DE2263548A1 - Sintered, ferrous alloy - Google Patents
Sintered, ferrous alloyInfo
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8 0 00 München 28 0 00 Munich 2
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Nissan Motor Company, Limited Yokohama City «(Japan) undNissan Motor Company, Limited Yokohama City "(Japan) and
Hitachi Pov/dered Metals Company, Limited Matsudo City (Japan)Hitachi Pov / dered Metals Company, Limited Matsudo City (Japan)
Gesinterte, eisenhaltige LegierungSintered, ferrous alloy
Die Erfindung betrifft gesinterte, eisenhaltige Legierungen und insbesondere gesinterte, eisenhaltige Legierungen, die versehleißbeständig und wärmewiderstandsfähig sind» Unabhängig von der Tatsache, daß die erfindungsgemäßen gesinterten, eisenhaltigen Legierungen bei einer Vielzahl praktischer Anwendungen, bei denen verschleißbeständige und hochtemperaturbeständige Materialien erforderlich sind, eingesetzt werden können, wird ihre Anwendung in der vorliegenden Anmeldung am Beispiel von Ventilaufsitzflächen (= Ventilsitz = Ventilsitzfläche = Ventilsitzring) für Kraftfahrzeugverbrennungsmaschinen beschrieben, bei denen die Ventilsitze während des Betriebs einer starken Abnutzung und erhöhter Temperatur ausgesetzt sind.The invention relates to sintered, ferrous Alloys and especially sintered ferrous alloys that are wear-resistant and heat-resistant are »regardless of the fact that the invention sintered ferrous alloys in a variety of practical applications where wear-resistant and High temperature resistant materials are required, can be used, their application is in the present Registration using the example of valve seating surfaces (= valve seat = Valve seat surface = valve seat insert) for automotive internal combustion engines described in which the valve seats during operation a heavy wear and increased Temperature.
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Brennstoff, der Blei oder eine Bleiverbindung enthält, wie Tetraäthylblei als einer der typischen chemischen Zusatzstoffe, wird seit langem für Verbrennungsmaschinen von Motorfahrzeugen oder anderen Fahrzeugen, ausgenommen bei der Schiffahrt, verwendet. Es ist gut bekannt, daß der Bleibestandteil in den Kraftfahrzeugmotor-Brennstoffen eine der Hauptursachen für die Luftverschmutzung durch Fahrzeuge ist. Um eine Lösung für dieses Problem zu schaffen, wird heute gefordert, solche Brennstoffe durch bleifreie Brennstoffe wie durch bleifreies Motorenbenzin und verflüssigtes Petroleumgas zu ersetzen.Fuel containing lead or a lead compound, such as tetraethyl lead, is one of the typical chemical types Additives, have long been used in internal combustion engines of motor vehicles or other vehicles, except for used in shipping. It is well known that the lead component in automotive engine fuels is one of the Major causes of air pollution from vehicles is. To create a solution to this problem, today will called for such fuels to be replaced by unleaded fuels such as unleaded and liquefied petrol Replace petroleum gas.
Man hat jedoch festgestellt, daß Schwierigkeiten auftreten, wenn man bleifreien Brennstoff in Kraftfahrzeugmaschinen verbrennt. Der Ventilsitz, der beispielsweise aus wärmebeständigem, gegossenem Eisen gebildet ist, wird an der Stelle, die mit der Ventilsitzfläche (= Schieberfläche) in Kontakt ist, in relativ kurzer Zeit in solchem Ausmaß ' abgenutzt, daß das Ventil nicht langer richtig arbeitet. Die Suche nach einem Material, das für den Ventilsitz einer Verbrennungsmaschine geeignet ist, ist zur Zeit Gegenstand intensiver Forschung und Entwicklung in der Automobil- und verwandten Industrie.However, it has been found that difficulties arise when using unleaded fuel in automotive engines burns. The valve seat, which is made of, for example, heat-resistant cast iron, is on the point that is in contact with the valve seat surface (= slide surface) in a relatively short time to such an extent ' worn out that the valve no longer works properly. Finding a material that is suitable for the valve seat of a Combustion engine is suitable, is currently the subject of intensive research and development in the automotive and related industry.
Gegenstand der Erfindung ist eine mit Blei gefüllte, gesinterte, eisenhaltige Legierung mit Poren. Der Grundstoff der Legierung enthält 0,6 bis 1,2 Gew.# Kohlen-The invention relates to a lead-filled, sintered, iron-containing alloy with pores. Of the Base material of the alloy contains 0.6 to 1.2 wt.
