WO1997030808A1

WO1997030808A1 - Werkstoff zur pulvermetallurgischen herstellung von formteilen, insbesondere von ventilsitzringen oder ventilführungen mit hoher verschleissfestigkeit

Info

Publication number: WO1997030808A1
Application number: PCT/EP1997/000837
Authority: WO
Inventors: Ekkehard KÖHLER; Kirit Dalal; Anil V. Nadkarni
Original assignee: Bleistahl Produktions-Gmbh & Co. Kg; Scm Metal Products, Inc.
Priority date: 1996-02-21
Filing date: 1997-02-21
Publication date: 1997-08-28
Also published as: JP4272706B2; DE19606270A1; EP0881958A1; JP2001500567A; DE59703672D1; EP0881958B1; US6039785A

Abstract

Ein Werkstoff zur pulvermetallurgischen Herstellung, insbesondere von Ventilsitzringen oder Ventilführungen mit hoher Verschleiß- und Korrosionsfestigkeit und hoher Wärmeleitfähigkeit aus einem Pulvergemisch mit einem Kupferanteil von wenigstens etwa 50 Gew.-%; das Ausgangs-Pulvergemisch besteht aus einem den Cu-Anteil enthaltenden Basispulver in einer Menge von 50 bis 90 Gew.-% und einem pulverförmigen, Molybdän enthaltenden Legierungszuschlag in einer Menge von 10 bis 50 Gew.-%, wobei das Basispulver ein mittels Al2O3 dispersionsverfestigtes Kupferpulver mit einem Al2O3-Gehalt von 0,1 bis 1,1 Gew.-% ist, das durch Verdüsen einer Cu-Al-Schmelze und anschließende Erwärmung in oxidierender Atmosphäre hergestellt ist. Gegenstand der Erfindung ist ferner die Verwendung eines derartigen dispersionsverfestigten Pulvers zur pulvermetallurgischen Herstellung insbesondere von verschleiß- und korrosionsfesten Ventilsitzringen oder Ventilführungen mit hoher Wärmeleitfähigkeit sowie ein Verfahren zur Herstellung derartiger Ventilsitzringe oder Ventilführungen.

Description

WERKSTOFF ZUR PULVERMETALLURGISCHEN HERSTELLUNG VON FORMTEILEN, INSB. VON VENTILSITZRINGEN ODER VENTILFUHRUNGEN MIT HOHER VERSCHLEISSFESTIGKEIT

Die Erfindung betrifft einen Werkstoff zur pulvermetallurgischen Herstellung von Formteilen mit hoher Wärmeleitfähigkeit und hoher Verschleiß- und Korrosionsfestigkeit durch Pressen, Sintern und gegebenenfalls Nach¬ verdichten eines Pulvergemisches mit einem Kupferanteil von wenigstens etwa 50 Gew.-%.

Derartige Sinterwerkstoffe werden für Formteile, die heißen Gasen oder Gasgemischen ausgesetzt sind, benötigt, beispielsweise für die Herstellung von Ventilsitzringen und Ventilführungen für Verbrennungsmotoren, die einerseits hohen mechanischen Belastungen und andererseits gleichzeitig der Einwirkung heißer Verbrennungsgase ausgesetzt sind. Sie müssen 0 daher aus Werkstoffen hergestellt werden, die nicht nur verschleiß- und korrosionsfest sind, sondern auch eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweisen. Dabei kommt der Wärmeleitfähigkeit eine steigende Bedeutung zu, da das Temperaturniveau an den Ventilen durch die aus Emissionsgründen erforderliche Ausweitung des stöchiometrischen Gemisches ansteigt und 5 ein anhaltender Trend zu leistungsstärkeren Motoren erkennbar ist. Es ist bekannt, die Temperaturdifferenz zwischen dem Kopf des Ventils und dem Zylinderkopf, in den der Ventilsitzring eingearbeitet ist, durch Wärme¬ transport im Ventil zu erniedrigen. Zu diesem Zweck wird der Ventilschaft mit einer Hohlbohrung versehen und gekühlt. Aus Kosten- und Gewichts- gründen wurden die Durchmesser der Ventilschäfte in den letzten Jahren derart verkleinert, daß es in den meisten Fällen nicht mehr möglich ist, sie mit einer Hohlbohrung zu versehen, so daß der Einsatz von hohlgebohrten und beispielsweise mit Natrium gefüllten Ventilen in Zukunft nicht mehr möglich sein wird. Das Bestreben geht daher dahin, die Wärmeleitfähigkeit des Materials, aus dem der Ventilsitz, insbesondere der Ventilsitzring, hergestellt wird, zu verbessern, um auf diese Weise die Wärme schneller abzuführen, das Temperaturniveau zu senken, um die tribologischen Verhältnisse zu verbessern und das System technologisch und kostenmäßig zu verbessern.

