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Hintergrund der Erfindung
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Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Mischung für einen Grünling, der harte Partikel umfasst,
auf eine verschleißfeste
eisenbasierte gesinterte Legierung und auf ein Verfahren zur Erzeugung
der Legierung. Die Erfindung betrifft ferner einen aus der gesinterten
Legierung erzeugten Ventilsitz und einen Zylinderkopf, der einen
aus der gesinterten Legierung erzeugten Ventilsitz oder Ventilsitze
mit einschließt.
Der Ventilsitz wird zweckmäßigerweise
in einem Gasmotor unter Verwendung von LPG, CNG oder einem ähnlichen
Gas als Brennstoff eingesetzt.
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Stand der
Technik
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In
der anschließenden
Diskussion des Standes der Technik wird auf bestimmte Strukturen
und/oder Verfahren Bezug genommen. Jedoch sollen die folgenden Bezugnahmen
nicht als ein Zugeständnis
aufgefasst werden, das diese Strukturen und/oder Verfahren Stand
der Technik bilden. Der Anmelder hält sich ausdrücklich das
Recht vor, zu zeigen, dass solche Strukturen und/oder Verfahren
keinen Stand der Technik gegenüber
der vorliegenden Erfindung bilden.
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Die
GB-A-2 334 725 beschreibt eine Überzugslegierung
für das
Beschichten von Ventilen, wobei die Legierung 20–70 Gewichts%, 0,5–3 Gewichts%
C, 5–40
Gewichts% Ni, 0–20
Gewichts% Mn und 0–30
Gewichts% Co umfasst, wobei der Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen
sind. Ferner beschreibt dieses Dokument eine alternative Legierungszusammensetzung,
die 20–60
Gewichts% Mo 0,2–3
Gewichts% C, 5–40
Gewichts% Ni, 0–15
Gewichts% Mn und 0–40
Gewichts% Co umfasst, wobei der Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen
sind.
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Die
offengelegte Patentschrift (Kokai) Nr. SHO 53-112206 der japanischen Patentanmeldung
(veröffentlicht
1978) offenbart als eine verschleißfeste gesinterte Legierung
für den
Einsatz zur Erzeugung eines Ventils oder dergleichen eine gesinterte
Legierung, erhältlich
durch Erzeugen eines Grünlings
aus einem gemischten Pulver. Das gemischte Pulver wird durch Vermischen
eines Basismaterials mit einer Zusammensetzung eines niederlegierten
Stahls oder eines Edelstahls mit 5–40% eines Pulvers aus Hartpartikeln,
und dann durch Sintern des Grünlings
bei 1050–1250°C erhalten.
Die Hartpartikel haben eine Zusammensetzung von 0,10 oder weniger
Kohlenstoff (C), 0,5–10%
Silicium (Si), 0,40 oder weniger Mangan (Mn) und 10–50% Molybdän (Mo) als
Basiselemente und insgesamt 40% von wenigstens einem Element, ausgewählt aus
Nickel (Ni), Chrom (Cr) und Kobalt (Co), wobei der Rest aus Eisen
(Fe) besteht.
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In
der vorstehend erwähnten
gesinterten Legierung ist die in den Hartpartikeln enthaltene Mn-Menge relativ
klein, das heißt
sie liegt bei 0,40% oder geringer.
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Zusätzlich ist
es zur Sicherstellung der Verbesserung der Beständigkeit einer gesinterten Legierung bevorzugt,
eine gesteigerte Festigkeit der Haftung zwischen den Hartpartikeln
und dem Grund- oder Basismaterial sicherzustellen. Jedoch ist in
der vorstehend erwähnten
gesinterten Legierung die Haftfestigkeit zwischen den Hartpartikeln
und der Basis nicht hinreichend hoch und kann weiter verbessert
werden.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Die
Erfindung wurde im Lichte der vorstehend erwähnten Umstände entwickelt. Es ist daher
eine Aufgabe der Erfindung, eine Mischung für einen Grünling, der ein Basismaterial
und Hartpartikel umfasst; eine verschleißfeste eisenbasierte gesinterte
Legierung; ein Verfahren zur Erzeugung einer verschleißfesten
eisenbasierten gesinterten Legierung und einen Ventilsitz bereitzustellen,
wobei eine gesteigerte Haftfestigkeit zwischen den Hartpartikeln
und der Basis, eine hinreichend hohe Dichte der gesinterten Legierung
und eine gute feste Schmiereigenschaft aufgrund des eingesetzten
Mo sichergestellt ist.
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Die
Mischung für
einen Grünling
ist in Anspruch 1 oder 2 definiert.
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Die
Hartpartikel haben eine Zusammensetzung aus 20 bis 70% Mo, 0,5 bis
3% C, 5 bis 40% Ni, 1 bis 20 Mn, wobei der Rest Fe und Verunreinigungen
sind (Masse%). Das Partikel kann ebenso 40% oder weniger Co umfassen.
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Alternativ
kann ein Hartpartikel eine Zusammensetzung von 20 bis 60% Mo, 0,2
bis 3% C, 5 bis 40% Ni, 1 bis 15% Mn und 0,1 bis 10% Cr aufweisen,
wobei der Rest Fe und Verunreinigungen sind (Masse%). Das Partikel
kann ebenso wenigstens 40% oder weniger Co und/oder 4% oder weniger
Fe umfassen.
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Eine
verschleißfeste
eisenbasierte gesinterte Legierung besitzt zwei Komponenten: eine
Basis und eine Vielzahl von Partikeln. Die Basis hat die Zusammensetzung
von 0,2 bis 5% C, 0,1 bis 12% Mn, wobei der Rest Fe und Verunreinigungen
(Masseprozent der Basis) sind, und die Hartpartikel, die in der
Basis mit einem Flächenverhältnis von
10 bis 60% dispergiert vorliegen, haben die Zusammensetzung von
20 bis 70% Mo, 0,5 bis 3% C, 5 bis 40% Ni, 1 bis 20% Mn, und optional
40% oder weniger Co, wobei der Rest Fe und Verunreinigungen sind
(Masseprozent der Partikel). Nach dem Sintern hat die Legierung
die Zusammensetzung von 4 bis 30% Mo, 0,2 bis 3% C, 1 bis 20% Ni,
0,5 bis 12% Mn und optional 24% oder weniger Co, wobei der Rest Fe
und Verunreinigungen sind (Masseprozent der Legierung).
