DE69029074T2

DE69029074T2 - Verfahren zum Herstellen von Kipphebeln

Info

Publication number: DE69029074T2
Application number: DE1990629074
Authority: DE
Inventors: Makoto Kano; Osamu Kawamura; Teruo Takahashi; Ichiro Tanimoto
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd; Nippon Piston Ring Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd; Nippon Piston Ring Co Ltd
Priority date: 1989-09-08
Filing date: 1990-08-27
Publication date: 1997-04-03
Anticipated expiration: 2010-08-28
Also published as: EP0416418A3; EP0416418A2; JP2914634B2; DE69029074D1; JPH0397828A; EP0416418B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Kipphebels (Schwinghebels), der verwendbar ist als ein Element eines Ventilmechanismus in einem Automobil-Verbrennungsmotor.
Anti-Verschleißkipphebel, wie sie beschrieben sind in JP-A-Sho 63-303030 (& GB-A-2 205 108) sind herstellbar in einem Stück aus Gußeisen mit hohem Chromgehalt durch Gießen. Die Anti-Verschleißeigenschaft resultiert aus Carbiden mit hoher Härte, wie (Fe, Cr)&sub7;C&sub3; in der Matrix.
Der Patent Abstracts of Japan, JP-A 53-1122 (1978) betrifft Gußeisen mit hohem Kohlenstoff- und hohem Chromgehalt, wobei Gußeisen, bestehend aus 3,2 % C, 0,2 - 1,5 % Si, 0,2 - 1,5 % Mn, 15 - 20 % Cr, 1,0 - 3,0 % V, weiter enthaltend 0,3 - 3,0 % Mo und 0,3 - 3,0 % Ni geschmolzen wird und das resultierende geschmolzene Material mit 0,6 % Ca-Si geimpft wird.
DE-OS 27 38 379 betrifft ein Verfahren zum Scheiden eines Bades aus geschmolzenem Eisen und Stahl durch Eintragen eines Komposit-Plattiermaterials, enthaltend einen Kern aus beispielsweise auf Calcium basierenden Legierungen mit einer Hülle aus Eisen, in das geschmolzene Eisenund Stahlbad.
Fe-Cr-Komposit-Carbide mit hoher Härte neigen zur Ausbildung eines gerichteten Erstarrens, wobei nadelförmige Ausfällung direkt auf die Gußoberfläche auftritt. Wenn ein Kipphebel einen gleitenden Eingriff mit einem Nockenelement aufweist, schleifen die nadelförmigen Carbide die Gleitoberfläche des zugehörigen Nockenelements ab. Es ist bekannt, daß nadelförmige Carbide gerundet oder in Kugelform gebracht werden können, wenn Wolfram in einer Menge von mehr als 10 Gew.-% in das Gußeisen mit hohem Chromgehalt eingetragen wird. Es kann jedoch keine Lösung des Problems sein, da das Eintragen von mehr als 10 % Wolfram kostenintensiv ist und, was schlimmer ist, Wolframcarbide hervorbringt, die hochgradig hart und schleifend sind in bezug auf das Nockenelement.
Die Erfindung, wie sie beansprucht wird, soll das wie vorstehend beschriebene Problem lösen und hat die Aufgabe, ein Verfahren zur Herstellung eines Kipphebels bereitzustellen, der weniger schleifend auf das zugehörige Nockenelement wirkt. Dieses Problem wird gelöst durch das Verfahren, wie es im Anspruch definiert ist. Die Erfindung wurde erhalten als Ergebnis einer extensiven Forschung, die durchgeführt wurde aufgrund des Befundes, daß ein Zusatzmittel zur Behandlung von geschmolzenem Gußeisen mit hohem Chromgehalt wirksam ist, Fe-Cr- Komposit-Carbide in eine Kugelform zu bringen.
Gemäß der Erfindung wird ein Zusatzmittel auf der Basis von Ca-Si in einer Menge von 0,3 bis 0,6 Gew.-% in ein geschmolzenes Metall eingetragen in einem Verfahren zum Gießen eines Kipphebels in einem Stück aus Gußeisen mit hohem Chromgehalt.