Es sind pulvermetallurgisch hergestellte Formteile aus Sinterwerkstoffen auf Eisenbasis mit infiltriertem Kupfer bekannt, die einen zur Verwendung als Ventilsitzring oder Ventilführung ausreichenden Verschleißwiderstand auf¬ weisen, dessen Wärmeleitfähigkeit, verglichen mit Sinterwerkstoffen ohne Kupferanteil nicht hoch genug ist. Beispielsweise ist aus der DE-PS 21 14 160 ein Sinterwerkstoff bekannt, der aus einem Eisen¬ basiswerkstoff besteht, dem Kohlenstoff und Blei sowie andere Legierungs¬ bestandteile zugesetzt sind. Aus diesem Werkstoff hergestellte Ventilsitz¬ ringe besitzen zwar eine ausreichende Warm- und Verschleißfestigkeit, ihre Wärmeleitfähigkeit reicht jedoch nicht aus, um das hier insbesondere anstehende Problem im Auslaßbereich eines modernen

Verbrennungsmotors zu lösen.

Aus der PCT-EP 89/01343 ist ein Sinterwerkstoff zur pulvermetallurgischen Herstellung von Ventilsitzringen bekannt, die eine erhöhte Wärmeleitfähigkeit bei hoher Verschleißfestigkeit aufweisen sollen. Der Sinterwerkstoff besteht aus einem Grundmetallpulver mit einem Kupferanteii von etwa 70 bis 100 Gew. -% Kupfer und einem Legierungsanteil. Der Legierungsanteil kann beispielsweise aus 1 bis 3 Gew.-% Kobalt oder einem hochlegierten Zusatzmetallpulver bestehen, das dem Grundmetailpulver als Hartphase beigemischt ist, deren Anteil dann maximal 30 Gew.-% beträgt.

Mit einem derartigen Werkstoff durchgeführte Versuche haben ergeben, daß der Werkstoff eine für die Fertigung von Ventilsitzπngen, insbesondere für den Auslaßbereich von Verbrennungsmotoren, nicht ausreichende Ver- schleιßfes:ιgkeιt aufweist. Dies ist darauf zurückzuführen, daß zwar die Härte des Werkstoffes durch die Verfestigung der Matrix durch Einlagerung von Hartstoffen mit einer maximalen Partikelgröße von 150 μm und damit die Verschleißbeständigkeit des Ventilsitzπnges gesteigert werden konnte, daß jedoch auf der anderen Seite durch die relativ großen und scharfkantigen Einlagerungen der Gegenkörper stärker verschlissen wurde. Es war daher der Verschleiß am Ventilsitzring gering, während der für das dauerhafte Funktionieren des Systems wichtige Gesamtverschleiß verschlechtert wurde.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Sinterwerkstoff für die pulvermetallurgische Herstellung, insbesondere von Ventilsitzπngen oder Ventilführungen zu schaffen, dessen Verschleißbeständigkeit sehr hoch ist und der gleichzeitig eine signifikant hohe Wärmeleitfähigkeit verglichen mit bekannten, für diesen Zweck benutzten Sinterwerkstoffen aufweist.

Ausgehend von einem Werkstoff zur pulvermetallurgischen Herstellung von Formteilen mit hoher Verschleiß- und Korrosionsfestigkeit und hoher Wärmeleitfähigkeit, insbesondere zur Herstellung von Ventilsitzπngen oder Ventilführungen für Verbrennungsmotoren, durch Pressen, Sintern und gegebenenfalls Nachverdichten eines Ausgangs-Pulvergemisches mit einem Kupferanteil von wenigstens etwa 50 Gew.-% besteht die Erfindung darin, daß das Ausgangs-Pulvergemisch aus einem den Cu-Anteil enthaltenden Basispulver in einer Menge von 50 bis 90 Gew.-% und einem pulverförmigen, Molybdän enthaltenden Legierungszuschlag in einer Menge von 10 bis 50 Gew.-% besteht und daß das Basispulver ein dispersionsverfestigt.es Kupferpulver ist. Vorzugsweise ist das dispersionsverfestigte Kupferpulver durch AI2O3 verfestigt, enthält von 0, 1 bis 1 , 1 Gew.-% AI2O3 und weniger als 0,5 Gew.-% Verunreinigungen und 97/30808 PC17EP97/00837

ist durch Verdüsen einer Cu-Al-Schmelze und anschließender Erwärmung in oxidierender Atmosphäre zur selektiven Oxidation des Aluminiums hergestellt.

