DE69602462T2

DE69602462T2 - Ventil-Sitz für einen Zylinderkopf und Verfahren zu ihrer Herstellung

Info

Publication number: DE69602462T2
Application number: DE69602462T
Authority: DE
Inventors: Shuhei Adachi; Junichi Inami
Original assignee: Yamaha Motor Co Ltd
Current assignee: Yamaha Motor Co Ltd
Priority date: 1995-01-23
Filing date: 1996-01-23
Publication date: 1999-09-16
Anticipated expiration: 2016-01-24
Also published as: DE69602462D1; US5742020A; EP0723069B1; EP0723069A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Ventilsitz für einen Zylinderkopf und ein Verfahren zu seiner Herstellung gemäß den Merkmalen des einleitenden Teils von Anspruch 1, und der JP- A-02196117. Im Zusammenhang mit Verbrennungsmotoren ist es üblich, für den Zylinderkopf leichte Gießlegierungen zu verwenden. Um die Widerstandsfähigkeit und die Lebensdauer während der Benutzung zu erhöhen, ist es üblich, einen ringförmigen Einsatz am Ende der Gaskanäle vorzusehen, welcher als Sitzfläche für das Ventil dient, das den Gasfluß durch den Gaskanal regelt. Es ist dabei überaus wichtig, daß das Einsatzstück im Zylinderkopf gut festsitzt. Allgemein ist es die übliche Praxis, daß der Ventilsitz mittels Preßpassung in den Zylinderkopf eingefügt wird. Obwohl solche Einpreßvorgänge normalerweise einen guten Anfangshalt besitzen, können im Laufe des Einsatzes des Motors Probleme auftreten, insbesondere aufgrund der Hitzebelastung, die sich aufgrund der Unterschiede im Ausdehnungsgrad zwischen dem Zylinderkopf und dem Ventilsitzeinsatz ergibt, und ebenso aufgrund der ursprünglichen Belastungen im Zylinderkopf und im Ventilsitzeinsatz, die bereits während des Einsetzens entstehen. Darüber hinaus muß, um den Ventilsitzeinsatz im Zylinderkopf sicher zu halten, eine Aussparung im Zylinderkopf vorgesehen werden, die groß genug ist, um so strukturelle Stärke aufweisen zu können, was jedoch einer Verkleinerung der Größe des Zylinderkopfes entgegensteht.
Wo ein Motor mit vielen Ventilen vorgesehen ist, verbleibt nur noch extrem wenig Zylinderkopfmaterial zwischen benachbarten Ventilsitzen, was die Gefahr des Brechens des Zylinderkopfes erhöht. Darüber hinaus kann die Verbindung zwischen dem Zylinderkopfmaterial und dem Ventilsitz auch während des Einsetzens oder während des laufenden Betriebs beschädigt werden.
Um die oben beschriebenen Probleme zu lösen, wurde eine Laserverkleidungstechnologie entwickelt (japanische offengelegte Patentanmeldung Nr. 62-150014 (1987), und Nr. 2-196117, (1990)), wobei ein Ventilsitzmaterial, das hitze-, abnutzungs- und korrosionsbeständig ist, mit einem Laserstrahl in eine Zylinderkopfeinheit eingeschweißt wird, um eine Überzugsschicht zu schaffen, die als Ventilsitz dient. Jedoch treten bei der beschriebenen Methode leicht Luftlöcher oder Lunker in der Nähe der Bindungsgrenzschicht auf, da das Material des Zylinderkopfes sowohl eines Schmelz- wie auch eines Verfestigungsprozesses unterzogen wird. Auch ist die Produktivität gering.
Demzufolge ist es das Ziel der Erfindung, einen verbesserten Ventilsitz für Zylinderkopfeinheiten der eingangs genannten Art mit einer erhöhten Verbindungsstärke zu bieten, die auch geeignet ist, die Größe des Ventilsitzbereichs zu reduzieren.
Diese Aufgabe wird für einen Ventilsitz der eingangs genannten Art erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Weiterhin ist es das Ziel der Erfindung, eine verbesserte Methode vorzugeben, um einen Ventilsitz in einer Zylinderkopfeinheit, wie oben dargelegt, herzustellen, und dabei die Verbindungsstärke zu erhöhen und gleichzeitig die Größe des Ventilsitzbereiches zu verkleinern.
Dieses Ziel der Erfindung wird durch das in Anspruch 6 angeführte Verfahren erreicht, wobei die Merkmale des einleitenden Teiles aus der US-A-50 60 374 bekannt sind.
Um die Verbindungsstärke weiter zu steigern, ist es vorteilhaft, daß zumindest auf der Zylinderkopfseite der Bindungsgrenzfläche eine Schicht plastischer Deformation ausgebildet wird. Durch das Ausbilden einer Schicht plastischer Verformung wird die Bindungsstärke zwischen dem Ventilsitz und der Zylinderkopfeinheit überraschend und unerwartet erhöht, trotz der Tatsache, daß keine Schicht permanenter Schmelzreaktion ausgebildet ist. Darüber hinaus kann der Bereich um den Ventilsitz in der Zylinderkopfeinheit verkleinert werden, wodurch ein kompakter Zylinderkopf entsteht, weil die Verbindung weder auf der Gestaltung der Ausnehmung noch der Gestaltung des Ventilsitzes basiert.
