DE2918248A1 - Ventilsitzring - Google Patents
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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
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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.
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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 4S5 % Silizium Rest Nickel und / oder Kobalt
Durch die Erfindung ist somit ein Ventilsitzring geschaffen, welcher in
seinem Verschleißteil aus Nickel - und / oder Kobaltlegierungen besteht
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4/.
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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:
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,
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-
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schließende Pressung und Sinterung erfolgt unter den gleichen Bedingungen
wie in Beispiel 1.
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.
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.
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Claims (1)
- 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 mitmaximal 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.030045/0542Cf m · iVentilsitzring / 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 ausmaximal 1,25 % Kohlenstoff18 bis 28 % Chrom10 bis 14 % Wolfram und / oder Molybdän
1 bis 4 % Bor
1 bis 4,5 % SiliziumRest 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.GOETZEGOETZE AG- 4.1/4) Nr. 1*2/78 AVι ß03QQ45/OSOINSPECTED
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