Der Erfindung liegt die überraschende Erkenntnis zugrunde, daß die Verwendung eines in bestimmter Weise vorzugsweise mittels AI2O3 dispersionsverfestigten Cu-AI∑Os-Pulvers als Werkstoff zur pulvermetallurgischen Herstellung von Formteilen zu Erzeugnissen führt, die einerseits eine hohe Verschleiß- und Korrosionsfestigkeit und andererseits eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweisen, so daß sie sich insbesondere zur Herstellung von Ventilsitzringen oder Ventilführungen für Verbrennungsmotoren eignen.

Für den vorliegenden Verwendungszweck sind nur solche mit AI2O3 disper¬ sionsverfestigten Cu-Pulver geeignet, die nach dem z. B. aus der US-PS 37 79 714 oder der DE-PS 23 55 1 22 bekannten Verfahren durch Innenoxidation und mit anschließender Erwärmung von Cu-Al legiertem Pulver, hergestellt aus Verdüsen einer Cu-Al-Schmelze, in oxidierender Atmosphäre hergestellt sind, während nach einer anderen Methode gemäß der GB-A-2 083 500 hergestellte dispersionsverfestigte Metallpulver, bei denen eine innere Oxidation ausdrücklich ausgeschlossen werden soll, ungeeignet sind. Die Anmelderin führt dies darauf zurück, daß bei dem mittels Innenoxidation hergestellten Cu-Al2θ3-Pulver der Abstand zwischen den dispergierten Abθ3-Teilchen in der Kupfermatrix in der Größenordnung von 3 bis 12 nm liegt, während sie bei dem ohne Innenoxidation hergestell¬ ten Pulver etwa 40 μm beträgt. Auf die erfindungsgemäße Verwendung von dispersionsverfestigten Metallen als Basispulver zur pulvermetallurgischen Herstellung von Formteilen, insbesondere von Ventilsitzringen oder Ventilführungen, findet sich in diesen Druckschriften kein Hinweis.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, daß der Legie- rungszuschlag aus einer pulverförmigen, vorzugsweise wasserverdusten intermetallischen Hartphase aus 28 bis 32, vorzugsweise 30 Gew.-%

Molybdän, 9 bis 1 1 , vorzugsweise 10 Gew.-% Chrom, 2,5 bis 3,5, vor- zugsweise 3 Gew.-% Silizium, Rest Kobalt besteht, wobei die intermetal¬ lische Hartphase in dem Pulvergemisch in einer Menge von etwa 10 Gew.- % und das Basispulver in einer Menge von etwa 90 Gew.-% vorliegen.

Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung besteht die intermetal- lische Hartphase aus 28 bis 32, vorzugsweise 30 Gew.-% Molybdän, 9 bis 1 1 , vorzugsweise 10 Gew.-% Chrom, 2,5 bis 3,5, vorzugsweise 3 Gew.-% Silizium, Rest Eisen, wobei die intermetallische Phase in dem Pulvergemisch in einer Menge von etwa 10 Gew.-% und das Basispulver in einer Menge von etwa 90 Gew.-% vorliegen.

Der Legierungszuschlag kann erfindungsgemäß auch aus einer Hartphase aus einem Schnellstahlpulver aus etwa 6 Gew.-% Wolfram, etwa 5 Gew.- % Molybdän, etwa 2 Gew.-% Vanadium, etwa 4 Gew.-% Chrom, Rest Eisen bestehen, wobei die Hartphase in dem Pulvergemisch in einer Menge von bis zu etwa 30 Gew.-% und das Basispulver in einer Menge von etwa 70 Gew.-% oder höher vorliegen.

Der Legierungszuschlag kann auch aus einer Hartphase aus einem Mo-P-C-Puiver aus etwa 1 1 Gew.-% Molybdän, etwa 0,6 Gew.-% Phosphor, etwa 1 ,2 Gew.-% Kohlenstoff, Rest Eisen bestehen, wobei die Hartphase und das Basispulver in dem Pulvergemisch in einer Menge von jeweils etwa 50 Gew.-% vorliegen.

