nichtmetallischen Ein schlüsse zu spezifizieren. Aufgrund verschiedener Unter suchungen wurde gefunden, daß dann, wenn es möglich ist, die Teilchengröße der nichtmetallischen Einschlüsse auf einen Wert unter 0,15 µm einzustellen, der Gehalt an den nichtmetallischen Einschlüssen entsprechend vermindert wer den kann, wodurch die Abnahme der Ermüdungsfestigkeit unter dem Einfluß der nichtmetallischen Einschlüsse geringer sein kann. Aus diesem Grunde ist es erwünscht, daß die maximale Teilchengröße der nichtmetallischen Einschlüsse auf 15 µm beschränkt ist.
Obgleich die erfindungsgemäße Feder mit hoher Festigkeit
aus einem Stahl mit der vorstehend angegebenen Zusammen
setzung und der vorstehend angegebenen Art besteht, bei
der die Teilchengröße der nichtmetallischen Einschlüsse
in dem Stahl auf die vorstehend beschriebene Weise be
schränkt ist, kann dadurch noch nicht die gewünschte hohe
Festigkeit erzielt werden, und sie muß einem Stahlsandstrahlen
(Shot Peening) oder dgl. unterzogen werden, um die
gewünschte Druckeigenspannung
in dem Abschnitt benachbart zu ihrer äußeren Oberfläche an
zulegen. Da die erfindungsgemäße Feder mit hoher Festigkeit
außerdem eine hohe Kerbempfindlichkeit aufweist, nimmt
trotz des Anlegens der Druckeigenspan
nung die Ermüdungsfestigkeit
mit steigender Oberflächenrauheit ab.
Daher sind in der erfindungsgemäßen Feder mit hoher Festig
keit die nachstehend angegebenen Beschränkungen in bezug auf
die Oberflächenrauheit und die Druckeigenspannung in dem Ab
schnitt der Feder benachbart zu ihrer äußeren Oberfläche er
forderlich.
Der Grund für die Beschränkung in bezug auf die maximale
Druckeigenspannung in dem Abschnitt der Feder benachbart
zu ihrer äußeren Oberfläche, die innerhalb des Bereiches
von 833,85 bis 1079,1 N/mm² liegen muß,
ist folgender:
Die Druckeigenspannung in dem Abschnitt der Feder benach bart zu ihrer äußeren Oberfläche hat einen beträchtlichen Einfluß auf die Erhöhung der Ermüdungsfestigkeit. Wenn je doch die maximale Druckeigenspannung an der äußeren Ober fläche und benachbart zur äußeren Oberfläche weniger als 833,85 N/mm² beträgt, wird eine ausgeprägte Erhöhung der Er müdungsfestigkeit nicht erzielt. Aus diesem Grunde muß an die Feder eine maximale Druckeigenspannung angelegt werden, die 833,85 N/mm² ist, durch Anwendung eines Stahlsandstrahlverfahrens oder dgl. Wenn jedoch die maximale Druckeigen spannung 1079,1 N/mm² übersteigt, wird dadurch nicht nur die Herstellung erschwert, sondern es wird auch die Zuverlässig keit der Federbetriebseigenschaften vermindert. Außerdem wird auch die Oberflächenrauheit, wie nachstehend beschrieben, vermindert, wodurch die Ermüdungsfestigkeit in nachteiliger Weise herabgesetzt wird. Aus diesem Grunde liegt ein geeigne ter Bereich für die maximale Druckeigenspannung benachbart zur äußeren Oberfläche der Feder bei 833,85 bis 1079,1 N/mm².
Die Druckeigenspannung in dem Abschnitt der Feder benach bart zu ihrer äußeren Oberfläche hat einen beträchtlichen Einfluß auf die Erhöhung der Ermüdungsfestigkeit. Wenn je doch die maximale Druckeigenspannung an der äußeren Ober fläche und benachbart zur äußeren Oberfläche weniger als 833,85 N/mm² beträgt, wird eine ausgeprägte Erhöhung der Er müdungsfestigkeit nicht erzielt. Aus diesem Grunde muß an die Feder eine maximale Druckeigenspannung angelegt werden, die 833,85 N/mm² ist, durch Anwendung eines Stahlsandstrahlverfahrens oder dgl. Wenn jedoch die maximale Druckeigen spannung 1079,1 N/mm² übersteigt, wird dadurch nicht nur die Herstellung erschwert, sondern es wird auch die Zuverlässig keit der Federbetriebseigenschaften vermindert. Außerdem wird auch die Oberflächenrauheit, wie nachstehend beschrieben, vermindert, wodurch die Ermüdungsfestigkeit in nachteiliger Weise herabgesetzt wird. Aus diesem Grunde liegt ein geeigne ter Bereich für die maximale Druckeigenspannung benachbart zur äußeren Oberfläche der Feder bei 833,85 bis 1079,1 N/mm².
