NO337143B1 - Fremgangsmåte for fremstilling av en dyse for en brennstoffventil i en dieselmotor og en dyse - Google Patents

Description

Fremgangsmåte for fremstilling av dyse for en brennstoffventil i en dieselmotor og en dyse.

Den foreliggende oppfinnelsen vedrører en fremgangsmåte for fremstilling av en dyse for en brennstoffventil i en dieselmotor, spesielt en to-takts krysshodemotor. Et førs-te materiale av en første legering som er motstandsdyktig mot korrosjon anordnes i en form i det minste i et ytre område som skal utforme den ytre overflaten av dysen rundt dyseboringene.

En slik fremgangsmåte er kjent fra WO 95/24286, som beskriver at etter fylling med det første materialet som ut-gjør dysen som en helhet, utsettes formen for en HIP-behandling som resulterer i en dyse med ekstremt gode egenskaper når det gjelder dysestyrke og motstandsdyktighet mot korrosjon. Videre oppnås en veldig presis geometri rundt dyseboringene, noe som resultere i en god atomise-ring av brennstoff. I denne HIP-behandlingen (HIP: Varm isostatisk pressing), konsolideres et finkornet pulver inn i hele dyseemnet ved høyt trykk og høy temperatur og dyseemnet som fremstilles holder en isotropisk ekstremt finkornet legeringsstruktur.

EP 982493 Al beskriver en brennstoffventil med en dyse som strekker seg langt opp inn i ventilhuset forbi det primære ventilsete og videre forbi glidebanen. Disse delene av brennstoffventilen er laget av stål for å gi ventilsetet etc. den påkrevde hardheten. Den nederste delen av dysen er påført et korrosjonsbeskyttende lag ved hjelp av laser-sveising, plasmasveising eller termisk pulverspraying, hvorved fullstendig eller delvis smeltet materiale binder seg til stålet. Materialet i heftområdet har egenskaper som kan forårsake at den korrosjonsfaste legeringen skal-ler av, enten i forbindelse med herdingen eller etter en viss driftsperiode. Ved drift er dysen utsatt for store termiske sykliske belastninger som fører med seg en fare for degradering av heften til den korrosjonsmotstandsdyktige legeringen.

Det er en hensikt med den foreliggende oppfinnelsen å fremstille en dyse med lang levetid. Med hensyn til dette er en førstnevnt fremgangsmåte for fremstilling av en dyse i henhold til oppfinnelsenkarakterisert vedat et andre materiale av en annen legering også anordnes i formen i et indre område, og at materialene anordnet på denne måten behandles ved isostatisk pressing til et konsolidert (enhetlig) dyseemne fritt for mikrosprekker i heftområdet mellom den første legeringen og den andre legeringen.

Til tross for det faktum at bruk av en andre legering i dysen resulterer i en endring i strukturen til dysen, og at en endring av materialet eller struktur normalt påvirker den lange levetiden på en negativ måte, forbedres dy-sens levetid. Formodentlig nås den forbedrede lange levetiden på grunn av at heftområdet mellom de to legeringene er fritt for mikrosprekker. Konsolideringen (enhetliggjø-ringen) til de forskjellige materialene ved hjelp av isostatisk pressing frembringer en diffusjonsbetinget konsolidering uten noen heftområder, spesielt av typen kjent fra påføring av smeltet materiale på fast materiale. Selv om en dyse av typen kjent fra EP 982493 Al er varmebehand-let til en mer enhetlig hardhet før bruk, vil mikrosprekker oppstå i et smeltebasert blandeområde som er tynt og svært hardt umiddelbart etter påføring og i den varmepåvirkede sonen i stålet. Den diffusjonsavhengige konsolideringen i henhold til oppfinnelsen danner ingen smelteba-serte blandeområder med en tilhørende varmepåvirket sone. Det at man unngår mikrosprekker i overgangen mellom de to forskjellige materialene, fjerner en veldig viktig kilde til initiering av utmattings feil i dysen, som reduserer i en betraktelig forbedring av levetiden til dysen. Den dif-fus j onsbaserte konsolideringen resulterer også i en ekstremt lav risiko for bindefeil mellom de to forskjellige materialene.

Fortrinnsvis, for å oppnå en ytterligere forbedring av levetiden har det andre materialet av den andre legeringen en høyere utmattingsstyrke enn den første korrosjonsmotstandsdyktige legeringen i den ferdige dysen. Utmattingsstyrken er viktig for dyselevetiden fordi, i tillegg til vanlig termisk baserte laster på dysen, er en betraktelig økning i utmattingslast forventet å oppstå som en konse-kvens av bruken av høyere injeksjonstrykk og hurtigere trykkvariasjoner enn påført til nå, med den hensikt å oppnå en mer presis kontroll av drivstoffinjeksjon i diesel-motoren og dermed en bedre forbrenning av brennstoffet og redusert dannelsen av forurensende forbindelser.