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stoff, 2 bis 4 Gew.% Chrom und die restlichen Gewichtsprozente bestehen aus Eisen. Die Poren des Legierungsgrundstoffs sind mit mehr als 10 Gew.% Blei gefüllt, wobei der Prozentgehalt an Blei bezogen ist auf das Gewicht des Grundstoffs der Legierung.fabric, 2 to 4 wt.% Chromium and the remaining percentages by weight are made of iron. The pores of the basic alloy material are filled with more than 10% by weight of lead, the percentage being of lead is based on the weight of the base material of the alloy.
In den beigefügten Zeichnungen sind beispielshafte erfindungsgemäße Ausführungsformen dargestellt.Exemplary embodiments according to the invention are shown in the accompanying drawings.
Fig. 1 zeigt in graphischer Darstellung die Beziehung zwischen Zugfestigkeit und Temperatur einer erfindungsgemäßen gesinterten, eisenhaltigen Legierung. Fig. 1 is a graph showing the relationship between tensile strength and temperature of a sintered ferrous alloy according to the present invention.
Fig. 2 zeigt in graphischer Darstellung die Be-Ziehung zwischen Härte und der Chrommenge in einer gesinterten, eisenhaltigen Legierung und die Beziehung zwischen Zugfestigkeit und dem Chromanteil in der gleichen Legierung.Fig. 2 shows a graphical representation of the relationship between hardness and the amount of chromium in a sintered, ferrous alloy and the relationship between tensile strength and chromium content in the same alloy.
Fig. 3 zeigt in graphischer Darstellung Änderungen in der Härte gegen erhöhte Temperaturen verschiedener Metallmaterialien einschließlich der erfindungsgemäßen ge-.3 shows changes in a graphical representation in the hardness against elevated temperatures of various metal materials including those according to the invention.
sinterten, eisenhaltigen Legierung.sintered, ferrous alloy.
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Fig. 4 zeigt in graphischer Darstellung die Beziehung zwischen dem Koeffizienten der linearen Expansion und der Temperatur verschiedener gesinterter, eisenhaltiger Legierungen einschließlich der erfindungsgemäßen Legierung.Fig. 4 is a graph showing the relationship between the coefficient of linear expansion and the temperature of various sintered ferrous alloys including the alloy of the present invention.
Fig. 5 zeigt in graphischer Darstellung die Gebrauchsdauer, ausgedrückt durch die Zeit in Stunden verschiedener Metallmaterialien einschließlich der erfindungsgemäßen Legierung.Fig. 5 shows a graphical representation of the service life, expressed by the time in hours of various metal materials including those of the invention Alloy.
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Zwei.verschiedene Materialien scheinen geeignet zu sein, um als Baumaterialien für Ventilsitzteile für Verbrennungsmaschinen verwendet werden zu können, die mit bleifreien Brennstoffen betrieben werden, - eine gesinterte, eisenhaltige Legierung, die einen Bleibestandteil enthält, und eine gesinterte, eisenhaltige Legierung, die Leerräume enthält, die mit Blei gefüllt sind.«Two different materials seem suitable be in order to be used as building materials for valve seat parts for internal combustion engines with unleaded fuels are operated, - a sintered, ferrous alloy, which contains a lead component, and a sintered, ferrous alloy, the voids which are filled with lead. "
Es wurde jedoch festgestellt, daß die eisenhaltige Legierung, die man herstellt, indem man Metallteilchen in Anwesenheit von Blei verdichtet und sintert, eine Verschleißbeständigkeit haben, die zu klein ist. Man nimmt an, daß dies einer unzureichenden mechanischen Festigkeit des Grundstahls und dem beschränkten Anteil des Bleibestandteils in dieser besonderen eisenhaltigen Legierung zuzuschreiben ist. Die Blei enthaltende, eisenhaltige Legierung, die bei dem metallurgischen Pulververfahren hergestellt wird, ist daher als Material für Ventilsitze für Verbrennungsmotoren, bei denen bleifreier Kraftstoff verwendet wird, nicht geeignet.However, it has been found that the ferrous alloy made by incorporating metal particles into Presence of lead compacts and sinters, having a wear resistance that is too small. It is believed that this insufficient mechanical strength of the base steel and the limited proportion of the lead component in it is attributable to a special ferrous alloy. The lead-containing, ferrous alloy used in the metallurgical Powder process is produced, is therefore used as a material for valve seats for internal combustion engines, in which unleaded fuel is not suitable.