Der Grund für die Beschränkung der Oberflächenrauheit Rmax
auf einen Wert von 5 bis 115 µm ist folgender:
Die Glättung der Oberfläche der Feder, d. h. die Erzielung einer geringen Oberflächenrauheit ist von beträchtlicher Wirksamkeit in bezug auf die Erhöhung der Ermüdungsfestig keit der erfindungsgemäßen Feder mit hoher Festigkeit. Wenn die Oberflächenrauheit Rmax 15 µm übersteigt, ist eine deutliche Abnahme der Ermüdungsfestigkeit feststellbar. Aus diesem Grunde ist eine geeignete Oberflächenrauheit Rmax 15 µm. Bei einer Oberflächenrauheit Rmax von weniger als 5 µm kann die Ermüdungsfestigkeit nur sehr wenig anstei gen, dadurch wird jedoch die Erzielung einer einheitlichen und stabilen Produktion erschwert. Im Hinblick auf die Mas senproduktivität liegt ein geeigneter Bereich für die maxi male Oberflächenrauheit Rmax bei 5 bis 15 µm.
Die Glättung der Oberfläche der Feder, d. h. die Erzielung einer geringen Oberflächenrauheit ist von beträchtlicher Wirksamkeit in bezug auf die Erhöhung der Ermüdungsfestig keit der erfindungsgemäßen Feder mit hoher Festigkeit. Wenn die Oberflächenrauheit Rmax 15 µm übersteigt, ist eine deutliche Abnahme der Ermüdungsfestigkeit feststellbar. Aus diesem Grunde ist eine geeignete Oberflächenrauheit Rmax 15 µm. Bei einer Oberflächenrauheit Rmax von weniger als 5 µm kann die Ermüdungsfestigkeit nur sehr wenig anstei gen, dadurch wird jedoch die Erzielung einer einheitlichen und stabilen Produktion erschwert. Im Hinblick auf die Mas senproduktivität liegt ein geeigneter Bereich für die maxi male Oberflächenrauheit Rmax bei 5 bis 15 µm.
Obgleich die erfindungsgemäße Feder mit hoher Festigkeit
besonders gut geeignet ist als Ventilfeder für eine Brenn
kraftmaschine (Verbrennungsmotor) und in einem solchen Fal
le in Form einer Spiralfeder vorliegt, ist die Erfindung
keineswegs darauf beschränkt und die erfindungsgemäße Feder
mit hoher Festigkeit kann auch eine beliebige andere Form
als die einer Spiralfeder haben.
Die Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf Spiral
federn für Brennkraftmaschinen (Verbrennungsmotoren) anhand
von erfindungsgemäßen Beispielen zusammen mit Vergleichsbei
spielen als Stand der Technik näher erläutert, ohne jedoch
darauf beschränkt zu sein.
In der folgenden Tabelle I sind 2 erfindungsgemäße Beispiele
A und C und zwei Vergleichsbeispiele F und G ange
geben, die jeweils aus den in der Tabelle I genannten Stählen
stehen. Bei den Stählen handelt es sich um Öltemper-Drähte,
aus denen Ventilfedern hergestellt werden, um ihre jeweiligen
Haltbarkeiten zu testen durch Messung ihrer mechanischen
Eigenschaften bei Raumtemperatur und ihre Ermüdungseigen
schaften bei Raumtemperatur. Die Materialien SWOSC-V und SWOSC-V*
dienen in der Tabelle als Vergleichsmaterialien.
Zuerst wurden Drähte mit einem Durchmesser von 4 mm mit den
Zusammensetzungen der Beispiele A, und C und der Ver
gleichsbeispiele F und G, wie sie in der Tabelle I angegeben
sind, hergestellt und es wurden Versuche durchgeführt, um ih
re Zugfestigkeiten σB (kgf/mm²) und die Einschnürung
RA (%), wenn eine Öltemperung unter variieren
den Bedingungen durchgeführt wird, zu bestimmen.
Der Federdraht mit einer höheren Zugfestigkeit ist vorteil
hafter, wenn er als Ventilfeder verwendet wird. Normalerwei
se nimmt mit steigender Zugfestigkeit die Abnahme der Quer
schnittsfläche RA ab, wodurch die Kaltwickeleigenschaften
verschlechtert werden. Außerdem ist es im
Falle der Herstellung einer Ventilfeder aus einem Federdraht
mit einem typischen Durchmesser von 4 mm im Hinblick auf die
Produktivität erwünscht, daß die Abnahme der Querschnittsflä
che RA 40% beträgt.