I det minste når den korrosjonsmotstandsdyktige legeringen inneholder mer enn 0,6 % Al, brukes en oksygenhindrende diffusjonsbarriere, fortrinnsvis mellom det første materialet og det andre materialet før den isostatiske pressingen. Den oksygenhindrende diffusjonsbarrieren forhindrer diffusjon av oksygen avgitt fra den andre av legeringene inn i den første av legeringene og reaksjon med legeringskomponenter eller uønskede Al-urenheter. Oksygen kan for eksempel finnes i oppløst tilstand i den andre legeringen, eller kan avgis ved oppløsning av oksider i den andre legeringen under varming av materialene. Selv svært små mengder oksygen på bare noen få ppm kan føre til utfelling av aluminiumsoksider og/eller andre uønskede utfellinger i grenseområdet mellom de to legeringene, med resulterende svekkelse av den totale utmattingsstyrken til dysen.

Diffusjonsbarrieren begrenser eller forhindrer skadelig diffusjon av oksygen slik at dysen opprettholder en høy utmattingsstyrke. Åpenbart kan diffusjonsbarrieren også bli brukt i tilfeller hvor legeringen inneholder mindre enn eller presist 0,6 % Al. En positiv effekt av barrieren kan for eksempel oppnås ved legeringer med et aluminiums-innhold i intervallet 0,1 til 0,5 % Al. Barrieren kan også bli brukt hvis legeringene som faktisk brukes represente- rer en risiko for metallurgiske prosesser som resulterer i andre uønskede utfellinger, så som utfelling av interme-tall, karbider eller oksider andre enn aluminiumsoksider. Diffusjonsbarrieren har en forhindrende effekt på trans-porten av andre legeringskomponenter enn oksygen fra det ene til det andre materialet, spesielt små elementer, så som C eller bor kan diffundere fra en legering med høyt innhold av elementet i dens frie form inn i legeringen med et lavt innhold av elementet. Bruken av diffusjonsbarrieren sørger for en større frihet til å velge komponenter i den ene legeringen uavhengig av komponentene i den andre legeringen. Begrensning av karboninnholdet i den andre legeringen kan for eksempel i forbindelse med herding av dysen til en høy hardhet utgjøre fordelen av at det andre materialet har en lavere tendens til å danne herdede sprekker i områder på dysen med en kompleks geometri, så som rundt dyseboringene.

Slike di ffusjonsbarrierer kan for eksempel være av nikkel, kobber eller en nikkellegering siden både nikkel og kobber er egnet til å danne et tett og stabilt lag i forbindelse med de korrosjonsmotstandsdyktige legeringene som er egnet for bruk som dysematerialer. Alternativet kan være et ko-boltlag, en koboltlegering eller et kromlag.

Fremstilling av dysen kan passende forenkles ved å plassere diffusjonsbarrieren på den indre overflaten av et prefabrikkert element av det første materialet eller på den ytre overflaten til et prefabrikkert element av det andre materialet. Det prefabrikkerte elementet kan virke som bæ-rer av diffusjonsbarrieren inntil alt materialet er plassert i formen og den isostatiske pressingen er utført og materialene er konsolidert. På samme tid muliggjør bruken av prefabrikkerte elementer at formen kan fylles raskt og enkelt før pressing siden elementet enten er stablet sammen med et annet prefabrikkert element eller brukt som holder for spesielle materialer som fylles rundt eller inn i elementet i formen.

I det siste tilfellet er det prefabrikkerte elementet fortrinnsvis laget av det første materialet og fylles med startpartikkelmateriale av den andre legeringen. Når det gjelder fremstilling, gir dette en fordelaktig mulighet for rask fylling av formen. På samme tid er det andre materialet fremstilt ved pulvermetallurgi og oppnår dermed den isotropiske strukturen som resulterer i spesielt gode utmattingsegenskaper.

Når det brukes et prefabrikkert element i den første legeringen, er dette fortrinnsvis støpt eller fremstil ved pulvermetallurgi i en bolleformet eller rørformet vegg som former en del av formen brukt i den isostatiske pressingen. Bruken av en slik prefabrikkert komponent som form forenkler eller gjør unødvendig den påfølgende fjerningen av formen fra emnet som fremstilles, siden den prefabrikkerte komponenten er del av det ferdige emnet.

I en annen utføringsform av fremgangsmåten i henhold til den foreliggende oppfinnelsen er et forformet kjerneele-ment av det andre materialet plassert i en form i hvilken pulver av den første legeringen er anordnet før isostatisk pressing utføres. Fordi i det minste deler av det andre materialet er preformet, kan kjerneelementet brukes for å kontrollere plasseringen av pulver i den første legeringen. Pulveret kan anordnes direkte tilgrensende til kjerneelementet uten noen fare for blanding av pulver fra den første og den andre legeringen. Det forformede kjerneelementet forenkler også anordningen av partikkelmaterialet presist på ønskede plasser.

Det forformede elementet av det første materialet og/eller det forformede elementet av det andre materialet kan for eksempel fremstilles av partikkelmateriale så som ved hjelp av en CIP-behandling, en HIP-behandling, muligens fulgt av bearbeiding eller ekstrudering eller ved hjelp av sintring, med påfølgende pressing slik at elementet har fordelaktig isotropisk struktur. Det er også mulig å bruke et element i støpe- eller smimateriale. Egenskapene til disse forbedres ved isostatisk pressing.