Es wurde jedoch gefunden, daß die gesinterte, eisenhaltige Legierung, die in ihren Hohlräumen mit Blei gefüllt ist, andererseits eine Verschleißbeständigkeit hat, die annehmbar ist. Versuche auf dem Prüfstand wurden durchgeführt und der Ventilsitz, der aus der eisenhaltigen, mit Blei gefüllten Legierung hergestellt war, wurde in eine Kraftfahrzeugverbrennungömaschine eingebaut. Die gesinterte, eisen-It was found, however, that the sintered, ferrous alloy that filled its cavities with lead on the other hand has wear resistance which is acceptable. Tests on the test bench were carried out and the valve seat made of the ferrous alloy filled with lead was used in an automotive internal combustion engine built-in. The sintered, iron
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haltige Legierung, die bei diesen Versuchen verwendet wurde, enthielt auf Gewichtsbasis 3% Kupfer, 1,4$ Molybdän, 0,9 % Kohlenstoff und der Rest Eisen* Die Versuche zeigten, daß ein beachtliches Spiel zwischen dem Ventilsitzteil und dem Maschinenzylinderkopf auftrat, in dem der Ventilsitzteil wie üblioh durch Schrumpfsitz aufgebracht-war. Obgleich dieses besondere Material mit Erfolg ausgedehnte· Anwendung finden kann,, wo Verschleißfestigkeit erforderlich ist, ist das Material als verschleißfestes und wärmebeständiges Material für Ventilsitze für Verbrennungsmotoren nicht geeignet.containing alloy used in these tests contained 3% copper, 1.4 % molybdenum, 0.9% carbon and the balance iron on a weight basis to which the valve seat part was applied by shrink fit as usual. Although this particular material can find widespread use with success where wear resistance is required, the material is not suitable as a wear and heat resistant material for valve seats for internal combustion engines.
Es wurden daher weitere Forschungsarbeiten unternommen, um die Gründe festzustellen, weshalb die mit Blei imprägnierte, gesinterte, eisenhaltige Legierung nicht die erwarteten mechanischen Eigenschaften zeigt, wenn sie bei Verbrennungsmotoren verwendet wird. Versuche wurden durchgeführt mit gesinterten, eisenhaltigen Legierungen, die keine und die eine Bleifüllung enthielten, um die Änderungen in der Zugfestigkeit dieser eisenhaltigen Legierungen bei erhöhten Temperaturen zu bestimmen. Die Ergebnisse sind in den Kurven- a und b von Fig. 1 dargestellt. Die Kurve a bedeutet eine gesinterte, eisenhaltige Legierung, die mit Blei gefüllt ist,- während die Kurve b die gesinterte,eisenhaltige Legierung bedeutet, die eine ähnliche Zusammensetzung aufweist wie die erstere, die aber die Bleifüllung nicht enthält. -Further research has therefore been undertaken to determine the reasons why the lead impregnated, Sintered, ferrous alloy does not exhibit the expected mechanical properties when used in internal combustion engines is used. Experiments have been carried out with sintered, ferrous alloys that are not and which contained a lead filler to help with the changes in tensile strength of these ferrous alloys to determine elevated temperatures. The results are shown in curves a and b of FIG. The curve a means a sintered, ferrous alloy, which is filled with lead, - while curve b is the sintered, ferrous one Alloy means which have a similar composition to the former but which does not contain the lead filling. -
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Aus den Kurven a und b ist ersichtlich, daß die Zugfestigkeit der mit Blei gefüllten eisenhaltigen Legierung höher bleibt als die der nichtgefüllten Legierung innerhalb eines Temperaturbereichs von 50 bis ungefähr 200°C und daß sie stark abnimmt, wenn die Temperatur über diesen besonderen Bereich steigt. Die Kurve zeigt ebenfalls an, daß die Zugfestigkeit der mit Blei gefüllten, eisenhaltigen Legierung wesentlich niedriger wird als die derjenigen Legierung, die nicht mit Blei gefüllt ist, wenn die bleigefüllte Legierung einer Temperatur ausgesetzt wirdr die höher ist als der Schmelzpunkt des Bleis, der in der Gegend von 327°C liegt. Dies ist in Fig. 1 dargestellt.It can be seen from curves a and b that the tensile strength of the lead-filled ferrous alloy remains higher than that of the unfilled alloy within a temperature range of 50 to about 200 ° C and that it decreases sharply as the temperature rises above this particular range. The curve also indicates that the tensile strength of the lead-filled ferrous alloy becomes substantially lower than that of the alloy that is not filled with lead when the lead-filled alloy is exposed to a temperature r higher than the melting point of the lead, the is in the region of 327 ° C. This is shown in FIG. 1.