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Ähnlich hat
eine alternative verschleißfeste
eisenbasierte gesinterte Legierung zwei Komponenten: eine Basis
und mehrere Partikel. Die Basis hat die Zusammensetzung von 0,2
bis 5% C, 0,1 bis 10% Mn, wobei der Rest Fe und Verunreinigungen
sind (Masseprozent der Basis), und die Hartpartikel, die in der
Basis mit einem Flächenverhältnis von
10 bis 60% dispergiert vorliegen, besitzen 20 bis 60% Mo, 0,2 bis
3% C, 5 bis 40% Ni, 1 bis 15% Mn, 0,1 bis 10% Cr, optional 40% oder
weniger Co und 4% oder weniger Si, wobei der Rest Fe und Verunreinigungen
sind (Masseprozent der Partikel). Nach dem Sintern besitzt die Legierung
die Zusammensetzung von 4 bis 30% Mo, 0,2 bis 3% C, 1 bis 20% Ni,
0,5 bis 9% Mn, 0,05 bis 5% Cr, optional 24% oder weniger Co und
2% oder weniger Si, wobei der Rest Fe und Verunreinigungen sind
(Masseprozent der Legierung).
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Ein
Verfahren wird vorgesehen, wodurch Pulver der Legierungen und Hartpartikel
gemäß der vorliegenden
Erfindung vermischt werden (mit einer kleinen Menge Kohlenstoff),
verdichtet werden und in verschleißfeste Legierungen gesintert
werden.
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Kurzbeschreibung
der Zeichnungen
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Die
Aufgaben und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden detaillierten
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen in Zusammenhang
mit den angehängten
Zeichnungen deutlich, in welchen ähnliche Bezugszeichen ähnliche
Elemente kennzeichnen:
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1 ist
ein Graph, der die Beziehung zwischen der Cr-Menge in einem Pulver
von Hartpartikeln und die Temperatur des Oxidationsbeginns des Hartpartikelpulvers
angibt;
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2 ist
eine Fotographie mit einem optischen Mikroskop (Vergrößerung:
100fach), welches das Beispiel 1 gemäß der vorliegenden Erfindung
zeigt;
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3 ist
eine Fotographie mit einem optischen Mikroskop (Vergrößerung:
100fach), welche das Vergleichsbeispiel 8 zeigt;
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4 ist
eine Fotographie mit einem optischen Mikroskop (Vergrößerung:
100fach), welche das Vergleichsbeispiel 10 zeigt;
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5 ist
eine Querschnittsansicht eines Geräts, mit welchem ein Beständigkeitstest
durchgeführt wird;
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6 ist
eine Querschnittsteilansicht, welche einen Zylinderkopf zeigt, der
einen aus der gesinterten Legierung gemäß der vorliegenden Erfindung
ausgebildeten Ventilsitz mit einschließt;
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7 ist
eine Querschnittsteilansicht, die in Vergrößerung den Zylinderkopf der 6 zeigt.
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Detaillierte Beschreibung
der bevorzugten Ausführungsformen
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Als
Ergebnis von intensiven Forschungs- und Entwicklungsarbeiten auf
dem Gebiet der Hartpartikel und der verschleißfesten eisenbasierten gesinterten
Legierungen, in welchen Hartpartikel dispergiert vorliegen, haben
die Erfinder der vorliegenden Erfindung die folgenden Erfindungen
(i) und (ii) gemacht. Basierend auf diesen Erfindungen wurden Hartpartikel,
eine verschleißfeste
eisenbasierte gesinterte Legierung und ein Verfahren zur Erzeugung
der gesinterten Legierung gemäß der vorliegenden
Erfindung entwickelt.
- (i) Wenn eine verschleißfeste eisenbasierte
gesinterte Legierung, in welcher Hartpartikel dispergiert vorliegen,
in einer erwärmten
Region eingesetzt wird, können
die Hartpartikel leichter einen Oxidfilm ausbilden, wenn die Partikel
Mo anstatt Cr enthalten. Der Mo-Oxidfilm ist darin vorteilhaft,
dass er Eigenschaften zur Feststoffschmierung bei einer relativ
geringen Temperatur besitzt. Insbesondere wurde neu herausgefunden,
dass bei einem Einsatz der verschleißfesten eisenbasierten gesinterten
Legierung unter einer relativ geringen Temperaturbedingung, und
wenn Hartpartikel verwendet werden, in denen Mo enthalten ist, und welche
eine Zusammensetzung enthalten, wie sie nachstehend angegeben ist,
in welcher der Gehalt von Cr reduziert ist oder weggelassen ist,
eine gute Eigenschaft zur Feststoffschmierung aufgrund des auf der Oberfläche der
Hartpartikel erzeugten Oxidfilms Günstigerweise erzielt werden
kann, wobei eine gute Verschleißfestigkeit
aufgrund der Härte
der Hartpartikel sichergestellt wird. Somit führt der Einsatz der Hartpartikel,
wie vorstehend beschrieben, zu einer weiter gesteigerten Verschleißfestigkeit
der gesinterten Legierung.
- (ii) Das in den Hartpartikeln enthaltene Mn kann leichter in
die Basis der gesinterten Legierung als Ni oder Mo, die in den Hartpartikeln
enthalten sind, diffundieren. Deshalb besitzt eine gesinterte Legierung,
in welcher die Hartpartikel dispergiert vorliegen, eine steigende
Menge an von den Hartpartikeln in die Basis diffundiertem Mn, wenn
Hartpartikel mit einer Zusammensetzung, die Mn als ein aktives Element
sowie Mo und Ni wie nachstehend beschrieben mit einschließt, verwendet
werden. Das diffundierte Mn gewährleistet eine
weitere Steigerung der Haftfestigkeit an der Grenzfläche zwischen
den Hartpartikeln und der Basis. Somit ist der Einsatz der vorstehenden
Hartpartikel zur Steigerung der Dichte und der Härte der verschleißfesten
eisenbasierten gesinterten Legierung vorteilhaft, welche zur Reduzierung
der Menge des Verschleiß an
der gesinterten Legierung verantwortlich ist.