In dem oben beschriebenen Zylinderkopf mit verbundenem Ventilsitz wird der Ventilsitz typischerweise aus einer auf Fe basierenden, gesinterten Legierung hergestellt, und der Zylinderkopf wird typischerweise aus einer Aluminiumlegierung gefertigt. Weiterhin weist der Ventilsitz vorzugsweise Metalleinlagerungen (aus Cu) auf, die in der Lage sind, eine eutektische Legierung mit der Zylinderkopfeinheit zu bilden, so daß die Metalleinlagerungen und das Material der Zylinderkopfeinheit eine sogenannte Festkörperdiffusion durchmachen. Die Festkörperdiffusion kann zwischen dem Material des Ventilsitzes und dem Material der Zylinderkopfeinheit auch ohne die Metalleinlagerungen stattfinden. Jedoch, wenn die Metalleinlagerungen vorhanden sind, kann ein hoher Grad von Bindungsstärke erreicht werden. Obwohl zwischen den Metalleinlagerungen und dem Material der Zylinderkopfeinheit eine eutektische Legierung in geschmolzener Form gebildet werden kann, wird in diesem Fall interessanterweise die Legierung vollständig von der Bindungsgrenzfläche abgestoßen, und an der Bindungsgrenzfläche kann eine Bindung durch Festkörperdiffusion erreicht werden.
Weiterhin kann der Grad einer chemischen Komponente (wie Fe, Cu und Ni im Falle einer Zylinderkopfeinheit aus einer Aluminiumlegierung), die sich hauptsächlich in der Schicht plastischer Verformung befindet, im Bereich der Schicht plastischer Verformung im wesentlichen konstant gehalten werden, wobei sich diese Schicht von der Bindungsgrenzschicht vorzugsweise bis zu 10 um in senkrechter Richtung dazu erstreckt. Anschließend an diese Bindungsgrenzschicht ist normalerweise eine zwischenmetallische Mischschicht mit einer Dicke bis zu 10 um ausgebildet. Durch die Begrenzung der Dicke einer solchen intermetallischen Mischung kann die Bindungsstärke deutlich erhöht werden.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Im folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die verschiedenen Ausführungsformen im Zusammenhang mit den begleitenden Zeichnungen detaillierter erläutert. Hierbei zeigen:
Fig. 1 eine schematische Querschnittsteilansicht des Hauptteiles einer Ausführungsform eines Zylinderkopfes nach der Erfindung;
Fig. 2 eine Detailansicht eines Vertikalschnittes, die eine Ausführungsform des Ventilsitzes des in Fig. 1 abgebildeten Zylinderkopfes darstellt;
Fig. 3 eine Detailansicht eines Vertikalschnittes, die eine Ausführungsform während eines Verfahrensschrittes zur integrierten Herstellung einer Zylinderkopfeinheit und eines Ventilsitzes zeigt, bei der ein Sitzringteil auf die Zylinderkopfeinheit aufgesetzt wird;
Fig. 4 eine Detailansicht eines Vertikalschnittes, die eine Ausführungsform in einem Verfahrensschritt zur integrierten Herstellung einer Zylinderkopfeinheit und eines Ventilsitzes zeigt, in dem ein abschließender Schneidprozeß an der Zylinderkopfeinheit ausgeführt wird, welche mit dem Sitzringteil durch Festkörperdiffusion verbunden ist;
Fig. 5 eine schematische Detailansicht eines Vertikalschnitts, die eine Ausführungsform während eines Verfahrensschritts zur integralen Herstellung einer Zylinderkopfeinheit und eines Ventilsitzes zeigt, wobei der aus einem anderen Material als die Zylinderkopfeinheit hergestellte Ventilsitz integral mit der Bindungsgrenzschicht durch eine Deformationsschicht ausgebildet wird;
Fig. 6 eine schematische Detailansicht eines Vertikalschnitts, die eine Ausführungsform eines Verfahrensschrittes zur integralen Herstellung der Zylinderkopfeinheit und des Ventilsitzes zeigt, in der Elektrizität an das Sitzringteil angelegt wird, indem eine Elektrode an die Zylinderkopfeinheit entlang einer Führung gepreßt wird, und der Zylinderkopf in der Abfolge A, B und C behandelt wird;
Fig. 7 eine schematische Detailansicht eines Vertikalschnitts, die eine andere Ausführungsform einer Anordnung der Zylinderkopfeinheit und des Sitzringteiles entsprechend der Erfindung zeigt;
Fig. 8 eine schematische Detailansicht eines Vertikalschnittes, die eine weitere Ausführungsform einer Anordnung der Zylinderkopfeinheit und des Sitzringteiles entsprechend der Erfindung zeigt;
Fig. 9 ist eine schematische Detailansicht eines Vertikalschnitts, die noch eine andere Ausführungsform einer Anordnung der Zylinderkopfeinheit und des Sitzringteils entsprechend der Erfindung zeigt;