Man beobachtet bei den untersuchten Legierungen ein ähnliches Verhalten bei der radialen Druckfestigkeit. Der Ventilsitzteil von Verbrennungsmotoren ist im allgemeinen in seiner äußeren Größe begrenzt, die so gewählt wird, daß der Sitzteil in einem Befestigungsloch, das in dem Zylinderkopf vorhanden ist, durch Festsitzen oder Schrumpfsitz befestigt ist. Daraus folgt, daß der Ventilsitzteil einer wiederholten Expansion und Kontraktion ausgesetzt ist, während er konstant unter Druck steht, bedingt durch den umgebenden Teil des Zylinderkopfs, der sich von den Gleitteilen unterscheidet. Damit das Ventilsitzteil in dem Motorenzylinder zufriedenstellende Dienste leistet, sollte es nicht nur eine gute Verschleißfestigkeit aufweisen, sondern ebenfalls eine erhöhte Ermüdungsbeständigkeit gegen plötzlicheA similar behavior in terms of radial compressive strength is observed in the alloys examined. Of the Valve seat part of internal combustion engines is generally limited in its outer size, which is chosen so that the Seat part fastened in a fastening hole which is present in the cylinder head by tight fitting or shrink fit is. It follows that the valve seat part is subjected to repeated expansion and contraction while it is under constant pressure due to the surrounding part of the cylinder head, which is separated from the sliding parts differs. In order for the valve seat part to perform satisfactorily in the engine cylinder, it should not only have good wear resistance, but also increased resistance to sudden fatigue
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Temperaturänderungen besitzen. Aus diesen Ausführungen ergibt sich, welche Probleme und Nachteile die bekannten, mit Blei gefüllten, gesinterten, eisenhaltigen Legierungen besitzen. Man hat bis jetzt nur die Eigenschaften der Legierungen, die als Grundstahl verwendet wurden und die mit Blei gefüllt wurden, untersucht, ■Have temperature changes. From these statements results the problems and disadvantages of the known, lead-filled, sintered, ferrous alloys. So far you only have the properties of the alloys that were used as basic steel and those with Lead filled, examined, ■
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte gesinterte, eisenhaltige Legierung zu schaffen, die ausreichende Verschleißfestigkeit und Ermüdungsfestigkeit gegen plötzliche Temperaturänderungen im Gebrauch aufweist, beispielsweise wenn diese Legierungen bei Verbrennurigsmaschinen unter Verwendung von bleifreien Brennstoffen eingesetzt werden.The present invention is based on the object to create an improved sintered, ferrous alloy that has adequate wear resistance and Fatigue resistance against sudden changes in temperature in use, for example when these alloys in internal combustion engines using lead-free Fuels are used.
Es wurde gefunden, daß die Härte einer gesinterten, eisenhaltigen Legierung, die Chrom und 0,6 bis 1,2 Gew.% Kohlenstoff als Legierungselemente enthält, zunimmt mit zunehmendem Anteil des Chroms und daß die Zugfestigkeit der Legierung abnimmt, wenn der Gehalt an Chrom über 2,5 Gew.% steigt. Dies ist graphisch in Fig. 2 dargestellt, Worin die Härte der Legierung als Diamantpyramid-Härtezahl (DHI) bei einer 300 g-Belastung angegeben ist. Aus Fig. 2 ist ersichtlich, daß sowohl die Härte als auch die Zugfestigkeit der gesinterten, eisenhaltigen Legierungen annehmbar sind, wenn die Legierung ungefähr 2 bis 3% Chrom enthält. "It has been found that the hardness of a sintered ferrous alloy containing chromium and 0.6 to 1.2 % by weight of carbon as alloying elements increases as the proportion of chromium increases and that the tensile strength of the alloy decreases as the content of chromium increases rises above 2.5% by weight. This is shown graphically in FIG. 2, in which the hardness of the alloy is given as diamond pyramid hardness number (DHI) under a 300 g load. From Figure 2 it can be seen that both the hardness and the tensile strength of the sintered ferrous alloys are acceptable when the alloy contains approximately 2-3% chromium. "
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Gegenstand der Erfindung ist eine neue mit Blei gefüllte, gesinterte, eisenhaltige Legierung, die 0,6 bis 1,2 Gew.% Kohlenstoff, 2 bis 4 Gew.% Chrom und die restlichen Gewichtsprozente Eisen enthält. Versuche haben gezeigt, daß die eisenhaltige Legierung dieser bestimmten Zusammensetzung mit besonderem Vorteil als Material für Ventilsitze von inneren Verbrennungsmaschinen, die unter relativ hohen Belastungen betrieben werden, verwendet werden Kann* Für Ventilsitze, die in Motoren eingebaut werden, die unter schweren Belastungsbedingungen betrieben werden, ist es bevorzugt, daß die mit Blei gefüllte, gesinterte» eisenhaltige Legierung 0,6 bis 1,2 Gew,% Kohlenstoff, 2 bis 4 Gew.% Chrom, 0,2 bis 0,5 Gew.% Molybdän, 0,2 bis 0,4 Gew.j6 Vanadium und die restlichen Prozentgehalte Eisen enthält.The invention relates to a new lead-filled, sintered, iron-containing alloy which contains 0.6 to 1.2% by weight of carbon, 2 to 4% by weight of chromium and the remaining percentage by weight of iron. Tests have shown that the ferrous alloy of this particular composition can be used with particular advantage as a material for valve seats of internal combustion engines that are operated under relatively high loads * For valve seats that are installed in engines that are operated under heavy load conditions, it is preferred that the iron-containing lead-filled, sintered »alloy 0.6 to 1.2 wt,% of carbon, 2 to 4 wt.% chromium, 0.2 to 0.5 wt.% molybdenum, 0.2 to Contains 0.4% by weight of vanadium and the remaining percentages iron.
