WO2000075390A1 - Gusswerkstoff mit hoher warmhärte - Google Patents

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WO2000075390A1
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casting material
molybdenum
high thermal
valve seat
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PCT/EP2000/004487
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Inventor
Peter Grahle
Roland Ruch
Original Assignee
Mahle Ventiltrieb Gmbh
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C27/00—Alloys based on rhenium or a refractory metal not mentioned in groups C22C14/00 or C22C16/00
    • C22C27/04—Alloys based on tungsten or molybdenum
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/22—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with molybdenum or tungsten

Definitions

  • the invention relates to a casting material with high hot hardness.
  • Such casting materials are used in particular, but not exclusively, for valve seat rings for internal combustion engines.
  • a known material for valve seat rings has the following composition: Cr 33-35%, Mo 2-2.5%, Si 1.8-2.1%, C 1.8-2.3%, the rest iron.
  • the task is to further increase the hot hardness.
  • the material according to the invention has a higher hot hardness, a better wear resistance and a higher thermal conductivity.
  • valve seat material based on iron in which the alloy components chromium and molybdenum are in the claimed range.
  • carbon content 1 to 2%
  • this material due to its carbon content of 1 to 2%, this has significantly different properties and structure which are due both to a different structure of the matrix and to carbide formation.
  • this material has the disadvantage of high abrasiveness.
  • the known material can still be regarded as steel
  • the material according to the invention is not steel because more than 50% of the material consists of intermetallic phases.
  • the material according to the invention essentially consists of two intermetallic phases, which are embedded in a saturated iron-chromium-molybdenum mixed crystal (Alpha-FeMo (Cr)).
  • An intermetallic phase is formed by the compound Fe Mo, the second intermetallic phase
  • the Fe Mo phase can either be as in
  • Fig. 1 can be formed after the phase Fe Mo and
  • the microstructure is particularly dependent on the Si content.
  • the micrograph is a SEM image in the secondary electro contrast.
  • the different phases are marked with arrows.
  • the alloy composition is preferably 7-12% Cr, 27-32% Mo, optional components a maximum of 3%, the rest iron with usual impurities.
  • the alloy composition of the exemplary embodiment is Mo 29%, Cr 9%, Si 2.5%, C ⁇ 0.1%, the rest iron with usual impurities.

Abstract

Es soll ein Gußwerkstoff mit hoher Warmhärte zur Verwendung insbesondere für Ventilsitzringe bereitgestellt werden. Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Legierung der Zusammensetzung: - Molybdän: 20-40 % (Gew.) - Chrom: 5-20 % (Gew.) - Kohlenstoff: max. 0,3 % (Gew.) - Silizium: 0-10 % (Gew.) - Wahlweise 0-5 % (Gew.) der Elemente Ni, Mn, Co, V, Nb, Cu, Ti, Zr, wobei die Summe der Wahlkomponenten maximal 15 % beträgt, - Rest: Eisen und übliche Verunreinigungen.

