DE69005402T2 - Verfahren zur Infiltration eines rohrförmigen Elements. - Google Patents

Verfahren zur Infiltration eines rohrförmigen Elements.

Info

Publication number
DE69005402T2
DE69005402T2 DE90202199T DE69005402T DE69005402T2 DE 69005402 T2 DE69005402 T2 DE 69005402T2 DE 90202199 T DE90202199 T DE 90202199T DE 69005402 T DE69005402 T DE 69005402T DE 69005402 T2 DE69005402 T2 DE 69005402T2
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
copper
tubular element
bore
infiltrate
valve guide
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
DE90202199T
Other languages
English (en)
Other versions
DE69005402D1 (de
Inventor
Andrew Robert Baker
Charles Grant Purnell
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Federal Mogul Coventry Ltd
Original Assignee
Brico Engineering Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Brico Engineering Ltd filed Critical Brico Engineering Ltd
Publication of DE69005402D1 publication Critical patent/DE69005402D1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE69005402T2 publication Critical patent/DE69005402T2/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01LCYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L3/00Lift-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
    • F01L3/08Valves guides; Sealing of valve stem, e.g. sealing by lubricant
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/24After-treatment of workpieces or articles
    • B22F3/26Impregnating
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C33/00Making ferrous alloys
    • C22C33/02Making ferrous alloys by powder metallurgy
    • C22C33/0242Making ferrous alloys by powder metallurgy using the impregnating technique
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10STECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S148/00Metal treatment
    • Y10S148/902Metal treatment having portions of differing metallurgical properties or characteristics
    • Y10S148/909Tube
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10TTECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00Metal working
    • Y10T29/49Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49229Prime mover or fluid pump making
    • Y10T29/49298Poppet or I.C. engine valve or valve seat making
    • Y10T29/493Valve guide making
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10TTECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/12All metal or with adjacent metals
    • Y10T428/12486Laterally noncoextensive components [e.g., embedded, etc.]

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)
  • Valve-Gear Or Valve Arrangements (AREA)
  • Magnetically Actuated Valves (AREA)
  • Valve Device For Special Equipments (AREA)
  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
  • Electrical Discharge Machining, Electrochemical Machining, And Combined Machining (AREA)

Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Infiltration eines rohrförmigen Elementes mit einer Bohrung und einem relativ großen Schlankheitsgrad, z.B. einer Ventilführung für einen Verbrennungsmotor (vgl. GB-A-780 073).
  • Ventilführungen stützen und führen die Bewegung von Tellerventilen und laufen unter Bedingungen marginaler Schmierung auf dem zusammenwirkenden Ventilschaft. Durch den Kontakt mit heißen Verbrennungsabgasen kann der Ventilschaft sehr hohe Temperaturen annehmen. Deshalb ist für das Material der Ventilführung eine gute Wärmeleitfähigkeit erforderlich, um Wärme an den umgebenden Zylinderkopf abzuleiten und die Maximaltemperatur in der Ventilführungsbohrung zu minimieren. Eine zu hohe Temperatur in der Ventilführungsbohrung kann zu thermischem Aufweichen führen.
  • Ventilschäfte werden im allgemeinen aus blanken oder aus chrombeschichteten Stahllegierungen hergestellt. Im Fall von Einlaßventilen aus blankem Stahl können diese aus martensitischem Stahl bestehen, z.B. einem solchen mit 9 Gew.-% Chrom und 4 Gew.-% Silicium (SlLCHROME-Handelsmarke); im Fall von Auslaßventilen können diese aus austenitischem Stahl mit hohem Chromanteil bestehen, z.B. 21:4N. Deshalb ist es notwendig, daß die Ventilführungsbohrung eine ihr inhärente Schmierfähigkeit besitzt. Ferner ist es nötig, daß eine solche Schmierfähigkeit über eine merkliche Tiefe von der Ventilführungsbohrung (in deren Herstellzustand) aus erhalten bleibt, da es bei Motorenherstellern üblich ist, beim Zusammenbau des Motors den Bohrungsdurchmesser im allgemeinen zwischen 0,25 und 2 mm durch Reiben zu vergrößern. Dieses letztere Erfordernis macht auch eine gute Bearbeitbarkeit wünschenswert, um eine gute Steuerung der Abmessungen, eine vorhersehbare Cberflächenqualität und eine geringe Werkzeugabnutzung zu erreichen.
  • Eine weitere wünschenswerte Eigenschaft von Materialien für Ventilführungen ist die einer relativ hohe Härte, um ein gutes Zusammenwirken mit dem Ventilschaft zu gewährleisten. Eine solche Härte kann durch Einlagern oder Erzeugen von harten, abriebfesten Phasen in der Materialmikrostruktur erreicht werden.
  • Die Verwendung von Grauguß für Ventilführungen über die Geschichte des Automobils hinaus erfolgte wegen der Kombination von guter Wärmeleitfähigkeit (35 - 60 W/m/ºK, abhängig von Legierung und Temperatur), bemerkenswert hoher Härte aufgrund von Perlit und Steadit als Bestandteilen der Mikrostrukturen und der Schmierfähigkeit sowie einer guten Bearbeitbarkeit, die durch den Graphit in der Mikrostruktur erreicht wird.
  • Unter anderen Vollmaterialien beim Gebrauch für Ventilführungen können leicht spanbares Tellur-Kupfer für bei tiefen Temperaturen arbeitende Einlaßführungen und härtere, hochfeste Messingarten zur Anwendung bei Auslaßführungen genannt werden. Bei diesen wird die exzellente Wärmeleitfähigkeit (etwa 250 W/m/ºK bzw. 100 W/m/ºK) und die gute Bearbeitbarkeit durch geringe Schmierfähigkeit, relativ geringe Härte und niedrige Aufweichtemperaturen aufgehoben, was zusammengenommen zu Abrieb bei Gebrauch und zu vorzeitiger Abnutzung führen kann.
  • Auf pulvermetallurgischem (PM) Weg hergestellte Ventilführungen sind wohlbekannt. Beispiele für solche Führungen sind in Poroshkovaya Mettalurgiya Nr. 3 (147), p. 93-96, März 1975, von Pozdnyak u.a. und in der US-PS 4 344 795 von Endo u.a beschrieben. Wegen der Natur der Metallzusammensetzungen, die für PM Ventilführungen eingesetzt werden, liegt die Wärmeleitfähigkeit tendenziell niedriger, nämlich kleiner als 30 W/m/ºK. Die Bearbeitbarkeit von Ventilführungen aus PM Materialien kann schlecht sein und die Ergebnisse der Bearbeitung können durch Dichteänderungen in der Führung noch verschlechtert werden, was zu einer unregelmäßigen Steuerung der Abmessungen und des Zustands der bearbeiteten Bohrungsfläche führen kann.
  • Bei gebräuchlichen PM-Ventilführungen erfordert der mit diesen zusammenwirkende Ventilschaft üblicherweise eine chrombeschichtete Oberfläche wegen der relativ abrasiven Natur des Materials der Ventilführungen.
  • Ein gebräuchliches Mittel zur Verbesserung der Leitfähigkeit von PM-Legierungen und zur Schaffung einer gleichmäßigeren Beschaffenheit des Materials besteht darin, die PM- Bestandteile mit Kupfer oder auf Kupfer basierenden Legierungen zu infiltrieren. Eine solche Infiltration ist z.B. bei Ventilsitzeinsätzen bekannt, wobei das Kupfer auch die Bearbeitbarkeit des Bauteils unterstutzt