Das Zusatzmittel auf Ca-Si-Basis enthält etwa 30 % Ca, etwa 60 % Si, und etwa 10 % an Verunreinigungen. Eines oder mehrere von Sr, Zr und Ce wird, werden dem Mittel zugefügt in einer Menge von 0,5 bis 5 Gew.-%.
Das Gußeisen mit hohem Chromgehalt umfaßt in Gew.-% C: 2,5 - 3,7 %, Si: 1,0 - 2,0 %, Mn: 0,5 - 1,0 %, Cr: 15 - 20 %, Ni: 0,3 - 0,7 %, P: nicht mehr als 0,3 %, S: nicht mehr als 1,0 %, und Fe und unvermeidbare Verunreinigungen: Rest. Das Gußeisen kann zusätzlich eines oder mehrere von W, Mo, Nb, Ta, Ti, und B enthalten, falls notwenig, in einer Menge von 3 bis 10 Gew.-%.
Wird das Zusatzmittel auf Ca-Si-Basis in das geschmolzene Metall nicht als ein Reduktionsmittel, sondern als ein kugelförmig-machendes Mittel eingetragen, so wird es eingetragen in einer Menge von nicht weniger als 0,3 Gew.-%. Die Menge von weniger als 0,3 % des Mittels ist unzureichend, um Carbid-Präzipitate abzurunden oder die Aufgabe der vorliegenden Erfindung zu lösen. Andererseits erhöht eine Menge von mehr als 0,6 % die Kosten ohne weitere Verbesserung der Rundung. Somit wird das Zusatzmittel in das geschmolzene Metall in einer Menge von 0,3 bis 0,6 Gew.-% eingetragen. Das Zusatzmittel auf Ca-Si-Basis zeigt eine moderate Reaktion, ist einfach handhabbar und trägt zu einer hohen Ausbeute bei.
Wenn solche Elemente wie Sr, Zr und Ce in das Zusatzmittel auf Ca-Si- Basis eingetragen werden, wird das Runden von Fe-Cr-Carbiden beschleunigt. Der Grund dafür liegt darin, daß diese Elemente nicht nur die Wirkung haben, das Nachlassen des Impfeffekts zu verlangsamen, sondern auch eine hohe Reduktion (Deoxidation) zu bewirken aufgrund der starken Affinität zu Sauerstoff. Werden diese Elemente jedoch in einer Menge von weniger als 0,5 Gew.-% eingetragen, so wird kein gewünschter Effekt erhalten, aber bei einer Menge von mehr als 5 Gew.-% wird keine weitere Verbesserung erwartet. Deshalb werden die Elemente eingetragen in einer Menge von 0,5 bis 5 Gew.-% in das Mittel.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Gießen eines Kipphebels in einem Stück aus Gußeisen mit hohem Chromgehalt ist dadurch gekennzeichnet, daß ein Zusatzmittel auf Ca-Si-Basis in das geschmolzene Metall eingetragen wird in einer Menge von 0,3 bis 0,6 Gew.-%. Das Zusatzmittel auf Ca-Si-Basis ist wirksam nicht nur zur Reduktion des geschmolzenen Metalls, sondern auch zum Kugelförmig-machen von Präzipitaten aus Fe- Cr-Carbid. Im Vergleich mit einem herkömmlichen Verfahren, bei dem das Zusatzmittel eingetragen wird als einzelnes Reduktionsmittel, um den Fe-Cr-Carbiden die Bildung von nadelförmigen Präzipitaten zu erlauben, kann gemäß dem Verfahren der Erfindung ein Typ eines Kipphebels hergestellt werden, der kugelförmige Präzipitate von Fe-Cr-Carbid aufweist. Dies führt zu Vorteilen, daß der Kipphebel die gleiche Abschleifwiderstandsfähigkeit aufweist, wie ein konventioneller Kipphebel, aber weniger aggressiv ist gegen die anderen Elemente, und daß das Nockenelement weniger abgenutzt wird, wenn es mit einem erfindungsgemäßen Kipphebel gekoppelt wird, als wenn es mit einem konventionellen Kipphebel gekoppelt würde.