Description

Gußwerkstoff mit hoher Warmhärte
Die Erfindung betrifft einen Gußwerkstoff mit hoher Warmhärte. Derartige Gußwerkstoffe werden insbesondere, aber nicht ausschließlich- bei Ventilsitzringen für Verbrennungsmotoren eingesetzt.
Ein bekannter Werkstoff für Ventilsitzringe weist die folgende Zusammensetzung auf: Cr 33-35 %, Mo 2-2,5 %, Si 1,8-2,1 %, C 1,8-2,3 %, Rest Eisen.
Ausgehend von diesem bei Ventilsitzringen bekannten Gußwerkstoff besteht die Aufgabe, die Warmhärte weiter zu steigern.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Gußlegierung nach Anspruch 1. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche. Als Gießverfahren kommen hierbei insbesondere Croning-Guß oder Feinguß in Betracht . Besonders bevorzugt wird ein Molybdän-Gehalt von ca. 30 % (Gew.) verwendet.
Verglichen mit dem bekannten Werkstoff weist der erfindungsgemäße Werkstoff eine höhere Warmhärte, eine bessere Verschleißbeständigkeit und eine höhere Wärmeleitfähigkeit auf .
Aus der DE 19621091 ist ferner ein Ventilsitzwerkstoff auf Eisenbasis bekannt, bei dem die Legierungsbestandteile Chrom und Molybdän im beanspruchten Bereich liegen. Dieser weist jedoch aufgrund seines Kohlenstoffgehalts von 1 bis 2 % deutlich abweichende Eigenschaften und Gefügestrukturen auf, die sowohl auf eine andere Gefügeausbildung der Matrix als auch auf Carbidbildung zurückzuführen sind. Infolge der Carbidbildung weist dieser Werkstoff den Nachteil hoher Ab- rasivität auf. Während der bekannte Werkstoff noch als Stahl anzusehen ist, handelt es sich bei dem erfindungsgemäßen Werkstoff nicht um einen Stahl, weil mehr als 50 % des Werkstoffs aus intermetallischen Phasen bestehen.
Eine vorteilhafte Anwendung der erfindungsgemäßen Gußlegierung nach Anspruch 1 wird durch Anspruch 3 angegeben. Einsatzgebiet von Ventilsitzringen gemäß Anspruch 3 sind z. B. hochbelastete Diesel- und Gasmotoren.
Der erfindungsgemäße Werkstoff besteht im Wesentlichen aus zwei intermetallischen Phasen, die in einem gesättigten Eisen-Chrom-Molybdän-Mischkristall (Alpha-FeMo(Cr) ) eingebettet sind. Eine intermetallische Phase wird durch die Verbindung Fe Mo gebildet, die zweite intermetallische Phase
7 6 durch Fe Mo. Dabei kann die Phase Fe Mo entweder wie in
2 7 6
Fig. 1 erkennbar nach der Phase Fe Mo gebildet sein und
2 diese zumindest teilweise umhüllen oder es können die beiden Phasen gleichzeitig gebildet sein und separat vorliegen. Die zweite Möglichkeit wird bevorzugt. Die Gefügeausbildung ist insbesondere vom Si-Gehalt abhängig.
Für die Wahlkomponenten wird - mit Ausnahme von Silizium - ein Anteil von maximal 2 % je Komponente bevorzugt, besonders bevorzugt maximal 1 % je Komponente.
Ein Beispiel für eine erfindungsgemäße Legierung ist auf den Schliffbildern zu erkennen. Es zeigt:
Fig. 1 u. 2 den erfindungsgemäßen Werkstoff im
Schliffbild (M 500:1 bzw. M 1000:1).
Das Schliffbild ist eine REM-Aufnahme im Sekundärelektro- nenkontrast. Die verschiedenen Phasen sind mit Pfeilen markiert .
Bevorzugt liegt die Legierungszusammensetzung bei 7 - 12 % Cr, 27 - 32 % Mo, Wahlkomponenten maximal 3 %, Rest Eisen mit üblichen Verunreinigungen. Die Legierungszusammensetzung des Ausführungsbeispiels liegt bei Mo 29 %, Cr 9 %, Si 2,5 % , C < 0,1 %, Rest Eisen mit üblichen Verunreinigungen.

Claims

Patentansprüche
1. Gußwerkstoff mit hoher Warmhärte, gekennzeichnet durch seine Legierungszusammensetzung:
- Molybdän: 20 - 40 % (Gew.)
- Chrom: 5 - 20 % (Gew. )
- Kohlenstoff: max. 0,3 % (Gew.)
- Silizium: 0-10 % (Gew.)
- Wahlweise 0 - 5 % (Gew.) der Elemente Ni, Mn,
Co, V, Nb, Cu, Ti, Zr, wobei die Summe der Wahlkomponenten maximal 15 % beträgt,
- Rest: Eisen und übliche Verunreinigungen
2. Gußwerkstoff nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch seine Legierungszusammensetzung:
- Molybdän: 25 - 35 % (Gew.)
- Chrom: 5 - 15 % (Gew.)
3. Ventilsitzring für einen Zylinderkopf eines Verbrennungmotors , dadurch gekennzeichnet, daß er zumindest teilweise aus der Gußlegierung nach Anspruch 1 besteht. Ventilstößel für Verbrennungsmotoren, dadurch gekennzeichnet, daß er zumindest teilweise aus einer Gußlegierung nach Anspruch 1 besteht.
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