DE2114160C

DE2114160C - Verfahren zur Herstellung von Ventilsitzringen auf pulvermetallurgischem wege

Info

Publication number: DE2114160C
Authority: DE
Inventors: Max Dr.-Ing. 5802 Wetter Koehler
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Publication date: 1976-09-16

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Ventilsitzringen auf pulvermetallurgischem Wege, bei dem ein Eisenpulver, dem Kohlenstoff und Blei sowie andere Legierungsbestandteile zugesetzt iind, brikettiert, gesintert und einer Nachbehandlung unterworfen wird. Diese Nachbehandlung kann entweder in einer Heißverdichtung oder in einer Kaltverdichtung bei einem Druck bestehen, der den Brikettierdruck übersteigt. Sowohl an die Heißverdichtung als auch an die Kaltverdichtung kann sich eine Vergütung anschließen, bei der das Werkstück auf eine über dem AC 3-Punkt liegende Temperatur kurzzeitig erhitzt, dann rasch abgekühlt und darauf bei Temperaturen bis zu 650° C angelassen wird. Man kann vor der Kaltverdichtung auch noch eine zusätzliche Warmbehandlung durchführen.

Zum Stand der Technik gehört ein Gleit- und Verschleißwerkstoff für Zylinderlaufbüchsen und Ventilsitzringe, der nach dem erwähnten Verfahren hergestellt ist und der zur Erhöhung seiner Festigkeit außer Eisen und Kohlenstoff, der in dem fertigen Erzeugnis in Mengen von 0,5 bis 1% vorliegt, 1 bis 4% Blei und Nickel in Mengen von 0,5 bis 5% enthält.

Für bestimmte Anwendungsgebiete, beispielsweise zur Herstellung von Ventilsitzringen für die Auslaßventile von Kraftfahrzeugen, ist es erforderlich, daß der Werkstoff neben den erwähnten Festigkeitseigenschaften eine erhöhte Warmfestigkeit, d. h. ausreichende Festigkeitswerte bei Temperaturen bis zu 65O⁰C aufweist. Für die Auslaßventile von Kraftfahrzeugen sind aus dem USA.-Patent 34 71343 Ventilsitzringe mit erhöhter Warmfestigkeit bekannt, die aus einem Pulvergemisch hergestellt sind, das vor der oben beschriebenen Behandlung folgende Zusammensetzung hat:

0,8 bis 1,5% Graphit,
1,0 bis 4,0% Blei,
0,5 bis 5,0% Nickel,
1,2 bis 1,8% Molybdän,
9,6 bis 14,4% Kobalt,
Rest Eisen.

Die Herstellung vcn derartigen Ventilsitzringen erfolgt nach dem bekannten Verfahren in der Weise, daß 78% eines Sintereisenpulvers, 1% Graphit, 4% Bleipulver, 3,5% Nickelpulver, 1,5% Molybdänpulver und 12% Kobaltpulver zugesetzt werden. Die einzelnen Pulver werden gemischt und dann bei einem Druck von 3,5 t/cm² brikettiert und anschließend bei einer Temperatur von 1100⁰C in neutraler Atmosphäre etwa 3 Stunden gesintert. Die gesinterten ίο Werkstücke werden dann abgekühlt und einer Kaltverdichtung bei einem Druck von etwa 12 t/cm² unterworfen, 15 Minuten lang auf eine Temperatur oberhalb des AC3-Punktes erwärmt, dann schnell abgekühlt und bei einer Temperatur von 580° C 30 Minuten lang angelassen. Die Brinellfestigkeit des Materials liegt bei etwa 320 kg/mm² bei Raumtemperatur und bei 205 kg/mm² bei einer Temperatur von 600⁰C. Nach diesem Verfahren hergestellte Ventilsitzringe haben demnach eine erhöhte Warmao festigkeit und können als Auslaßventile für Kraftfahrzeuge benutzt werden. Bei der praktischen Erprobung der Ringe, die sich ausgezeichnet bewährt haben, wurde bei Laufversuchen auf dem Prüfstand unter Vollast eine Laufzeit von 250 Stunden eras mittelt.