Den isostatiske pressingen er passende en HIP-behandling som resulterer i konsolidering av materialer ved diffusjon uten noen reell kornvekst, noe som gjør det mulig å opp-rettholde en finkornet struktur grunnet det faktum at én eller flere av materialene er av et finkornet startmateri-ale konsolidert inn i et sammenhengende materiale uten smelting. Den isostatiske pressingen kan også være en CIP-behandling ved hvilken pressingen finner sted ved betraktelig lavere temperatur enn ved HIP-behandlingen.

I et annet aspekt vedrører den foreliggende oppfinnelsen videre en dyse for brennstoffventiler i en dieselmotor, spesielt en to-takts krysshodemotor som har en sentral langsgående kanal som kommuniserer med et antall dysebo-ringer som åpner seg ut i den ytre overflaten av dysen og hvor dysen er laget av en første legering som er motstandsdyktig mot korrosjon i det minste i et ytre område rundt dyseboringen og er lagd av en annen legering i et område forskjellig fra nevnte ytre område.

Med tanke på å forbedre levetiden til dysen, også nevnt i forbindelse med beskrivelsen av fremgangsmåten ovenfor i henhold til det første aspektet ved oppfinnelsen, er dysenkarakterisert vedat materialet i heftområdet mellom den første legeringen og den andre legeringen har en struktur som er fri for mikrosprekker.

Med hensyn til effekter og fordeler oppnådd ved dysen i henhold til oppfinnelsen, vennligst se i beskrivelsen over i forbindelse med beskrivelse av fremgangsmåten i henhold til det første aspektet ved oppfinnelsen.

I en foretrukket utføringsform har den andre legeringen en høyere utmattingsstyrke enn den korrosjonsmotstandsdyktige første legeringen, hvilket medvirker til ytterligere å oppnå en lang levetid som nevnt over.

I en utføringsform er en oksygenhindrende diffusjonsbarriere anordnet i dysen mellom den første legeringen og den andre legeringen. Diffusjonsbarrieren gjør det mulig å be-stemme analysen av den første korrosjonsmotstandsdyktige legeringen på bakgrunn av de ønskede egenskaper og fremstille vilkår for denne legeringen uten å måtte ta hensyn til om komponentene til denne legeringen kan samvirke ne-gativt med komponentene til den andre legeringen. Tilsvarende kan analysen til den andre legeringen bestemmes uten å måtte ta hensyn til komponentene i den første legeringen .

Den andre legeringen kan lages ved pulvermetallurgi, hvilket resulterer i forbedrede egenskaper sammenlignet med et materiale fremstilt kun ved smelting til det ønskede elementet. I en foretrukket utføringsform er den første legeringen en nikkelbasert legering og den andre legeringen en stålbasert legering. Den stålbaserte legeringen brukt på innsiden av dysen tilveiebringer høy styrke i området til dysen, som har en kompleks geometri fordi et antall dyse-boringer er plassert innenfor et lite område og er skåret inn i en sentral langsgående kanal ved forskjellige vink-ler .

Nikkelbaserte legeringer er svært mottakelige for karbid-formasjon og har derfor bare et begrenset karboninnhold, for eksempel opptil 0,6 vektprosent. Vanlige stålbaserte legeringer med høye utmattingsstyrker har vanligvis et høyt karboninnhold på opptil flere vektprosent. Hvis nød-vendig kan den stålbaserte legeringen velges slik at den har mindre fri karbon ved driftstemperatur for dysen enn den nikkelbaserte legeringen. De karbidformende legerings-elementene i den stålbaserte legeringen kan for eksempel velges slik at oppløsningstemperaturen til karbidene er godt over driftstemperaturen til dysen og også over HIP- temperaturen når dysen fremstilles ved en HIP-prosess. Frigjøring av fritt karbon ved oppløsning av karbider er dermed unngått. Videre kan sterke karbiddannere velges som legeringskomponenter, noe som hjelper til å fange og binde ethvert fritt karbon.

Dysen er passende utformet som en separat enhet plassert i brennstoffventilen i forlengelse av spindelgjennomføringen inneholdende brennstoffventilens primære ventilsete. Med denne utformingen er dysen ikke eller bare til en minimal utstrekning påvirket av heller store spenninger som oppstår i det primære ventilsetet. Ved erstatning av dysen kan erstatningen også begrenses til en mindre del hovedsakelig bestående av den delen av brennstoffventilen som strekker seg ut inn i forbrenningskammeret.

I en videre utføringsform består den andre legeringen av mer enn 70 % av den samlede massen til dysen, noe som også kan være en kostnadsfordel i tillegg til en styrkefordel hvis den andre legeringen er billigere enn den første legeringen .

