DK173337B1 - Udstødsventil til en forbrændingsmotor - Google Patents

Description

DK 173337 B1

X

Opfindelsen angår en udstødsventil til en forbrændingsmotor, navnlig en totakts krydshovedmotor, omfattende en bevægelig spindel med en ventiltallerken af en nikkelbaseret legering, der også udgør et rundt-5 gående sædeområde på ventiltallerknens overside, hvilket sædeområde i ventilens lukkede stilling ligger an mod et modsvarende sædeområde på en stationær ventilpart, og hvor ventiltallerknens: sædeområde ved sin fremstilling er underkastet en termomekanisk deformations-10 proces, der i det mindste delvis kolddeformerer materialet .

Udviklingen af udstødsventiler til forbrændingsmotorer har i mange år haft til formål at forlænge ventilernes levetid og driftssikkerhed. Dette er hidtil 15 sket ved at fremstille vent il spindlerne med varmkorro-sionsbestandigt materiale på tallerkenundersiden og et hårdt materiale på sædeomrldet.

Sædeområdet er særlig kritisk for udstødsventilens driftssikkerhed, idet ventilen skal lukke tæt for at 20 virke korrekt. Det er velkendt, at sædeområdets evne til at lukke tæt kan nedbrydes korrosivt i et lokalt område ved såkaldt gennembrænding|, hvor der på tværs af den rundtgående tætningsflade ' fremkommer en kanalformet fordybning, der gennemstrømmes af varm gas, mens 25 ventilen er lukket. Denne gvigttilstand kan i uheldige tilfælde dannes og udvikles' til kassabel ventil i løbet af mindre end 80 timers drift, hvilket medfører, at det ofte ikke er muligt at opdage det begyndende svigt ved sædvanlige tilstandseftersyn. Gennembrænding i ventilsæ-30 det kan derfor give uplanlagte driftsstop. Hvis motoren er fremdrivningsmotor i et skib, kan svigtet opstå under en enkelt sejlads mellem to havne, hvilket kan give problemer under sejladsen ojj utilsigtet, kostbar liggetid i havnen.

·- 2 DK 173337 B1

Med henblik på at hindre gennembrænding af ventilsædet er der gennem en årrække udviklet mange forskellige ventilsædematerialer med stadig større hårdheder for ved hjælp af hårdheden at gøre sædet slidbe-5 standigt og mindske dannelsen af indtrykningsmærker. Indtrykningsmærkerne er en forudsætning for udvikling af en gennembrænding, idet mærkerne kan skabe en lille utæthed, der gennemstrømmes af varm gas. Den varme gas kan opvarme materialet omkring utætheden til et tempera-10 turniveau, hvor gassen med de aggressive bestanddele virker korrosivt nedbrydende på sædematerialet, så utætheden hurtigt vokser sig større og lækagestrømmen af varm gas stiger, hvilket excallerer nedbrydningen.

Udover hårdheden er sædematerialet også udviklet i 15 retning af større varmkorrosionsbestandighed for at forsinke nedbrydningen efter fremkomsten af en lille lækage.

En udstødsventil af ovennævnte art og fremstillet af materialet NIMONIC 80A er beskrevet i artiklen "Her-20 stellung von Ventilspindeln aus einer Nickelbasislegi-erung får Schiffsdieselmotoren", Berg- und Håttenmån-nische Monatshefte, 130. årgang, september 1985, hæfte 9. Den termomekaniske smedning er styret således, at der i sædeområdet opnås høj hårdhed. Af hensyn til ud-25 stødsventilens mekaniske egenskaber, såsom udmattelses-styrke mv., er det foreskrevet, at NIMONIC 80A ventilen har en flydespænding på mindst 800 MPa.

EP-A-0 280 467 beskriver en udstødsventil af NIMONIC 80A, der er fremstillet ud fra et udgangsemne, 30 der efter opløsningsglødning smedes til den ønskede facon. Sædeområdet er herved kolddeformeret for tilvejebringelse af stor hårdhed. Efterfølgende kan ventilen udskillelseshærdes.