Gegenstand der Erfindung ist ferner ein Werkstoff, der aus einem Aus- gangs-Pulvergemisch aus etwa 80 Gew.-% Basispulver, etwa 10 Gew.-% Molybdänpulver und etwa 10 Gew.-% Kupferpulver oder etwa 79 Gew.-% Basispulver, etwa 10 Gew.-% Molybdänpulver, etwa 10 Gew.-% Kupfer- pulver und etwa 1 Gew.-% pulverförmigem Molybdäntrioxid besteht.

Die Erfindung sieht ferner vor, daß das Basispulver zusätzlich Molybdän- disulfid (M0S2) und/oder Mangansulfid (MnS) und/oder Wolframdisulfid {WS2) und/oder Calciumfluorid (CaF2) und/oder Tellur (Te) und/oder Caiciumcarbonat (CaC03> in einer Gesamtmenge von wenigstens 1 Gew.-% bis maximal 3 Gew.-% bezogen auf die Menge des Basispulvers enthält. Gegenstand der Erfindung ist ferner ein Verfahren zur pulvermetallurgischen Herstellung von Formteilen mit hoher Verschleiß- und Korrosionsfestigkeit und hoher Wärmeleitfähigkeit, insbesondere zur Herstellung von Ventilsitz¬ ringen oder Ventilführungen für Verbrennungsmotoren, bei dem ein Aus- gangs-Pulvergemisch mit einer der vorstehend beschriebenen Zusammen¬ setzungen mit etwa 0,3 Gew.-% eines preßerleichternden Mittels, z. B. Wachs, gemischt, verformt und zu einem Formteil mit einer bei etwa 8,0 g/cm³ liegenden Dichte verpreßt und einer anschließenden Sinterung unter Schutzgas unterworfen wird; dabei erfolgt die Sinterung vorzugsweise unter einer Schutzgasatmosphäre aus etwa 80 Gew.-% Stickstoff und etwa 20 Gew.-% Wasserstoff während einer Zeit von etwa 45 min bei einer Temperatur von etwa 1 .040 °C. Gegebenenfalls kann das gesinterte Formteil einer Nachverdichtung auf eine Dichte von etwa 8,8 g/cm³ unterworfen werden.

Eine alternative Ausführungsform der Erfindung sieht vor, daß das Aus- gangspuiver gemäß Patentanspruch 1 einen oder mehrere der nachfolgend aufgeführten Stoffe bzw. Stoffgemische enthält:

a) 5 - 30 Gew.-% Werkzeugstahl Typ M35 oder Typ T15,

Ni-Cr-Si-Fe-B-Cu-Mo;

b) 5 - 10 Gew. -% W, Mo, Nb, WC, TiC, B₄C, TiN, c-BN, TiB₂;

c) 0,5 - 5 Gew.-% Ti, Cr, Zr, Cr + Zr, Be, Ni + P.

Die Materialien der Gruppe a) legieren mit der Kupfermatrix des dispersions¬ verfestigten Kupfers, indem diese Zusätze in das Kupfer eindiffundieren und dabei die elektrische und thermische Leitfähigkeit signifikant verringern. Um die Wärmeleitfähigkeit oberhalb von 100 W/m ^• k zu halten, soll der Anteil 5 - 20 Gew.-%, typisch 10 Gew.-%, nicht überschreiten.

Die Materialien der Gruppe b) legieren nicht mit der Kupfermatrix und haben deswegen keinen merklichen Einfluß auf die Wärmeleitfähigkeit. Sie sind jedoch relativ kostspielig. Es hat sich allerdings herausgestellt, daß ein Anteil von 5 - 10 Gew.-% ausreichend ist.

Die Zusätze der Gruppe c) bewirken eine Ausscheidung der intermetallischen Bestandteile und überlagern auf diese Weise den Härteeffekt zusätzlich zur Härtung durch die Al2θ3-Partikel in dem dispersionsverfestigten Kupfer. Während die Aluminiumoxid-Partikel eine effektive Härtung der Kupfermatrix bei hohen Temperaturen ( > 500 °C) bewirken, bewirken die Ausscheidungsphasen eine effektivere Härtung im mittleren Temperaturbereich (200 - 500 °C), wobei es sich um die typischen Betriebstemperaturen handelt, denen die Ventilsitzringe ausgesetzt sind. Die höhere Warmhärte führt allgemein zu einer höheren Verschleißfestigkeit.