  • Trotzdem gibt es erhebliche Probleme beim Infiltrieren von langen rohrförmigen PM- Elementen. Wegen der Geometrie der Ventilführung würde es nicht möglich sein, ein solches Bauteil durch die gängigen Techniken zu infiltrieren, bei denen im allgemeinen ein PM-Preßling aus Kupfer oder einer Kupferlegierung oben auf eine Außenseite des zu infiltrierenden Elementes aufgebracht wird. Aufgrund von Stabilitäts- und Stützproblemen wäre es wirtschaftlich nicht möglich, eine Ventilführung auf eines ihrer Enden aufzustellen und einen Kupferpreßling darüber und darunter anzubringen; die Lohn- und Aufspannkosten stünden dem bei einem solchen Element entgegen. Der einzig verläßliche Weg ein rohrförmiges Element mit einem großen Schlankheitsgrad, wie eine Ventilführung, zu infiltrieren, wäre das Einbringen des Kupferinfiltrats in die Bohrung des Elementes. Dies hat wiederum schwerwiegende wirtschaftliche Folgen, da das Gewicht des Kupferbauteils sehr genau an das Porositätsvolumen in dem zu infiltrierenden eisenhaltigen PM-Element angepaßt werden muß. Es wäre nicht wirtschaftlich, z.B. Kupferstäbe maschinell zu bearbeiten, selbst wenn dies technisch möglich wäre, und noch weniger wirtschaftlich, Kupferrohre zu bearbeiten, um das genaue Gewicht des Infiltrats zu erreichen. Die Herstellung gezogener Rohre aus Kupfer oder Kupferlegierungen mit einer Wandstärke, die für Ventilführungen in Automobilen geeignet ist, ist übermäßig teuer.
  • Wenn das Gewicht des Kupferinfiltrats nicht innerhalb relativ enger Grenzen im Vergleich zum Gewicht des zu infiltrierenden Elementes liegt, können einige ungünstige Effekte auftreten. Überschüssiges Kupfer kann zum Zusammenschweißen benachbarter Elemente führen; Überschußmaterial auf dem Element muß durch Bearbeitung entfernt werden, was wiederum wirtschaftliche Folgen hat. Falls nicht genügend Kupferinfiltrat vorhanden ist, kann dies zu einer nicht vollständigen Infiltration führen, die eine nachteilige Auswirkung auf die Funktion der Führung im Betrieb haben und auch Probleme bei der Bearbeitung aufwerfen kann.
  • Wir haben nun ein Infiltrationsverfahren für ein rohrförmiges Element bzw. Bauteil mit einem relativ großen Schlankheitsgrad gefunden, bei dem das Gewicht des Infiltrats leicht zu steuern ist.
  • Nach einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Infiltration eines rohrförmigen Elementes mit einer Bohrung und einem relativ großen Schlankheitsgrad vorgestellt, das die folgenden Schritte umfaßt: Herstellung eines rohrförmigen Elementes aus eisenhaltigem Material auf pulvermetallurgischem Weg, wobei das Element eine Dichte, die innerhalb eines gewünschten Dichtebereiches liegt, und auch eine damit verbundene Porosität aufweist, Herstellung einer Folie eines gewünschten Gewichtes aus Kupfer oder einer Kupferlegierung, Überführung derselben in eine im wesentlichen zylindrische Form mit einem Außendurchmesser derart, daß sie in die Bohrung des rohrförmigen Elementes paßt, und Aussetzen des rohrförmigen Elements und der eingepaßten zylindrischen Folie einer Wärmebehandlung bei einer Temperatur, bei der das Kupfer oder die Kupferlegierung schmilzt und zumindest den an die Bohrung angrenzenden Bereich des rohrförmigen Elements infiltriert.
  • Ein "relativ großer Schlankheitsgrad" bedeutet in dieser Beschreibung ein Verhältnis von Länge zum Außendurchmesser größer als etwa 1,5.
  • Die Wärmebehandlung kann vorzugsweise ein gleichzeitiger Sinter- und Infiltrationsvorgang sein oder das rohrförmige Bauteil kann einem vorhergehenden Sintervorgang ausgesetzt worden sein.
  • Für größere Abmessungen des rohrförmigen Bauteils kann es wirtschaftlich sein, ein Rohr aus Kupfer oder einer Kupferlegierung als Infiltrat in der Bohrung zu verwenden.
  • Die Folie kann, falls gewünscht, z.B. durch Punktschweißen, Nahtschweißen, Löten oder Verlappen der gerollten Bahn, in ein Rohr überführt werden. Dies kann z.B. Vorteile hinsichtlich der Handhabbarkeit der gerollten Bahn und eines leichten Zusammenbaus zu einem rohrförmigen Element bringen.
  • Ein Vorteil des Verfahrens nach der vorliegenden Erfindung liegt darin, daß das Gewicht des Infiltrats leicht steuerbar ist. Die Kupferbahn muß nur bei einer gegebenen bestimmten Dicke und Breite des Materials auf Länge geschnitten werden; das Gewicht des Infiltrats kann, falls notwendig, z.B. so gesteuert werden, daß nur der Bereich, der an die Ventilführungsbohrung angrenzt, inflltriert wird. Die natürliche Elastizität des Kupferinfiltratwerkstoffs kann bei dessen Entspannung in der Bohrung des PM-Bauteils dafür sorgen, daß der Infiltratwerkstoff vor der Infiltration an seinem Platz gehalten wird, wodurch die Handhabung vereinfacht wird.
  • Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß herkömmliches, frei erhältliches Kupfer als Infiftrat verwendet werden kann, da ein geringer Abrieb in der Bohrung des eisenhaltigen PM-Bauteils nicht wichtig ist, weil dieser beim Einbau in den Zylinderkopf eines Verbrennungsmotors auf jeden Fall maschinell entfernt wird.