Bogen "Diesel engine combustion chamber materials 35 for heavy fuel operation" udgivet i 1990 af The Institu- 3 DK 173337 B1 te of Marine Engineers,; London samler i en række artikler de indhøstede erfaringer for udstødsventilmaterialer og giver anbefalinger til, hvorledes ventiler bør udformes for at opnå lang levetid. Med hensyn til 5 ventilsæderne giver artiklerne den entydige anvisning, at sædematerialet skal have stor hårdhed og være af et materiale med god resistens mod varmkorrosion. En række forskellige, foretrukne materialer til udstødsventiler er beskrevet i bogens Paper 7 "The physical and mechani-10 cal properties of valve alloys and their use in component evaluation analyse?", der blandt analysen af materialernes mekaniske egenskaber indeholder en sammenlignende opstilling af materialernes flydespændinger, der ses at ligge under cå. 820 MPa.

15 Det er ønskeligt at forlænge udstødsventilens levetid og navnlig at mindske eller undgå uforudsigelig og hurtig udvikling af gennembrænding af ventilens sædeområde. Ansøgeren har'udført forsøg med dannelse af indtrykningsmærker i sæd^materialer og har i modstrid 20 med den etablerede viden helt uventet kunnet konstatere, at sædematerialets hårdhed ikke har den store indflydelse på, om indtrykningsmærkerne opstår. Den foreliggende opfindelse har til formål.at anvise sædematerialer, der griber hindrende ind i den mekanisme, der fører til 25 dannelsen af indtrykningsmærker, hvorved den grundlæggende forudsætning for fremkomst af gennembrænding svækkes eller fjernes.

Med henblik herpå er udstødsventilen ifølge opfindelsen ejendommelig Ved, at sædeområdet på ventil-30 tallerknens overside ved den termomekaniske deformationsproces og eventueilt en flydespændingsøgende varmebehandling er givejt indt rykningsmærkehindrende egenskaber i form af en flydespænding (Rp0 2) på mindst 1000 MPa ved en temperatur på omtrent 20°C.

4 DK 173337 B1

Indtrykningsmærker dannes af partikelformede forbrændingsrester, såsom kokspartikler, der mens udstødsventilen står åben strømmer fra forbrændingskammeret op gennem ventilen og ud i udstødssystemet. Når 5 ventilen lukker kan partiklerne komme i klemme mellem de lukkende tætningsflader på ventilsæderne.

Fra studium af talrige indtrykningsmærker på ventilspindler i drift er observeret, at nye indtrykningsmærker meget sjældent når helt frem til den øvre 10 lukkerand, dvs. den rundtgående linie, hvor det stationære ventilsædes øvre afslutning bringes til anlæg mod det bevægelige, kegleformede ventilsæde. I praksis ender mærkerne omtrent 0,5 mm væk fra lukkeranden, hvilket umiddelbart savner en forklaring, idet en partikel også 15 kan forventes at blive klemt fast i dette område.

Det er nu erkendt, at fraværet af mærker umiddelbart op til lukkeranden skyldes, at kokspartikler og andre, endda meget hårde partikler knuses til pulver, inden ventilen er helt lukket. En del af pulveret blæses 20 bort samtidig med knusningen af partiklerne, fordi gassen fra forbrændingskammeret strømmer ud gennem spalten mellem de lukkende tætningsflader med tilnærmelsesvis lydhastighed. Den høje gashastighed blæser pulveret nær lukkeranden bort, og fraværet af mærker ud 25 til randen viser, at der sker pulverisering af så godt som alle partikler, der kommer i klemme mellem tætnings-fladerne. Selv meget tykke partikler bliver ved knusningen og bortblæsningen af pulver reduceret i tykkelse, og i praksis har de sammensunkne pulverbunker, der kan 30 danne indtrykningsmærkerne, derfor en største tykkelse på 0,5 mm og en normal maksimal tykkelse på 0,3-0,4 mm.

Især i den nyeste motorudvikling, hvor maksimaltrykket kan ligge på 195 bar, kan belastningen på " tallerknens underside svare til op til 400 tons. Når 35 udstødsventilen er lukket, og trykket i forbrændings- 5 DK 173337 B1 kammeret stiger til maksimaltrykket, trykkes tætnings-fladerne fuldstændig samirien omkring en indeklemt pulverbunke. Dette kan ikke hindres, uanset hvor hårde sæderne laves.