Fig. 10 ein schematisches Diagramm, das ein Beispiel der Bedingungen zeigt, während der die Elektrizität an das Sitzringteil durch Drücken einer Elektrode auf die Zylinderkopfeinheit entlang einer Führung angelegt wird;
Fig. 11 ein schematisches Diagramm, das ein anderes Beispiel der Bedienungen zeigt, während der Elektrizität durch Drücken einer Elektrode an die Zylinderkopfeinheit entlang einer Führung an das Sitzringteil angelegt wird;
Fig. 12 eine vergrößerte schematische Teilschnittansicht, die die Struktur der Grenzschicht zeigt, in welcher eine Schicht plastischer Deformation auf der Zylinderkopfeinheit ausgebildet ist, und der Grad spezifischer chemischer Verbindungen in der Nähe der Bindungsgrenzschicht verändert wird;
Fig. 13 eine schematische Detailansicht eines Vertikalschnitts, der den mit X in Fig. 12 gekennzeichneten Bereich vergrößert darstellt;
Fig. 14 eine schematische Grafik, die die Beziehung zwischen der Bindungsstärke und der Dicke einer zwischenmetallischen Verbindung zeigt;
Fig. 15 eine schematische Detailansicht eines Vertikalschnittes, die die Struktur der Bindungsgrenzschicht zeigt, in der eine Schicht plastischer Deformation und eine zwischenmetallische Verbindung ausgebildet sind;
Fig. 16 eine schematische Detailansicht eines Vertikalschnitts, die die Struktur der Bindungsgrenzschicht zeigt, in der Schichten plastischer Deformation auf beiden Seiten der Bindungsgrenzschicht ausgebildet sind, und der Grad der spezifischen chemischen Verbindungen in der Nähe der Bindungsgrenzschicht verändert ist;
Fig. 17 eine schematische Querschnittsteilansicht, die den in Fig. 16 mit X bezeichneten Bereich vergrößert darstellt;
Fig. 18 eine schematische Detailansicht eines Vertikalhalbschnitts, die eine Ausführungsform des Schrittes zeigt, bei dem ein Ventilsitzteil auf einer Zylinderkopfeinheit plaziert wird;
Fig. 19 eine schematische Detailansicht eines Vertikalhalbschnittes, die eine Ausführungsform des Schrittes zeigt, bei dem der Ventilsitz gegen die Zylinderkopfeinheit gedrückt wird;
Fig. 20 ist eine schematische Detailansicht eines Vertikalhalbschnittes, die eine Ausführungsform des Schrittes zeigt, bei der Spannung zwischen dem Ventilsitz und der Zylinderkopfeinheit aufgedrückt wird;
Fig. 21 eine schematische Detailansicht eines Vertikalhalbschnittes, die eine Ausführungsform des Schrittes zeigt, bei der das Aufdrücken von Spannungen unterbrochen wird;
Fig. 22 eine schematische Detailansicht eines Vertikalhalbschnittes, die eine Ausführungsform des Schrittes zeigt, bei der der Druck von dem Ventilsitz gelöst wird;
Fig. 23 eine schematische Detailansicht eines Vertikalhalbschnittes, die eine Ausführungsform des Schrittes zeigt, bei dem der Ventilsitz maschinell bearbeitet wird;
Fig. 24 eine vergrößerte schematische Querschnittsansicht, die den in Fig. 19 mit dem Kreis A gekennzeichneten Bereich darstellt;
Fig. 25 eine vergrößerte schematische Darstellung eines Vertikalschnittes, die den Vorgang der Festzustandsdiffusion in dem Bereich zeigt, der in Fig. 20 durch den Kreis B gekennzeichnet ist;
Fig. 26 eine schematische Querschnittsteilansicht, die eine Ausführungsform der Form des Ventilsitzes zeigt;
Fig. 27 eine schematische Graphik, die die Beziehung zwischen der Bindungsstärke und der Dicke des Schichtbelages zeigt;
Fig. 28 ein Zustandsdiagramm, das die Beziehung zwischen der Temperatur und dem Verhältnis von Al zu Cu in Bezug auf die Bildung einer eutektischen Legierung zeigt;
Fig. 29 ein Zustandsdiagramm, das die Beziehung zwischen der Temperatur und dem Verhältnis von Zn zu Al in Bezug auf die Bildung einer eutektischen Legierung zeigt;
Fig. 30 ein Zustandsdiagramm, das die Beziehung zwischen der Temperatur und dem Verhältnis von Sn zu Al in Bezug auf die Bildung einer eutektischen Legierung zeigt;
Fig. 31 ein Zustandsdiagramm, das die Beziehung zwischen der Temperatur und dem Verhältnis von Al zu Ag in Bezug auf die Bildung einer eutektischen Legierung zeigt;
Fig. 32 ein Zustandsdiagramm, das die Beziehung zwischen der Temperatur und dem Verhältnis von Si zu Ag in Bezug auf die Bildung einer eutektischen Legierung zeigt;
Fig. 33 eine schematische Detailansicht eines Vertikalschnittes, die einen Bindungsbereich nach dem Stand der Technik zeigt, der mittels Körperschluß ausgebildet wurde; und
Fig. 34 eine schematische Detailansicht eines Vertikalschnittes, die einen Bindungsbereich nach dem Stand der Technik zeigt, der durch die Laserschmelztechnik gefertigt wurde.