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Gemäß dem ersten
Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung werden Hartpartikel vorgesehen,
welche 20–70%
Mo, 0,5–3%
C, 5–40%
Ni, und 1–20%
Mn umfassen, wobei der Rest unvermeidbare Verunreinigung und Fe
umfasst, und wobei die Prozentangabe auf der Masse basiert. In der
vorliegenden Beschreibung bedeutet % Massenprozent (Massen%), außer es ist
anderweitig angegeben. Die Hartpartikel gemäß dem ersten Gesichtspunkt
der Erfindung können
ferner 40% oder weniger und bevorzugt 35% oder weniger Co enthalten.
In diesem Fall kann die untere Grenze des Gehalts an Co auf 10%
oder 20% eingestellt sein.
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Gemäß dem zweiten
Gesichtspunkt der Erfindung werden Hartpartikel vorgesehen, welche
20–60% Mo,
0,2–3%
C, 5–40
Ni, 1–15%
Mn, 0,1–10%
Cr enthalten, wobei der Rest unvermeidbare Verunreinigungen und
Fe umfasst, und wobei die Prozentangabe auf der Masse basiert. Die
Hartpartikel gemäß dem zweiten Gesichtspunkt
der Erfindung können
ferner wenigstens 40% oder weniger und bevorzugt 35% oder weniger Co,
und 4% oder weniger und bevorzugt 3% oder weniger Si enthalten.
In diesem Fall kann die untere Grenze des Gehalts an Co auf 10%
oder 20% eingestellt sein und die untere Grenze des Gehalts an Si
kann auf 0,1%, 0,5% oder 0,8% eingestellt sein.
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Eine
verschleißfeste
eisenbasierte gesinterte Legierung gemäß dem dritten Gesichtspunkt
der Erfindung enthält
4–30%
Mo, 0,2-3% C, 1–20%
Ni, 0,5–12%
Mn und der Rest schließt
unvermeidbare Verunreinigungen und Fe ein, und zwar hinsichtlich
der Gesamtmasse der gesinterten Legierung als 100. Die Basis der gesinterten
Legierung enthält
0,2–5%
C, 0,1–12%
Mn, wobei der Rest unvermeidbare Verunreinigungen und Fe sind, und
zwar hinsichtlich der Gesamtmasse der Basis als 100, und die Hartpartikel
enthalten 20–70%
Mo, 0,5–3%
C, 5–40%
Ni, 1–20%
Mn, wobei der Rest unvermeidbare Verunreinigungen und Fe sind, und
zwar bezüglich
der Gesamtmasse der Hartpartikel als 100%. Ferner werden in der
verschleißfesten
eisenbasierten gesinterten Legierung die Hartpartikel in der Basis
mit einem Flächenverhältnis von
10–60%
dispergiert.
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Die
verschleißfeste
eisenbasierte gesinterte Legierung gemäß dem dritten Gesichtspunkt
der Erfindung als Ganzes kann ferner 24% oder weniger und bevorzugt
17% oder weniger Co als eine Komponente davon mit einschließen, und
die Hartpartikel können
ferner 40% oder weniger und bevorzugt 30% oder weniger Co als eine
Komponente davon enthalten. In diesem Fall kann die untere Grenze
der Massen% von Co bezüglich
der Gesamtmasse der gesinterten Legierung auf 3%, 4,5% oder 9% eingestellt
werden und die untere Grenze der Massen% an Co bezüglich der
Gesamtmasse der Hartpartikel kann auf 10% oder 20% eingestellt werden.
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Eine
verschleißfeste
eisenbasierte gesinterte Legierung gemäß dem vierten Gesichtspunkt
der Erfindung enthält
4–30%
Mo, 0,2–3%
C, 1–20%
Ni, 0,5–9%
Mn und 0,05–5%
Cr, wobei der Rest unvermeidbare Verunreinigungen und Fe mit einschließt, und
zwar bezüglich
der Gesamtmasse der gesinterten Legierung als 100%. Die Basis der
gesinterten Legierung enthält
0,2–5%
C, 0,1–10%
Mn, wobei der Rest unvermeidbare Verunreinigungen und Fe mit einschließt, und
zwar bezüglich
der Gesamtmasse der Basis als 100%. Die Hartpartikel enthalten 20–60% Mo,
0,2–3%
C, 5–40%
Ni, 1–15%
Mn, 0,1–10%
Cr, wobei der Rest unvermeidbare Verunreinigungen und Fe mit einschließt, und
zwar bezüglich
der Gesamtmasse der Hartpartikel als 100%.
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Ferner
werden in der verschleißfesten
eisenbasierten gesinterten Legierung die Hartpartikel in der Basis
mit einem Flächenverhältnis von
10–60%
dispergiert.
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Die
gesinterte Legierung gemäß dem vierten
Gesichtspunkt der Erfindung kann ferner wenigstens 24% oder weniger
und bevorzugt 17% oder weniger Co und 2% oder weniger und bevorzugt
0,6% oder weniger Si mit einschließen, und zwar bezüglich der
Gesamtmasse der Legierung, wobei die Hartpartikelzusammensetzung
ferner wenigstens 40% oder weniger und bevorzugt 35% oder weniger
Co und 4% oder weniger und bevorzugt 3% oder weniger Si mit einschließt, und
zwar bezüglich
der Gesamtmasse der Hartpartikel. In diesem Fall kann die untere
Grenze der Massen% an Co bezüglich
der Gesamtmasse der gesinterten Legierung auf 3%, 5% oder 10% eingestellt
werden, und die untere Grenze der Gesamtmasse von Si bezüglich der Gesamtmasse
der gesinterten Legierung kann auf 0,04% oder 0,15% eingestellt
werden. Ferner kann die untere Grenze der Massen% an Co bezüglich der
Gesamtmasse der Hartpartikel auf 10% oder 20% eingestellt werden,
und die untere Grenze der Massen% an Fe bezüglich der Gesamtmasse der Hartpartikel
kann auf 0,1%, 0,5% oder 0,8% eingestellt werden.