  • Ein noch andererVorteil der gleichzeitigen Infiltration liegt darin, daß wir herausgefunden haben, daß das Infiltrat, insbesondere wenn es Zinn enthält, die Bildung von Karbiden zwischen der eisenhaltigen Matrix und dem freien, zugemischten Graphit hemmt. Dies führt zu einer Mikrostruktur in der gesinterten Führung, in der freies Graphit nicht nur in der Matrix vorliegt, sondern auch in dem in den Poren enthaltenen Infiltrat, mit vorteilhaften Auswirkungen auf die Trage- und damit Verschleißeigenschaften. Da die Bildung von Karbiden gehemmt wird, wird folglich die Bearbeitbarkeit der Ventilführung ebenialls verbessert.
  • Falls eine gerollte Bahn benutzt wird, um den Körper des Infiltrats zu bilden, kann die Zusammensetzung, falls gewünscht, so eingestellt werden, daß die Erosion der Bohrung minimiert und/oder die Gleit- und Verschleißeigenschaften der infiltrierten Oberfläche verbessert werden. Praktisch ausgedrückt übertrifft die Anzahl von Legierungen, aus denen eine Bahn wirtschaftlich hergestellt werden kann, bei weitem diejenige, aus denen Rohre wirtschaftlich angefertigt werden können.
  • Ein besonders vorteilhafter Werkstoff zur Herstellung des Infiltrats ist eine Zinn-Bronze- Legierung mit einer Zusammensetzung, die in folgendem Bereich (ausgedrückt in Gewichtsprozenten) liegt: 2 bis 11 Sn; 0,02 bis 0,5 P; als Rest Kupfer.
  • Weniger als 2% Zinn führen zu einer Erstarrungstemperatur, die zu hoch ist, um einer Erosion der Führungsbohrung während der Infiltration zu widerstehen, da die Festkörperlöslichkeit von Kupfer in Eisen in diesem Zusammensetzungsbereich stark temperaturabhängig ist. Die Löslichkeit von Eisen in Kupfer beträgt am Schmelzpunkt von Kupfer 4%, während sie bei 1000º C 2,6% beträgt. Wird die Führungsbohrung um den unteren Grenzwert von etwa 0,25 mm oder um den Wert nahe bei diesem aufgerieben, besteht die Möglichkeit, daß die Oberfläche nicht geglättet wird, wenn die Erosion während der Infiltration zu groß ist. Darüber hinaus verschlechtern sich die Trageeigenschaften von Zinnbronzen bei niedrigen Zinnanteilen.
  • Bei Zinnanteilen von mehr als 11% ist die Erstarrungstemperatur zu niedrig, was dazu führen kann, daß die eisenhaltige Matrix zu wenig effektiv gesintert wird, bevor das Infiltrat schmilzt. Auch wird die Fließfähigkeit des Infiltrats zu groß für dessen vollständige Aufnahme in der Matrix der Führung, was zur Ausbildung von Infiltrat-Anklumpungen am Außendurchmesser führt.
  • Der Zinnanteil im Infiltrat trägt auch dazu bei, die Bildung von Karbid während des Sinterns zu vermeiden.
  • Die Phosphoranteile entsprechen denen, die üblicherweise bei Zinnbronzen für Desoxydationsanwendungen eingesetzt werden.
  • 5 Ein weiterer Vorteil der Verwendung von Kupfer oder einer Kupferlegierung zur Infiltration liegt darin, daß die Betriebstemperatur der Ventilführung durch die verbesserte Leitfähigkeit der Matrix nachhaltig reduziert wird. Die Anwendung von Infiltration läßt es zu, daß sich die Leitfähigkeit der infiltrierten Ventilführung der einer konventionellen Gußeisenventilführung, die über 50 W/mºK betragen kann, nähert. Die Leitfähigkeit von bekannten, nicht infiltrierten eisenhaltigen PM-Ventilführungswerkstoffen ist in aller Regel kleiner als etwa 20 bis 30 W/m/ºK
  • Zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung werden nun nur zur Erläuterung Beispiele unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben, die eine schematische Darstellung einer Ventilführung vor dem Sintervorgng zeigt. die in ihrer Bohrung einen gerollten Infiltrateinsatz aus einer Kupfer- oder einer Kupferlegierungs Folie aufweist.
  • Die Zeichnung stellt eine Ventilführung 10 dar, die eine sich über ihre gesamte Länge erstreckende innere Bohrung 12 aufweist. Innerhalb der Bohrung befindet sich ein Teil aus einer Folie aus einer Kupferlegierung, das zu einem Rohr 14 zusammengerollt ist und überlappende Enden 16 und 18 aufweist. Die natürliche Elastizität des Materials erlaubt es, daß das zusammengerollte Rohr 14 in der Bohrung während der Handhabungen vor dem Sintern und Infiltrieren gehalten wird.
  • Beispiel 1
  • Eine Pulvermischung, die aus hochverdichtbarem Eisen, 0,9 Gew.-% Graphit, 4 Gew.-% 300-mesh-Kupfer, 0,5% Gew.-% eines festen Schmiermittels und 0,5% Gew.-% eines flüchtigen Schmiermittels besteht, wurde bei einem Preßdruck von etwa 600 MPa in zylindrische Rohre mit einer Länge von 43,5 mm, einem Innendurchmesser von 6,25 mm, und einem Außendurchmesservon 12,85 mm gepreßt.
  • Ein Zähkupferstreifen einer Dicke von 0,55 mm, zugeschnitten auf eine Breite von 17,7 mm, wurde zu einem rohrförmigen Abschnitt von 6,25 mm Nominaldurchmesser gerollt.
  • Das Rohr wurde in Längen von 43,5 mm abgeschnitten, die in die oben beschriebenen rohrförmigen Grünlinge eingebracht wurden.
  • Zum Vergleich wurden im Handel erhältliche Infiltratpulver auf Kupferbasis zur Füllung der Bohrung anderer von den rohrförmigen Grünlingen, wie sie oben beschrieben sind, eingesetzt und die auf Kupfer basierende Pulvermasse in der Bohrung durch Feststampfen gehalten.