Der Verschleiß der Ventilsitzringe wird auch durch den Zusatz von Fest¬ schmierstoffen wie Graphit, M0S2, MnS, h-BN, CaF∑ und dergleichen sowie Metallzusätze wie Mo, Co, W oder dergleichen bewirkt, die bei den Betrieb¬ stemperaturen Oxidhäute bilden, die einen Schmiereffekt haben.

Dadurch, daß das Ausgangspulver gemäß einen oder mehreren der nachfol¬ gend aufgeführten Stoffe:

5 - 20 Gew.-% Zn, 0, 1 - 5 Gew.-% von einem der Elemente AI, Be, Si, Mg, Sn

enthält, wird die Oxidationsfestigkeit, d. h. Korrosionsfestigkeit im Betrieb, erheblich erhöht. Im Hinblick auf eine möglichst geringe Reduzierung der Wärmeleitfähigkeit ist Zn der bevorzugte Legierungsbestandteil. Diesbezüg¬ lich ist ein Zusatz von 5 - 30 Gew.-% unkritisch.

Vorzugsweise enthält das Ausgangspulver einen oder mehreren der nach¬ folgend aufgeführten pulverförmigen Stoffe mit unregelmäßiger Partikel¬ form: 5 - 25 Gew.-% Cu hoher Grünfestigkeit, Elektrolyt-Cu, oxidreduziertes Cu, Mo, oder dergleichen.

Dadurch, daß das verwendete dispersionsverfestigte Kupfer runde, glatte Partikel hat, haben die ungesinterten, grünen Teile aus diesem Material nur eine geringe Festigkeit. Die Grünfestigkeit kann durch Zuführung der vorge¬ nannten Bestandteile erheblich gesteigert werden. Bei dem „Cu hoher Grün¬ festigkeit" handelt es sich um Pulver mit faserartig langen, dünnen Parti¬ keln, die sich beim Zusammenpressen miteinander verflechten und auf diese Weise eine hohe Festigkeit des Grünkörpers bewirken. Die Wärmeleitfähigkeit wird durch die Zuführung von reinem Cu nicht berührt, so daß 5 - 25 Gew.-% zugefügt werden können, wobei der bevorzugte Bereich bei 10 - 1 5 Gew.-% liegt.

Die Bearbeitbarkeit, insbesondere die Zerspanbarkeit von dispersionsver¬ festigten Kupfer wird durch Zusatz eines oder mehrerer der nachfolgend genannten Stoffe verbessert:

a). 0,2 - 2 Gew.-% chemische Elemente wie C (Graphit), Te, Se; b). 0,5 - 5 Gew.-% Sulfide wie M0S2, MnS, usw.; c) . 0,5 - 5 Gew.-% Oxide wie M0O3, WÜ3, C03O4 usw.; d). 0,5 - 5 Gew.-% Verbindungen wie hexagonales BN, CaF∑.

Die radiale Bruchfestigkeit der Ventilsitzringe, die insbesondere beim Ein¬ pressen in den Zylinderkopf gegeben sein muß, wird durch Zusatz eines oder mehrerer der nachfolgenden Stoffe erhöht:

a) 5 - 20 Gew.-% Zn, 0, 1 - 5 Gew.-% von AI oder Sn, usw.; b) 5 - 30 Gew.-% Werkzeugstahl Typ M35 oder Typ T1 5, Ni-Cr-Si-Fe-B-Cu-Mo

Durch eine entsprechende Kombination der vorgenannten Legierungszusätze läßt sich das Ausgangspulvergemisch im Hinblick auf die jeweils beim Ventilsitzring geforderten Eigenschaften optimal abstimmen. Der hauptsachliche Vorteil im Hinblick auf die Fertigung von Ventilsitzringen liegt bei allen vorgenannten, erfindungsgemäßen Ausgangspulvergemischen dann, daß die Wärmeleitfähigkeit besonders hoch ist, d. h. mindestens 100 W/m ^• k.

Ausführungsbeispiele

Beispiel 1

Ein mitteis Innenoxidation dispersionsverfestigtes Cu-AI∑Os-Pulver mit einem Gehalt von 0,5 Gew.-% AI2O3 wurde mit 0,3 Gew.-% eines üblichen preßerieichternden Mittels gemischt und mit einem Preßdruck von 800 MN/mm² zu Ventilsitzringen mit den Abmessungen 36,6 x 30, 1 x 9 mm gepreßt. Die Grünlinge, die eine Preßdtchte von 8,4 g/cm³ aufwiesen, wurden anschließend 45 min lang bei einer Temperatur von 1 .040 °C unter einer Schutzgasatmosphäre aus 80 % N2 und 20 % Wasserstoff gesintert. Die Sinterdichte betrug 8,4 g/cm³. Die gesinterten Ringe wurden anschließend einer Nachverdichtung auf eine Dichte von 8,8 g/cm³ bei einem Druck von 1 .600 MN/mm² unterworfen.