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Gemäß dem ersten
und dritten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung, wie sie vorstehend
beschrieben wurden, enthalten die Hartpartikel kein Cr als ein aktives
Element und deshalb wird ein Oxidfilm aus Mo leichter auf der Oberfläche der
Hartpartikel ausgebildet. Der Mo-Oxidfilm kann als Mittel zur Feststoffschmierung
dienen, so dass die Hartpartikel sicher eine Eigenschaft zur Feststoffschmierung,
sowie eine hinreichende Härte
und Verschleißfestigkeit
aufweisen.
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Wie
vorstehend erwähnt
kann Cr leicht einen Oxidfilm ausbilden, aber der so ausgebildete
Oxidfilm verbreitert sich oder weitet sich nur mit einer geringen
Rate aus. Deshalb kann, wenn einmal der Oxidfilm aus Cr auf einer
Oberfläche
der Hartpartikel ausgebildet ist, ein weiteres Wachstum des Oxidfilms
leicht unterdrückt
werden.
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Gemäß dem zweiten
Gesichtspunkt der Erfindung und gemäß dem vierten Gesichtspunkt
der Erfindung, wie sie vorstehend beschrieben wurden, enthalten
die Hartpartikel Cr als ein aktives Element zusätzlich zu Mo. Das Cr kann gut
einen Oxidfilm ausbilden, der ein weiteres Oxidfilmwachstum auf
der Oberfläche
der Hartpartikel unterdrückt.
Somit leiden der Oxidfilm, der auf der Oberfläche der Hartpartikel des zweiten
Gesichtspunkts der Erfindung ausgebildet ist, und die gesinterte
Legierung des vierten Gesichtspunkts der Erfindung weniger an einem
Ablösen
aufgrund eines übermäßigen Wachstums.
Daher sind die Hartpartikel des zweiten Gesichtpunkts der Erfindung
und die gesinterte Legierung des vierten Gesichtspunkts der Erfindung für den Einsatz
in einer Hochtemperaturumgebung zweckmäßig, in welcher eine Oxidation
leicht voranschreitet.
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In
der verschleißfesten
eisenbasierten gesinterten Legierung, wie sie vorstehend beschrieben
worden ist, kann der Wert α (die
Mn-Menge, die in der Basis der gesinterten Legierung enthalten ist)/(die
Mn-Menge, die in den Hartpartikeln enthalten ist, die in der Basis
der gesinterten Legierung dispergiert vorliegen) innerhalb eines
Bereichs liegen, der aus dem Bereich von 0,05–1,0, dem Bereich von 0,10–0,8 und
dem Bereich von 0,12–0,7,
angegeben in Masseprozent, ausgewählt ist. Hier bedeutet α die Diffusionseffizienz
von Mn.
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In
der vorstehend beschriebenen gesinterten Legierung ist α in dem vorstehenden
Bereich definiert und eine zweckmäßig eingestellte Mn-Menge diffundiert
von den Hartpartikeln in die Basis der gesinterten Legierung, wobei
sie eine verstärkte
Haftfestigkeit zwischen den Hartpartikeln und der Basis sicherstellt
und die Fähigkeit
zum Zurückhalten
der Hartpartikel in der Basis verbessert.
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Ein
Verfahren zur Erzeugung einer verschleißfesten eisenbasierten gesinterten
Legierung gemäß dem fünften Gesichtspunkt
der vorliegenden Erfindung schließt die folgenden Schritte mit
ein: Herstellen einer Mischung durch Vermischen von 10–60% eines
Pulvers der Hartpartikel in Übereinstimmung
mit dem ersten oder zweiten Gesichtspunkt der Erfindung, 0,2-2%
Kohlenstoffpulver und einem reinen Fe-Pulver oder einem niederlegierten
Stahlpulver, und Formen der Mischung zur Ausbildung eines Grünlings,
und Sintern des Grünlings zur
Ausbildung einer gesinterten Legierung mit einer Zusammensetzung
in Übereinstimmung
mit dem dritten oder vierten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung.
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Das
Verfahren zur Erzeugung einer gesinterten Legierung gemäß dem fünften Gesichtspunkt
der Erfindung kann die Fähigkeit
zum Zurückhalten
der Hartpartikel in der Basis und eine verbesserte Dichte, Härte und
Verschleißfestigkeit
der gesinterten Legierung sicherstellen. Somit ermöglicht das
Verfahren die Herstellung einer gesinterten Legierung mit einer
hohen Beständigkeit.
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Gemäß dem sechsten
Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird ein Ventilsitz vorgesehen,
welcher aus der verschleißfesten
eisenbasierten gesinterten Legierung gemäß dem dritten oder vierten
Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist.
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Der
erfindungsgemäße Ventilsitz,
der aus der gesinterten Legierung mit den vorstehend beschriebenen
Vorteilen ausgebildet ist, weist eine hinreichend hohe Beständigkeit
auf, und trägt
somit zur Verbesserung der Leistung und Beständigkeit eines Gasmotors unter
Verwendung eines verdichteten Naturgases oder eines verflüssigten
Naturgases als einem Brennstoff bei.
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Gemäß dem siebten
Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird ein Zylinderkopf bereitgestellt,
in welchem ein Ventilsitz oder Ventilsitze eingebaut sind, die aus
der verschleißfesten
eisenbasierten gesinterten Legierung gemäß dem dritten oder vierten
Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist/sind.
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Ferner
wird gemäß einem
jeden Gesichtspunkt der Erfindung eine hinreichend große Mn-Menge
zur Diffusion von den Hartpartikeln in die Basis der gesinterten
Legierung gebracht, und die resultierende gesinterte Legierung sieht
eine verbesserte Haftfestigkeit zwischen den Hartpartikeln und der
Basis vor. Dies führt zu
einer verbesserten Fähigkeit
der Rückhaltung
der Hartpartikel in der Basis, einer gesteigerten Dichte und Härte der
gesinterten Legierung und einer verbesserten Verschleißfestigkeit
der gesinterten Legierung.