Oppfinnelsen vil nå bli beskrevet under mer detaljert med referanse til den svært skjematiske tegning i hvilke

Fig. 1 viser et langsgående utsnitt gjennom dysen montert i den lavere enden av brennstoffventilen, og Figurene 2-7 viser tverrsnitt gjennom forskjellige pulver-fylte former for bruk ved HIP-behandling av dysen. Fig. 1 viser en dyse, generelt benevnt som 1 i en brennstoffventil i en forbrenningsmotor, som kan være en fire-taktsmotor, men som foretrukket er en to-takts krysshodemotor med mer enn én brennstoffventil i hver sylinder. Den sistnevnte motoren har typisk svært strenge krav til lang levetid på dysen, blant annet fordi motorene ofte drives på tung brennstoffolje som også kan inneholde svovel.

Dysen strekker seg ut gjennom et sentralt hull på enden av et ventilhus 2, hvis ringformede overflate 3 kan bli pres-set mot en korresponderende støtteoverflate i en sylinder-foring eller i en sylinderkledning anvist ved en stiplet linje, slik at dysespissen med dyseboringene 4 strekker seg inn i forbrenningskammeret A og kan injisere brennstoff når brennstoffventilen er åpen. Brennstoffventilen har et ventilglidestykke 5 med en dysenål 6 og et ventilsete 7 plassert, i ventilmodellen vist, i den lavere enden av glidebanen 8. Glidebanen presses ned mot en oppad ven-dende overflate på dysen 1.

Dysen har en langsgående senterkanal 9 fra hvilken dyseboringene 4 leder ut til den ytre overflaten av dysen. Dysen er bygget opp av et første materiale av en første legering 10 som er motstandsdyktig mot korrosjon og av et andre materiale av en andre legering 11. Den første legeringen ut-gjør i det minste det ytre arealet av dysen i området rundt dysehullene og kan strekke seg oppover og utgjøre den ytre overflaten av dysen over hele delen av dysen som strekker seg fra ventilhuset 2.

Det første materialet av en første legering som er motstandsdyktig mot korrosjon kan lages fra partikkelstartma-terialet eller det kan bli laget for eksempel ved støping. Eksempler på passende legeringer for bruk som den første legeringen er nikkelbaserte legeringer som kan, for eksempel ved vektprosent og bortsett fra generelt tilstedeværende urenheter, omfatte fra 15 til 30 % Cr, fra 0,02 til

0,55 % C og valgfritt én eller flere av de følgende komponentene: Fra 0 til 15 % W, fra 0 til 8 % Al, fra 0 til 5 % Ti, fra 0 til 20 % Co, fra 0 til 2 % Hf, fra 0 til 1 % Nb, fra 0 til 20 % Co, fra 0 til 2 % Hf, fra 0 til 5 % Nb

og/eller Ta, fra 0 til 35 % Mo, fra 0 til 10 % Si, fra 0

til 1,5 % Y, fra 0 til 1,5 % Y og fra 0 til 20 % Fe. Legeringen kan inneholde uunngåelige urenheter og den gjenstående er nikkel. Et typisk eksempel på en slik legering har den følgende analysen: 23 % Cr, 7 % W, 5,6 % Al, 1 % Si,

0,5 % C og 0,4 % Y. Denne HIP-behandlede legeringen har en utmattingsstyrke aA på omtrent ± 450 MPa.

De nikkelbaserte legeringene kan også være av typen som, ved vektprosent og bortsett fra generelt tilstedeværende urenheter, omfatter fra 35 til 60 % Cr, fra 0,02 til 0,55 % C, og valgfritt én eller flere av de følgende komponenter: fra 0 til mindre enn 1,0 % Si, fra 0 til 5,0 % Mn, fra 0 til 5,0 % Mn, fra 0 til 5,0 % Mo og/eller W, fra 0 til mindre enn 0,5 % B, fra 0 til 8,0 % Al, fra 0 til 1,5 % Ti, fra 0 til 0,2 % Zr, fra 0 til 3,0 % Nb, fra 0 til et maksimum på 2 % Hf, fra 0 til 1 % N, fra 0 til et maksimum på 1,5 % Y og en samlet mengde av Co og Fe på et maksimum av 5,0 %. Legeringen kan inneholde uunngåelige urenheter og det gjenstående er Ni. Dette materialet har en høy utmattingsstyrke og ekstremt høy motstandsdyktighet mot både varm korrosjon og erosjonspåvirkninger fra brennstoffet.

Andre eksempler på legeringer for bruk som det første kor-ros j onsmotstandsdyktige legeringsmaterialet er vist i tabell 1.

Den termiske ekspansjonskoeffisienten angitt over er gjen-nomsnittlig lineær termisk ekspansjonskoeffisient for varming fra 20°C til 500°C, dvs. et er relevant for 500°C, fortrinnsvis har den første legeringen omtrent samme termiske ekspansjonskoeffisient som den andre legeringen. Alternativt kan de første legeringen passende ha en høyere termisk ekspansjonskoeffisient enn den andre legeringen slik at kompresjonsspenninger som oppstår i senterområdet 1 dysen i forbindelse med kjøling fra HIP-temperaturen til 20°C.

Det er også mulig å bruke koboltbaserte legeringer, så som Celsit 50-P, men i HIP-behandlet tilstand kan de bare oppnå utmattingsstyrker med aA på omtrent ± 150 MPa. Av denne grunn er de ikke foretrukne materialer.