5 Når forbrændingen af brændslet starter og trykket i cylinderen og dermed belastningen på vent il tallerknen stiger, begynder den indesluttede pulverbunke at vandre ind i de to tætningsflader, samtidig med at sædematerialerne deformeres elastisk. I løbet af denne elastiske 10 deformation stiger fladetrykket mellem pulverbunken og tætningsfladerne, hvilket søm regel får pulverbunken til at deformeres ud på et større areal. Hvis pulverbunken er tilstrækkelig tyk, fortsætter den elastiske deformation, indtil trykket i pul^erbunkens kontaktareal når 15 op på flydegrænsen for det s^demateriale, der har lavest flydespænding, hvorefter detjte sædemateriale deformeres plastisk, og indtrykningsinærket begynder at blive dannet. Den plastiske deformationen kan medføre en stigning af flydespændingen som følge af deformations-20 hærdning. Hvis de to sædømaterialer i lokalområdet omkring pulverbunken derved opnår ens flydespænding, begynder pulverbunken også plastisk at deformere det andet sædemateriale.

Hvis dannelsen af indtrykningsmærker skal modvir-25 kes, kan dette som nævnt ikke ske ved at lave sædematerialerne hårdere, de skal i stedet laves fjedrende, hvilket opnås ved at fremstille sædeområderne med stor flydespænding. Den større flydespænding giver en dobbelt virkning. For det første kah sædematerialet med større 30 flydespænding udsættes for større elastisk tøjning og dermed optage en tykkere pulverbunke, inden der sker plastisk deformation. Den 3ηάβη, væsentlige virkning er knyttet til tætningsflad^rnes overfladekarakter i områderne ud for pulverbunkøn. Den indtrykningsprofil, 35 der er dannet af den elastipke deformation, er jævn og j 6 DK 173337 B1 glat og fremmer udbredelsen af pulverbunken til større diameter, hvilket dels reducerer pulverbunkens tykkelse, dels nedsætter spændingerne i kontaktarealet som følge af det større kontaktareal. Ved overgangen fra elastisk 5 til plastisk deformation skabes der hurtigt en dybere og mere irregulær indtrykningsprofil, som uhensigtsmæssigt vil forankre pulverbunken og dermed virke forhindrende på en yderligere fordelagtig forstørrelse af bunkens diameter.

10 Forsøg har vist, at der i en udstødsventil mellem to sædeområder af materialer med en nedre grænse for flydespændingen på 1000 MPa kan optages en pulverbunke med en tykkelse på omkring 0,14 mm uden plastisk deformation af tætningsfladerne. En stor andel af de 15 partikler, der kommer i klemme mellem sædefladerne, vil knuses til en tykkelse på omkring 0,15 mm. Udstødsventilen ifølge opfindelsen hindrer en mærkbar andel af partiklerne i at danne indtrykningsmærker, fordi sædefladen blot fjedrer tilbage til sin oprindelige 20 facon, når ventilen åbner, og samtidig blæses resterne af den knuste partikel bort fra sædefladerne.

Af hensyn til forøgelse af sædeområdets elastiske egenskaber foretrækkes, at sædeområdets materiale har en flydespænding på mindst 1100 MPa, fortrinsvis mindst 25 1200 MPa. De aktuelle sædematerialers elasticitetsmodul (Young's modul) er i det væsentlige uændret med stigende flydespænding, hvilket giver en tilnærmelsesvis lineær sammenhæng mellem flydespændingen og den største elastiske tøjning. Af ovenstående angivelser ses, at et 30 sædemateriale med en flydespænding på 2500 MPa eller mere ville være ideelt, fordi det med ren elastisk deformation ville kunne optage de pulverbunker, der har de normalt størst forekommende bunketykkeIser. For nuværende er der dog ikke kendskab til egnede materialer 35 med så høj flydespænding. Det vil fremgå af nedenstående DK 173337 B1 7 omtale, at nogle af de idag gængse sædematerialer vil i kunne fremstilles på en måde, som bringer flydespændingen op på mindst 1100 MPa.;Denne 10% større flydespæn- j ding vil alt andet lige give mindst 10% formindskelse 5 af dybden af eventuelle ijndtrykningsmærker. Den hensigtsmæssige grænse på 1?00 MPa er for de fleste partikeltyper tilstrækkelig høj til at give en mærkbar formindskelse af bunke tykkel s en og kan følgelig vil give en formindskelse af indtrykningsmærkernes dybde på op 10 til 30%, men samtidig incjlsnævres antallet af mulige materialer. Tilsvarende gajlder for sædematerialer med en flydespænding på mindst;1300 MPa.