Verbinden des Ventilsitzes mit der Zylinderkopfeinheit

Bei der vorliegenden Erfindung wird die feste Bindung zwischen einem Ventilsitz und einer Zylinderkopfeinheit durch Festkörperdiffusion oder metallische Bindung bewirkt. Anders ausgedrückt, auf der Bindungsgrenzfläche befindet sich im Wesentlichen keine Schicht einer Schmelzreaktion wie einer Legierungsform der Schicht.
Das Wesen der Festkörperdiffusion (metallische Bindung) unterscheidet sich grundsätzlich von einer mechanischen Verbindung, die eine unterbrochene Verbindung des Materials bewirkt, und nicht mit atomarer Diffusion vergleichbar ist. Weiterhin unterscheidet sie sich von jeder anderen Art von metallischer Verschmelzung, so wie der Widerstandsschmelzmethode, bei der beide Materialien teilweise geschmolzen werden, um so unter Benutzung großer Hitze aufgrund des Kontaktwiderstandes an der Ober fläche eine Legierungslösung zu bilden, wobei die Zuführung der Elektrizität sodann unterbrochen wird, um die Lösung abzukühlen.
Die Festkörperdiffusion in einem Zylinderkopf ist nämlich durch die Erzeugung einer kontinuierlichen Struktur durch atomare Gegendiffusion auf der Bindungsgrenzfläche gekennzeichnet; hierbei entsteht keine Schmelzreaktionsschicht zwischen zwei verschiedenen Materialien, und der feste Phasenzustand beider Materialien wird beibehalten. Demzufolge ist die Festkörperdiffusion (metallische Bindung) der Erfindung nicht mit einer Phasenumwandlung, so wie beispielsweise Verschmelzen und Verfestigen, verwandt. Falls Metallablagerungen, die in der Lage sind, eine eutektische Legierung mit der Zylinderkopfeinheit zu bilden, als Überzug auf einem Ventilsitzeinsatz Verwendung finden, verbleibt die eutektische Legierung nicht auf der Bindungsgrenzfläche, obwohl, während des Bindungsvorgangs eine eutektische Legierung in geschmolzenem Zustand gebildet werden kann, so daß die Legierung keinesfalls etwas mit der Bindung zwischen dem Ventilsitz und der Zylinderkopfeinheit zu tun hat. Die Legierung wird von der Bindungsgrenzfläche abgestoßen, während die Bindung im Gange ist. Daraus folgt, daß eine Festkörperdiffusion auf der Bindungsoberfläche unter der Benutzung von Metalleinlagerungen erreicht werden kann, wodurch eine hohe Verbindungsfestigkeit erlangt wird. Festkörperdiffusion kann somit zwischen dem Material eines Ventilsitzes und dem einer Zylinderkopfeinheit erreicht werden.
Eine Bindung mittels Festkörperdiffusion ist verwandt mit der Bildung zwischen metallischer Verbindungen. Wenn die Dicke der zwischenmetallischen Verbindung 20 um oder weniger beträgt (10 um auf beiden Seiten der Bindungsgrenzfläche), vorzugsweise 10 um oder weniger, kann die Bindung durch Festkörperdiffusion verstärkt werden. In der zwischenmetallischen Verbundschicht verändert sich der Grad der chemischen Komponenten, die sich im Material der Zylinderkopfeinheit befinden (wie beispielsweise Fe, Cu und Ni) drastisch, d. h. vom Grad im Material einer Zylinderkopfeinheit zu dem im Material eines Ventilsitzes.
In jedem Fall erhält man die beschriebene Struktur, indem Druck auf die Zylinderkopfeinheit ausgeübt wird, um so eine Schicht plastischer Verformung, wenigstens auf der Seite der Zylinderkopfeinheit, zu bilden. Dies wird durch das Aufdrücken einer Spannung zwischen der Zylinderkopfeinheit und dem Ventilsitz bewerkstelligt, während Druck auf die Oberfläche der Zylinderkopfeinheit ausgeübt wird, an der der Ventilsitz anliegt.
Verfahren zum Verbinden eines Ventilsitzes mit einer Zylinderkopfeinheit Kurz gesagt, kann ein Zylinderkopf, mit dem ein Ventilsitz verbunden ist, entsprechend der Erfindung mit einem Verfahren, das die folgenden Schritte umfaßt, erzeugt werden:
a) zunächst Plazieren eines Ventilsitzeinsatzes mit einer konvexen Oberfläche als Bindungsoberfläche auf einer konvexen Oberfläche einer Zylinderkopfeinheit, auf der die konvexe Oberfläche des Ventilsitzeinsatzes an der konvexen Oberfläche der Zylinderkopfeinheit anliegt;
b) Aufdrücken einer Spannung zwischen der konvexen Oberfläche des Ventilsitzeinsatzes und der der Zylinderkopfeinheit während der Ventilsitzeinsatz gegen die Zylinderkopfeinheit derart gepreßt wird, daß eine Schicht plastischer Deformation auf der Kontaktfläche, zumindest auf der Seite der Zylinderkopfeinheit, ausgebildet wird, wodurch der Ventilsitzeinsatz und die Zylinderkopfeinheit durch Festkörperdiffusion gebunden werden, ohne daß eine Schmelzreaktionsschicht zwischen ihnen ausgebildet wird;
c) Abkühlen der sich daraus ergebenen Zylinderkopfeinheit, mit der der Ventilsitzeinsatz verbunden worden ist; und
d) maschinelles Nachbehandeln des Zylinderkopfes mit verbundenem Ventilsitz.
Die Zeitabfolge des Druckaufbringens und des elektrischen Stroms soll später beschrieben werden.
Im einzelnen, wenn im Ventilsitz Metalleinlagerungen enthalten sind, die eine eutektische Legierung mit der Zylinderkopfeinheit bilden können, kann eine Verbindung mit tels Festkörperdiffusion gut funktionierend erreicht werden, so daß die Metalleinlagerungen und das Metall des Zylinderkopfes eine Festkörperverschmelzung eingehen. Als Material für einen Ventilsitz wird wegen ihrer Festigkeit und ihres Abriebswiderstandes vorzugsweise eine auf Eisen basierende gesinterte Legierung benutzt. Die gesinterte Legierung hat eine poröse Struktur. Wenn Kupfer (Cu) in die Poren eingelagert wird, kann eine Verbindung mittels einer Festkörperdiffusion effizienter erreicht werden. In Kombination mit der oben beschriebenen Verwendung von Kupfer (Cu), ist es überaus empfehlenswert, Metalle (wie Cu, Zn, Sn und Ag im Fall, daß eine Aluminiumlegierung für die Zylinderkopfeinheit Verwendung findet) zu verwenden, die in der Lage sind, eine eutektische Legierung mit der Zylinderkopfeinheit in einer Schichtform zu bilden. Wenn die Dicke der Schicht 1 bis 30 um beträgt, ist die Bindung durch Festkörperdiffusion von Anfang an besser.