Um die Zähfestigkeit der mit Blei gefüllten, gesinterten, eisenhaltigen Legierung zu verbessern, Kann die Legierung außerdem 1 bis 4% Nickel enthalten. Dies ist dort von Vorteil, wo die Betriebssicherheit des Motors verbessert werden soll. i.In order to improve the toughness of the lead-filled, sintered, ferrous alloy, the Alloy also contain 1 to 4% nickel. This is advantageous wherever the operational safety of the engine is improved shall be. i.
Das Blei, mit dem die gesinterte, eisenhaltige Legierung gefüllt ist, kann nicht nur elementares Blei, sondern ebenfalls eine Bleilegierung mit relativ niedriger Schmelztemperatur sein, die mindestens eins der folgenden Metalle enthält: Zinn, Antimon, Cadmium und Wleiuut. Wird die erfindungsgemäße gesinterte, eisenhaltige Legierung alsThe lead with which the sintered, ferrous alloy is filled, can not only be elemental lead, but also a lead alloy with a relatively low level Melting temperature that contains at least one of the following metals: tin, antimony, cadmium and wleiuut. Will the sintered ferrous alloy according to the invention as
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Material für .Ventilsitze von Verbrennungsmaschinen verwendet, so ist die Legierung, die mit elementarem Blei gefüllt ist, für Motoren geeignet, die bei relativ hohen Temperaturen betrieben werden, und die Legierung, die mit Bleilegierung gefüllt ist, ist für Motoren geeignet, die bei relativ niedrigen Temperaturen betrieben werden. Da der Anteil des Kohlenstoffs in der erfindungsgemäßen Legierung auf einen Bereich von 0,2 bis 0,5 Gew.% beschränkt ist, wird* die mechanische Festigkeit der Legierung im wesentlichen konstant bleiben, unabhängig von einer Änderung im Kohlenstoffanteil. Dies ermöglicht eine leichtere Kontrolle des Sintervorgangs der Legierung und dementsprechend erhält man eine gleichbleibende Qualität des fertigen Produkts.Material used for valve seats of internal combustion engines, the alloy which is filled with elemental lead is suitable for engines that are operated at relatively high temperatures, and the alloy which is filled with lead alloy is suitable for engines that operate at relatively operated at low temperatures. Since the proportion of carbon in the alloy according to the invention is limited to a range from 0.2 to 0.5 % by weight , the mechanical strength of the alloy will remain essentially constant, regardless of a change in the carbon proportion. This enables easier control of the sintering process of the alloy and, accordingly, a consistent quality of the finished product is obtained.
Die gesinterte, eisenhaltige Legierung, die mit Blei gefüllt wird, wird im allgemeinen unter Verwendung eines Metallkeramikverfahrens hergestellt.. Solche Verfahren sind gut bekannt. In diesem Fall wird jeder der Bestandteile der Legierung in Form eines Pulvers des Elements verwendet oder?* um eine Segregation.der Teilchen zu verhindern und um eine leichte Qualitätskontrolle zu ermöglichen, kann jeder der Bestandteile in Form eines Legierungspulvers vorliegen. Die Menge an Kohlenstoff wird andererseits entsprechend dem Wasserstoffverlust bestimmt.The sintered ferrous alloy which is filled with lead is generally used a metal-ceramic process. Such processes are well known. In this case, each of the constituents will the alloy is used in the form of a powder of the element or? * to prevent segregation of the particles and to To enable easy quality control, each of the components can be in the form of an alloy powder. The amount of carbon, on the other hand, is determined according to the loss of hydrogen.
Da die erfindungsgemäße eisenhaltige Legierung Chrom enthält, ist es wichtig, daß die Pulvermischung derSince the ferrous alloy according to the invention contains chromium, it is important that the powder mixture of
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Bestandteile in Anwesenheit einer stark reduzierenden Atmosphäre bei relativ niedriger Feuchtigkeit und bei einer erhöhten Temperatur gesintert wird.Components in the presence of a strongly reducing atmosphere at relatively low humidity and at an increased Temperature is sintered.