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Hartpartikel
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Die
Hartpartikel gemäß dem ersten
Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung sind dadurch gekennzeichnet,
dass sie 20–70%
Mo, 0,5–3%
C, 5–40%
Ni und 1–20%
Mn in Masseprozenten enthalten, wobei der Rest aus unvermeidbaren
Verunreinigungen und Fe besteht. Cr neigt zu einem Anstieg der Temperatur
des Oxidationsbeginns der Hartpartikel. Deshalb können, wenn
die Hartpartikel des erstens Gesichtspunkts der vorliegenden Erfindung
ohne Cr als ein aktives Element zu enthalten ausgebildet werden,
die Hartpartikel einen Oxidfilm an oder über einer relativ geringen
Temperatur ausbilden. Somit können
die Hartpartikel gemäß der vorliegenden
Erfindung eine hinreichende Eigenschaft zur Feststoffschmierung
in relativ geringem Temperaturbereich und in mittleren Temperaturbereichen
in einer erwärmten
Region vorsehen.
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In
einer Form des ersten Gesichtspunkts der vorliegenden Erfindung
können
die Hartpartikel ferner 40 Masse% Co zusätzlich zu den vorstehend angegebenen
Elementen mit einschließen,
wobei die Beständigkeit gegenüber thermischer
Ermüdung
berücksichtigt
wird.
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Die
Hartpartikel gemäß dem zweiten
Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung sind dadurch gekennzeichnet,
dass sie 20–60%
Mo, 0,2–3%
C, 5–40%
Ni, 1–15%
Mn und 0,1–10%
Cr in Masseprozenten enthalten, wobei der Rest aus unvermeidbaren
Verunreinigungen und Fe besteht.
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Die
unteren Grenzen und die oberen Grenzen, die in Zusammenhang mit
der Zusammensetzung der Hartpartikel gemäß einem jeden Gesichtspunkt
der Erfindung eingestellt werden, können zweckmäßigerweise aus verschiedenen
Gründen
verändert
werden, welche später
diskutiert werden, und sie können
ferner in Abhängigkeit
des Grads der Wichtigkeit einer jeden Charakteristik, wie etwa die
erforderliche Härte,
die erforderliche Eigenschaft zur Feststoffschmierung, die erforderliche
Haftfestigkeit und die erforderlichen Kosten verändert werden. Somit kann die
untere Grenze des Mo-Gehalts auf 22%, 23% oder 25% eingestellt werden,
und die obere Grenze von Mo kann auf 40%, 45%, 50% oder 55% eingestellt
werden. Bezüglich
C gilt, dass die untere Grenze auf 0,3%, 0,5%, 0,6% oder 0,7% eingestellt
werden kann, und dass die obere Grenze auf 1,8% oder 2,0% eingestellt
werden kann. Bezüglich
Ni gilt, dass die untere Grenze auf 7% oder 9% eingestellt werden
kann und die obere Grenze auf 20%, 22% oder 30% eingestellt werden
kann. Bezüglich
Mn gilt, dass die untere Grenze auf 1,5%, 2%, 3%, 4% oder 5% eingestellt
werden kann und die obere Grenze auf 10%, 12%, 15% oder 18% eingestellt
werden kann.
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Da
das in den Hartpartikeln enthaltende Mo leicht oxidiert, kann der
Oxidfilm in einem Übermaß in Abhängigkeit
der Bedingungen des Einsatzes ausgebildet werden, zum Beispiel,
wenn die Temperatur in der Umgebung des Einsatzes in einem Hochtemperaturbereich
liegt. Wenn der Oxidfilm übermäßig wird
oder redundant wird, kann sich der Oxidfilm von den Hartpartikeln
ablösen.
Deshalb können,
wenn der Oxidfilm leicht übermäßig ausgebildet
wird, Cr sowie Mo in den Hartpartikeln in einer innerhalb des vorstehend
angegebenen Bereichs bezüglich
des zweiten Gesichtspunkts der Erfindung zweckmäßigen Menge enthalten sein.
Es wird vorgeschlagen, dass, wenn das in den Hartpartikeln enthaltene
Cr einen Oxidfilm ausbildet, der Cr-Oxidfilm das Wachstum eines
Oxidfilms auf den Hartpartikeln unterdrückt oder beschränkt.
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Unter
Berücksichtigung
der vorstehend beschriebenen Punkte können die Hartpartikel in Übereinstimmung
mit dem ersten oder dem zweiten Gesichtspunkt der Erfindung in irgendeiner
Form aus (1-a) bis (1-f) wie nachstehend angegeben vorliegen:
- (1-a) Hartpartikel mit einer Zusammensetzung
(Masse%), die 20–70%
Mo, 0,5–3%
C, 5–40%
Ni und 1–20% Mn
mit einschließt,
wobei der Rest aus unvermeidbaren Verunreinigungen und Fe besteht;
- (1-b) Hartpartikel mit einer Zusammensetzung (Masse%), die 20–70% Mo,
0,5–3%
C, 5–40%
Ni, 1–20%
Mn und 40% oder weniger Co mit einschließt, wobei der Rest aus unvermeidbaren
Verunreinigungen und Fe besteht;
- (1-c) Hartpartikel mit einer Zusammensetzung (Masse%), die 20–60% Mo,
0,2–3%
C, 5–40%
Ni, 1–15%
Mn und 0,1–10%
Cr mit einschließt,
wobei der Rest aus unvermeidbaren Verunreinigungen und Fe besteht;
- (1-d) Hartpartikel mit einer Zusammensetzung (Masse%), die 20–60% Mo,
0,2–3%
C, 5–40%
Ni, 1–15% Mn,
0,1–10%
Cr, 4% oder weniger Si und 40% oder weniger Co mit einschließt, wobei
der Rest aus unvermeidbaren Verunreinigungen und Fe besteht;
- (1-e) Hartpartikel mit einer Zusammensetzung (Masse%), die 20–60% Mo,
0,2–3%
C, 5–40%
Ni, 1–15% Mn,
0,1–10%
Cr und 4% oder weniger Si mit einschließt, wobei der Rest aus unvermeidbaren
Verunreinigungen und Fe besteht;
- (1-f) Hartpartikel mit einer Zusammensetzung (Masse), die 20–60% Mo,
0,2–3%
C, 5–40%
Ni, 1–15%
Mn, 0,1–10%
Cr und 40% oder weniger Co mit einschließt, wobei der Rest aus unvermeidbaren
Verunreinigungen und Fe besteht.