Herstellungsprozeß des Bereichs der Ventilsitzbindung

Fig. 1 zeigt den Hauptteil einer Ausführungsform eines Zylinderkopfes der Erfindung. Eine domförmige Brennkammer 3 ist unter einer Zylinderkopfeinheit 1 vorgesehen, wobei ein Einlaßkanal 4 und ein Auslaßkanal 5 sich zur Brennkammer 3 öffnen. An den Öffnungsrändern der Einlaß- und Auslaßkanäle 4 und 5 sind ringförmige Ventilsitze 2 integral mit der Zylinderkopfeinheit 1 als Teil dieser Zylinderkopfeinheit vorgesehen, so daß ein Einlaßventil 6 und ein Auslaßventil 7 in ihrer geschlossenen Position nahe daran anliegen, wobei die Ventilsitze 2 aus einem von der Zylinderkopfeinheit 1 verschiedenen Material gefertigt sind.
Fig. 2 ist teilweise vergrößerte Schnittansicht des Ventilsitzes 2 des Zylinderkopfes. Die Zylinderkopfeinheit 1 hat eine Gußstruktur aus einer Aluminiumlegierung. Der Ventilsitz 2 ist aus einer auf Eisen basierenden gesinterten Legierung hergestellt. Die Zylinderkopfeinheit 1 und der Ventilsitz 2 sind metallisch (d. h. mittels Festkörperdiffusion) durch eine Bindungsgrenzfläche 12 verbunden, wobei die Zylinderkopfeinheit 1 eine Schicht plastischer Deformation 11 aus einer Aluminiumlegierung entlang der Bindungsgrenzfläche 12 enthält.
Die Schicht plastischer Deformation 11 auf der Seite der Zylinderkopfeinheit 1 besteht aus veränderten und verwundenen dentritischen oder prismatischen Kristallen, die in der Formstruktur gebildet wurden. Die Schicht plastischer Deformation 11 ist dadurch gekennzeichnet, daß das Lageverhältnis von eutektischen Siliziumteilen hoch ist, und daß die Verlagerungsdichte entsprechend der Verlagerung hoch ist, die durch die Deformation verursacht wird. Weiterhin ist ihre Härte durch den Härtungsprozeß erhöht.
Im folgenden wird eine bevorzugte Verfahrensart zur integralen Herstellung einer Zylinderkopfeinheit 1 und eines Ventilsitzes 2 für den Zylinderkopf mit der oben beschriebenen Bindungsstruktur des Ventilsitzes näher beschrieben.
Wie in Fig. 3 dargestellt, wird ein Sitzringteil 22 auf die Zylinderkopfeinheit 1 aufgesetzt.
Bei der bevorzugten Ausgestaltung ist in der Zylinderkopfeinheit 1 ein konvexer Abschnitt 1a an einer Stelle vorgesehen, die dem Sitzringteil 22 gegenüberliegt und schließlich die Bindungsgrenzfläche bildet. Andererseits ist ein abgerundeter konvexer Teil 22a auf dem Sitzringteil 22 an der Stelle vorgesehen, die die Bindungsgrenzfläche bildet.
Zunächst wird das Sitzringteil 22 auf der Zylinderkopfeinheit 1 aufgesetzt, wobei der konvexe Abschnitt 22a dem konvexen Abschnitt 1a gegenüberliegt. Dann, wie in den Fig. 6a bis c dargestellt, wird Strom am Sitzringteil 22 angelegt, indem eine Elektrode 9 an die Zylinderkopfeinheit 1 entlang einer Führungsstange 8 entsprechend des in Fig. 10 dargestellten Zustandes angedrückt wird. Ein weiteres Beispiel der Zeitabfolge der Druckausübung und des Anlegens des elektrischen Stroms ist in Fig. 11 dargestellt, wobei die auf die Oberfläche der Zylinderkopfeinheit wirkende Druckkraft auch angezeigt ist. Die in dieser Figur dargestellte Druckkraft wurde mittels eines Laserversatzmeßgerätes ermittelt.
Wie in den Fig. 6b und c gezeigt, wird die Zylinderkopfeinheit 1, da sie eine geringere Verformungswiderstandsfähigkeit als das Sitzringteil 22 besitzt, verformt. Das Sitzringteil 22 wird dann in den Rand der Zylinderkopfeinheit 1 eingebettet und mit der Zylinderkopfeinheit 1 verbunden. Als Ergebnis wird die Verformungsschicht 11 auf der Zylinderkopfeinheit 1 entlang der Bindungsgrenzfläche 12 des Sitzringteils 22 ausgebildet.
Wie in Fig. 4 dargestellt, wird die Zylinderkopfeinheit 1, die mit dem Sitzringteil 22 durch Festkörperdiffusion verbunden ist, einem abschließenden Fertigungsprozeß unterzogen. Somit ist, wie in Fig. 5 dargestellt, der Ventilsitz 2, der aus einem anderen Material besteht als die Zylinderkopfeinheit 1, integral mit der Bindungsgrenzebene 12 durch die Deformationsschicht 11 ausgebildet.
Im Herstellungsverfahren der bevorzugten Ausführungsform ist der konvexe Abschnitt 1a auf der Bindungsgrenzebene der Zylinderkopfeinheit 1 vorgesehen. Ähnlich ist der abgerundete konvexe Abschnitt 22a auf der Bindungsgrenzfläche des Sitzringteiles 22 vorgesehen. Diese Anordnung ist geeignet, um eine Deformationsschicht 11 auf der Seite der Zylinderkopfeinheit 1 zu bilden. Jedoch ist die oben beschriebene Ausführungsform unter allen Umständen nur als erläuterternd und nicht als einschränkend zu betrachten. Solange die Deformationsschicht 11 ausgebildet werden kann, kann jede andere Anordnung der Zylinderkopfeinheit 1 und des Sitzringteiles 22, wie in den Fig. 7 bis 9 dargestellt, verwendet werden.