In der folgenden Tabelle sind Zusammensetzungen und mechanische Eigenschaften einer bekannten gesinterten, eisenhaltigen Legierung dargestellt, die als A'bezeichnet ist, und von erfindungsgemäßen gesinterten, eisenhaltigen Legierungen B, C und D. Die bekannte eisenhaltige Legierung A wird aus einer Pulvermischung aus elementarem Kohlenstoff, Molybdän, Kupfer und Eisen hergestellt und bei einer Temperatur von 11300C während 30 Minuten gesintert. Die erfindungsgemäßen eisenhaltigen Legierungen B und C werden jeweils aus einer Mischung aus Graphitpulver und Pulver der Legierungselemente hergestellt und in einer Atmosphäre aus gereinigtem Wasserstoff bei einer Temperatur von 1250°C während 30 Minuten gesintert.The following table shows the compositions and mechanical properties of a known sintered, iron-containing alloy, which is designated as A ', and of sintered, iron-containing alloys B, C and D according to the invention. The known iron-containing alloy A is made from a powder mixture of elemental carbon, Molybdenum, copper and iron produced and sintered at a temperature of 1130 0 C for 30 minutes. The iron-containing alloys B and C according to the invention are each produced from a mixture of graphite powder and powder of the alloy elements and sintered in an atmosphere of purified hydrogen at a temperature of 1250 ° C. for 30 minutes.
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gierungAcquaintance
yaw
rundenLe- according to the invention
round
kg/mmYoung's module, 2
kg / mm
Expansion χ 10~*6 t,eiCoefficient of linear
Expansion χ 10 ~ * 6 t, e i
kg/mmElastic limit, 2
kg / mm
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Die gesinterte» eisenhaltige Legierung B ist ein Beispiel, bei dem nur Kohlenstoff und Chrom als Legierungselemente verwendet wurden, wohingegen die gesinterte, eisenhaltige Legierung C ein Beispiel ist für eine Legierung, die Molybdän und Vanadium zusätzlich zu' Kohlenstoff und Chrom als Legierungselemente enthält. Die Legierungen A bis C enthalten alle keine Bleifüllung, während· die gesinterte, eisenhaltige Legierung D ein Beispiel einer Legierung ist, die die gleiche Zusammensetzung wie die Legierung C besitzt, deren Poren aber mit Blei bei einer Temperatur von ungefähr 10000C gefüllt wurden. Damit die gesinterte, eisenhaltige Legierung, die als Material für Motorenventilsitze verwendet wird, eine ausreichende Verschleißfestigkeit besitzt, ist es wichtig, daß die Poren der Legierung mit mindestens 10 Gew.% Blei gefüllt sind.Sintered ferrous alloy B is an example in which only carbon and chromium were used as alloying elements, whereas sintered ferrous alloy C is an example of an alloy containing molybdenum and vanadium in addition to carbon and chromium as alloying elements. The alloys A to C all contain no lead filling while · the sintered ferrous alloy D is an example of an alloy having the same composition as the alloy C, the pores but were filled with lead at a temperature of about 1000 0 C. In order for the sintered, ferrous alloy used as a material for engine valve seats to have sufficient wear resistance, it is important that the pores of the alloy are filled with at least 10% by weight of lead.
Ein Vergleich zwischen den mechanischen Eigenschaften der erfindungsgemäßen gesinterten,eisenhaltigen Legierungen B und C zeigt, daß die mechanischen Eigenschaften durch Zugabe von Molybdän und Vanadium, wie aus der obigen Tabelle ersichtlich ist, stark verbessert werden. Es ist in diesem Fall bevorzugt, daß der Anteil an Molybdän im Bereich von 0,2 bis 0,5 Gew.% und der Anteil an Vanadium im Bereich vor». 0,2 bis 0,4 Gew.% liegen. Versuche haben gezeigt, daß die Verwendung dieser Legierungselemente in größeren oder kleineren Mengen als angegeben die mechanischen Eigenschaften der entstehenden eisenhaltigen Legierung verschlechtert.A comparison between the mechanical properties of the sintered iron-containing alloys B and C according to the invention shows that the mechanical properties are greatly improved by adding molybdenum and vanadium, as can be seen from the table above. In this case, it is preferred that the proportion of molybdenum be in the range from 0.2 to 0.5% by weight and the proportion of vanadium in the range before ». 0.2 to 0.4 wt. % . Experiments have shown that the use of these alloying elements in larger or smaller amounts than indicated worsens the mechanical properties of the resulting iron-containing alloy.