I en særlig foretrukkejn udførelsesform har sædeområdets materiale en flydespænding på mindst 1400 MPa.

15 Denne flydespænding er nisten dobbelt så stor som f lydespændingen af de for miværende anvendte sædematerialer, og på basis af dem foreliggende forståelse af mekanismen i trykmærkernes ^annelse antages, at materialet med denne høje flydespæpding stort set vil eliminere 20 problemer med gennembrænding af sædeområder. Dybden af de få trykmærker, der vil kunne dannes i dette sædemateriale, vil være for lilleø til at lækagegas kan strømme i gennem indtrykningsmærket i tilstrækkelig store mængder, til at sædematerialet opvarmes til en temperatur, hvor 25 varmkorrosionen bliver virksom.

I en udførelsesform har sædeområderne på henholdsvis den stationære part og vent il tallerknen hovedsagelig ens flydespænding: ved sædeområdernes driftstemperaturer. De stort set ens flydespændinger af de to 30 sædematerialer medfører, ^t begge tætningsflader vil deformeres på nogenlunde samme måde, når pulverbunken presses ind i fladerne, hvilket mindsker den resulterende plastiske deformation i liver af fladerne. Det stationære sædeområde er koldere end sædeområdet på spindlen, 35 hvilket betyder, at sædematjerialet på spindlen bør have 8 DK 173337 B1 størst flydespænding ved omtrent 20®C, idet flydespændingen for mange materialer falder med stigende temperatur. Denne udførelsesform er særlig fordelagtig, hvis det stationære sædeområde er af et varmkorrosions-5 resistent materiale.

Hvis det stationære sædeområde er af hærdet stål eller støbejern, foretrækkes at sædeområdet på den stationære part har væsentlig større flydespænding end sædeområdet på ventiltallerknen ved sædeområdernes 10 driftstemperaturer. Med denne udformning vil eventuelle indt rykningsmærker dannes på vent i Ispindlen. Dette giver to fordele. For det første er sædeområdet på spindlen normalt af varmkorrosionsresistent materiale, så et eventuelt indtrykningsmærke har vanskeligere ved at 15 udvikle sig til en gennembrænding, end hvis mærket befandt sig på den stationære part. For det andet roterer spindlen, så mærket ved hver ventillukning vil befinde sig ved en ny position på den stationære tætningsflade, og dermed fordeles varmepåvirkningen på 20 det stationære sædeområde.

Herefter omtales forskellige materialer, der ifølge opfindelsen er anvendelige som ventiltallerken- og sædemateriale. Det bemærkes, at NIMONIC er et varemærker tilhørende INCO Alloys.

25 Det foretrækkes, at hele emnet eller i det mindste hele ventiltallerknen er af en NIMONIC-legering. Af disse er det velkendt at anvende NIMONIC 80, NIMONIC 80A eller NIMONIC 81, hvilket har givet gode driftserfaringer med hensyn til slidstyrke og korrosionsbestandighed 30 i det korrosive miljø, der forekommer i en stor dieselmotors forbrændingskammer. Der kan også anvendes NIMONIC Alloy 105, der efter støbning og konventionel smedning af udgangsemnet har en flydespænding på ca. 800 MPa, som efter omtrent 15% kolddeformation er bragt op 35 over 1000 MPa. Også NIMONIC PK50 er anvendelig og kan 9 DK 173337 B1 kolddeformeres og udskillelseshærdes til en flyde-spænding på omtrent 1110, MPa. Med de traditionelle NIMONIC-legeringer kan det med en deformationsgrad på 70% i sædeområdet opnås en £ lyde spænding på omkring 1400 5 MPa. Det er også muligt at; øge flydespændingen yderligere med en udskillelseshæjrdnende varmebehandling.