Ventilsitzbindungsbereich

Das Wesen der oben beschriebenen metallischen Bindung (Festkörperdiffusion) zwischen der Zylinderkopfeinheit 1, die aus einer Aluminiumlegierung gefertigt ist, und des Sitzringteiles 22, das aus einer auf Eisen basierenden gesinterten Legierung hergestellt ist, unterscheidet sich grundsätzlich von einer mechanischen Verbindung, die eine unterbrochene Verbindung des Materials ergibt, und die nicht mit der atomischen Diffusion vergleichbar ist. Weiterhin unterscheidet sie sich von jeder anderen Art metallischer Verschmelzung sowie der Widerstandsschweißmethode, wobei beide Materialien teilweise geschmolzen werden, um so eine Legierungslösung unter Benutzung von Wärme, die durch die Kontaktwiderstände an der Oberfläche erzeugt wird, zu bilden, und wobei das Anlegen von Elektrizität unterbrochen wird, um so die Lösung abzukühlen.
Die Festkörperdiffusion im Zylinderkopf, wie er in der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung beschrieben ist, ist nämlich dadurch gekennzeichnet, daß aufgrund von atomarer Gegendiffusion an der Bindungsgrenzfläche eine durchgehende Struktur erzeugt wird, ohne daß eine Schmelzreaktionsschicht zwischen zwei verschiedenen Materialien erzeugt wird, wobei die feste Phase beider Materialien aufrechterhalten wird. Demzufolge ist die Festkörperdiffusion (metallische Bindung) der Erfindung nicht mit einer Phasentransformation wie Schmelzen (Fusion) und Verfestigung vergleichbar.
Die oben beschriebene Festkörperdiffusion, die nicht mit Schmelzen und Verfestigung vergleichbar ist, erfordert keine spezielle Schweißmaschine. Vielmehr kann sie mit einer herkömmlichen Widerstandsschweißmaschine erreicht werden, indem die Bedingungen von Druckkraft und elektrischem Strom, wie in Fig. 10 beschrieben, angelegt werden.
In der Schicht plastischer Deformation 11, die durch die oben beschriebene Festkörperdiffusion auf der Zylinderkopfeinheit 1 entlang der Bindungsgrenzfläche ausgebildet wird, sollten die spezifischen chemischen Komponenten, die darin enthalten sind (Fe, Cu, Ni in Aluminiumlegierung bei dieser Ausführungsform) dieselben sein, wie in der ursprünglichen Komponente (Material A), wie es in den Fig. 12 und 13 innerhalb eines Bereichs von 10 um von der Grenzfläche, an der die Schicht plastischer Deformation das Material B berührt, dargestellt ist.
Demzufolge wird die diffundierte Schicht der spezifischen chemischen Komponente in der Nähe der Bindungsgrenzschicht der Deformationsschicht 11 von einer Ausdehnung abgehalten. Demzufolge, selbst wenn der Motor für lange Zeit bei einer hohen Temperatur betrieben wird, sollte die Dicke des Verbundes, der zwischen der Deformationsschicht des Materials A (Deformationsschicht der Zylinderkopfeinheit 1) und dem Material B zwischen einem Bereich von -10 um bis 10 um, wie in Fig. 15 dargestellt, betragen.
Es wurde durch den in Fig. 14 dargestellten Test bestätigt, daß wenn die Dicke der Bindungsschicht zwischen den Metallen weniger als 10 um beträgt, die Verbindungsstärke gleichmäßig beibehalten werden kann.
Bezüglich der Verbindungsstärke der Bindungsgrenzschicht weist die konventionelle Lasereinkleidungsmethode folgenden Nachteil auf. In der konventionellen Methode wird nämlich eine Legierungsschicht im Bereich von 200 um erzeugt. Während dieses Vorgangs bei hohen Temperaturen werden Verbindungen zwischen den Metallen in der oben beschriebenen Legierungsschicht in einem weiten Bereich erzeugt, was zu einer geringen Bindungsstärke führt.
In der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Deformationsschicht nur auf der Seite der Zylinderkopfeinheit 1 ausgebildet. Jedoch kann die Deformationsschicht 11 auch auf der Seite des Ventilsitzes gebildet werden, abhängig vom Material des Sitzringteiles. In diesem Fall, wie in den Fig. 16 und 17 dargestellt, sollten für die Deformationsschicht des Materials B (Deformationsschicht auf der Seite des Sitzringteiles) die speziell darin enthaltenen chemischen Komponenten in einem Bereich von 10 um von der Bindungsgrenzfläche die gleichen sein, wie die ursprüngliche Komponente (Material B).
Gemäß der Erfindung kann der Querschnittsbereich des Ventilsitzes 2 im Vergleich zu einem Ventilsitz, welcher mittels Einpressen, wie in Fig. 33 dargestellt, gefertigt ist, verringert werden. Als Ergebnis wird eine flexiblere Gestaltung für die nähere Umgebung des Gaskanals der Zylinderkopfeinheit ermöglicht. Auch kann das Problem, das mit dem Hitzetransport zwischen dem Ventilsitz 2 und der Zylinderkopfeinheit 1 von der Ventilfläche oder den Abgasen gegeben ist, gelöst werden. Es ist weiter möglich, die damit verbundene anormale Verbrennung, Abnutzung und Beschädigung am Ventil und an den Ventilsitzen aufgrund von Hitzekorrosion zu vermeiden.
Im Vergleich mit einem Ventilsitz, der durch die Lasereinkleidungsmethode, wie in Fig. 34 dargestellt, erzeugt worden ist, wird keine Schmelzreaktionsschicht 23 in der Nähe der Bindungsgrenzschicht der Zylinderkopfeinheit 1 erzeugt. Demzufolge kann auch kein Luftloch oder Lunker in der Nähe der Bindungsoberfläche 12 zwischen der Zylinderkopfeinheit 1 und dem Ventilsitz 2 entstehen. Weiterhin, da die Zylinderkopfeinheit 1 ausreichend verformt ist, wird ein Oxydfilm auf der Oberfläche der Aluminiumlegierung vollständig zerstört, was die atomare Gegendiffusion auf der gesamten Oberfläche ermöglicht. Demzufolge, aufgrund ausreichender Bindungsstärke, ist es unwahrscheinlich, daß der Ventilsitz während des Motorbetriebs sich vom Zylinderkopf löst.
Darüber hinaus diffundieren die spezifischen chemischen Komponenten Fe, Cu, Ni, die in der Deformationsschicht 11 in der Zylinderkopfeinheit 1 ausgebildet sind, ebensowenig wie die ursprüngliche Komponente, über einen bestimmten Bereich hinaus. In der Erfindung ist, da die Dicke des Verbundes zwischen den Metallen, den Bereich von 10 um von der Bindungsgrenzfläche nicht überschreitet, die Verbindungsstärke selbst bei einem Betrieb bei hohen Temperaturen für lange Zeitabschnitte hoch zuverlässig.
Weiterhin ist die Zylindereinheit 1 durch das Pressen des Sitzringteils 22 gegen die Zylinderkopfeinheit 1 entsprechend des Verfahrens der Erfindung genügend verformt, wobei der konvexe Abschnitt 1a und der abgerundete konvexe Abschnitt 22a jeweils so auf der Zylinderkopfeinheit 1 und auf dem Sitzringteil 22 ausgebildet sind, wie in Fig. 3 dargestellt.

