DE2918248A1

DE2918248A1 - Ventilsitzring

Info

Publication number: DE2918248A1
Application number: DE19792918248
Authority: DE
Inventors: Paul Vossieck
Original assignee: Goetze GmbH
Current assignee: Goetze GmbH
Priority date: 1979-05-05
Filing date: 1979-05-05
Publication date: 1980-11-06
Also published as: US4346684A; DE2918248B2; JPS6053764B2; JPS55148914A

Description

GOETZE AG Bescheid, d. 22. 03. 197α

J TEP 233LÖ./MO. ( 1712 )

VENTILSITZRING

Die Erfindung betrifft einen Ventilsitzring für eine Verbrennungskraftmaschine, bestehend aus Sinterwerkstoffen.

Ventil si tzringp für Verbrennungskraftmaschinen werden in der Praxis meist aus gegossenen oder gesinterten Metallegierungen hergestellt. Wegen ihrer hervorragenden Beständigkeit gegen Verschleiß, insbesondere aber gegen Korrosion und gegen eine Wärmewechsel beanspruchung im motorischen Betrieb, werden in erster Linie Metallegierungen auf der Basis von Nickel oder Kobalt eingesetzt. Beide Metalle haben jedoch relativ hohe Rohstoffpreise, welche wegen der zunehmenden RohstoffVerknappung ständig steigen.

Ersatzweise werden daher auch Ventilsitzringe aus hochlegierten Gußeisen oder Sintereisensorten hergestellt. Allerdings besitzen solche Ventilsitzringe nicht die geforderte hohe Festigkeit gegen die Beanspruchung im motorischen Betrieb. Deshalb werden vielfach die Sitzflächen der Ringe mit entsprechenden Oberflächenbehandlungsverfahren geschützt. Bei Beschichtungsverfahren durch beispielsweise Aufbringen einer Panzerungsschicht durch Auftragsschweißen muß allerdings die Haftung von Schicht und Grundkörper besonders hoch sein, da im motorischen Betrieb die Sitzfläche durch den Ventilteller auf Schlag belastet wird, so daß Ausbrüche der Schichten entstehen können.

Andere Oberflächenbehandlungsverfahren, wie zum Beispiel ein Oberflächenhärten durch Nitrieren oder Borieren, wie sie sonst bei anderen, auf Reibung beanspruchten Maschinenteilen üblich sind, scheiden bei Ventilsitzringen aus, da diese vor dem Einbau nachgeschliffen werden müssen, und ein solches Nachschleifen würde die relativ dünnen, gehärteten Schichten wieder entfernen.

Maschinenteile, wie Dichtleisten oder Kolbenringe von Verbrennungskraftmaschinen, sind auch schon bimetallisch, das heißt mit unterschiedlichen Sinterwerkstoffen im Stützteil und Verschleißteil, gesintert worden. Hier

0300Λ5/0542

Ventilsitzring /1712 - 2 -

besteht natürlich wegen der hohen Schlagbelastung durch den Ventilteller im motorischen Betrieb das Problem der besonders guten Haftung zwischen beiden Teilen. Zur Umgehung des Problems wurden daher nach der DE - PS 2.138.738 Dichtleisten oder Dichtringe aus einem Gemisch eines Stahllegierungspulvers und eines Karbidpulvers gesintert, und zwar so, daß der Karbidanteil im Stützten erheblich geringer als im Verschleißteil ist. Da aber das Bindemetall in beiden Fällen das gleiche ist, kann das Maschinenteil in einem einzigen Verfahrensschritt gesintert werden. Allerdings sollen Ventilsitzringe zumindest im Verschleißteil aus Nickel oder Kobaltlegierungen bestehen, welche im Prinzip Bindemetalle sind, und welche gegenüber Stahl die niedrigere Sintertemperatur besitzen.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen gesinterten Ventilsitzring hoher Festigkeit zu schaffen, welcher die Eigenschaft eines Ringes aus einer gesinterten Nickel - oder Kobaltlegierung besitzt, und welcher einfach unter geringen Rohstoffkosten herstellbar ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch einen gesinterten Ventilsitzring gelöst, welcher in seinem Verschleißteil aus einer gesinterten Nickel - und / oder Kobaltlegierung besteht, während der Stützteil vorzugsweise aus einer gesinterten Eisen - oder Stahl!egierung hergestellt ist. Der Verschleißteil hat dabei vorzugsweis eine Stärke von etwa bis zu einem Drittel der Gesamtstärke des Ventilsitzringes. Damit der Verschleißteil und der Stützteil zusammen in einem einzigen Verfahrensschritt gepreßt und gesintert werden können, werden erfindungsgemäß dem Sinterlegierungspulver des Stützteiles bis zu 30 Gewichtsprozent, vorzugsweise aber nur bis zu 10 Gewichtsprozent der Sinterlegierung des Verschleißteiles, zugemischt. Gegebenenfalls kann der Verschleißteil ebenfalls bis zu 30 Gewichtsprozent, vorzugsweise bis zu 10 Gewichtsprozent der Legierung des Stützteiles, enthalten. Zusätzlich können den Sinterlegierungen des Stützteiles geringe Mengen von bis zu 5 Gewichtsprozent elementares Bor und / oder Silizium oder auch niedrig schmelzende Nickel - und / oder Kobaltlegierungen hinzugefügt werden.

