DE4443772C2 - Motorventil mit verbesserter Hochtemperatur-Verschleißfestigkeit - Google Patents
Motorventil mit verbesserter Hochtemperatur-VerschleißfestigkeitInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Motorventil mit verbesserter Hochtemperatur-
Verschleißfestigkeit gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Es ist bekannt, daß herkömmliche Motorventile, die als Bauteile von Fahrzeug
motoren oder dergleichen vorgesehen sind, hergestellt werden, indem man z. B.
eines der verschiedenen Legierungspulver auf Eisenbasis verwendet, einschließlich
demjenigen, das in der JP 2-92 494 A als Beschichtung auf einer Ventiltellerrand
fläche eines Motorventilkörpers beschrieben ist, der aus hitzebeständigem Stahl
oder rostfreiem Stahl gebildet ist, d. h. eine Oberfläche besitzt, die in Kontakt mit
einem Ventilsitz gebracht wird, bei dem lokal eine hohe Verschleißfestigkeit
erforderlich ist, wobei man das Legierungspulver durch Plasmabogen- oder Laser
strahlschweißung als Verkleidung aufschweißt.
Solche Ventile werden auch als Panzerventile oder Panzerringventile bezeichnet.
DE 39 05 397 A1 beschreibt eine Hartstofflegierung zum Beschichten thermisch
und chemisch hoch beanspruchter Maschinenbauteile aus metallischen Grundwerk
stoffen. Dabei wird der Zusatz von Al und N als besonders vorteilhaft bezeichnet,
da sich verschleißmindernde Nitride bilden.
Das durch die Erfindung zu lösende Problem tauchte auf, weil in den letzten Jahren
Motorfahrzeuge mit höherer Leistung und höheren Fahrgeschwindigkeiten entwic
kelt wurden. Die Motoren solcher Motorfahrzeuge werden notwendigerweise bei
höheren Temperaturbedingungen betrieben. Demgemäß werden Motorventile als
Motorkonstruktionsteil einer Umgebung mit höherer Temperatur ausgesetzt. Im
Falle von herkömmlichen Motorventilen ist jedoch die Hochtemperatur-Verschleiß
festigkeit der Legierung auf Eisenbasis, mit welcher die Ventiltellerrandfläche
abgedeckt ist, nicht hoch genug, um das Fortschreiten von Verschleiß auf dieser
Ventiltellerrandfläche zu begrenzen, das unter Hochtemperaturbedingungen be
schleunigt erfolgt.
Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Motorventil mit
erhöhter Hochtemperatur-Verschleißfestigkeit bereitzustellen.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch das Kennzeichen des Anspruchs 1.
Vorzugsweise enthält die Zusammensetzung zusätzlich noch 0,05 bis 1% Co
und gemäß einer weiteren noch bevorzugteren Ausführungsform enthält sie
statt dessen oder zusätzlich noch wenigstens eines der Metalle
0,1 bis 5% Nb
0,1 bis 5% Ta und
0,1 bis 5% W nach Erfordernis, wobei der Gesamtgehalt an Nb, Ta und W auf 5% oder weniger begrenzt ist.
0,1 bis 5% Ta und
0,1 bis 5% W nach Erfordernis, wobei der Gesamtgehalt an Nb, Ta und W auf 5% oder weniger begrenzt ist.
Vorzugsweise ist in der Zweiphasenstruktur, die aus einer austenitischen
Phase und einer eutektischen Carbidphase gebildet ist, der Prozentgehalt des
Gebiets der eutektischen Carbidphase 10 bis 50% und noch bevorzugter ist
darin die Länge der sekundären dendritischen Arme der austenitischen Phase
15 µm oder weniger.
Der Ausdruck "Prozent", der im vorstehenden und im Folgenden benutzt wird,
bedeutet immer Gewichtsprozent.
Der Grund für die Begrenzung der Komponenten der Legierung auf Eisenbasis,
welche die verkleidete Ventiltellerrandfläche des Motorventils der vorliegen
den Erfindung, wie oben beschrieben, bilden, wird im Nachfolgenden erläutert.