Valget af fremstillingsproces kan influeres af udstødsventilens størrelse[ idet mange procents kolddeformation kan kræve kraftijje værktøjer, når ventiltal-10 lerkenen er stor, eksempelvis med yderdiameteren beliggende i intervallet fra; 130 mm til 500 mm.

Den foreliggende opfindelse angår endvidere anvendelsen af en nikkelbåseret, chromholdig legering med en flydespænding ved omtrent 20°C på mindst 1000 MPa 15 som' i ndt rykn i ngsmærkebegrænsende eller -hindrende materiale i et rundtgåendej sædeområde på oversiden af en bevægelig ventiltallerk^n i en udstødsventil til en forbrændingsmotor, navnlig en totakts krydshovedmotor, hvilket sædeområde ligger sin mod et modsvarende sædeom-20 råde på en stationær ventilpart, når ventilen er lukket.

De særlige fordele ved at anvende et sådant indtryk-ningsmærkebegrænsende materiale fremgår af ovenstående forklaring.

Eksempler på udførelsesformer for opfindelsen 25 beskrives herefter nærmere tned henvisning til den stærkt skematiske tegning, hvor fig. 1 viser et længdesnit gennem en udstødsventil ifølge opfindelsen, fig. 2 et udsnit af de to sædeområder med ind-30 tegning af et typisk indtrykningsmærke, fig. 3-6 udsnit af de to sædeområder med illustration af partikelknusningep og de indledende trin i dannelsen af et indtrykningsmærke, fig. 7 og 8 forstørrede udsnit af dannelsen af 35 indtrykningsmærket, og 10 DK 173337 B1 fig. 9 et tilsvarende billede af fladerne umiddelbart efter genåbning af ventilen.

I fig. 1 ses en generelt med 1 betegnet udstødsventil til en stor totakts forbrændingsmotor, der kan have 5 cylinderdiametre beliggende i intervallet fra 250 til 1000 mm. Udstødsventilens stationære ventilpart 2, kaldet bundstykket, er monteret i et ikke vist cylinderdæksel. Udstødsventilen har en bevægelig spindel 3, der ved sin nedre ende bærer en ventiltallerken 4 og ved 10 sin øvre ende på velkendt vis er forbundet med en hydraulisk aktuator til åbning af ventilen og en pneumatisk returfjeder, der tilbagefører spindlen til lukket stilling. I fig. 1 er ventilen vist i delvis åben stilling.

15 Hvis der ønskes større korrosionsresistens end opnåeligt med grundmaterialet, kan undersiden af ventiltallerknen være forsynet med et lag af varmkorro-sionsresistent materiale 5. Et rundtgående sædeområde 6 på oversiden af ventiltallerknen ligger i en afstand 20 fra tallerknens yderrand og har en kegleformet tætningsflade 7. Selv om sædeområdet i figuren er indtegnet med en anden signatur end tallerknen skal forstås, at begge dele er af samme legering. Ventiltallerknen til den store totakts krydshovedmotor kan afhængigt af cylinder-25 boringen have en yderdiameter beliggende i intervallet fra 120 til 500 mm.

Den stationære ventilpart er ligeledes forsynet med et let fremstående sædeområde 8, der danner en rundtgående kegleformet tætningsflade 9, der i ventilens 30 lukkede stilling ligger an mod tætningsfladen 7. Da ventiltallerknen ændrer facon ved opvarmningen til driftstemperaturen, er sædeområdet udformet således, at de to tætningsflader er parallelle ved driftsvarm ventil, hvilket betyder, at tætningsfladen 7 på en kold 35 ventiltallerken først træder mod tætningsfladen 9 ved 11 DK 173337 B1 dennes øvre rand 10 beliggende længst væk fra forbrændingskammeret .