030045/0542

Ventilsitzring / 1712

Die vorzugsweise für den Verschleißteil verwendeten Sinterlegierungen auf der Basis von Nickel oder Kobalt bestehen aus

	maximal	10	bis	14	Nickel	14	Kobalt	% Kobalt
bis		1,5	%		bis		Kohlenstoff
		10	bis	28	%	14	% Chrom
		3	bis	14	bis	28	% Wolfram und / oder Molybdän
	maximal	1	bis	2	bis	4	% Kupfer
bis		8	%		bis		Eisen
		Rest	% ,
	maximal	3	% Wolfram und / oder Molybdän
oder bis		1,25	Kohlenstoff
		10	% Nickel
		18	% Chrom
	maximal	2	% Kupfer
bis		8	Eisen
	Rest

Für den Stützteil werden vorzugsweise schwach legierte Sintereisen - oder Sinterstahllegierungen bekannter Zusammensetzung verwendet*

Die als Zusatz zum Stützteil verwendeten niedrig schmelzenden Nickel oder Kobaltlegierungen bestehen vorzugsweise aus

bis maximal "1,25 %

18 bis 28

10 bis 14

1 bis 4

Kohlenstoff % Chrom % Wolfram und / oder Molybdän % Bor

1 bis 4_S5 % Silizium Rest Nickel und / oder Kobalt

Durch die Erfindung ist somit ein Ventilsitzring geschaffen, welcher in seinem Verschleißteil aus Nickel - und / oder Kobaltlegierungen besteht

030045/0842

4/.

Ventil sitzring /1712 - 4 -

und somit hervorragend im motorischen Betrieb beständig gegen Verschleiß, Korrosion und Wärmewechsel beanspruchung ist. Durch die zum Stützteil vorzugsweise zugegebenen Sinterlegierungspulver kann der Ventilsitzring bei den für den Verschleißteil üblichen Sintertemperaturen in einem einzigen Verfahrensschritt kostengünstig gesintert werden.

Durch die gleichartigen Bestandteile von Stützteil und Verschleißteil entsteht gleichzeitig ein sehr fester Verbund beider Teile, welcher auch der Schlagbelastung des Ventilteller im motorischen Betrieb widersteht.

Die Erfindung sei anhand von vier Ausführungsbeispielen näher erläutert:

Beispiel 1 :

Als Sinterlegierung für den Verschleißteil wird eine Nickellegierung mit 1 % Kohlenstoff, 11 % Kobalt, 7 % Molybdän, 11 % Chrom, 1,5 % Kupfer, 4 % Eisen und dem Rest Nickel verwendet.

Für die Sinterlegierung des Stützteiles werden 90 Teile einer Eisenlegierung mit 1,8 % Kohlenstoff, 0,8 % Mangan, 1 % Silizium, 3 % Nickel, 8 % Chrom mit 10 Teilen der Sinterlegierung des Verschleißteiles vermischt. Beide Sinterlegierungen werden in zwei Lagen übereinander in die Preßform gefüllt, und zwar so, daß die oberste Lage des Verschleißteiles etwa ein Drittel der Gesamthöhe ausmacht. Anschließend wird unter einem Druck von 1„5 t / cm² verdichtet und bei 1.250⁰C der Sintertemperatur der Verschleißte!!legierung 4 Stunden gesintert.