Som legeringsmaterialer for den andre legeringen er stålbaserte legeringer foretrukket, så som verktøystålet AISI H13 med analysen 0,4 % C, 1,0 % Si, 0,4 % Mn, 5,2 % Cr, 1 % V, 1,3 % Mo og gjenværende Fe, eller verktøystålet AISI H19 med analysen 0,45 % C, 0,4 % Si, 0,4 % Mn, 4,5 % Co, 4,5 % Cr, 0,5 % Mo, 2 % V, 4,5 % W og det gjenværende Fe, eller verktøystålene CPM1V og CPM3V fra Crucible Research, USA, CPM1V innholder 0,5 % C, 4,5 % Cr, 1 % V, 2,75 % Mo, 2 % W, 0,4 % Si, 0,5 % Mn og det gjenværende Fe, og CPM1V inneholder 0,8 % C, 7,5 % Cr, 2,5 % V, 1,3 % Mo, 0,9 % Si, 0,4 % Mn og det gjenværende Fe.

Verktøystålene kan fremstilles ved pulvermetallurgi som et finkornet isotropisk pulver med ekstrem fin struktur slik at dannelsen av karbidnettverk er unngått til tross for høye prosentsatser med tilsatte legeringskomponenter. Ved å trykkatomisere smeltet legering inn i en kald atmosfære blir karbidene ekstremt små og enhetlig fordelt.

Andre eksempler på legeringsmaterialer for den andre legeringen er nevnt i tabell 2, i hvilken de termiske ekspan-sjonskoeffisientene er angitt på samme måte som i tabell 1.

For et spesielt verktøystål kan utmattingsstyrken regule-res ved hjelp av varmebehandling gitt til dyseemnet. Etter isostatisk pressing av dyseemnet er den ytre og indre geo-metrien til dyseemnet ferdig. Dette betyr typisk at den langsgående senterkanalen og dyseboringene maskineres i emnet og at den ytre overflaten til emnet også kan dreies eller slipes til sin endelige form.

Når den geometriske maskineringen er ferdig, kan dyseemnet bli utsatt for en varmebehandling i hvilken den andre legeringen herdes til en passende hardhet. Herdingen kan for eksempel utføres ved en temperatur i intervallet fra 1000 °C til 1100 °C med en gjennomvarmingstid på fra 10 til 40 min. Så utføres den endelige varmebehandling i form av én eller flere anløpningsbehandlinger, og anløpningen er viktig for den endelige utmattingsstyrken til den ferdige dysen. Anløpningen kan for eksempel utføres ved en gjennomvarmingstid på 2 timer ved en temperatur i intervallet fra 450 °C til 600 °C. Fortrinnsvis brukes en dobbel eller trippel anløpning med 2 eller 3 perioder på to timer. Verktøystålene nevnt kan ha utmattingsstyrker aA på omtrent ± 500-900 MPa i den ferdige dysen. Fortrinnsvis er utmattingsstyrken aA på minst ± 750 MPa. På samme tid har verk-tøystålene fordelaktig høy slitasjemotstandsdyktighet og hardhet.

For både den første og den andre legeringen har pulveret som passende brukes en størrelse i intervallet fra 0 til 1000 um.

Eksempler vil nå bli gitt for å viser hvordan dyseemnet kan bli behandlet med isostatisk pressing.

Fig. 2 viser en preformet kjerneform 12, som er innført i en form 13, bygget opp av en bunnplate 14, en sidevegg 15, et deksel 16 og en fyllemunnstykke 17. Kjerneelementet er laget i den andre legeringen og lages i forkant fra pulver sintret sammen og kaldpresset til et såkalt grønt emne.

Kjerneelementet kan også lages ved høyhastighetspulver-pressing eller ved en CIP- eller HIP-prosess. Kjerneelementet kan også lages ved konvensjonelle fremgangsmåter for verktøystål eller kan være en ESR (Electro Slag Refi-ned/elektroslagg raffinert) gjenstøpning. Kjerneelementet har en hodedel 18 med betydelig større diameter enn hoveddelen 19 som strekker seg oppover inn i formen 13. Hoveddelen strekker seg over et areal som ligger rundt senterkanalen 9 i den ferdige dysen. Hoveddelen kan slutte ved en avstand fra dyseboringene, eller som vist i fig. 1, den kan strekke seg inn i dysen slik at den omslutter hele senterkanalen. I det siste tilfellet passerer dyseboringene gjennom den andre legeringen i et område rundt senterkanalen og gjennom den første legeringen i et ytre område av dysen.

Sideveggen 15 passer rundt hodedelen 18 og smalner oppover til en mindre diameter. Rundt hoveddelen er sideveggen i en avstand hovedsakelig korresponderende til den ønskede tykkelsen til den korrosjonsresistente første legeringen. Den sirkulære bunnplaten 14 er sveist langs hele sin om-krets til den lavere kanten av sideveggen 15. Tilsvarende er dekselet 16 sveiset til den øvre kanten til sideveggen og fyllemunnstykkeen er sveiset til den øvre overflaten til dekselet.