Die Aufgabe, die der Erfindung zugrunde liegt, besteht darin, die Eigenschaften der bekannten Ventilsitzringe mit erhöhter Warmfestigkeit, also der Nickel, Molybdän und Kobalt enthaltenden Ventilsitzringe, hinsichtlich ihrer Korrosionsbeständigkeit, der Erosionsfestigkeit und des Laufverhaltens zu verbessern.

Es hat sich überraschenderweise herausgestellt, daß dies dann möglich ist, wenn die erwähnten Legierungsbestandteile dem Ausgangsgemisch nicht einzeln als Pulver zugesetzt werden, sondern, wenn als Ausgangsgemisch eine pulverisierte Vorlegierung verwendet wird, d. h. ein Stahlpulver, das die Legierungsbestandteile enthält.

Bei einem pulvermetallurgischen Verfahren zur Herstellung von Ventilsitzringen mit erhöhter Warmfestigkeit unter Verwendung eines Metallpulvers, das außer Eisen 0,5 bis 1% Kohlenstoff, 0,7 bis 1,5% Blei, 1,0 bis 2,0% Nickel, Kobalt und 1,0 bis 2,0% Molybdän enthält, besteht die Erfindung darin, daß einer pulverisierten Vorlegierung, die aus 1,0 bis 2% Nickel, 6,0 bis 7% Kobalt, 1,0 bis 2% Molybdän, Rest Eisen und übliche Stahlbegleiter besteht, 0,5 bis 1,0% Kohlenstoff und 0,7 bis 1,5% Blei zugesetzt werden, worauf das Gemisch in an sich bekpnnter Weise brikettiert, gesintert, kalt oder heiß nachverdichtet und gegebenenfalls vergütet wird.

Die Erfindung sieht ferner vor, daß die pulverisierte Vorlegierung außer den erwähnten Legierungsbestandteilen, 1,0 bis 2,0% Chrom und 0,3 bis 0,5% Titan enthält.

Wie Versuche mit nach dem Verfahren gemäß vorliegender Erfindung hergestellten Ventilsitzringen ergeben haben, führt die Verwendung einer Vorlegierung an Stelle einzelner Pulver der Legierungsbestandteile zu Ringen, die hinsichtlich der Warmfestigkeit, der Korrosionsbeständigkeit sowie der Erosionsfestigkeit ein wesentlich besseres Laufverhalten zeigen; es konnte ferner eine merkliche Steigerung der Warmableitung festgestellt werden. Während bei unter Vollast durchgeführten Laufversuchen die bekannten unter Verwendung eines Gemischpulvers mit 12% Kobalt hergestellten Ventilsitzringe

bei einer Laufzeit von etwa 250 Stunden, die an sich sehr hoch ist, ausfielen, arbeiten Motoren, die mit Venülsitzringen gemäß vorliegender Erfindung ausgestattet waren, nach einer Laufzeit von 500 Stunden noch einwandfrei. Dieses Ergebnis wurde sowohl 5 bei Verwendung von bleihaltigem als auch bleifreiem Kraftstoff erzielt und ist deswegen von besonderer Bedeutung, weil bleifreie Kraftstoffe in immer größerem Umfang verwendet werden und die bisher eingesetzten Gußringe bei Verwendung von Weifreiem xo Kraftstoff keine ausreichende Lebensdauer hatten.