Zylinderkopf mit verbundenem Ventilsitz

Weitere Ausführungsformen der Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme auf die Figuren beschrieben.
Fig. 18 bis 23 sind Querschnittsansichten, die den Verbindungsprozeß des Ventilsitzes (Verschweißungstyp) im Zusammenhang mit der Erfindung erklären. Der Ventilsitz ist aus einer auf Fe basierenden gesinterten Legierung hergestellt, die mit Cu dotiert ist. Fig. 24 zeigt eine vergrößerte Ansicht von Teil A aus Fig. 19. Fig. 25 zeigt eine vergrößerte Ansicht von Teil B aus Fig. 20. Fig. 26 zeigt die Form des Ventilsitzes im Querschnitt. Fig. 27 zeigt die Beziehung zwischen der Bindungsstärke und der Schichtfilmdicke. Fig. 28 zeigt ein Al-Cu Zustandsdiagramm.
In Fig. 18 ist der Zylinderkopf 51 aus leichtgewichtiger Aluminiumlegierung hergestellt, und die ringförmige, verjüngte, sich nach oben erstreckende Oberflächen 52a, 52b, 52c sind um eine Kante eines Kanals 52 des Zylinderkopfes 51 ausgebildet. Darüber hinaus besitzt, wie in Fig. 18 dargestellt, der Ventilsitz 53 der Erfindung einen Schichtbelag 54 (siehe Fig. 24), dessen Dicke zwischen 0,1 um und 30 um beträgt, auf der Oberfläche des ringförmig ausgestalteten primären Verbundstoffes, der aus einer auf Fe basierenden gesinterten Legierung hergestellt ist, welche bezüglich Stoßwiderstandsfähigkeit, Abnutzungswiderstandsfähigkeit und Härte bei hohen Temperaturen überlegene Eigenschaften besitzt. In Poren der auf Fe basierenden gesinterten Legierung, die das Basismaterial des Ventilsitzes 53 darstellt, sind beispielsweise durch Eintauchen mit einem Material, wie z. B. Cu gefüllt, das gute Wärmeleitfähigkeit und Selbstschmierungsfähigkeit besitzt.
Fig. 26 zeigt eine vergrößerte Teilansicht eines Querschnitts des Ventilsitzes 53. Die sich verjüngende Oberfläche 53a (Winkel α1 = 45º) ist an der inneren Umfangsfläche des Ventilsitzes ausgebildet. Die sich verjüngenden Oberflächen 53b und 53c (Winkel α2, α3 = 15º) sind an der äußeren Umfangsfläche ausgebildet. Eine Abrundung R1 ( = 1 mm) ist am Vorsprung 53d vorgesehen, wo sich die verjüngten Oberflächen 53b und 53c schneiden.
Als Material für den Schichtfilm 54 ist ein Material ausgewählt, das eine eutektische Legierung zwischen Al und einer Verbindung oder dem Basisverbindungselement der Filmschicht bildet. Die eutektische Legierung hat einen Schmelzpunkt, der sowohl niedriger ist als der von Al, dem Basisverbindungselement der Aluminiumlegierung, wie auch dem Material des Zylinderkopfes, wie auch dem der Komponente oder dem Basisverbundelement der Filmschicht 54. In dieser Ausführungsform wurde Cu hierfür verwendet. Auch wenn in dieser Ausführungsform die Filmschicht 54 aus Cu durch Elektroplattieren aufgebracht wurde, könnte die Filmschicht ebenso durch nichtelektrisches Plattieren oder durch eine Flammbeschichtungsmethode aufgebracht werden.
In Fig. 28 ist ein Al-Cu Zustandsdiagramm dargestellt. Während die Schmelzpunkte von Al und Cu 660ºC bzw. 1.083ºC betragen, ist die Temperatur T1 am eutektischen Punkt der Al-Cu Legierung 548ºC, was niedriger ist, als der Schmelzpunkt von Al oder Cu (660ºC bzw. 1.083ºC). Demzufolge bildet Cu, das Material, aus dem die Filmschicht 54 besteht, eine eutektische Legierung zwischen sich selbst und Al, dem Basisverbundsmaterial des Zylinderkopfes.
Fig. 28 bis 25 zeigen den Verbindungsprozeß des Ventilsitzes 53 mit dem Zylinderkopf 51. Wie in Fig. 18 dargestellt, ist der Ventilsitz so plaziert, daß die Kante 53d der äußeren Umfangsfläche des Ventilsitzes den Vorsprung 52d der Umfangsfläche des Kanals des Zylinderkopfes 51 berührt. Wie in Fig. 19 dargestellt, ist eine Elektrode 56 der Widerstandsschweißmaschine, die sich entlang einer Führungsstange 55 auf- und abwärts bewegt, in die innere Umfangsfläche 53a eingepaßt. Der Ventilsitz 53 wird in den Zylinderkopf 51 mit einer gewissen Kraft F der Elektrode 56 eingepreßt. Die Aluminiumlegierung, also das Material, aus dem der Zylinderkopf 51 besteht, und Cu, das Material des Schichtfilmes 54, werden sodann gegeneinander gepreßt. Fig. 54 zeigt das Stadium des Kontaktpunktes zwischen dem Ventilsitz 53 und dem Zylinderkopf 51. Wenn durch die Elektrode 56 unter Druck, wie in Fig. 19 dargestellt, eine Spannung auf den Ventilsitz 53 eingepreßt wird, fließt ein elektrischer Strom von dem Ventilsitz 53 zum Zylinderkopf 51, wodurch der Kontaktbereich sowie seine nähere Umgebung aufgeheizt werden. Aufgrund der aktivierten atomaren Bewegung, die auf die erhöhte Temperatur zurückzuführen ist, findet eine gegenseitige Diffusion zwischen Cu-Atomen und Al-Atomen am Kontaktbereich statt, was dazu führt, daß eine Diffusionsschicht mit der Zusammensetzung einer Cu-Al Legierung generiert wird. Jedoch, nachdem bei einer Temperatur, die ausreicht, um die Cu-Al Legierung in einen flüssigen Zustand zu versetzen, der Ventilsitz 53 derart kontinuierlich gegen die Kontaktfläche des Zylinderkopfes 51 gepreßt wird, daß die Grenzregion des Zylinderkopfes eine plastische Verformung erfährt, wird die gebildete Al-Cu Legierung (eutektische Legierung) vollständig von der Kontaktoberfläche zurückgestoßen, während das Al-Material des Zylinderkop fes 51 einen plastischen Fluß entlang der Kontaktfläche in der durch die Pfeile in Fig. 25 angezeigten Richtung erfährt. Während sie zurückgedrängt wird, dient die fließende Legierung als Schmierstoff und trägt so zur Bildung einer Diffusionsbindung zwischen den Al-Atomen und den Cu-Atomen an der Kontaktoberfläche bei. Keine Schmelzreaktionsschicht wie die oben beschriebene Legierung kann somit zwischen dem Zylinderkopf und dem Ventilsitz zurückbleiben. Als Ergebnis wird auf der Kontaktoberfläche die Verbindung durch Festkörperdiffusion auf molekularer Ebene erreicht und somit ist das diffundierende Material nicht die Aluminium-Kupfer-Legierung. Die Bindung durch Festkörperdiffusion kann zwischen dem Al-Basismaterial im Zylinderkopf und dem Fe- Basismaterial in dem Ventilsitz ohne Kupfer erreicht werden, aber die Bindungsstärke würde dadurch tendentiell reduziert. Nach dem Vervollständigen der Bindung zwischen dem Ventilsitz 53 und dem Zylinderkopf 51 aufgrund des oben beschriebenen Vorgangs wird der elektrische Strom unterbrochen. Im Ergebnis ist, wie in Fig. 21 dargestellt, eine Schicht plastischer Deformation 57 aus Al auf der Bindungsgrenzfläche zwischen dem Ventilsitz 53 und dem Zylinderkopf 51 ausgebildet, und eine Substanz, die sich aus dem Material (Al-Cu-Legierung) in flüssigem Zustand verfestigt hat, und die von der Bindungsgrenzfläche verdrängt wurde, ist entlang der Kante der Bindungsgrenzfläche ausgebildet.
Wie in Fig. 22 dargestellt, wird die Elektrode 56 entfernt, und der auf den Ventilsitz 53 ausgeübte Druck wird zurückgenommen. Der Ventilsitz 53 wird sodann weiterbearbeitet und mittels maschineller Endbearbeitung in eine vorbestimmte Form, wie in Fig. 23 dargestellt, gebracht. Somit ist der Bindungsvorgang zwischen dem Ventilsitz 53 und dem Zylinderkopf 51 vollständig beendet, wobei der Ventilsitz 53 sicher mit der Kante des Kanals 52 des Zylinderkopfes 51 verbunden ist.