Der entstandene Ventilsitzring zeigt einen sehr festen Verbund von Verschleißteil und Stützteil und im Motortest eine hervorragende Beständigkeit,

Beispiel 2 :

Ausgegangen wird für Stützteil und Verschleißteil von den gleichen Legierungen wie im Beispiel 1. Zusätzlich werden jedoch 90 Teilen der Verschleißteillegierung 10 Gewichtsteile der Stütztei!legierung zugemischt. Die an-

030045/0542

Ventil sitzring /1712 - 5 -

schließende Pressung und Sinterung erfolgt unter den gleichen Bedingungen wie in Beispiel 1.

Beispiel 3 :

85 Teilen der Stütztei11egierung des Beispieles 1 werden 10 Gewichtstelle der Verschleißteillegierung, 1,5 Teile Silizium und 3,5 Teile Bor zugemischt. Als Verschleißte!11egierung wird die Legierung des Beispieles 2 verwendet. Die anschließende Pressung und Sinterung erfolgt unter den gleichen Bedingungen wie in Beispiel 1.

Beispiel 4 :

85 Teilen des Stützteillegierungspulvers des Beispieles 1 werden 10 Teile der Verschleißte!11egierung sowie 5 Teile einer niedrig schmelzenden Legierung mit 1 % Kohlenstoff, 22 % Chrom, 11 % Wolfram, 3 % Bor, 4 % Silizium und dem Rest Nickel hinzugefügt. Als Verschleißteillegierung wird die Legierung des Beispieles 2 verwendet. Die Pressung und Sinterung erfolgt wie in Beispiel 1.

0300AS/0542

Claims

GOETZE AG . Burscheid, d. ή:'

TEP 233LÖ../MO. ( 1712 )

PATENTANSPRÜCHE

. Ventilsitzring für eine Verbrennungskraftmaschine, bestehend aus gesinterten Metallegierungen, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilsitzring im Stützteil und im Verschleißteil aus unterschiedlichen Legierungen gesintert ist.

Z , Ventilsitzring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stützteil aus einer Eisen - oder einer Stahl legierung und daß der Verschleißteil aus einer Nickel - und / oder Kobaltlegierung besteht.

. Ventilsitzring nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung des Verschleißteiles aus einer Legierung mit

maximal 1,5 % ,14 Kohlenstoff 10 bis 28 % Kobalt 10 bis 14 % Chrom 3 bis 2 % Wolfram und / oder Molybdän 1 bis % Kupfer maximal 8 % Eisen

und dem Rest Nickel besteht.

Ventilsitzring nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sinterlegierung des Verschleißteiles aus einer Legierung mit

maximal 1,25 % 14 Kohlenstoff 10 bis 14 % Nickel 3 bis 28 % Wolfram und / oder Nickel 18 bis 4 % Chrom 2 bis % Kupfer bis max. 8 % Eisen

Rest Kobalt besteht.

030045/0542

Cf m · i

Ventilsitzring / 1712 - 2 -

. Ventilsitzring nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Sinterlegierung des Stützteiles bis zu 10 %
der Sinterlegierung des Verschleißteiles zugemischt sind.

. Ventilsitzring nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Sinterlegierung des Verschleißteiles bis zu
10 % der Sinterlegierung des Stützteiles zugemischt sind.

. Ventilsitzring nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Sinterlegierung des Stützteiles bis zu 5 %
einer niedrig schmelzenden Metallegierung zugemischt sind.

. Ventilsitzring nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die niedrig schmelzende Metallegierung aus

maximal 1,25 % Kohlenstoff

18 bis 28 % Chrom

10 bis 14 % Wolfram und / oder Molybdän
1 bis 4 % Bor
1 bis 4,5 % Silizium

Rest Nickel und / oder Kobalt besteht.

. Ventilsitzring nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Stütztei!legierung bis zu 5 % elementares Bor
und / oder Silizium zugemischt sind.

. Ventilsitzring nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe des Verschleißteiles etwa ein Drittel der Gesamthöhe des Ventilsitzringes beträgt.

GOETZE

GOETZE AG

- 4.1/4) Nr. 1*2/78 AV

ι ß

03QQ45/OSO

INSPECTED