Die C-Komponente wird als feste Lösung in der austenitischen Phase gelöst,
um die Hochtemperaturfestigkeit dieser Phase zu verbessern und bildet die
eutektische Carbidphase zur Verbesserung der Hochtemperatur-Verschleißfe
stigkeit der Legierung. Wenn der Gehalt an C kleiner als 0,7% ist, werden
diese Wirkungen nicht zufriedenstellend hoch. Wenn andererseits der Gehalt
an C 1,5% übersteigt, wird der Verschleiß des Ventilsitzes, der in Kontakt
mit dem Motorventil gebracht wird, beschleunigt. Daher ist der Gehalt an C
auf den Bereich von 0,7 bis 1,5% beschränkt und vorzugsweise auf den Be
reich von 0,9 bis 1,3%.
Die Mn-Komponente bildet die austenitische Phase mit Ni und Cr zur Verbes
serung der Hochtemperatur-Korrosionsbeständigkeit. Wenn der Gehalt an Mn
kleiner als 10% ist, kann die gewünschte Verbesserung der Hochtemperatur-
Korrosionsbeständigkeit nicht erzielt werden. Wenn der Gehalt an Mn 15%
übersteigt, wird die Hochtemperatur-Verschleißfestigkeit vermindert. Daher ist
der Gehalt an Mn auf den Bereich von 10 bis 15% beschränkt und vorzugs
weise auf den Bereich von 11 bis 13%.
Die Cr-Komponente bildet die austenitische Phase mit Hochtemperatur-Korro
sionsbeständigkeit, wie oben erwähnt, und bildet auch die eutektische Car
bidphase zur Verbesserung der Hochtemperatur-Verschleißfestigkeit. Wenn
der Gehalt an Cr kleiner als 24% ist, sind diese Effekte nicht zufriedens
tellend hoch. Wenn der Gehalt an Cr 30% übersteigt wird die Schädigung
des Ventilsitzes, der mit dem Motorventil in Kontakt gebracht wird, abrupt
erhöht. Daher ist der Gehalt an Cr auf dem Bereich von 24 bis 30% be
schränkt und liegt vorzugsweise im Bereich von 25,5 bis 27,5%.
Die Mo-Komponente wird als feste Lösung in der austenitischen Phase gelöst,
um die Hochtemperatur-Verschleißfestigkeit dieser Phase zu verbessern.
Wenn der Gehalt an Mo kleiner ist als 6,1% kann die gewünschte Verbes
serung der Hochtemperatur-Verschleißfestigkeit nicht erreicht werden. Wenn
der Gehalt an Mo 9,8% übersteigt, wird die Hochtemperatur-Korrosions
beständigkeit vermindert. Daher ist der Gehalt an Mo auf den Bereich von 6,1
bis 9,8% beschränkt, und vorzugsweise liegt er im Bereich von 6,4 bis 8%.
Die Ni-Komponente bildet die austenitische Phase mit verbesserter Hoch
temperatur-Korrosionsbeständigkeit mit Mn und Cr, wie oben erwähnt. Wenn
der Gehalt an Ni kleiner ist als 10%, kann die austenitische Phase mit der
gewünschten Hochtemperatur-Korrosionsbeständigkeit nicht gebildet werden.
Wenn der Gehalt an Ni 15% übersteigt, wird die Hochtemperatur-Verschleiß
festigkeit vermindert. Daher ist der Gehalt an Ni auf dem Bereich von 10 bis
15% begrenzt und liegt vorzugsweise im Bereich von 11 bis 13%.
Die N-Komponente bildet feinverteiltes Carbonitrid zur Verbesserung der
Hochtemperatur-Verschleißfestigkeit. Wenn der Gehalt an N kleiner als 0,1%
ist, ist diese Wirkung nicht zufriedenstellend hoch. Wenn der Gehalt an N
0,4% übersteigt, wird die Schweißbarkeit der Verkleidung verschlechtert.