Die Experimente wurden mit den erfindungsgemäßen Beispielen
und mit den Vergleichsbeispielen durchgeführt, um die maxi
malen Zugfestigkeiten zu bestimmen, wenn RA = 40%.
Maximale Zugfestigkeiten der verschiedenen Öltemper-Drähte, wenn RA = 40% | |
Typ | |
Zugfestigkeit [N/mm²] | |
Bsp. A | |
2050 | |
Bsp. C | 2099 |
Vgl.-Bsp. F | 1933 |
Vgl.-Bsp. G | 1952 |
Wie aus den in der Tabelle II angegebenen Ergebnissen hervor
geht, ist es mit allen erfindungsgemäßen Beispielen A
und C möglich, eine hohe Festigkeit zu erzielen, die für
die Verwendung als Ventilfeder geeignet ist.
Jeder der Öltemperdrähte, welche die in der Tabelle II ange
gebenen maximalen Zugfestigkeiten bei RA = 40% aufwiesen,
wurde zu einer Spiralfeder mit einer Federkonstante (K) von
58,86 N/mm² geformt und danach, je nach
Bedarf, einem zweistufigen Stahlsandstrahlen unterworfen.
Nach dieser Behandlung
wiesen die erfindungsgemäßen Beispiele A, und C und
die Vergleichsbeispiele F und G jeweils eine maximale Druck
eigenspannung von 931,95 + 9,8 N/mm² und
eine maximale Oberflä
chenrauheit Rmax von 10 ± 1 µm auf. Im Falle der Vergleichs
beispiele F und G war es jedoch nur möglich, die maximale
Druckeigenspannung auf bis zu 784,8
bis 804,42 N/mm² unter der
Bedingung zu erhöhen, daß die Oberflächenrauheit Rmax bei
10 ± 1 µm gehalten wurde, weshalb die Vergleichsbeispiele
F und G so hergestellt wurden, daß die maximale Druckei
genspannung 794,61 ± 9,8 N/mm² betrug.
Die Beispiele und Vergleichsbeispiele wurden Versuche unter
zogen unter Verwendung einer Federtestvorrichtung unter der
Bedingung, daß die angelegte durchschnittliche Spannung bei
637,65 N/mm² konstant gehalten wurde und die
Spannung mit va
riierender Amplitude wiederholt bis zu 10⁷mal angelegt wur
de, um die Ermüdungsgrenze zu bestimmen, die ermittelt wird
durch die maximale Spannungsamplitude, die keinen Bruch der
Ventilfeder hervorruft. Das erzielte Versuchsergebnis ist in
der folgenden Tabelle III angegeben.
Spannung an der Ermüdungsgrenze | |
Typ | |
Spannung an der Ermüdungsgrenze [N/mm²] | |
Bsp. A | |
615 | |
Bsp. C | 623 |
Vgl.-Bsp. F | 473 |
Vgl.-Bsp. G | 530 |
Wie aus der Tabelle III hervorgeht, sind die Ermüdungs
grenzen der erfindungsgemäßen Beispiele A und C alle
höher als diejenigen der Vergleichsbeispiele F und G.
Mit dem erfindungsgemäßen Beispiel C wurden Versuche durchge
führt, um festzustellen, wie die Größe der nichtmetallischen
Einschlüsse die Ermüdungsgrenze beeinflußt.
Wie oben angegeben wurden Federdrähte, die jeweils in mehre
ren unabhängigen Chargen so hergestellt wurden, daß sie die
Zusammensetzung gemäß dem erfindungsgemäßen Beispiel C hatten,
zu einer Spirale geformt mit einer Federkonstante von
58,86 N/mm² und dann wurden sie unter Anwendung
eines Stahlsandstrahl-
Verfahrens oder dgl. behandelt, so daß sie eine ma
ximale Druckeigenspannung von 931,95 ± 9,8
N/mm² und eine Ober
flächenrauheit Rmax von 10 ± 1 µm aufwiesen, wobei sie auf
diese Weise zu Ventilfedern geformt wurden, die dann unter
Verwendung einer Federtestvorrichtung auf ähnliche Weise wie
vorstehend beschrieben getestet wurden, um die Ermüdungs
grenze zu bestimmen. Nach diesem Test wurden die nichtme
tallischen Einschlüsse im Bruchabschnitt oder in der Nähe
des Bruchabschnittes der Ventilfeder unter Verwendung eines
Mikroskops betrachtet, um so die maximale Teilchengröße der
nichtmetallischen Einschlüsse festzustellen. Die Beziehung
zwischen der maximalen Teilchengröße der nichtmetallischen
Einschlüsse und der Ermüdungsgrenze ist in der Fig. 1 dar
gestellt.