Figs. 1 bis 3 sind photomikrographische Aufnahmen, die die Metallstruktur von Beispielen gemäß der vorliegenden Erfindung zeigen; und
Figs. 4 und 5 sind photomikrographische Aufnahmen die die Metallstruktur zu Vergleichen zeigen.
Die vorliegende Erfindung wird detailiert beschrieben mit den Probe- Kipphebeln, die aus Gußeisen mit hohem Chromgehalt hergestellt werden, wobei das geschmolzene Metall die folgende Zusammensetzung nach Gew.-% hat:
30 C: 3,50 %
Si: 1,50 %
Mn: 0,70 %
Ni: 0,50 %
Cr: 18,00 %
Mo: 1,00 %
W: 5,00 %
Fe: Rest
Beim Gießverfahren wurde das geschmolzene Metall jeder Probe mit dem individuellen Mittel behandelt, dessen Gehalt, Menge und eingetragene Elemente in Tabelle 1 angegeben sind. Jede Probe wurde gehärtet und getempert in gleicher Weise nach dem Gießen. Die Proben wurden klassifiziert in 7 Beispiele und 2 Vergleichsbeispiele auf der Basis der Zusammensetzung des Zusatzmittels. Beispiele und Vergleichsbeispiele außer Beispielen 1, 4, 5 und 7 wurden geätzt und photomikrographische Aufnahmen wie in Figs. 1 bis 5 dargestellt, wurden erhalten. Die photomikrographischen Aufnahmen zeigen weiße Carbidkörner, die verteilt sind in der schwarzen perlitischen Matrix. Jede photomikrographische Aufnahme wurde analysiert mittels eines Bildanalysators, wobei sowohl die realen als auch die umgebenden Flächen jedes Carbidkorns gemessen wurden, zur Berechnung des Verhältnisses des ersteren zum letzteren. Der durchschnittliche Wert der Verhältnisse zeigt die Rundheit oder Kugelförmigkeit jedes der Beispiele und Vergleichsbeispiele Die Werte der Kugelförmigkeit sind ebenfalls in Tabelle 1 angegeben. Tabelle 1
Wie aus Figs. 1 bis 3 ersichtlich ist, weisen die Beispiele Carbide in Form von kugelförmigen Körnern auf. Im Gegensatz dazu zeigen Figs. 4 und 5, daß Vergleichsbeispiele Carbide aufweisen in der Form von scharfen oder nadelförmigen Körnern. Dieser Unterschied in der Form der Carbide geht ebenso aus den Werten der Kugelförmigkeit in Tabelle 1 hervor. Beispiele zeigen Kugelförmigkeit von mehr als 42 %, während die Vergleichsbeispiele Kugelförmigkeiten von 28 % und 32 % zeigen. Es ist bekannt, daß bei einer Kugelförmigkeit eines Kipphebels von mehr als 40 % dieser nicht aggressiv ist in bezug auf das zugehörige Nockenelement, mit dem Ergebnis, daß die Verschleißfestigkeit des Nockenelements verbessert wird.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Kipphebels aus Gußeisen mit hohem Chromgehalt durch Gießen, wobei

ein Zusatzmittel auf Ca-Si-Basis, das etwa 30 % Ca, etwa 60 % Si und etwa 10 % an Verunreinigungen enthält, in einer Menge von 0,3 bis 0,6 Gew.-% in das geschmolzene Metall eingetragen wird, um Carbid-Präzipitate kugelförmig zu machen, und

mindestens eines von Si, Zr und Ce eingetragen wird in einer Menge von 0,5 bis 5,0 Gew.-% in das Zusatzmittel auf Ca-Si-Basis, und

das Gußeisen mit hohem Chromgehalt, auf das Gewicht bezogen, 2,5 bis 3,7 % C, 1,0 bis 2,0 % Si, 0,5 bis 1,0 % Mn, 15 bis 20 % Cr, 0,3 bis 0,7 % Ni, nicht mehr als 0,3 % P, nicht mehr als 1,0 % S, und wahlweise, auf das Gewicht bezogen, 3 bis 10 % von mindestens einem von W, Mo, Nb, Ta, Ti und B, der Rest Fe, abgesehen von Verunreinigungen umfaßt.