Daher ist der Gehalt an N auf den Bereich von 0,1 bis 0,4% beschränkt und
liegt vorzugsweise im Bereich von 0,2 bis 0,3%.
Die Si-Komponente wirkt zur Verbesserung der Fließfähigkeit (der Fließfähig
keit des geschmolzenen Metalls) zum Zeitpunkt der Verkleidung (bzw. des
Abdeckens) und hat eine so starke desoxidierende Wirkung, daß die Schweiß
barkeit der Abdeckung bzw. Verkleidung verbessert wird. Wenn der Gehalt an
Si kleiner als 0,2% ist, sind diese Wirkungen nicht zufriedenstellend hoch.
Wenn der Gehalt an Si 1,5% übersteigt, wird die Zähigkeit vermindert, so daß
leicht Rißbildung auftreten kann. Daher ist der Gehalt an Si auf den Bereich
von 0,2 bis 1,5% beschränkt und liegt vorzugsweise im Bereich von 0,4 bis
0,8%.
Diese vorzugsweise mit verwendete Co-Komponente löst sich als feste
Lösung in der austenitischen Phase zur Verbesserung der Hochtemperatur
stabilität dieser Phase, so daß die Legierung eine verbesserte Hochtempera
tur-Verschleißfestigkeit und Hochtemperatur-Korrosionsbeständigkeit in der
Atmosphäre der Verbrennungsgase von hoher Temperatur hat. Wenn der
Gehalt an Co kleiner als 0,05% ist, ist diese Wirkung nicht zufriedenstellend
hoch. Wenn der Gehalt an Co 1% übersteigt, ist diese Wirkung am höchsten,
und es kann keine weitere Verbesserung in der Verschleiß- bzw. Korrosionsbestän
digkeit erzielt werden. Daher ist der Gehalt an Co auf den Bereich von 0,05
bis 1% beschränkt und liegt vorzugsweise im Bereich von 0,1 bis 0,5%.
Diese besonders bevorzugt mitverwendeten Nb-, Ta- und W-Komponenten
werden gemäß den jeweiligen Bedürfnissen zugesetzt, da sie als feste Lösung
in der austenitischen Phase gelöst werden können, um die Hochtemperatur-
Verschleißfestigkeit dieser Phase noch weiter zu verbessern. Es wird bei
dieser besonders bevorzugten Ausführungsform wenigstens eines dieser drei
Metalle eingesetzt. Wenn der Gehalt an einer oder der Summe dieser Kom
ponenten weniger als 0,1% ist, kann die gewünschte verbesserte Hoch
temperatur-Verschleißfestigkeit nicht erzielt werden. Wenn die Gesamtmenge
von zumindest einer dieser Komponenten, die in der Zusammensetzung
enthalten ist, 5% übersteigt, wird ein Hochtemperaturcarbid (Carbid vom
Formationstyp) gebildet, das anders ist als die eutektische Carbidphase und
eine Verschlechterung der Schweißbarkeit der Verkleidung bzw. Abdeckung
bewirkt. Daher ist der Gehalt an diesen Komponenten auf den Bereich von
0,1 bis 5% beschränkt und liegt vorzugsweise im Bereich von 0,5 bis 2,5%.
Auch der Gesamtgehalt an diesen Komponenten beträgt 5% oder weniger,
und beträgt vorzugsweise 3% oder weniger (aber mindestens 0,1%).
Es ist unmöglich zu vermeiden, daß Verunreinigungen in die Legierung einge
mischt sind wegen des Vorliegens von Verunreinigungen, die in den rohen
Legierungsmaterialien enthalten sind, durch Desoxidation zum Zeitpunkt des
Verkleidens und durch Verunreinigung aus Bestandteilen des Schmelzofens.