Es wurde ferner festgestellt, daß bei Verwendung von Vorlegierungen mit den bisher für erforderlich gehaltenen Mengen von 12% Kobalt keine Verbesserung der Eigenschaften gegenüber solchen Ringen erzielt wurde, die gemäß der Erfindung mit Vorlegierungen mit einem Gehalt von 6 bis 7% Kobalt hergestellt wurden. Eine Verringerung des Kobaltgehaltes von 12% auf 6 bis 7% Kobalt bei den bekannten Ventilsitzringen führte dagegen zu einer so starken Veränderung der Eigenschaften, daß diese Ringe für hoch beanspruchte Motoren nicht benutzt werden konnten. Dieses Ergebnis ist überraschend und hat zur Folge, daß Ventilsitzringe gemäß vorliegender Erfindung mit einem Gehalt von nur 6 bis 7 % Kobalt in den Fällen eingesetzt werden können, in denen bisher ausschließlich Ringe mit 12% Kobalt aus nicht vorlegiertem Pulver benutzt werden konnten. Die Verwendung von vorlegiertem Stahlpulver mit einem erheblich geringeren Kobaltgehalt führt außerdem zu einer gleichmäßigeren Verteilung der einzelnen Legierungskomponenten und zu einer besseren Diffusion des Kohlenstoffs und damit zu einer Erhöhung der Wärmeleitfähigkeit, sowie zu einer verbesserten Korrosionsbeständigkeit und Erosionsfestigkeit.

Ausführungsbeispiel

Als Ausgangsmaterial zur Herstellung von Ventilsitzringen diente eine pulverisierte Vorlegierung folgender Zusammensetzung:

1,5% Ni,
1,4% Mo,
6,5% Co,
91,6% Fe.

Mit diesem vorlegierten Stahlpulver wurden 0,8% Kohlenstoff und 1,2% Blei vermischt und das Gemisch bei einem Druck von 3,5 t/cm² zu Ringen verpreßt und dann bei einer Temperatur von HOO⁰C in einer neutralen Atmosphäre etwa 3 Stunden lang gesintert.

Die gesinterten Ringe wurden nach dem Abkühlen bei einem Druck von 12 t/cm² kalt nachverdichtet, 15 Minuten lang auf eine Temperatur oberhalb des AC 3-Punktes erhitzt und dann schnell abgekühlt. Im Anschluß daran wurden die Ringe bei einer Temperatur von 650° C 30 Minuten lang angelassen.

Die so hergestellten Ringe zeigten eine unerwartete Verbesserung hinsichtlich der Korrosion, Erosion und Warmfestigkeit gegenüber Ventilsitzringen, die in ü olicher Weise aus einem Pulvergemisch mit einem Kobaltgehalt von 12% hergestellt waren.

Beim Einsatz in Motoren wurde ein ausgezeichnetes Laufverhalten festgestellt; nach einer Laufzeit von 500 Stunden unter Vollast waren die Ringe auch bei Verwendung von bleifreiem Kraftstoff noch nicht; ausgefallen.

Claims

Patentansprüche:

1. Pulvermetallurgisches Verfahren zur Herstellung von Ventilsitzringen mit erhöhter Warmfestigkeit unter Verwendung eines Metallpulvers, das außer Eisen 0,5 bis 1 % Kohlenstoff, 0,7 bis 1,5% Blei.. 1,0 bis 2,0% Nickel, Kobalt und 1,0 bis 2% Molybdän enthält, dadurch gekennzeichnet, daß einer pulverisierten Vorlegierung, die aus 1,0 bis 2% Nickel, 6,0 bis 7,0% Kobalt, 1,0 bis 2% Molybdän, Rest Eisen und übliche Stahlbegleiter besteht, 0,5 bis 1 % Kohlenstoff und 0,7 bis 1,5% Blei zugesetzt werden, worauf das Gemisch in an sich bekannter Weise brikettiert, gesintert, kalt oder heiß nachverdichtet und gegebenenfalls vergütet wird.

2 Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die pulverisierte Vorlegierung außer den erv» ahnten Legierungsbestandteilen, 1,0 bis 2,0% Chrom und 0,3 bis 0,5% Titan enthält.