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Versuche wurden durchgeführt, um die Änderung in der Härte bei erhöhten Temperaturen der erfindungsgemäßen Chrom enthaltenden, gesinterten, eisenhaltigen Legierung zu untersuchen. Die Ergebnisse der Versuche, die mit der Legierung. C, die die in der vorherigen Tabelle angegebene Zusammensetzung besitzt, erhalten wurden, sind in Fig. 3 dargestellt im Vergleich mit den Ergebnissen von Versuchen, die mit der bekannten gesinterten, eisenhaltigen Legierung A und einem wärmebeständigen, gegossenen Eisen einer Zusammensetzung entsprechend SAE D-3 durchgeführt wurden. Das gegossene Eisen enthält 2,2% Kohlenstoff, 0,35%-Mangan, 2,6% Silicium, 3,4% Chrom, 1,0% Molybdän und den Rest der Prozente Eisen und Verunreinigungen, bezogen auf Gewichtsbasis. Aus Fig. 3 ist ersichtlich, daß die erfindungsgemäße gesinterte, eisenhaltige Legierung verglichen mit den beiden bekannten Materialien besondere Eigenschaften besitzt. Während die Härte der bekannten gesinterten, eisenhaltigen Legierung und des angegebenen wärmebeständigen, gegossenen Eisens bei Temperaturerhöhung schlechter wird, nimmt die Härte der gesinterten erf'indüngsgemäßen, eisenhaltigen Legierung C zu, wenn die Temperatur auf Werte 3000C steigt. Die Härte der Legierung C fällt, wenn die Temperatur über ungefähr 3000C steigt, sie bleibt jedoch in der Größenordnung der Härte bei Zimmertemperatür, wenn man auf Werte von 40ö°C erwärmt.Experiments were conducted to examine the change in hardness at elevated temperatures of the chromium-containing, sintered, ferrous alloy of the present invention. The results of the tests carried out with the alloy. C, which has the composition given in the previous table, are shown in FIG. 3 in comparison with the results of tests carried out with the known sintered, ferrous alloy A and a heat-resistant, cast iron of a composition according to SAE D- 3 were carried out. The cast iron contains 2.2% carbon, 0.35% manganese, 2.6% silicon, 3.4% chromium, 1.0% molybdenum and the remainder of the percent iron and impurities on a weight basis. From Fig. 3 it can be seen that the sintered iron-containing alloy according to the invention has special properties compared to the two known materials. While the hardness of the known sintered ferrous alloy and the specified heat-resistant cast iron at temperature increase is worse, the hardness increases of the sintered erf'indüngsgemäßen, iron-containing alloy C, when the temperature increases to values of 300 0 C. The hardness of the alloy C falls when the temperature rises above about 300 0 C, but it remains in the order of magnitude of the hardness at room temperature door when heated to values of 40ö ° C.
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In Fig. 4 sind Kurven dargestellt, die die verschiedenen Variationen der Koeffizienten der linearen Expansion bei erhöhten Temperaturen der gesinterten, eisenhaltigen Legierung mit bekannter Zusammensetzung und den erfindungsgemäßen gesinterten, eisenhaltigen Legierungen C und D. Diese Kurven zeigen, daß die Koeffizienten der linearen Expansion der eisenhaltigen Legierungen C und t) auf'relativ niedrige Werte beschränkt sind, verglichen mit dem Wert der bekannten eisenhaltigen Legierung A. Dies bedeutet, daß Ventilsitzteile in Verbrennungsmotoren, die aus eisenhaltigen Legierungen C und D hergestellt wurden, einer stark verminderten Expansion und Kontraktion ausgesetzt sind, wenn der Motor in Betrieb ist. Die erhöhte Härte und die verminderte Änderung in dem linearen Expansionskoeffizienten bei erhöhten Temperaturen des erfindungsgemäßen Materials wird somit beachtlich zur Verbesserung der Wärmebeständigkeit und der Verlängerung der Gebrauchsdauer des Ventilsitzteils, das aus solchem Material hergestellt ist, beitragen.In Fig. 4 graphs are shown showing the various variations in the coefficients of linear expansion at elevated temperatures of the sintered ferrous alloy of known composition and the sintered ferrous alloys C and D according to the invention. These curves show that the coefficients of linear expansion of the ferrous alloys C and t) are limited to relatively low values compared to the value of the known ferrous alloy A. This means that valve seat parts in internal combustion engines made from ferrous alloys C and D are subject to greatly reduced expansion and contraction when the engine is running. The increased hardness and decreased change in the linear expansion coefficient at elevated temperatures of the material according to the invention is thus contribute considerably to improve the heat resistance and the extension of the service life of valve seat member, which is made of such material.