Det finkornede pulveret av den første legeringen fylles gjennom fyllemunnstykkeen 17 ned inn i hulrommet rundt Kjerneelementet 12 og formen med pulver vibreres, etter-fylling med mer pulver utføres hvis nødvendig, formen gjø-res lufttom og lukkes på en trykktett måte i fyllemunnstykkeen.

Så plasseres formen i en ovn og ovnkammeret pumpes opp med en inertgass, så som argon, til et trykk på omtrent 200

bar og varmes til en temperatur i intervallet fra 1000 til 1300 °C, typisk 1150 °C. Samtidig med varmingen økes tryk-ket i ovnkammeret til omtrent 900 til 1100 bar. Temperatur

og trykk opprettholdes over en periode fra 4 til 8 timer, og i løpet av denne perioden konsolideres materialene inne i formen til et tett, porefritt legeme.

Etter avkjøling fjernes formen fra det HIP-behandlede emnet. Den brukte formen kan for eksempel være av stål eller glass. I det siste tilfellet vil sveisene nevnte ovenfor bestå av smelteoppvarming av glasset.

Dyseemnet som er anløpt blir så maskinert til sin endelige form, for eksempel ved dreiing og boring, hvoretter emnet kan bli avspenningsglødet, herdet og anløpt. Som en følge av HIP-behandlingen ved høy temperatur, kan varmebehand-lingene av dysen utføres uten vesentlig kornvekst i materialet, forutsatt at varmebehandlingen finner sted ved en lavere temperatur enn HIP-temperaturen. Dette er en fordel siden større korn resulterer i lavere utmattingsstyrke.

Levetiden til dysen i henhold til oppfinnelsen er lang, blant annet fordi det ikke er noen mikrosprekker i over-gangsområdet mellom de to materialene. En mikrosprekk er en sprekk i et enkelt krystallkorn eller en sprekk som strekker seg gjennom flere krystallkorn. Mikrosprekker kan typisk ha en utstrekning i intervallet fra 0,05 mm til 0,5 mm. Alle sprekker av størrelse mindre enn 0,05 mm kan man se bort fra. Når mikrosprekker finnes i en dyse, vil det være mange sprekker i dysen. Grunnen til dette er at opp-sprekking forårsakes av de varmepåvirkede sonene nevnt over, eller at bindefeil påvirker et stort område og ikke bare noen få korn. Nærværet av mikrosprekker kan dermed bestemmes ved undersøkelse av noen få spenningsutsatte heftområder mellom de to legeringene i dysen. Hvis de mest utsatte områdene er fri for mikrosprekker, kan hele dysen antas å være fri for mikrosprekker i heftområdet.

For enkelhets skyld bruker den påfølgende beskrivelsen av de andre eksemplene de samme referansenumrene som brukes over for detaljer som har de samme funksjonene.

Fig. 3 viser en utforming av formen 13 som er passende for fremstilling av mange dyseemner i samme form. Sideveggen 15 er her sirkulært sylindrisk med en indre diameter som korresponderer med den ytre diameteren til hodedelen 18.

Tykkelsen til den første legeringen kontrolleres ved plas-sering av et sirkulært sylindrisk fyllerør 21 rundt hoveddelen før fylling av røret med pulver. Ved å lage sideveggen 15 lenger enn vist i figuren, kan et første kjerneele-ment 12 og en tilhørende diffusjonsbarriere 24 og et fyl-lerør 21 bli plassert inne i sideveggen før montering av dekselet 16, hvoretter pulveret fylles i fyllerøret til dens øvre kant. Så kan det neste kjerneelementet med rør 21, barriere 24 og pulver plasseres på toppen av den førs-te og så videre inntil sideveggen 15 er fylt opp, hvoretter hele formen lukkes av ved montering av dekselet 16. Så kan HIP-behandlingen utføres som beskrevet over.

Diffusjonsbarrieren 24 er plassert på den ytre overflaten til hoveddelen 19 og på den oppadvendende siden av hodedelen 18. Barrieren kan være et lag, for eksempel påført det forformede kjerneelementet ved hjelp av elektrolyttisk av-setting eller ved hjelp av andre overflatepåføringsmetode, så som plettering. Barrieren kan for eksempel lages av nikkel, kobber, kobolt eller nikkelfosfor. Alternativt kan laget påføres ved spraying eller ved å plassere en tynn folie av det ønskede materialet, typisk rent metall, så som nikkel, kobolt eller kobber, rundt hoveddelen 19. Barrieren har passende en tykkelse i intervallet fra 5 til 400 um, fortrinnsvis fra 10 til 100 um.