Jedoch werden die Eigenschaften des Motorventils bzw. der Verkleidung
nicht schwerwiegend beeinträchtigt, wenn die Gehalte der eingemischten
Verunreinigungen derart sind, daß:
Al: zu höchstens 0,1%; B: zu höchstens 0,05%;
P: zu höchstens 0,04%; S: zu höchstens 0,05%; und
O: zu höchstens 0,05% vorliegen.
P: zu höchstens 0,04%; S: zu höchstens 0,05%; und
O: zu höchstens 0,05% vorliegen.
Ein Motorventil mit einer Ventiltellerrandfläche, die durch die Legierung auf
Eisenbasis der vorliegenden Erfindung gebildet ist und eine Struktur hat, die
aus einer austenitischen Phase und einer eutektischen Carbidphase gebildet
ist die dendritisch in der Primärphase gewachsen ist, kann durch Belegen
bzw. Verkleiden hergestellt werden. Wenn jedoch der Prozentsatz des Gebiets
der eutektischen Carbidphase weniger als 10% ist, ist die Wirkung der
Verbesserung der Hochtemperatur-Verschleißfestigkeit nicht zufriedenstellend
hoch. Wenn andererseits der Prozentsatz des Bereichs 50% übersteigt, wird
die Schweißbarkeit der Verkleidung bzw. Abdeckung vermindert. Daher wird
der Prozentsatz des Gebiets der eutektischen Carbidphase auf den Bereich
von 10 bis 50% beschränkt.
Sekundäre dendritische Arme werden gebildet, wenn die austenitische Phase
sich verfestigt, und sie wachsen zum Zeitpunkt der Verkleidung. Wenn der
Abstand zwischen den sekundären dendritischen Armen außerordentlich groß
ist, wird die Gleichmäßigkeit der Struktur verschlechtert und die gebildete
grobe austenitische Phase kann leicht deformiert werden, was zu einer Ver
minderung in der Hochtemperatur-Verschleißfestigkeit führt. Daher ist es
erwünscht, den Abstand der sekundären dendritischen Arme auf 15 µm oder
weniger festzusetzen.
Die folgenden Beispiele erläutert die Erfindung.
Geschmolzene Legierungen auf Fe-Basis mit den in den Tabellen 1 und 2
gezeigten Zusammensetzungen wurden hergestellt und mit Al und/oder Mg
je nach den Erfordernissen desoxidiert. Die Legierungen wurden dann zu
Legierungspulvern auf Fe-Basis gepulvert, die jeweils eine durchschnittliche
Korngröße von 110 µm hatten, und zwar durch Gaszerstäubung unter Ver
wendung von N2-Gas. Jedes dieser Pulver wurde als Verkleidungs- bzw.
Abdeckungsmaterial benutzt, um eine Ventiltellerrandfläche eines Motorfahr
zeug-Motorventils mit einem Ventilteller von 31,5 mm Durchmesser, herge
stellt aus SUH 35-Stahl (hitzebeständiger Stahl) durch Plasmastrahl-Schwei
ßung unter den folgenden Bedingungen zu bilden:
Plasmastrom: 105 A/125 A,
Plasmagasfließmenge: 0,9 l/min,
Schutzgasfließmenge: 15 l/min,
Gasfließmenge der Pulverzufuhr: 1 l/min, und
Menge der Verkleidung an einem Ventil: 3,0 bis 4,0 g, und
durch Laserstrahl-Schweißung bzw. Verkleidung unter den folgenden Bedin gungen:
Laserleistung: 2,4 bis 3,8 kW,
Schutzgasfließmenge: 15 l/min, und
Menge der Verkleidung auf einem Ventil: 3,4 bis 4,0 g.
Plasmagasfließmenge: 0,9 l/min,
Schutzgasfließmenge: 15 l/min,
Gasfließmenge der Pulverzufuhr: 1 l/min, und
Menge der Verkleidung an einem Ventil: 3,0 bis 4,0 g, und
durch Laserstrahl-Schweißung bzw. Verkleidung unter den folgenden Bedin gungen:
Laserleistung: 2,4 bis 3,8 kW,
Schutzgasfließmenge: 15 l/min, und
Menge der Verkleidung auf einem Ventil: 3,4 bis 4,0 g.