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Die
Hartpartikel gemäß dem ersten
oder zweiten Gesichtpunkt der vorliegenden Erfindung können durch
einen Atomisierungsprozess erzeugt werden, in welchem eine Schmelze
versprüht
wird, oder können durch
mechanische Pulverisierung eines verfestigten Körpers erzeugt werden, der durch
Verfestigen der Schmelze erhalten worden ist. Die vorstehend erwähnte Atomisierung
kann in einer nichtoxidierenden Atmosphäre (d.h., einem Inertgas wie
etwa Stickstoffgas oder Argongas oder unter Vakuum) durchgeführt werden.
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Temperatur
des Oxidationsbeginns der Hartpartikel
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Der
Graph in 1 gibt die Beziehung zwischen
der Cr-Menge, die in den Hartpartikeln enthalten ist, und der Temperatur
des Oxidationsbeginns der Hartpartikel an. Auf der Basis der in 1 angegebenen
Charakteristik kann die Temperatur beim Oxidationsbeginn der Hartpartikel
zu einer niedrigeren Temperatur hin durch Reduzierung der Cr-Menge
verschoben sein. Daraus folgt, dass selbst bei Umgebungstemperatur
während
des Einsatzes in einem Niedertemperaturbereich oder in einem mittleren
Temperaturbereich eine gesteigerte Menge eines Oxidfilms ausgebildet
sein kann, so dass die gewünschte
Funktion der Feststoffschmierung der Hartpartikel ausgeübt werden
kann. Dies wird durch Reduzieren oder Eliminieren der in den Hartpartikeln enthaltenen
Cr-Menge realisiert. Wenn die Umgebungstemperatur während des
Einsatzes relativ hoch ist, und somit die Menge eines auf den Hartpartikeln
ausgebildeten Oxidfilms leicht übermäßig groß wird,
ist es ferner notwendig, das Wachstum des Oxidfilms zu unterdrücken oder
zu beschränken,
während
die erforderliche Eigenschaft zur Feststoffschmierung sichergestellt
wird. In diesem Fall kann eine kleine Cr-Menge (10% oder weniger oder bevorzugt
8% oder weniger) in den Hartpartikeln enthalten sein, um so das übermäßige Wachstum
eines Oxidfilms zu unterdrücken
oder zu beschränken.
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Verschleißfeste eisenbasierte
gesinterte Legierung
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Eine
verschleißfeste
eisenbasierte gesinterte Legierung gemäß dem dritten Gesichtspunkt
der vorliegenden Erfindung hat eine Zusammensetzung, die aus 0,2–5% C und
0,1–12%
Mn bestehende Basiskomponenten mit einschließt, wobei der Rest aus unvermeidbaren
Verunreinigungen und Fe besteht, bezogen auf die Gesamtmasse der
Basis als 100%. Eine verschleißfeste
eisenbasierte gesinterte Legierung gemäß dem vierten Gesichtspunkt
der Erfindung besitzt eine Zusammensetzung, die Basiskomponenten
mit einschließt, die
aus 0,2–5%
C, 0,1–10%
Mn bestehen, wobei der Rest aus unvermeidbaren Verunreinigungen
und Fe besteht, bezüglich
der Gesamtmasse der Basis als 100%.
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Die
Basis der gesinterten Legierungen gemäß jedem Gesichtspunkt der Erfindung
kann Mo in einer Menge von z.B. 0–5% und Ni in einer Menge von
z.B. 0–5%
enthalten, und zwar aufgrund der Einflüsse der von den Hartpartikeln
diffundierten Elemente. Ferner kann die Basis der gesinterten Legierungen
gemäß einem
jeden des dritten und vierten Gesichtspunkts der Erfindung Cr in
einer Menge von z.B. 0–3%
enthalten.
-
Die
Zusammensetzung der Basis der gesinterten Legierung ist wie vorstehend
beschränkt
oder bestimmt, so dass die gewünschte
Verschleißfestigkeit
der eisenbasierten gesinterten Legierung unter der gewünschten
Härte der
Basis der eisenbasierten gesinterten Legierung sichergestellt wird.
Um die gewünschte Härte bereitzustellen,
kann in der Basis der eisenbasierten gesinterten Legierung eine
Struktur mit Perlit verwendet werden. Die perlithaltige Struktur
kann eine Perlitstruktur, eine kombinierte Struktur aus Perlit und
Austenit, eine kombinierte Struktur aus Perlit und Ferrit oder eine
kombinierte Struktur aus Perlit und Zementit sein. Um die gewünschte Verschleißfestigkeit
sicherzustellen, ist es bevorzugt, dass sie eine kleine Menge an
Ferrit in der Basisstruktur enthält.
Die Härte
der Basis, welche von ihrer Zusammensetzung abhängt, kann im Allgemeinen auf
ungefähr
Hv 120–300
oder ungefähr
Hv 150–250
eingestellt werden, aber ist nicht auf diese Bereiche beschränkt. Die
Härte der
Hartpartikel ist höher
als die der Basis und kann im Allgemeinen auf ungefähr Hv von
350–750
oder ungefähr
Hv von 450–700
eingestellt werden, aber ist nicht auf diese Bereiche beschränkt.