Tabelle 1 zeigt die gemessenen Dichten und Härtewerte, Tabelle 2 die Wärmeleitfähigkeitswerte, die nach dem Laser-Flash-Verfahren ermittelt wurden.

Tabelle 1 :

Tabelle 2:

Beispiel 2

90 Gew.-% eines mittels Innenoxidation mit einem Gehalt von 0,5 Gew.-% AI2O3 hergestellten dispersionsverfestigten Cu-Al2θ3-Pulvers wurden mit 10 Gew.-% einer wasserverdusten, pulverförmigen, intermetallischen Hart¬ phase und 0,3 Gew.-% eines üblichen preßerleichternden Mittels gemischt. Die intermetallische Hartphase bestand aus 60 Gew.-% Kobalt, 30 Gew.-% Molybdän, 10 Gew.-% Chrom und 3 Gew.-% Silizium. Das Pulvergemisch wurde bei einem Preßdruck von 800 MN/mm² in Formen zu Ventilsitzringen mit den Abmessungen 36,6 x 30, 1 x 9 mm verpreßt. Die Grünlinge hatten eine Preßdichte von 8,2 g/cm³. Anschließend wurden die Ringe 45 min lang bei einer Temperatur von 1 .040 °C in einer Schutzgasatmosphäre aus 80 % N2 und 20 % H2 gesintert; die Sinterdichte betrug 8,2 g/cm³. Die Nachverdichtung auf eine Dichte von 8,7 g/cm³ erfolgte mit einem Druck von 1 .600 MN/mm². Tabelle 3 zeigt die Dichte- und Härtewerte, Tabelle 4 die nach dem Laser-Flash-Verfahren ermittelten Wärmeleitfähigkeitswerte.

Tabelle 3:

Tabelle 4:

Die gemäß den Beispielen 1 und 2 hergestellten Ventilsitzringe wiesen eine unerwartete Verbesserung hinsichtlich der Wärmeleitfähigkeit gegenüber handelsüblichen Ventilsitzringen auf Fe-Basis mit und ohne Kupferinfiltration auf. Dies ergibt sich aus Bild 1 . Kurve 1 zeigt die Wärmeleitfähigkeitswerte eines Ventilsitzringes gemäß Beispiel 1 , Kurve 2 die Werte für einen Ring gemäß Beispiel 2, Kurve 3 die Werte eines Ventilsitzringes auf Fe-Basis mit Kupferinfiltration und die Kurve 4 die Werte eines im Handel befindlichen Ventilsitzringes der Anmelderin.

Die gemäß Beispiel 1 hergestellten Ringe weisen eine Härte auf, die ihren Einsatz im Einlaßbereich eines Verbrennungsmotors zuläßt, während die Ventilsitzringe gemäß Beispiel 2 im Auslaßbereich eingesetzt werden können und hier ein ausgezeichnetes Laufverhalten aufweisen. Dies wurde durch Versuche ermittelt, deren Bedingungen in der Tabelle 5 zusammengestellt sind.

Tabelle 5:

Die Ergebnisse des Motorversuches sind in Tabelle 6 zusammengefaßt und in Bild 2 graphisch dargestellt. Bei der Einsinktiefe handelt es sich um die Summe aus dem Verschleiß des Ventils und des Ventilsitzringes. Der erfin¬ dungsgemäße Ventilsitzring gemäß Beispiel 2 wurde verglichen mit dem Serienwerkstoff Como1 2 der Anmelderin, der in großem Umfang eingesetzt wird.

Tabelle 6:

Es zeigt sich, daß die Einsinktiefe des erfindungsgemäßen Ventilsitzringes bei erheblich gesteigerter Wärmeleitfähigkeit des Materials geringer ist, als die eines handelsüblichen Ventilsitzringes.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e

1. Werkstoff zur pulvermetallurgischen Herstellung von Formteilen mit hoher Verschleiß- und Korrosionsfestigkeit und hoher s Wärmeleitfähigkeit, insbesondere zur Herstellung von Ventilsitzringen oder Ventilführungen für Verbrennungsmotoren durch Pressen, Sintern und gegebenenfalls Nachverdichten eines Ausgangs-Pulvergemisches mit einem Kupferanteil von wenigstens etwa 50 Gew.-%, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , o daß das Ausgangs-Pulvergemisch aus einem den Cu-Anteil enthaltenden Basispulver in einer Menge von 50 bis 90 Gew.-% und einem pulverförmigen, Molybdän enthaltenden Legierungszuschlag in einer Menge von 10 bis 50 Gew.-% besteht und daß das Basispulver ein dispersionsverfestigtes Kupferpulver ist.