  • Die rohrförmigen Rohlinge werden sodann in einer Wasserstoff- und Stickstoff- Atmosphäre bei 1100ºC über 30 Minuten kurz gesintert.
  • Eine Untersuchung der gesinterten Rohlinge zeigte, daß die Infiltration der Rohlinge, welche den gerollten Kupferstreifen enthielten, vollständig war. Schliffbilder zeigten einen maximalen Volumenanteil der Kupferphase an der Bohrung mit einer gewissen Abnahme in Richtung auf den Außendurchmesser hin. Es gab keine Rückstände an der Bohrung und die maximale Erosionstiefe der Stahlmatrix an der Bohrung wurde mit 0,3 mm gemessen.
  • Im Gegensatz dazu wiesen die Rohlinge, die mit Infiltratpulver bestückt waren, verschüttetes Überschußpulver auf; schwerwiegender war aber, daß große kugelförmige Kupferpartikel und poröse Infiltratrückstände an der Bohrung des gesinterten Rohlings anhafteten und ein direktes Aufreiben der Bohrungsoberfläche verhinderten.
  • Das Aufreiben gesinterter Rohlinge, welche die gerollten Kupferstreifen enthielten, wurde ausgeführt mit einer Sechs-Nut-Reibahle, ohne vorhergehende Reinigung der Bohrung. Der Zustand der aufgeriebenen Oberfläche mit etwa 1,0um mittlerer Rauhigkeitstiefe (Ra) wurde zur Anwendung bei Ventilführungen als geeignet erachtet. Die aufgeriebene Bohrung zeigte eine vemachlässigbare Relaxation über ihre Länge.
  • Beispiel 2
  • Rohrförmige Bauteile mit einer Nennlänge von 51 mm, einem Innendurchmesser von 6,2 mm und einem Außendurchmesser von 11 mm wurden aus einem auf Eisen basierenden Pulver, das in Gewichtsprozenten ausgedrückt eine Zusammensetzung in folgendem Bereich aufwies: C 1,5-2,5/Cu 3-6/Sn 0,3-0,7/P 0,2-0,5/Mn 0,1-0,5/S 0,05-0,25/andere maximal 2/als Rest Fe, zu einer Dichte von 6,9 Mg/cm³ verpreßt.
  • Folien aus der British Standard-Phosphor-Bronze-legierung Pb102, mit einer Nominalzusammensetzung von Cu-5Sn-0,3P und einer Dicke von 0,3 mm, wurden durch Rollen auf eine zylindrische Form gebracht, um eng anliegend in die Bohrung der Grünlinge zu passen, sodann auf Länge zugeschnitten und in die Bohrungen der Ventilführungsrohlinge eingesetzt.
  • Die Sätze Ventilführungsrohling/lnfiltratfolie wurden gemeinsam gesintert und in einer Stickstoff/Wasserstoff-Atmosphäre infiltriert, wobei der Kohlenstoffanteil gesteuert wurde, um die Entkohlung der Grundlegierung während der Zeiten und bei den Temperaturen, die für effektives Sintern und Infiltrieren der Ventilführungsrohlinge notwendig sind, zu vermeiden.
  • Die gesinterten und infiltrierten Rohlinge wiesen Dichten von mehr als 7,2 Mg/m³ und Härtewerte über 90HRB auf. Die Mikrostrukturen zeigten eine gut infiltrierte Struktur mit groben Karbiden, feinen eutektischen Phosphiden und einem erhöhten Anteil von freiem Graphit verglichen mit der nicht infiltrierten Legierung. Es lag freies Graphit sowohl in der Matrixstruktur, als auch in den Bereichen des Kupferinfiltrats vor.
  • Proben dieser Führungen wurden auf einen Innendurchmesser von 8,0 mm aufgerieben. Dazu wurde eine Zwei-Nut-Tieflochreibahle eingesetzt, die bei der abgeriebenen Oberfläche zu einer Rauhheit von 1,6 um Ra führte. Eine auf diese Art ausgeriebene Führung wurde auf einem Prüfstand zur Simulation des bei der Gleitbewegung zwischen Ventilschaft und Ventilführung auftretenden Verschleißes einem Verschleißtest unterzogen. Bei diesem Test rieb der Innendurchmesser der Ventilführung bei einer Frequenz von 1500 Takten pro Minute, einer Temperatur von 150º C und mit einer quer zur Achse Führung/Schaft angelegten Last von 8,0 kg periodisch gegen den Ventilschaft. Der Test wurde mit einer gegen einen Schaft aus blankem, unbeschichtetem Silchrome- Stahl (Handelsmarke) reibenden Ventilführung durchgeführt. Die Ventiltführung überstand die maximale Testdauer von 1800 Minuten ohne Auftreten von Reibverschleiß oder Abnutzung, ein Ergebnis, das von keinem anderen getesteten pulvermetallurgischen Ventilführungswerkstoff oder von üblicherweise verwendeten Ventilführungsgußwerkstoffen erreicht wurde. Dieser Test zeigt die verbesserten Verschleißwiderstandseigenschaften der infiltrierten Führung.
  • In weiteren Tests wurden auf diese Weise aufgeriebene Führungen über die gleiche Dauer, bei einer Frequenz von 750 Zyklen pro Minute und bei Raumtemperatur wieder mit einer quer angelegten Last von 8,0 kg untersucht, dieses Mal jedoch gegen Schäfte aus blankem, unbeschichteten 21:4N Stahl. Wiederum überstanden diese Führungen den Test ohne Hinweis auf Reibverschleiß oder Abnutzung. Zum Vergleich ergab sich bei üblicherweise eingesetzten, hochfesten Messingführungen, die dem gleichen Test unterzogen wurden, ab einer Testdauer von 500 bis 600 Minuten ein zunehmender Reibverschleiß.
  • In allen diesen Tests wurde als einzige Schmierung ein anfänglicher Überzug von Maschinenöl auf dem Schaftwerkstoff vor Ausführung der Tests eingesetzt, dessen Dicke dadurch ausgebildet wurde, daß der Schaft bei freiem Ablauf eine Stunde lang senkrecht aufgestellt wurde.