Auf diese Weise wurden die Motorventile 1 bis 17 der vorliegenden Erfin
dung, und die Motorventile der Vergleichsbeispiele 1 bis 4 hergestellt, bei
denen die verkleideten Ventiltellerrandflächen aus Legierungen auf Fe-Basis
gebildet waren, die praktisch die gleichen Zusammensetzungen hatten, wie
die oben erwähnten Pulver auf Fe-Basis. Der Prozentsatz des Bereichs der
eutektischen Carbidphase und der Abstand zwischen den sekundären den
dritischen Armen wurden an einem Querschnitt der Struktur der verkleideten
Ventiltellerrandflächen jedes Ventils gemessen, wobei durch ein metallo
graphisches Mikroskop beobachtet wurde.
Bei jedem der Vergleichsmotorventile 1 bis 4 war der Gehalt an einer der
Komponenten zur Verbesserung der Hochtemperatur Verschleißfestigkeit, d. h.
in diesem Beispiel C, Cr, Mo oder N,
un
terhalb der unteren Grenze des Bereichs des Gehalts gemäß der vorliegenden
Erfindung.
Jedes der so hergestellten Ventile mit den verschiedenen Zusammensetzun
gen der Ventiltellerrandfläche wurde in einen Benzinmotor von 2000 cm3
eingesetzt und einem beschleunigten Verschleißtest unter den folgenden
Bedingungen unterworfen:
verwendetes Benzin: verbleites Benzin (Pb-Gehalt: 1,8 g/l)
Motorgeschwindigkeit: 7500 Upm,
Betriebszeit: 100 Stunden,
Motorgeschwindigkeit: 7500 Upm,
Betriebszeit: 100 Stunden,
und die Tiefe des maximalen Verschleißes nach dem Betrieb wurde gemes
sen. Tabelle 3 zeigt die Ergebnisse dieser Prüfung.
Tabelle 3 zeigt auch die Vicker's Härten der verkleideten Ventiltellerrand
flächen bei gewöhnlicher Temperatur und bei einer Temperatur von 800°C
für die Motorventile 1 bis 17 (Belastung 200 g) gemäß Erfindung und der
Motorventile der Vergleichsbeispiele 1 bis 4.
Fig. 1 zeigt ein metallographi
sches mikroskopisches Photo der Struktur des Motorventils 2 der Erfindung
(Vergrößerung: 500 ×).
Aus den in Tabelle 1 bis 3 gezeigten Ergebnissen ist es ersichtlich, daß die
verkleidete Ventiltellerrandfläche jedes der Motorventile 1 bis 17 der vor
liegenden Erfindung verbesserte Hochtemperaturhärte und auch verbesserte
Hochtemperatur-Verschleißfestigkeit mit einem Prozentsatz des Gebiets der
eutektischen Carbidphase von 10 bis 50% hat, und daß bei den Motorventi
len 1 bis 4 der Vergleichsbeispiele die Hochtemperaturhärte relativ vermindert
ist und auch die Hochtemperatur-Verschleißfestigkeit herabgesetzt wird,
wenn der Gehalt an nur einer der Komponenten der Legierung auf Fe-Basis,
welche die verkleidete Ventiltellerrandfläche bildet, d. h. in diesem Beispiel C,
Cr, Mo oder N, kleiner ist als die untere Grenze des Bereiches gemäß der vor
liegenden Erfindung (was durch die Markierung * in Tabelle 2 angegeben ist).
Bei den Motorventilen der vorliegenden Erfindung, wie oben beschrieben, ist
die verkleidete Ventilfläche, die schwerem Verschleiß unterliegt, wenn sie
wiederholt in Kontakt mit dem zugehörigen Ventilsitz gebracht wird, aus einer
Legierung auf Fe-Basis gebildet, die verbesserte Hochtemperaturhärte und
Verschleißfestigkeit hat, wodurch ein verbessertes Verhalten für eine lange
Zeitspanne gewährleistet wird, selbst in einer Hochtemperaturatmosphäre,
wie sie während des Motorbetriebs bei hoher Leistung und hoher Geschwin
digkeit auftritt.