-
Das
in der Basis der gesinterten Legierung enthaltene Mn scheint von
den Hartpartikeln während
des Sinterns zu diffundieren. Wenn keine Mn-Menge in einem reinen
Fe-Pulver oder einem niederlegierten Stahlpulver, welche die Basis
der gesinterten Legierung aufbauen, enthalten ist, kann der Wert
von α (die
Mn-Menge in der Basis der gesinterten Legierung/die Mn-Menge in
den Hartpartikeln, die in der Basis dispergiert sind) auf ungefähr 0,05–1,0 oder
ungefähr
0,10–0,8
oder ungefähr
0,12–0,7
in Masseprozenten eingestellt werden, obwohl α in Abhängigkeit der Zusammensetzung
der Hartpartikel, des Anteils der Hartpartikel in der gesinterten Legierung
oder dergleichen schwankt.
-
In
der gesinterten Legierung sind die Hartpartikel in der Basis mit
einem Flächenverhältnis von 10–60% dispergiert.
In diesem Fall kann die untere Grenze des Flächenverhältnisses der Hartpartikel auf
15% oder 20% eingestellt werden, und das obere Limit davon kann
auf 55% oder 50% eingestellt werden, und zwar unter Berücksichtigung
der zu erzielenden Verschleißfestigkeit.
-
Insbesondere
kann in den verschleißfesten
eisenbasierten gesinterten Legierungen gemäß dem dritten Gesichtspunkt
und dem vierten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung irgendeine
der Formen (2-a) bis (2-f) wie im Folgenden dargestellt verwendet
werden:
- (2-a) eine verschleißfeste eisenbasierte
gesinterte Legierung, welche 4–30%
Mo, 0,2–3%
C, 1–20%
Ni, 0,5–12%
Mn enthält,
wobei der Rest unvermeidbare Verunreinigungen und Fe sind, und zwar
bezüglich
der Gesamtmasse der Legierung als 100, wobei die Basis 0,2–5% C, 0,1–12% Mn
enthält,
und der Rest unvermeidbare Verunreinigungen und Fe sind, bezüglich der
Gesamtmasse der Basis als 100%, und die Hartpartikel 20–70% Mo,
0,5–3%
C, 5–40%
Ni, 1–20%
Mn enthalten, wobei der Rest unvermeidbare Verunreinigungen und
Fe sind, bezüglich
der Gesamtmasse der Hartpartikel als 100%, und wobei die Hartpartikel
in der Basis mit einem Flächenverhältnis von
10–60%
dispergiert vorliegen;
- (2-b) eine verschleißfeste
eisenbasierte gesinterte Legierung, welche 4–30% Mo, 0,2–3% C, 1–20% Ni, 0,5–12% Mn,
24% oder weniger Co enthält,
wobei der Rest unvermeidbare Verunreinigungen und Fe sind, und zwar
bezüglich
der Gesamtmasse der gesinterten Legierung als 100%, wobei die Basis
0,2–5%
C, 0,1–12%
Mn enthält,
und wobei der Rest unvermeidbare Verunreinigungen und Fe sind, und
zwar bezüglich der
Gesamtmasse der Basis als 100, und die Hartpartikel 20–70% Mo,
0,5–3%
C, 5–40%
Ni, 1–20%
Mn, 40% oder weniger Co enthalten, wobei der Rest unvermeidbare
Verunreinigungen und Fe sind, und zwar bezüglich der Gesamtmasse der Hartpartikel
als 100%, und wobei die Hartpartikel in der Basis mit einem Flächenverhältnis von
10–60%
dispergiert vorliegen;
- (2-c) eine verschleißfeste
eisenbasierte gesinterte Legierung, welche 4–30% Mo, 0,2–3% C, 1–20% Ni, 0,5–9% Mn,
0,05–5%
Cr enthält,
wobei der Rest unvermeidbare Verunreinigungen und Fe sind, und zwar bezüglich der
Gesamtmasse der gesinterten Legierung als 100%, wobei die Basis
0,2–5%
C, 0,1–10%
Mn enthält,
wobei der Rest unvermeidbare Verunreinigungen und Fe sind, und zwar
bezüglich
der Gesamtmasse der Basis als 100%, und die Hartpartikel 20–60% Mo,
0,2–3%
C, 5–40%
Ni, 1–15%
Mn, 0,1–10%
Cr enthalten, wobei der Rest unvermeidbare Verunreinigungen und
Fe sind, und zwar bezüglich
der Gesamtmasse der Hartpartikel als 100%, und wobei die Hartpartikel
in der Basis mit einem Flächenverhältnis von 10–60% dispergiert
vorliegen;
- (2-d) eine verschleißfeste
eisenbasierte gesinterte Legierung, welche 4–30% Mo, 0,2–3% C, 1–20% Ni, 0,5–9% Mn,
0,05-5% Cr, 2% oder weniger Si, 24% oder weniger Co, wobei der Rest
unvermeidbare Verunreinigungen und Fe sind, und zwar bezüglich der
Gesamtmasse der gesinterten Legierungen als 100%, wobei die Basis
0,2–5%
C, 0,1–10%
Mn enthält,
und der Rest unvermeidbare Verunreinigungen und Fe sind, und zwar
bezüglich
der Gesamtmasse der Basis als 100%, und die Hartpartikel 20%–60% Mo,
0,2–3%
C, 5–40%
Ni, 1–15%
Mn, 0,1–10%
Cr, 4% oder weniger Si, 40% oder weniger Co enthalten, wobei der
Rest unvermeidbare Verunreinigungen und Fe sind, und zwar bezüglich der
Gesamtmasse der Hartpartikel als 100%, und wobei die Hartpartikel
in der Basis mit einem Flächenverhältnis von
10–60%
dispergiert vorliegen;
- (2-e) eine verschleißfeste
eisenbasierte gesinterte Legierung, welche 4–30% Mo, 0,2–3% C, 1–20% Ni, 0,5–9% Mn,
0,05–5%
Cr, 2% oder weniger Si enthält,
wobei der Rest unvermeidbare Verunreinigungen und Fe sind, und zwar
bezüglich
der Gesamtmasse der gesinterten Legierung als 100%, wobei die Basis 0,2–5% C, 0,1–10% Mn
enthält,
wobei der Rest unvermeidbare Verunreinigungen und Fe sind, und zwar bezüglich der
Gesamtmasse der Basis als 100% und die Hartpartikel 20–60% Mo,
0,2–3%
C, 5–40%
Ni, 1–15%
Mn, 0,1–10%
Cr, 4% oder weniger Si enthalten, wobei der Rest unvermeidbare Verunreinigungen und
Fe sind, und zwar bezüglich
der Gesamtmasse der Hartpartikel als 100%, und wobei die Hartpartikel in
der Basis mit einem Flächenverhältnis von
10–60%
dispergiert vorliegen;
- (2-f) eine verschleißfeste
eisenbasierte gesinterte Legierung, welche 4–30% Mo, 0,2–3% C, 1–20% Ni, 0,5–9% Mn,
0,05–5%
Cr, 24% oder weniger Co enthält,
wobei der Rest aus unvermeidbaren Verunreinigungen und Fe besteht,
und zwar bezüglich
der Gesamtmasse der gesinterten Legierung als 100%, wobei die Basis
0,2–5%
C, 0,1–10%
Mn enthält,
wobei der Rest unvermeidbare Verunreinigungen und Fe sind, und zwar
bezüglich
der Gesamtmasse der Basis als 100, und die Hartpartikel 20–60% Mo,
0,2–3%
C, 5–40% Ni,
1–15%
Mn, 0,1–10%
Cr, 40% oder weniger Co enthalten, wobei der Rest unvermeidbare
Verunreinigungen und Fe sind, und zwar bezüglich der Gesamtmasse der Hartpartikel
als 100%, und wobei die Hartpartikel in der Basis mit einem Flächenverhältnis von
10–60%
dispergiert vorliegen.