Claims (7)

1. Verfahren zur Infiltration eines rohrförmigen Elementes mit einer Bohrung und einem relativ großen Schlankheitsgrad, das den Schritt der Herstellung eines rohrförmigen Elementes (10) aus eisenhaltigem Material auf pulvermetallurgischem Weg umfaßt, wobei das Element (10) eine Dichte, die innerhalb eines gewünschten Dichtebereiches liegt, und auch eine damit verbundene Porosität aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Folie eines gewünschten Gewichtes aus Kupfer oder einer Kupferlegierung hergestellt wird, diese in eine im wesentlichen zylindrische Form (14) überführt wird mit einem Außendurchmesser derart, daß sie in die Bohrung des rohrenförmigen Elementes paßt, und daß das rohrförmige Element und die eingepaßte zylindrische Folie einer Wärmebehandlung bei einer Temperatur ausgesetzt werden, bei der das Kupfer oder die Kupferlegierung schmilzt und zumindest den an die Bohrung angrenzenden Bereich des rohrförmigen Elements infiltriert.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in eine zylindrische Form gebrachte Folie durch eine Technik, die aus der Schweißen, Löten und Verlappen umfassenden Gruppe ausgewählt ist, zu einem Rohr gemacht wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmebehandlung eine gleichzeitige Sinter- und Infiltrierbehandlung ist.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das rohrförmige Element einer Sinterbehandlung vor der Wärmebehandlung zum Schmelzen und Infiltrieren unterzogen wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Folie aus einer Phosphor-Bronze-Legierung gefertigt ist, deren Zusammensetzung, in Gewichtsprozenten ausgedrückt, in folgenden Bereichen liegt: 2 bis 11% Zinn, 0,02 bis 0,5% Phosphor, als Rest Kupfer.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Infiltratfolie eine nominelle Zusammensetzung von 5% Sn, 0,3% P, als Rest Kupfer, aufweist.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das rohrförmige Element eine Ventilführung ist.
DE90202199T 1989-09-27 1990-08-14 Verfahren zur Infiltration eines rohrförmigen Elements. Expired - Fee Related DE69005402T2 (de)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
GB898921826A GB8921826D0 (en) 1989-09-27 1989-09-27 Valve guide