Geschmolzene Legierungen auf Fe-Basis mit den Zusammensetzungen, wie
sie in den Tabellen 4, 5 und 6 gezeigt sind, wurden hergestellt und mit Al und/
oder Mg je nach den Erfordernissen desoxidiert. Die Legierungen wurden dann
zu Legierungspulvern auf Fe-Basis gepulvert, die jeweils eine durchschnittliche
Korngröße von 110 µm hatten und zwar durch Gaszerstäubung unter Ver
wendung von N2-Gas. Jedes dieser Pulver wurde als Verkleidungsmaterial zur
Bildung einer Ventiltellerrandfläche eines Motorventils für ein Motorfahrzeug
verwendet mit einem Ventilteller-Durchmesser von 31,5 mm, das aus SUH
35-Stahl (hitzebeständiger Stahl) hergestellt war und zwar durch Plasma
strahl-Verschweißung unter den folgenden Bedingungen:
Plasmastrom: ein vorbestimmter Wert im Bereich
von 115 bis 125 A,
Plasmagasfließmenge: 1,1 l/min,
Schutzgasfließmenge: 10 l/min,
Gasfließmenge der Pulverzufuhr: 1 l/min, und
Menge an Verkleidung auf einem Ventil: 3,6 g, und
durch Laserstrahl-Schweißung unter den folgenden Bedingungen:
Laserleistung: ein vorbestimmter Wert im Bereich von 2 bis 3 kW,
Schutzgasfließmenge: 10 l/min, und
Menge an Verkleidung auf einem Ventil: 3,6 g.
Plasmagasfließmenge: 1,1 l/min,
Schutzgasfließmenge: 10 l/min,
Gasfließmenge der Pulverzufuhr: 1 l/min, und
Menge an Verkleidung auf einem Ventil: 3,6 g, und
durch Laserstrahl-Schweißung unter den folgenden Bedingungen:
Laserleistung: ein vorbestimmter Wert im Bereich von 2 bis 3 kW,
Schutzgasfließmenge: 10 l/min, und
Menge an Verkleidung auf einem Ventil: 3,6 g.
Auf diese Weise wurden die Motorventile 18 bis 47 gemäß der Erfindung und
die Motorventile der Vergleichsbeispiele 5 bis 9 hergestellt, wobei die ver
kleideten Ventilflächen aus Legierungen auf Fe-Basis gebildet waren, die im
wesentlichen die gleichen Zusammensetzungen wie die oben erwähn
ten Pulver auf Fe-Basis hatten.
In jedem der Vergleichsmotorventile 5 bis 9, ist der Gehalt an einer der
Komponenten zur Verbesserung der Hochtemperatur-Verschleißfestigkeit, d. h.
in diesem Beispiel C, Cr, Mo, N oder Co, unterhalb
der unteren Grenze des Bereichs an Gehalten gemäß der vorliegenden Erfin
dung.
Ein willkürlicher Teil der verkleideten Ventilflächen jedes der so erhaltenen
verschiedenen Motorventile wurde bei einer Tiefe von 0,1 mm mit einem
metallographischen Mikroskop betrachtet und ein Photo von dessen Struktur
wurde gemacht. Aus dieser Struktur wurden der Prozentsatz des Gebietes der
eutektischen Carbidphase und der Abstand zwischen den Mittellinien der
sekundären dendritischen Arme, welche die austenitische Phase bilden, ge
messen (an willkürlichen fünf Stellen gemessen und dann der Durchschnitt
genommen).