I fig. 2 ses et typisk indtrykningsmærke 11, der ender ca. 0,5 mm væk fra lukkeranden på tætningsfladen 5 7, dvs. den cirkelkurve, hvor den øvre rand 10 rammer tætnings fladen 7 som antydet ved den lodrette punkterede linie.

I fig. 3 ses en hård partikel 12, der umiddelbart inden ventilen lukker helt fanges mellem de to tætnings-10 flader 7, 9. Ved den fortsatte lukkebevægelse knuses partiklen til pulver, hvoraf en betydelig del rives med af den gas, der med lydhastighed strømmer op mellem sæderne som vist ved pilsn A i fig. 4. En del af pulveret fra den knuste partikel vil låses fast mellem 15 tætningsfladerne 7, 9, fordi partiklerne nærmest fladerne fastholdes af friktionskræfter, og partiklerne i mellemrummet fastholdes af forskydningskræfterne i pulveret. Der fremkommer dermed modstående kegleformede pulverbunker, der vender med spidserne mod hinanden. Den 20 hidtidige antagelse om, at en fast partikel klemmes fast mellem sædefladerne er sålsdes ikke korrekt. Der sker i stedet en formindskelse af den materialemængde, der fanges mellem sæderne, i og med at en del af pulveret blæser væk.

25 Ved den fortsatte lukkebevægelse bryder de kegle formede pulveransamlinger sammen og udbredes i fladernes plan til et linseformet pulverlegeme eller en pulverbunke, som vist i fig. 5. Dette linseformede pulverlegeme har vist sig at have en største tykkelse på 0,5 mm og 30 en normaltykkelse for de største ansamlinger på mellem 0,3 og 0,4 mm.

Fig. 6 viser situationen, når ventilen er lukket, men inden trykket i forbrændingskammeret stiger som følge af forbrændingen af brændslet. Luftfjederen er 35 ikke i sig selv kraftig nok til i området omkring 12 DK 173337 B1 pulverlegemet at trække tætningsfladen 7 helt an mod tætningsfladen 9.

Når trykket i forbrændingskammeret stiger efter brændslets antændelse, vokser den opadrettede kraft på 5 tallerkenundersiden kraftigt, og tætningsfladerne presses nærmere hinanden samtidig med, at pulverlegemet begynder at deformere tætningsfladerne elastisk. Hvis pulverlegemet er tilstrækkelig tykt og materialets flydespænding ikke er tilstrækkelig høj, vil den 10 elastiske deformation gå over i plastisk deformation, så indtrykningen bliver blivende. Fig. 7 viser en situation, hvor det stationære sædeområde 8 har højest flydespænding, og hvor sædeområdet 6 på tallerknen er deformeret elastisk til lige under sin flydegrænse. Ved 15 den fortsatte sammentrykning til den i fig. 8 viste helt sammenpressede stilling af tætningsfladerne synker pulverlegemet ind i tætningsfladen, idet sædematerialet deformeres plastisk.

Når ventilen genåbner, blæses partiklerne som vist 20 i fig. 9 bort af den udstrømmende gas, og samtidig fjedrer sædematerialerne tilbage til ubelastet tilstand.

I det omfang, at der er sket plastisk deformation af den ene eller begge sædefladerne, vil der i tætningsfladen være et blivende indtrykningsmærke 11 med mindre dybde 25 end den største indtrykning frembragt af pulverlegemet.

Jo højere flydespænding sædematerialet har, jo mindre vil indtrykningsmærket være.

Herefter omtales eksempler for analyser for egnede materialer. Alle angivelser er i vægtprocent og bortset 30 fra uundgåelige forureninger. Det bemærkes også, at der ved angivelser af flydespændinger i nærværende beskrivelse menes flydespændinger ved en temperatur på omtrent 20°C, medmindre anden temperatur er anført.