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE69005402D1 DE69005402D1 (de) 1994-02-03
DE69005402T2 true DE69005402T2 (de) 1994-05-11

Family

ID=10663695

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE90202199T Expired - Fee Related DE69005402T2 (de) 1989-09-27 1990-08-14 Verfahren zur Infiltration eines rohrförmigen Elements.

Country Status (8)

Country Link
US (2) US5041168A (de)
EP (1) EP0420309B1 (de)
JP (1) JPH0772284B2 (de)
AT (1) ATE99024T1 (de)
DE (1) DE69005402T2 (de)
ES (1) ES2047243T3 (de)
GB (2) GB8921826D0 (de)
RU (1) RU1836191C (de)

Families Citing this family (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5223345A (en) * 1989-11-02 1993-06-29 Reifenhauser Gmbh & Co. Maschinenfabrik Extruder housing for a double-worm extruder and method of making same
US5140956A (en) * 1991-08-13 1992-08-25 Gapan Holdings Pty Limited Valve guide relining sleeve
DE4211319C2 (de) * 1992-04-04 1995-06-08 Plansee Metallwerk Verfahren zur Herstellung von Sintereisen-Formteilen mit porenfreier Zone
GB9220181D0 (en) * 1992-09-24 1992-11-04 Brico Eng Sintered articles
US6167856B1 (en) 1992-11-12 2001-01-02 Ford Global Technologies, Inc. Low friction cam shaft
US5934236A (en) * 1992-11-12 1999-08-10 Ford Global Technologies, Inc. Low friction valve train
US6345440B1 (en) * 2000-07-21 2002-02-12 Ford Global Technologies, Inc. Methods for manufacturing multi-layer engine valve guides by thermal spray
GB2368348B (en) * 2000-08-31 2003-08-06 Hitachi Powdered Metals Material for valve guides
JP3908491B2 (ja) * 2001-08-03 2007-04-25 株式会社日立製作所 電子燃料噴射弁
US6599345B2 (en) * 2001-10-02 2003-07-29 Eaton Corporation Powder metal valve guide
US20080107558A1 (en) * 2004-02-04 2008-05-08 Gkn Sinter Metals, Inc. Sheet Material Infiltration of Powder Metal Parts
US20060032328A1 (en) * 2004-07-15 2006-02-16 Katsunao Chikahata Sintered valve guide and manufacturing method thereof
US7341093B2 (en) * 2005-02-11 2008-03-11 Llc 2 Holdings Limited, Llc Copper-based alloys and their use for infiltration of powder metal parts
US7311068B2 (en) * 2006-04-17 2007-12-25 Jason Stewart Jackson Poppet valve and engine using same
US7533641B1 (en) 2006-04-17 2009-05-19 Jason Stewart Jackson Poppet valve and engine using same
DE102017202585A1 (de) * 2016-02-17 2017-08-17 Mahle International Gmbh Brennkraftmaschine mit zumindest einem Zylinder und mit zumindest zwei Hohlkopfventilen