Fig. 4 viser en annen utforming i hvilken sideveggen 15 er sirkulært sylindrisk og sveiset i dens lavere kant på en skulder på hodedelen 18. Denne utformingen gjør at formen blir billigere. I forbindelse med den endelige maskineringen av dysen etter HIP-behandling, blir sveisen med den tilhørende varmepåvirkede sonen fjernet ved dreining. Det forformede kjerneelementet kan for eksempel lages ved en foregående HIP-behandling eller en CIP-behandling (kald isostatisk pressing), men da kan det ikke lages noen svei-ser på materialet. Fig. 5 viser en utforming i hvilken en sirkulær sylindrisk rørvegg 22 i den første legeringen plasseres rundt hoveddelen 19. Den indre diameteren til røret er litt større enn den ytre diameteren til hoveddelen slik at diffusjonsbarrieren 24 ikke ødelegges ved sammenstilling. Veggen 22 kan fremstilles ved pulvermetallurgi, men kan også fremstilles som et vanlig rør, fortrinnsvis et sømløst rør. Etter at pulver av den første legeringen 10 er fylt inn i veggen, blir HIP-behandlingen utført som beskrevet over med unntak av at veggen 22 beholdes på kjerneelementet og blir en del av dyseemnet. Fig. 6 viser en ytterligere utforming i hvilken veggen 22 i den første legeringen er skål- eller begerformet og anordnet med diffusjonsbarrieren 24. Etter montering av dekselet 16, fylles formen med pulver av den andre legeringen og HIP-behandlingen utføres som beskrevet over med unntak av at veggen 22 forblir på den HIP-fremstilte indre delen til dyseemnet.

Det er også mulig at både den korrosjonsresistente første legeringen i form av veggen 22 og den andre legeringen 11 og diffusjonsbarrieren 24 fremstilles som to prefabrikkerte deler med barrieren plassert på enten den ene eller den andre delen, og at delene innføres i hverandre som vist i fig. 6, hvoretter dekselet 16 monteres, formen gjøres lufttom og lukkes, hvoretter HIP-behandlingen utføres som beskrevet over. I dette tilfellet vil HIP-behandlingen ik-ke involvere en reell konsolidering av partikkelmaterialet siden delene allerede er prefabrikkert som nevnt over, men HIP-behandlingen forårsaker at delene konsoliderer til et sammenhengende emne ved diffusjonsbinding i grenseflatene.

Fig. 7 viser en ytterligere utføringsform i hvilken formen er delt på innsiden ved hjelp av en skilleplate 23 som strekker seg i mellomrommet mellom den første og den andre legeringen. Skilleplaten 23 kan lages av den første legeringen eller den andre legeringen. Det er også mulig at skilleplaten 23 er den oksygenhindrende diffusjonsbarrieren laget av et tredje materiale. Siden skilleplaten er relativt tykk, kan ikke komponentene fra den første legeringen diffundere inn i den andre legeringen.

Bunnplaten er også anordnet med et fyllemunnstykke 17 for fylling av pulver. Først fylles et pulver gjennom det til-hørende fyllemunnstykket, hvoretter luft tømmes ut og munnstykket lukkes. Så snus formen opp ned, og det andre pulveret fylles gjennom det andre munnstykket, hvoretter luft trekkes ut av det andre kammeret. Så utføres HIP-behandlingen som beskrevet over.

Dysen kan ha andre utforminger enn den vist i fig. 1. Det er mulig å la ventilglidestykket bære en andre lukkedel som lukker dyseboringene 4 fra brennstoffkanalen 9. Den andre lukkedelen kan fordelaktig lages av verktøystål siden den glir langs den indre overflaten til den langsgående kanalen som også kan lages av verktøystål. Dette er en utnyttelse av det faktum at to verktøystål glir bra langs hverandre. Det er også mulig å plassere primærventilsetet nede i dysen, noe som resulterer i et minimumsvolum i brennstoffkanalen under ventilsetet. Det er videre mulig at ventilboringene er rettet, ikke bare til én side på dysen, men i stedet til både den ene og den andre siden eller fordelt langs hele omkretsen til dysen.

Det forformede kjerneelementet i den andre legeringen og/eller den bolle- eller rør formede veggen i den første legeringen kan fremstilles i forkant av materiale som ikke er basert på partikkelstartmateriale, så som støpt- eller smidd materiale. Det er mulig å kontrollere temperaturen under HIP-behandlingen slik at det andre materialet herdes og/eller anløpes eller utglødes under HIP-behandlingen el ler i direkte forbindelse derved, for derved å unngå et trinn i den påfølgende varmebehandlingen.

Detaljer ved forskjellige utføringsformer og eksempler kan komponeres til nye utføringsformer. Det er også mulig å blande pulver av den første legeringen eller den andre legeringen fra et antall pulverstørrelser, og pulver fra et antall forskjellige metalliske legeringer kan også bli brukt, hvilke kan være av typene nevnt over. Det er videre mulig å blande inn keramisk pulver for å oppnå en isolerende effekt. Det keramiske pulveret kan for eksempel plasseres i et lag i en kort avstand fra spissen av dysen. Så dekkes det keramiske pulveret av pulver av den første korrosjonsresistente legeringen. Graderte blandinger av forskjellig pulver kan også brukes. Videre er det mulig, i forbindelse med fylling av formen før HIP-behandlingen å plassere et nett av keramisk materiale i pulveret av den første legeringen, for eksempel i pulveret som ligger over hoveddelen 19 i fig. 2. Pulveret av den første legeringen plasseres på toppen av nettingen, slik at den ytre delen av dysen lages av et korrosjonsmotstandsdyktig materiale.