5 2. Werkstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das dispersionsverfestigte Kupferpulver durch AI2O3 verfestigt ist, von 0,1 bis 1,1 Gew.-% AI2O3 und weniger als 0,5 Gew.-% Verunreinigungen enthält und durch Verdüsen einer Cu-Al-Schmelze und anschließender Erwärmung in einer oxidierenden Atmosphäre zur selektiven Oxidation des Aluminiums 0 hergestellt ist.

3. Werkstoff nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Legierungszuschlag aus einer pulverförmigen, vorzugsweise wasserver¬ dusten intermetallischen Hartphase besteht.

4. Werkstoff nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeich¬ net, daß die intermetallische Hartphase folgende Zusammensetzung hat:

28 bis 32, vorzugsweise 30 Gew.-% Molybdän, 9 bis 1 1 , vorzugsweise 10 Gew.-% Chrom, 2,5 bis 3,5, vorzugsweise 3 Gew.-% Silizium,

Rest Kobalt.

5. Werkstoff nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die intermetallische Hartphase in dem Pulvergemisch in einer Menge von etwa 10 Gew.-% und das Basispulver in einer Menge von etwa 90 Gew.-% vor- liegen.

6. Werkstoff nach den Ansprüchen 1 und 3, dadurch gekennzeich¬ net, daß die intermetallische Hartphase folgende Zusammensetzung hat:

Rest Eisen.

7. Werkstoff nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die intermetallische Phase in dem Pulvergemisch in einer Menge von etwa 10 Gew.-% und das Basispulver in einer Menge von etwa 90 Gew.-% vor- liegen.

8. Werkstoff nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß der Legierungszuschlag aus einer Hartphase aus einem Schnellstahlpulver (AISI-Type M2; DIN S-6-5-2) mit folgender Zusammensetzung besteht:

etwa 6 Gew.-% Wolfram, etwa 5 Gew.-% Molybdän, etwa 2 Gew.-% Vanadium, etwa 4 Gew.-% Chrom, Rest Eisen.

9. Werkstoff nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Hartphase in dem Pulvergemisch in einer Menge von bis zu 30 Gew.-% und das Basispulver in einer Menge von etwa 70 Gew.-% oder höher vorliegen.

10. Werkstoff nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß der Legierungszuschlag aus einer Hartphase aus einem Mo-P-C-Pulver mit folgender Zusammensetzung besteht:

etwa 1 1 Gew. -% Molybdän, etwa 0,6 Gew.-% Phosphor, etwa 1 ,2 Gew.-% Kohlenstoff, Rest Eisen.

1 1 . Werkstoff nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Hartphase und das Basispulver in dem Pulvergemisch in einer Menge von jeweils etwa 50 Gew.-% vorliegen.

12. Werkstoff nach Anspruch 1 , gekennzeichnet durch folgende Zusammensetzung des Ausgangs-Pulvergemisches:

etwa 80 Gew.-% Basispulver, etwa 10 Gew.-% Molybdänpulver, etwa 10 Gew.-% Kupferpulver.

13. Werkstoff nach Anspruch 1 , gekennzeichnet durch folgende Zusammensetzung des Ausgangs-Pulvergemisches:

etwa 79 Gew.-% Basispulver, etwa 10 Gew.-% Molybdänpulver, etwa 10 Gew.-% Kupferpulver und etwa 1 Gew.-% Molybdäntrioxid.

14. Werkstoff nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Basispulver zusätzlich Molybdändisulfid (M0S2) und/oder Mangansulfid (MnS) und/oder Wolframdisulfid (WS2) und/oder Calciumfluorid (CaF2) und/oder Tellur (Te) und/oder Caiciumcarbonat (CaC03) in einer Gesamtmenge von wenigstens 1 Gew.-% bis maximal 3 Gew.-% bezogen auf die Menge des Basispulvers enthält.