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR988929A (fr) * 1948-01-07 1951-09-03 Plansee Metallwerk Matériau pour coussinets
GB728427A (en) * 1952-08-08 1955-04-20 Gen Motors Corp Improvements relating to the metallic impregnation of porous metal
US2775024A (en) * 1953-05-29 1956-12-25 Thompson Prod Inc Powder metal multi-ring bushing
GB780073A (en) * 1954-06-23 1957-07-31 Birmingham Small Arms Co Ltd Improvements in or relating to valve-guides for internal combustion engines
US3808659A (en) * 1972-07-27 1974-05-07 Gen Signal Corp Bonded bronze-iron liners for steel cylinder barrel and method of making same
US4103662A (en) * 1976-09-02 1978-08-01 K-Line Industries, Inc. Insert for rebuilding valve guides
JPS5672154A (en) * 1979-11-15 1981-06-16 Hitachi Powdered Metals Co Ltd Sintered iron sliding member
GB2087929B (en) * 1980-11-19 1985-01-09 Brico Eng Sintered metal articles and their manufacture
JPH0235125B2 (ja) * 1983-05-02 1990-08-08 Mitsubishi Metal Corp Fekeishoketsuzairyosei2sobarubushiitonoseizoho
US4586967A (en) * 1984-04-02 1986-05-06 Olin Corporation Copper-tin alloys having improved wear properties
EP0167034B1 (de) * 1984-06-12 1988-09-14 Sumitomo Electric Industries Limited Ventilsitzring für Brennkraftmaschinen und ihr Produktionsverfahren
JPS6119703A (ja) * 1984-07-06 1986-01-28 Toyota Motor Corp 銅溶浸鉄系焼結体の製造方法
JPS61250151A (ja) * 1985-04-26 1986-11-07 Hitachi Metals Ltd バルブシ−トおよびその製造方法
US4767677A (en) * 1986-09-17 1988-08-30 Ndc Co., Ltd. Multi-layer cylindrical bearing
US4769071A (en) * 1987-08-21 1988-09-06 Scm Metal Products, Inc Two-step infiltration in a single furnace run
JPS6456851A (en) * 1987-08-27 1989-03-03 Nissan Motor Manufacture of ferrous sintered alloy having resistance to heat and wear

Also Published As

Publication number Publication date
JPH03153801A (ja) 1991-07-01
US5041168A (en) 1991-08-20
GB2236328A (en) 1991-04-03
GB8921826D0 (en) 1989-11-08
GB2236328B (en) 1993-06-09
ATE99024T1 (de) 1994-01-15
DE69005402D1 (de) 1994-02-03
RU1836191C (ru) 1993-08-23
EP0420309A1 (de) 1991-04-03
ES2047243T3 (es) 1994-02-16
US5062908A (en) 1991-11-05
GB9017918D0 (en) 1990-09-26
JPH0772284B2 (ja) 1995-08-02
EP0420309B1 (de) 1993-12-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE69005402T2 (de) Verfahren zur Infiltration eines rohrförmigen Elements.
DE2846122C2 (de) Sinterlegierung für die Herstellung von Gleitelementen für Motoren
DE69619146T2 (de) Metallischer gesinterter Verbundkörper
DE19715708B4 (de) Bei hoher Temperatur verschleißfeste Sinterlegierung
DE3327282C2 (de) Sinterlegierung für Ventilsitze
DE68926758T2 (de) Abriebfeste gesinterte Eisenlegierung, bestehend aus einer Dispersion von harten Legierungsteilchen und Verfahren zu ihrer Herstellung
DE3830447C2 (de) Sinterwerkstoff
DE102012018964B4 (de) Auf Eisen-Basis gesinterter Gleitkörper und Verfahren zu seiner Herstellung
EP0858519B1 (de) Verfahren zum herstellen einer gleitfläche auf einem metallischen werkstück
DE102014004450B4 (de) Eisenbasierte Sinterlegierung für ein Gleitelement und Herstellungsverfahren hierfür
DE19824310C1 (de) Gleitlager und Verfahren zu seiner Herstellung
DE19944522C2 (de) Herstellungsverfahren für ein gesintertes Kompositmaschinenbauteil mit einem inneren Teil und einem äußeren Teil
DE3048035A1 (de) Verschleissfeste sinterlegierung und verfahren zu deren herstellung
DE3744550C2 (de)
DE69404305T2 (de) Ventilsitzeinsatz
DE112017007202T5 (de) Verfahren zur Herstellung einer gesinterten Komponente
DE2831548C2 (de) Sintermetallkörper, Verfahren zu seiner Herstellung und seine Verwendung
EP0881958B1 (de) Werkstoff zur pulvermetallurgischen herstellung von formteilen, insbesondere von ventilsitzringen oder ventilführungen mit hoher verschleissfestigkeit
DE60300728T2 (de) Sinterlegierung auf Eisenbasis zur Verwendung als Ventilsitz
DE69503591T2 (de) Wärmebeständige, gesinterte Eisen-Legierung für einen Ventilsitz
DE19506340A1 (de) Gesinterte Eisenlegierung, die gegen Abrieb bei hoher Temperatur beständig ist und Verfahren zu ihrer Herstellung
DE3017310A1 (de) Verschleissfeste ferrosinterlegierung
DE4328612C2 (de) Gleitlager für ein Gehäuse aus einer leichten Legierung
EP3311008B1 (de) Ventilführung
EP1412112B1 (de) Vollmateriallager und verfahren zu seiner herstellung

Legal Events

Date Code Title Description
8364 No opposition during term of opposition
8339 Ceased/non-payment of the annual fee