Jedes der so hergestellten Ventile mit den verschiedenen Zusammensetzun
gen der Ventilfläche wurde in einen Benzinmotor mit 2000 cm3 eingesetzt,
um einer beschleunigten Vergleichsprüfung unter den folgenden Bedingungen
unterzogen zu werden:
verwendetes Benzin: verbleites Benzin (Pb-Gehalt: 1,5 g/l)
Motorgeschwindigkeit: 7000 Upm,
Betriebszeit: 200 Stunden,
Motorgeschwindigkeit: 7000 Upm,
Betriebszeit: 200 Stunden,
und die maximale Verschleißtiefe nach dem Betrieb wurde gemessen. Die
Tabellen 7 und 8 zeigen die Ergebnisse dieser Prüfung.
Die Tabellen 7 und 8 zeigen auch die Vicker's Härten der verkleideten Ventil
seiten der Motorventile 18 bis 47 gemäß der Erfindung und der Motorventile
der Vergleichsbeispiele 5 bis 9 bei gewöhnlicher Temperatur und einer Tem
peratur von 1000°C (Belastung 200 g).
Fig. 2 zeigt eine metallographische mikroskopische Photoaufnahme der
Struktur eines willkürlichen Teils in der beschichteten Ventilseite des Motor
ventils 19 der vorliegenden Erfindung bei einer Tiefe von 0,1 mm (Vergröße
rung: 500 ×).
Aus den in Tabelle 4 bis 8 gezeigten Ergebnissen ist es ersichtlich, daß die
verkleideten Ventiltellerränder jedes der Motorventile 18 bis 47 der vorliegen
den Erfindung verbesserte Hochtemperaturhärte und auch verbesserte Hoch
temperatur-Verschleißfestigkeit haben, und daß, wie bei den Motorventilen 5
bis 9 der Vergleichsbeispiele gezeigt, die Hochtemperaturhärte relativ ver
mindert und auch die Hochtemperatur-Verschleißfestigkeit erniedrigt wird,
wenn der Gehalt an nur einer der Komponenten der Legierung auf Fe-Basis,
welche den verkleideten Ventiltellerrand bildet, d. h. im vorliegenden Beispiel
C, Cr, Mo, N oder Co geringer ist als die untere Grenze des Bereichs gemäß
der vorliegenden Erfindung (was in Tabelle 6 durch die Markierung * angegeben ist).
Bei den Motorventilen der vorliegenden Erfindung, wie oben beschrieben, ist
die verkleidete Ventilfläche, die schwerem Verschleiß unterliegt, indem sie
wiederholt in Kontakt mit dem entsprechenden Ventilsitz gebracht wird, aus
einer Legierung auf Fe-Basis gebildet, die verbesserte Hochtemperaturhärte
und Verschleißfestigkeit hat, wodurch ein verbessertes Verhalten für eine
lange Zeitspanne gewährleistet wird, selbst bei einer Hochtemperaturatmo
sphäre, wie sie durch den Motorbetrieb bei hoher Leistung und hoher Ge
schwindigkeit bedingt ist.
Fig. 3 zeigt einen Querschnitt durch ein sogenanntes Panzerventil, wie es
auch gemäß der Erfindung vorliegt.
Die Bezugszahlen bedeuten:
- 1. 1: Ventilschaft
- 2. 2: Ventilteller
- 3. 3: Ventiltellerrandpanzerung.
Motorventile werden üblicherweise aus Chrom-Molybdänstahl gefertigt. Für
besonderes hohe Beanspruchung wird der Ventiltellerrand gepanzert, also mit
einer Auflage versehen, die hochgradig verschleißfest ist.
Da es sich bei Fig. 3 um einen Querschnitt handelt sieht man von der Panze
rung nur die beiden Ränder links und rechts. Natürlich ist die Panzerung
ringförmig, deckt also die gesamte Dichtungsfläche des Ventiltellers, wo er
mit dem Ventilsitz in Berührung kommt, ab.