Legeringerne er chromholdige nikkelbas islegeringer 35 (eller nikkelholdige chrombasislegeringer), og disse har 13 DK 173337 B1 den egenskab, at der ikke er nogen egentlig sammenhæng mellem legeringens hårdhed og dens flydespænding, men derimod antagelig en sammenhæng mellem hårdheden og trækspændingen. Når der for disse legeringer tales om 5 flydespænding, menes den spænding, der fremkaldes af en tøjning på 0,2 (Rp0f2^·

Legeringen NIMONIC Alloy 105 har en nominel analyse på 15% Cr, 20% Co, 5% Mo, 4,7% Al, højst 1% Fe, 1,2% Ti og resten Ni.

10 Legeringen NIMONIC 8OA omfatter højst 0,1% C, højst 1% Si, højst 0,2% Cu, højst 3% Fe, højst 1% Mn, 18-21%

Cr, 1,8-2,7% Ti, 1,0-1,8% Al, højst 2% Co, højst 0,3%

Mo, højst 0,1% Zr, højst 0,008% B, højst 0,015% S og resten Ni.

15 Legeringen NIMONIC 80 omfatter nominelt 0,04% C, 0,47% Si, 21% Cr, 0,56% Mn, 2,45% Ti, 0,63% Al og resten Ni.

Legeringen NIMONIC 81 omfatter højst 0,1% C, 29-31%

Cr, højst 0,5% Si, højst 0,2% Cu, højst 1% Fe, 1,5-2% 20 Ti, højst 2% Co, højst 0,3% Mo, 0,7-1,5% Al og resten Ni.

Legeringen NIMONIC PK50 omfatter nominelt 0,03% C, 19,5% Cr, 3% Ti, 1,4% Al, højst 2% Fe, 13-15,5% Co, 4,2%

Mo og resten Ni.

25 Legeringen Rene 220 omfatter 10-25% Cr, 5-25% Co, højst 10% Mo+W, højst 11% Nb, højst 4% Ti, højst 3% Al, højst 0,3% C, 2-23% Ta, højst 1% Si, højst 0,015% S, højst 5% Fe, højst 3% Mn og resten Ni. Nominelt indeholder Rene 220 0,02% C, 18% Cr, 3% Mo, 5% Nb, 1% Ti, 30 0,5% Al, 3% Ta og resten nikkel. Med deformering kombineret med udskillelseshærdning kan der i dette materiale opnås særdeles høj flydespænding. Med en de formå ti onsgrad på 50% ved 955°C bliver flydespændingen ca. 1320 MPa, med en deformationsgrad på 50% ved 970 °C 35 bliver flydespændingen ca. 1400 MPa, med en deforma- DK 173337 B1 14 tionsgrad på 50% ved 990eC bliver flydespændingen ca.

1465 MPa og med en deformationsgrad på 25% ved 970°C bliver flydespændingen ca. 1430 MPa. Der er her anvendt udskillelseshærdning i 8 timer ved 760°C efterfulgt af 5 24 timer ved 730°C og 24 timer ved 690°C.

Med hensyn til angivelserne af nominelle analyser er det klart, at der i praksis afhængigt af de faktisk producerede legeringer kan naturligvis forekomme afvigelser fra den nominelle analyse, ligesom der for alle 10 analyserne også kan forekomme uundgåelige urenheder.

Det er velbeskrevet i den tekniske litteratur, hvorledes de forskellige legeringer skal varmebehandles for at fremkalde udskillelseshærdning, ligesom også varmebehandlingen for opløsningsglødning og legeringer-15 nes rekrystallisationstemperaturer er velkendte.

Den termomekaniske deformationsproces til forøgelse af flyde spændingen indebærer en varm/kolddeformering af materialet med velkendte metoder, eksempelvis ved hjælp af rulning eller smedning af sædeområdet eller på anden 20 vis, såsom bankning eller hamring heraf. Efter defor-meringen kan sædets tætningsflade tilslibes.