r Um die Verschleißfestigkeit des Ventilsitzteils, das aus der erfindungsgemäßen, mit Blei gefüllten, gesinterten, eisenhaltigen Legierung hergestellt ist, zu bewerten, wurden Versuche auf dem Prüfstand mit einem 1800 ccm-Vierzylinderverbrennungsmotor unter Verwendung von Ventilsitzen durchgeführt, die aus mit Blei imprägnierten und nichtimprägnierten, gesinterten, eisenhaltigen Legierungen D und C hergestellt waren, und aus zwei bekannten Materialien, um Ver- r In order to evaluate the wear resistance of the valve seat part, the sintered iron-containing alloy is made of the invention, filled with lead, tests were performed on the test bench with a 1800cc four-cylinder internal combustion engine using valve seats, the impregnated from lead and unimpregnated , sintered, ferrous alloys D and C, and made of two well-known materials to
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gleichswerte zu erhalten. Als "bekannte Materialien verwendete man wärmebeständiges, gegossenes Eisen mit der zuvor angegebenen Zusammensetzung entsprechend SAE D-8 und wärmebeständigen Stahl entsprechend SAE HNV-6, doh. ..dieser Stahl enthielt 0,80% Kohlenstoff 9 0,40% Mangan, 2,30%-Silicium, 20% Chrom, 1,30% Nickel und der Rest der Prozente bestand aus Eisen, bezogen alles auf Gewichtsbasis. Jeder Versuch ,wurde während einer kontinuierlichen Zeitdauer von 100 Stunden unter Vollbelastung durchgeführt, wobei der annehmbare Wert bei 0,3 mm Abnutzung festgesetzt wurde. Die Ergebnisse dieser PrüfStandsversuche sind in Fig. 5 dargestellt. Die zufriedenstellende Verschleißfestigkeit der erfindungsgemäßen, mit Blei imprägnierten, gesinterten, eisenhaltigen Legierung kann aus den in Fig. 5 dargestellten Kurven abgelesen werden. Ein Versuch auf dem Prüfstand wurde ebenfalls mit einem ähnlichen Motor durchgeführt, wobei man Ventilsitzteile einer mit Blei gefüllten, gesinterten, eisenhaltigen Legierung verwendete, die eine Zusammensetzung hatte, die ähnlich war wie die der gesinterten,eisenhaltigen Legierung B9 Der Versuch ,zeigte, daß die Verschleißfestigkeit dieses Materials etwas schlechter ist, jedoch grob vergleichbar mit der der gesinterten, eisenhaltigen Legierung C, obgleich-dies in Fig. 5 nicht dargestellt ist.to obtain equivalents. As "known materials one used heat-resistant, cast iron with the composition given above according to SAE D-8 and heat-resistant steel according to SAE HNV-6, doh ... this steel contained 0.80% carbon 9 0.40% manganese, 2, 30% silicon, 20% chromium, 1.30% nickel and the remainder of the percent iron on a weight basis. The results of these bench tests are shown in Fig. 5. The satisfactory wear resistance of the lead-impregnated, sintered ferrous alloy according to the invention can be read from the curves shown in Fig. 5. A test on the bench was also carried out carried out with a similar engine using valve seat members of a lead-filled, sintered, ferrous alloy which e had ine composition was similar to that of the sintered iron-containing alloy B 9 The experiment showed that the wear resistance of this material is somewhat inferior but roughly comparable with that of the sintered iron-containing alloy C, although-it does not in Fig. 5 is shown.
Versuche wurden weiter an Motorkraftfahrzeugen durchgeführt, in denen der Motor Ventilsitze aus erfindungsgemäßer, bleigefül3.ter, gesinterter, eisenhaltiger Legierung eingebautTests were carried out on motor vehicles in which the engine valve seats made of the invention, Lead-filled, sintered, ferrous alloy built in
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hatte, und das Kraftfahrzeug wurde 50 000 km unter Verwendung
von verflüssigtem Petroleumgas gefahren. Es wurde mit
Sicherheit festgestellt, daß die erfindungsgemäße ι bleigefüllte, gesinterte, eisenhaltige Legierung für Ventilsitzflächen von Verbrennungsmotoren, die unter Verwendung
von bleifreiem Kraftstoff betrieben werden, gut geeignet ist. · ·and the automobile was driven 50,000 km using liquefied petroleum gas. It was with
It has been established for certain that the lead-filled, sintered, iron-containing alloy according to the invention is well suited for valve seat surfaces of internal combustion engines which are operated using unleaded fuel. · ·
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Claims (9)
Schmelzpunkt vorliegt.Form of a lead alloy with a relatively low
Melting point is present.
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) |