Einflüsse der Dicke des Schichtüberzugs

Fig. 27 ist ein Diagramm, das die Abmessungen der Bindungsstärke des Ventilsitzes 53 abhängig von unterschiedlichen Dicken der Filmschicht 54 darstellt. Gemäß Fig. 27 ist die Bindungsstärke des Ventilsitzes 53 hoch, wenn die Dicke der Filmschicht 54 in ei nem Bereich zwischen 0,1 um und 3 um liegt. Somit wird bestätigt, daß die Dicke der Filmschicht 54 in einem Bereich von 0,1 um bis 30 um betragen sollte, um eine ausreichende Bindungsstärke zu erhalten. Zusätzlich zu Kupfer (Cu) können auch andere Materialien wie beispielsweise Zink (Zn), Zinn (Sn), Silber (Ag) und Silicium (Si) verwendet werden, um die Filmschicht 54 zu erzeugen. Die Fig. 29 bis 32 sind Diagramme, die die Beziehungen zwischen Temperatur und dem Verhältnis der Legierung erläutern. Fig. 29 zeigt ein Beispiel einer Al-Zn-Legierung. Fig. 30 zeigt ein Beispiel einer Al-Sn-Legierung. Fig. 31 zeigt ein Beispiel einer Al-Ag-Legierung. Fig. 32 zeigt ein Beispiel einer Al-Si-Legierung.
In dem Diagramm in Fig. 29 liegen die Schmelzpunkte von Al und Zn bei 660ºC und 419ºC. Umgekehrt beträgt eine Temperatur T1 am eutektischen Punkt der Al-Zn- Legierung 382ºC, was niedriger ist als die Schmelzpunkte von Al und Zn.
Im in Fig. 30 dargestellten Diagramm betragen die Schmelzpunkte von Al und Zn 660ºC bzw. 232ºC. Umgekehrt beträgt eine Temperatur 1 am eutektischen Punkt der Al-Sn- Legierung 228,3ºC, was niederiger ist als jeder der Schmelzpunkte von Al und Sn.
In dem in Fig. 31 dargestellten Diagramm betragen die Schmelzpunkte von Ag und Al 950,5ºC und 660ºC. Umgekehrt beträgt eine Temperatur T1 an einem eutektischen Punkt der Al-Ag-Legierung 566ºC, was niedriger ist als die jeweiligen Schmelzpunkte von Ag und Al.
Ähnlich betragen in dem Diagramm in Fig. 32 die Schmelzpunkte von Al und Si 660ºC bzw. 430ºC. Umgekehrt beträgt eine Temperatur 1 an dem eutektischen Punkt der Al- Sn-Legierung 577ºC, was niedriger ist als jeder der beiden Schmelzpunkte von Al und Si.
Demzufolge kann im Zuge der Erfindung die Filmschicht vorzugsweise aus einer Legierung hergestellt werden, die hauptsächlich die oben beschriebenen Materialien wie Zn, Sn, Ag und Si umfaßt.
Darüber hinaus können zusätzlich zu den vorher beschriebenen Methoden die Filmschicht auf der Oberfläche des Ventilsitzes zu erstellen (elektrisches Plattieren, nicht elektrisches Plattieren und Flammbeschichten), Heißtauchplattieren, physische Ablagerung, chemische Ablagerung und andere Beschichtungsmethoden Verwendung finden. Die Anzahl der Ventilsitze, die in einem Zylinderkopf mit verbundenen Ventilsitzen entsprechend der Erfindung installiert werden, ist nicht beschränkt, d. h. wenigstens einer, vorzugsweise zwei oder vier.
Der Zylinderkopf mit verbundenem Ventilsitz nach der Erfindung wurde vorzugsweise in Verbindung mit einer Methode zum Befestigen eines Ventilsitzes in einem Zylinderkopf unter Druck ausgestaltet, deren Einzelheiten in den folgenden Schriften dargelegt sind, auf die hierbei Bezug genommen wird: US-Patentanmeldung "Zylindersitz", Nr. 08/278,026, angemeldet am 20. Juli 1994 (mit der Priorität der japanischen Patentanmeldung Nr. 200.325, angemeldet am 20. Juli 1993 und veröffentlicht als JP-A-7 034 965 am 3. 2. 1995 und Nr. 250,559, angemeldet am 6. Oktober 1993 und veröffentlicht als JP-A-7103070 am 18. 4. 1995).

Claims

1. Ventilsitz (2) für eine Zylinderkopfeinheit (1), wobei der Ventilsitz (2) metallurgisch mit der Zylinderkopfeinheit (1) verbunden ist, und eine plastisch deformierte Schicht (11) auf der Bindungsgrenzfläche (12) zumindest auf der Zylinderkopfseite ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilsitz (2) metallische Einlagerungen aufweist, die eine eutektische Legierung mit der Zylinderkopfeinheit (1) bilden, und daß der Grad einer chemischen Komponente, die in der plastisch deformierten Schicht (11) vorhanden ist, in einem Bereich der plastisch deformierten Schicht (11) bis zu 10 um von der Bindungsgrenzebene (12) in der Richtung senkrecht zur Ebene dieser Bindungsgrenzebene (12) im wesentlichen konstant ist.

2. Ventilsitz (2) gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine intermetallische Verbundschicht (21), die eine Dicke von bis zu 10 um anschließend an die Bindungsgrenzfläche (12) aufweist.

3. Ventilsitz (2) gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinderkopfeinheit (1) aus einer Aluminiumlegierung gefertigt ist, und daß die chemische Komponente aus der Gruppe von Fe, Cu und Ni ausgewählt ist.

4. Ventilsitz (2) gemäß wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Metalleinlagerungen aus Cu bestehen.

5. Ventilsitz (2) gemäß zumindest einem der voranstehenden Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilsitz (2) aus einer auf Fe basierenden Legierung gefertigt ist.

6. Verfahren zur Herstellung eines Ventilsitzes (2) in einer Zylinderkopfeinheit (1), das einen ersten Schritt umfaßt, bei dem ein Ventilsitzeinsatz (22) in die Oberfläche einer Öffnung in einer Zylinderkopfeinheit (1) plaziert wird, und einen letzten Schritt umfaßt, bei der die verbundenen Teile einer abschließenden Bearbeitung unterzogen werden, um den erwünschten Ventilsitz (2) zu erhalten, gekennzeichnet durch einen weiteren Schritt, der zwischen den beiden anderen Schritten liegt, wobei eine Spannung zwischen den angrenzenden Oberflächen des Ventilsitzeinsatzes (22) und der Zylinderkopfeinheit (1) aufgedrückt wird, und gleichzeitig der Ventilsitzeinsatz (22) gegen die Zylinderkopfeinheit (1) gedrückt wird, so daß der Ventilsitzeinsatz (22) und die Zylinderkopfeinheit (1) miteinander metallurgisch verbunden werden.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß während dieses weiteren Schrittes eine Schicht plastischer Deformation (11) auf der Bindungsgrenzfläche (12) zumindest auf der Zylinderkopfseite ausgebildet wird.

8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem ersten Schritt der Ventilsitzeinsatz (22) mit metallischen Einlagerungen versehen wird, die in der Lage sind, eine eutektische Legierung mit der Zylinderkopfeinheit (1) während des weiteren Schrittes zu bilden.

9. Methode nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilsitzeinsatz (22) mit einem Belag (54) dieser Metallablagerungen versehen ist.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Schicht (54) 0,1 bis 30 um beträgt.

11. Verfahren nach zumindest einem der voranstehenden Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Grad der chemischen Komponente, die sich in der Schicht plastischer Deformation (11) befindet, in einem Bereich innerhalb der plastisch deformierten Schicht (11) bis zu 10 um von der Grenzfläche (12) senkrecht zur Ebene der Bindungsgrenzebene (12) im wesentlichen konstant ist.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinderkopfeinheit (1) aus einer Aluminiumlegierung gefertigt ist, und daß die chemische Komponente aus der Gruppe bestehend aus Fe, Cu, Ni ausgewählt ist.

13. Verfahren nach zumindest einem der voranstehenden Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß während des weiteren Schrittes eine intermetallische Verbundschicht (21), deren Dicke bis zu 10 um angrenzend an die Bindungsgrenzfläche (12) beträgt, ausgebildet wird.

14. Verfahren nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallablagerungen aus Cu bestehen.

15. Verfahren nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche 6 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilsitzeinsatz (22) aus einer auf Fe basierenden gesinterten Legierung gefertigt ist.

16. Verfahren nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche 6 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß angrenzende Oberflächen des Ventilsitzeinsatzes (22) und der Zylinderkopfeinheit (1) konvexe Oberflächen besitzen.