Claims (14)
1. Motorventil mit verbesserter Hochtemperatur-Verschleißfestigkeit mit einer
Ventiltellerrandfläche, die mit einer aus einem Pulver hergestellten Legierung auf Eisenbasis
beschichtet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung (3)
eine Zusammen
setzung hat, die im wesentlichen, auf das Gewicht bezogen, besteht aus:
0,7 bis 1,5% C,
24 bis 30% Cr,
10 bis 15% Ni,
0,2 bis 1,5% Si,
10 bis 15% Mn,
6,1 bis 9,8% Mo,
0,1 bis 0,4% N,
und Rest im wesentlichen Fe und unvermeidbare Verunreinigungen, und eine Zweiphasenstruktur hat, die aus einer austenitischen Phase und einer eutektischen Carbidphase gebildet ist.
0,7 bis 1,5% C,
24 bis 30% Cr,
10 bis 15% Ni,
0,2 bis 1,5% Si,
10 bis 15% Mn,
6,1 bis 9,8% Mo,
0,1 bis 0,4% N,
und Rest im wesentlichen Fe und unvermeidbare Verunreinigungen, und eine Zweiphasenstruktur hat, die aus einer austenitischen Phase und einer eutektischen Carbidphase gebildet ist.
2. Motorventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusammen
setzung zusätzlich 0,05 bis 1 Gew.-% Co aufweist.
3. Motorventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zu
sammensetzung zusätzlich wenigstens eines der Metalle
0,1 bis 5% Nb
0,1 bis 5% Ta und
0,1 bis 5% W je nach Erfordernis aufweist, wobei der Gesamtgehalt an Nb, Ta und W auf 5% oder weniger begrenzt ist.
0,1 bis 5% Nb
0,1 bis 5% Ta und
0,1 bis 5% W je nach Erfordernis aufweist, wobei der Gesamtgehalt an Nb, Ta und W auf 5% oder weniger begrenzt ist.
4. Motorventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß in der Legierung der Gehalt an
Kohlenstoff im Bereich von 0,9 bis 1,3% liegt.
5. Motorventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß in der Legierung der Gehalt an
Mangan im Bereich von 11 bis 13% liegt.
6. Motorventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß in der Legierung der Gehalt an
Chrom im Bereich von 25,5 bis 27,5% liegt.
7. Motorventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß in der Legierung der Gehalt an
Molybdän im Bereich von 6,4 bis 8% liegt.
8. Motorventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß in der Legierung der Gehalt an
Nickel im Bereich von 11 bis 13% liegt.
9. Motorventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß in der Legierung der Gehalt an
Stickstoff im Bereich von 0,2 bis 0,3% liegt.
10. Motorventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß in der Legierung der Gehalt an
Silicium im Bereich von 0,4 bis 0,8% liegt.
11. Motorventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß in der Legierung der Gehalt an
Kobalt im Bereich von 0,1 bis 0,5% liegt.
12. Motorventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß in der Legierung der Gehalt an
einem der Metalle Nb, Ta und/oder W im Bereich von 0,5 bis 2,5% und
beim Vorliegen von mehreren dieser Metalle unter 3% und vorzugsweise
ebenfalls im Bereich von 0,5 bis 2,5% liegt.
13. Motorventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß in der Beschichtung (3) der Prozentsatz im
Gebiet der eutektischen Carbidphase in der Legierung 10 bis
50% beträgt.
14. Motorventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß in der Beschichtung (3) die Länge der se
kundären dendritischen Arme der austenitischen Phase in der Legierung
15 µm oder kleiner ist.
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JP6054504A JPH0754621A (ja) | 1993-06-11 | 1994-02-28 | 高温耐摩耗性のすぐれたエンジンバルブ |
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DE (1) | DE4443772C2 (de) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102021106647A1 (de) | 2021-03-18 | 2022-09-22 | Federal-Mogul Valvetrain Gmbh | Gepanzertes Tellerventil und Verfahren zu seiner Herstellung |
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- 1994-12-09 KR KR1019940033457A patent/KR100216764B1/ko not_active IP Right Cessation
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8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
D2 | Grant after examination | ||
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R071 | Expiry of right |