1 5. Verfahren zur pulvermetallurgischen Herstellung von Formteilen mit hoher Verschleiß- und Korrosionsfestigkeit und hoher Wärmeleitfähigkeit, insbesondere zur Hersteilung von Ventilsitzringen oder Ventilführungen für Verbrennungsmotoren, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ausgangs-Pulvergemisch gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche mit etwa 0,3 Gew.-% eines preßerleichternden Mittels, z. B. Wachs, gemischt, verformt und zu einem Formteil mit einer bei etwa 8,0 g/cm³ liegenden Dichte verpreßt und einer anschließenden Sinterung unter Schutzgas unterworfen wird.

1 6. Verfahren nach Anspruch 1 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Sinterung unter einer Schutzgasatmosphäre aus etwa 80 Gew.-% Stickstoff und etwa 20 Gew.-% Wasserstoff während einer Zeit von etwa 45 min bei einer Temperatur von etwa 1 .040 °C erfolgt.

17. Verfahren nach den Ansprüchen 15 und 1 6, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß der gesinterte Formkörper einer Nachverdichtung auf eine Dichte von etwa 8,8 g/cm³ unterworfen wird.

18. Verwendung eines mittels AI2O3 dispersionsverfestigten CU-Al2θ3-Pulvers mit einem zwischen 0,3 und 1 , 1 Gew.-% liegenden Gehalt an AI2O3, das durch Verdüsen einer Cu-Al-Schmelze und anschließende Erwärmung in oxidierender Atmosphäre hergestellt ist, zur pulvermetallurgischen Herstellung von verschleiß- und korrosionsfesten Formteiien mit hoher Wärmeleitfähigkeit, insbesondere zur Herstellung von Ventilsitzringen oder Ventilführungen.

1 9. Werkstoffe nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangspulvergemisch einen oder mehrere der nachfolgend aufgeführten Stoffe bzw. Stoffgemische enthält:

a) 5 - 30 Gew.-% Werkzeugstahl Typ M35 oder Typ T15, Ni-Cr-Si-Fe-B-Cu-Mo;

b) 5 - 10 Gew.-% W, Mo, Nb, WC, TiC, B₄C, TiN, c-BN, TiB∑;

c) 0,5 - 5 Gew.-% Ti, Cr, Zr, Cr + Zr, Be, Ni + P.

20. Werkstoffe nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangspulvergemisch einen oder mehreren der nachfolgend aufgeführten Stoffe enthält:

5 - 10 Gew.-% Co, W.

21 . Werkstoff nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangspulvergemisch einen oder mehreren der nachfolgend aufgeführten Stoffe enthält:

5 - 20 Gew.-% Zn, 0, 1 - 5 Gew.-% von einen der Elemente AI, Be, Si, Mg, Sn.

22. Werkstoff nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangspulvergemisch einen oder mehrere der nachfolgend aufgeführten pulverförmigen Stoffe mit unregelmäßiger Partikelform enthält:

5 - 25 Gew.-% Cu hoher Grünfestigkeit, Elektrolyt-Cu, oxidreduziertes Cu, Mo.

23. Werkstoff nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangspulvergemisch einen oder mehreren der nachfolgend unter a) . Tenz bis d) . Tenz aufgeführten Stoffe enthält: a) . 0,2 - ^■ 2 Gew. -% chemische Elemente wie C (Graphit), Te, Se; b). 0,5 - 5 Gew. -% Sulfide wie M0S2, MnS, usw.; c) . 0,5 - - 5 Gew. - % Oxide wie M0O3, WO3, C03O4 usw.; d). 0,5 - 5 Gew. - % Verbindungen wie hexagonales BN, CaF∑.

24. Werkstoff nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß das

Ausgangspulvergemisch einen oder mehreren der nachfolgend aufgeführten Stoffe enthält:

a) 5 - 20 Gew.-% Zn, 0, 1 - 5 Gew.-% von AI oder Sn, usw.; b) 5 - 30 Gew.-% Werkzeugstahl Typ M35 oder Typ T1 5, Ni-Cr-Si-Fe-B-Cu-Mo.

25. Werkstoff nach Anspruch 1 und einem oder mehreren der Ansprüche 18 - 23, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangs¬ pulvergemisch Kombinationen der Stoffe bzw. der Stoffgemische der Ansprüche 18 - 23 enthält:

26. Verwendung eines Werkstoffes gemäß Anspruch 1 und einem oder mehreren der Ansprüche 19 - 24 zur Herstellung eines Ventilsitzringes oder Ventilführungen, dessen Wärmeleitfähigkeit mindestens 100 W/m ^• k beträgt.