Wie aus den in der Fig. 1 dargestellten Versuchsergebnissen
hervorgeht, wurde eine Herabsetzung der Ermüdungsgrenze kaum festgestellt,
wenn die Teilchengröße der nichtmetallischen Einschlüsse
kleiner als 15 µm war. Wenn jedoch die Größe der nichtme
tallischen Einschlüsse 15 µm überstieg, wurde festgestellt,
daß eine beträchtliche Herabsetzung und Streuung der Ermü
dungsgrenze auftrat.
Es wurden Ventilfedern gemäß dem erfindungsgemäßen Beispiel
C und gemäß dem Vergleichsbeispiel G, die für einen 2,0-l-
Benzinmotor bestimmt waren, mit dem gleichen Sicherheitsfak
tor hergestellt und in den Motor eingebaut, um die kriti
sche Motorgeschwindigkeit zu ermitteln, bei der ein Ventil
pumpen nicht auftritt. Das ermittelte Versuchsergebnis ist
in der Tabelle IV dargestellt.
Vergleich der kritischen Motorgeschwindigkeit | |
Typ | |
Kritische Motorgeschwindigkeit [U/min] | |
Bsp. C | |
6820 | |
Vgl.-Bsp. G | 6390 |
Aus der Tabelle IV geht hervor, daß das erfindungsgemäße Bei
spiel C die Erhöhung der kritischen Motorgeschwindigkeit um
430 U/min ermöglicht im Vergleich zu derjenigen des Vergleichs
beispiels G aufgrund des Einflusses der verminderten trägen
Masse und der erhöhten natürlichen Frequenz.
Aus den vorstehenden Angaben geht hervor, daß die erfindungs
gemäße Ventilfeder eine hohe Ermüdungsfestigkeit, verglichen
mit einer Ventilfeder gemäß Stand der Technik, aufweist, wo
durch es möglich ist, die kritische Motorgeschwindigkeit zu
erhöhen. Daraus geht ferner hervor, daß selbst dann, wenn
die kritische Motorgeschwindigkeit als konstant festgestellt
wird, die maximale Ventilstößelbelastung herabgesetzt werden
kann, wodurch es möglich ist, die Reibung der Ventilkette
und dadurch den Kraftstoffverbrauch zu vermindern.
Daraus geht ferner hervor, daß die erfindungsgemäße Ventilfe
der verbessert ist in bezug auf die Wärmebeständigkeit und in
bezug auf die bleibenden Verformungseigenschaften, so
daß es möglich ist, den Sicherheitsfaktor zu erhöhen, wenn
sie mit dem gleichen Aufbaustandard hergestellt wird, wodurch
die Zuverlässigkeit des Produkts erhöht werden kann.
Claims (2)
1. Hochfeste Stahlfeder mit folgender Zusammensetzung
(Gew.-%):
Kohlenstoff:|0,6 bis 0,7
Silicium: 1,2 bis 1,6
Mangan: 0,5 bis 0,8
Chrom: 0,5 bis 0,8
Vanadium: 0,05 bis 0,2
Rest Eisen und herstellungsbedingte Verunreinigungen,dadurch gekennzeichnet,
daß nichtmetallische Einschlüsse eine maximale Teilchen größe von 15 µm aufweisen,
daß die Feder in einem ihrer äußeren Oberfläche benach barten Abschnitt einer Druckeigenspannung unterworfen ist, die maximal 833,85 bis 1079,1 N/mm² beträgt und
daß die Oberflächenrauhigkeit der Feder 5 bis 15 µm beträgt.
daß nichtmetallische Einschlüsse eine maximale Teilchen größe von 15 µm aufweisen,
daß die Feder in einem ihrer äußeren Oberfläche benach barten Abschnitt einer Druckeigenspannung unterworfen ist, die maximal 833,85 bis 1079,1 N/mm² beträgt und
daß die Oberflächenrauhigkeit der Feder 5 bis 15 µm beträgt.
2. Stahlfeder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
sie aus einem Stahldraht besteht, dessen Einschnürung
wenigstens 40% beträgt.
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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---|---|
DE3832434A1 DE3832434A1 (de) | 1989-04-20 |
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Family Applications (1)
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