Claims (19)

1. Fremgangsmåte for fremstilling av en dyse (1) for brennstoffventiler i en dieselmotor, spesielt en to-takts krysshodemotor, hvor et første materiale av en korrosjonsresistent første legering (10) anordnes i en form (13), i det minste i et ytre område som skal utgjøre den ytre overflaten av dysen rundt dyseboringene (4),karakterisert vedat et andre materiale av en andre legering (11) også anordnes i formen (13) i et indre område, og at materialene slik anordnet blir behandlet ved isostatisk pressing til et konsolidert dyseemne fritt for mikrosprekker i grenseområdet mellom den første legeringen (10) og den andre legeringen (11).

2. Fremgangsmåte i henhold til krav 1,karakterisert vedat det andre materialet av den andre legeringen (11) har en høyere utmattingsstyrke enn den første korrosjonsresistente legeringen (10) i den ferdige dysen (1).

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2,karakterisert vedat i det minste når den korrosjonsresistente legeringen (10) omfatter mer enn 0,6 % Al, brukes en oksygenhindrende diffusjonsbarriere (24) mellom det første materialet og det andre materialet før isostatisk pressing.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 3,karakterisert vedat det som diffusjonsbarriere (24) benyttes nikkel, kobber eller en nikkellegering.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 3 eller 4,karakterisert vedat diffusjonsbarrieren (24) plasseres på innsiden av en prefabrikkert del av det første materialet eller på utsiden av en prefabrikkert del av det andre materialet.

6. Fremgangsmåte ifølge et av kravene 1 til 5,karakterisert vedat en prefabrikkert del av det første materialet ifylles partikkelformig utgangsmateriale av den andre legeringen (11), fortrinnsvis ved hjelp av høyhastighetspulverpressing.

7. Fremgangsmåte ifølge krav 6,karakterisert vedat den prefabrikkerte delen av den første legeringen (10) støpes eller fremstilles ved pulvermetallurgi i en begerformet eller rørformet vegg (22) som utgjør del av formen (13) brukt i den isostatiske pressingen.

8. Fremgangsmåte ifølge et av kravene 1 til 5,karakterisert vedat et forformet kjerne-element (12) av det andre materialet plasseres i en form (13) i hvilken partikkelformig utgangsmateriale av den første legeringen (10) anordnes før isostatisk pressing utføres.

9. Fremgangsmåte ifølge et av kravene 6 til 8,karakterisert vedat den forformede delen av det første materialet og/eller den forformede delen i det andre materialet fremstilles fra partikkel formig utgangsmateriale, for eksempel ved hjelp av høyhastighets pulverpressing, en CIP-behandling, en HIP-behandling, eventuelt fulgt av bearbeiding eller ekstrudering, eller ved hjelp av sintring med påfølgende pressing.

10. Fremgangsmåte ifølge et av kravene 1 til 9,karakterisert vedat den isostatiske pressingen er en HIP-behandling.

11. Dyse (1) for en brennstoffventil i en dieselmotor, spesielt en to-takts krysshodemotor, som har en langsgående senterkanal (9) som kommuniserer med et antall dysebo-ringer (4) som åpner seg ut i den ytre overflaten av dysen, hvor dysen (1) er laget av en korrosjonsresistent første legering (10) i det minste i et ytre område rundt dyseboringene (4), og er laget av en andre legering (11) i et område forskjellig fra nevnte ytre område,karakterisert vedat materialet i grenseområdet mellom den første legeringen (10) og den andre legeringen (11) har en struktur fri for mikrosprekker.

12. Dyse ifølge krav 11, karakterisert vedat den andre legeringen (11) har en høyere utmattingsstyrke enn den korrosjonsresistente første legeringen (10).

13. Dyse ifølge krav 11 eller 12,karakterisert vedat en oksygenhindrende diffusjonsbarriere (24) er tilveiebrakt i dysen mellom den første legeringen (10) og den andre legeringen (11).

14. Dyse ifølge et av kravene 11 til 13,karakterisert vedat den andre legeringen (11) er laget ved pulvermetallurgi.

15. Dyse ifølge et av kravene 11 til 14,karakterisert vedat den første legeringen (10) er en nikkelbasert legering og den andre legeringen (11) er en stålbasert legering.

16. Dyse ifølge et av kravene 11 til 15,karakterisert vedat dysen (1) er en at-skilt enhet plassert i brennstoffventilen i forlengelse av en spindelgjennomføring omfattende et primært ventilsete (7) av brennstoffventilen.

17. Dyse ifølge krav 16, karakterisert vedat den andre legeringen (11) utgjør mer enn 70 % av den samlede massen av dysen (1) •

18. Dyse ifølge et av kravene 11 til 17,karakterisert vedat utmattingsstyrken aA av den andre legeringen (11) er minst ± 750 MPa.

19. Dyse ifølge et av kravene 11 til 18,karakterisert vedat isolerende keramisk materiale dekket av den første legeringen (10) er anordnet i dysen (1).