For at nedsætte de kræfter, der kræves ved den termomekaniske deformationsproces, kan emnet med sædeområdet inden deformeringen udsættes for en op-25 løsningsglødning, fx i 0,1-2 timer ved en temperatur, der afhængig af materialeanalysen sædvanligvis ligger i intervallet 1000-1200°C, efterfulgt af en bratkøling enten i saltbad til en mellemliggende temperatur (typisk 500°C) efterfulgt af en luftkøling til stuetemperatur 30 eller bratkøling i gasarter til stuetemperatur. Der kan så udføres en varm/kolddeformering efter disse trin. For at holde kræfterne passende lave foretrækkes, at deformeringen foregår ved forhøjet temperatur ved , omkring 900-1000°C, dvs. under eller omkring den nedre 35 grænse for rekrystallisationstemperaturen, der typisk DK 173337 B1 15 kan ligge på omtrent 950-1050°C. I dette tilfælde med varmdeformering kan der med fordel udføres en afkøling fra opløsningsglødningen til omkring rekrystallisation-stemperaturen uden først a|t nedkøle til stuetemperatur.

5 Eventuelt kan deformeringen udføres i flere trin med mellemliggende genopvarmning. Med en kolddeformation på omtrent 20% kan typisk opnås en flydespænding på 1200 MPa. Hvis der ønskes sirlig høj flydespænding kan sædeområdet efter afsluttjet deformering og færdigbe-10 arbejdning udføres en udskilleseshærdning, der eksempelvis kan foregå i 24 timer ved en temperatur på 850°C efterfulgt af 16 timfcr ved en temperatur på 700°C.

Det udgangsemne, der behandles som beskrevet ovenfor, kan være fremstillet ved hjælp af støbning og 15 konventionel smedning eller alternativt ved hjælp af en pulvermetallurgisk kompakteringsproces, såsom en HIP-proces eller en CIP-proces i kombination med varmekstru-dering eller en lignende deformationsproces.

Ventilens skaft kan yære af et andet materiale end 20 tallerknen og kan i så fald friktionssvejses fast på tallerknen.

Claims (7)

1. Udstødsventil til en forbrændingsmotor, navnlig en totakts krydshovedmotor, omfattende en bevægelig spindel med en ventiltallerken af en nikkelbaseret 5 legering, der også udgør et rundtgående sædeområde på ventiltallerknens overside, hvilket sædeområde i ventilens lukkede stilling ligger an mod et modsvarende sædeområde på en stationær ventilpart, og hvor ventil-tallerknens sædeområde ved sin fremstilling er under- 10 kastet en termomekanisk deformationsproces, der i det mindste delvis kolddeformerer materialet, kende -tegnet ved, at sædeområdet på ventiltallerknens overside ved den termomekaniske deformationsproces og eventuelt en flydespændingsøgende varmebehandling er 15 givet indtrykningsmærkehindrende egenskaber i form af en flydespænding (RpQ 2) på mindst 1000 MPa ved en temperatur på omtrent 20°C.

2. Udstødsventil ifølge krav 1, kendetegne t ved, at sædeområdets materiale har en flydespæn- 20 ding på mindst 1100 MPa, fortrinsvis mindst 1200 MPa.

3. Udstødsventil ifølge krav 2, kendetegne t ved, at sædeområdets materiale har en flydespænding på mindst 1300 MPa, fortrinsvis mindst 1400 MPa.

4. Udstødsventil ifølge et af kravene 1-3, ken detegnet ved, at sædeområderne på henholdsvis den stationære part og ventiltallerkenen har hovedsagelig ens flydespænding ved sædeområdernes driftstemperaturer .

5. Udstødsventil ifølge et af kravene 1-3, ken detegnet ved, at sædeområdet på den stationære part har væsentlig større flydespænding end sædeområdet på ventiltallerkenen ved sædeområdernes driftstemperaturer . DK 173337 B1

6. Udstødsventil ifølge et af de foregående krav, kendetegnet ved, at ventiltallerkenens yderdiameter er beliggende i intervallet fra 130 mm til 500 mm.

7. Anvendelse af en nikkelbaseret, chromholdig legering med en flydespænding ved omtrent 20°C på mindst 1000 MPa som indtrykningsmæjrkebegrænsende eller -hindrende materiale i et rundtgående sædeområde på oversiden af en bevægelig ventiltallepken i en udstødsventil til 10 en forbrændingsmotor, navnlig en totakts krydshoved-motor, hvilket sædeområde ligger an mod et modsvarende sædeområde på en stationær ventilpart, når ventilen er lukket.