-
Gründe für die Beschränkung der
Zusammensetzungen der Hartpartikel
-
Die
Gründe
für die
Beschränkungen
bezüglich
der Zusammensetzungen der Hartpartikel sind die Folgenden: Mo bildet
Carbide von Mo aus und dadurch verbessert sich die Härte und
die Verschleißfestigkeit
der Hartpartikel. Ferner wird Mo gelöst und Carbide von Mo bilden
einen Mo-Oxidfilm
aus, um somit eine verbesserte Festsstoffschmiereigenschaft bereitzustellen.
Wenn die enthaltene Mo-Menge geringer als die vorstehend angegebenen
unteren Grenzen ist, weisen die resultierenden Hartpartikel eine
ungenügende
Eigenschaft zur Feststoffschmierung auf. Wenn die enthaltende Mo-Menge die vorstehend
angegebenen oberen Grenzen überschreitet,
wird die Mo-Menge übermäßig und
die Ausbeute bei der Pulvererzeugung durch Atomisierung oder dergleichen
ist reduziert. Deshalb ist die enthaltene Mo-Menge in den vorstehend angegebenen
Bereichen definiert. Im Fall der Hartpartikel mit Cr ist die Mo-Menge
in Übereinstimmung
mit dem Cr-Gehalt reduziert, und die oberen Grenzen der Menge an
Mo ist demgemäß reduziert.
-
C
wird mit Mo kombiniert, um Mo-Carbide auszubilden, und dadurch wird
die Härte
und die Verschleißfestigkeit
der Hartpartikel verbessert. Wenn die enthaltene C-Menge kleiner
als die vorstehend angegebenen unteren Grenzen ist, wird die Verschleißfestigkeit
ungenügend.
Wenn die C-Menge größer als
die vorstehend angegebenen Obergrenzen ist, ist die Dichte der gesinterten
Legierung reduziert. Deshalb wird die enthaltene C-Menge in den
vorstehend angegebenen Bereichen definiert. Im Fall der Hartpartikel
mit Cr sowie Mo werden Cr-Carbide mit einer größeren Härte als Mo-Carbide ausgebildet,
und deshalb wird die C-Menge
etwas reduziert, das heißt
die unteren Grenzen der C-Menge ist um 0,2% reduziert.
-
Ni
steigert die Menge von Austenit in der Basis der Hartpartikel, und
steigert dadurch die Menge an gelöstem Mo, wodurch eine verbesserte
Verschleißfestigkeit
verliehen wird. Ferner diffundiert Ni in den Hartpartikeln in die
Basis der gesinterten Legierung und steigert die Menge von Austenit
in der Basis, was in einer gesteigerten Menge an gelöstem Mo
und einer verbesserten Verschleißfestigkeit resultiert. Da
eine übermäßig große Menge
an Ni kaum zu einer Sättigung
der vorstehenden Effekte führt,
ist die enthaltene Ni-Menge innerhalb der vorstehend gekennzeichneten
Bereiche definiert.
-
In
der vorstehend erwähnten
Zusammensetzung der Hartpartikel diffundiert Mn effizient während des Sinterns
von den Hartpartikeln in die Basis einer gesinterten Legierung,
wodurch somit eine verbesserte Haftfestigkeit zwischen den Hartpartikeln
und der Basis sichergestellt wird. Ferner wird erwartet, dass der
Einsatz von Mn die Menge an Austenit in der Basis vergrößert. Da
eine übermäßig große Menge
an Mn kaum zu einer Sättigung
der vorstehenden Effekte führt,
wird die enthaltene Mn-Menge im vorstehend gekennzeichneten Bereich
definiert. Im Fall der Hartpartikel mit Cr ist die enthaltene Mn-Menge
in Übereinstimmung
mit dem Gehalt an Cr reduziert, wobei die oberen Grenzen der Mn-Menge
reduziert sind.
-
Co
steigert die Menge an Austenit in der Basis der Hartpartikel und
der Basis der gesinterten Legierung und verbessert ebenso die Härte der
Hartpartikel. Da eine übermäßig große Co-Menge
kaum zu einer Sättigung
der vorstehenden Effekte führt,
ist die enthaltene Co-Menge in den vorstehend angebebenen Bereichen
definiert. Hinsichtlich der vorstehend erwähnten Umstände können ferner die unteren Grenzen
der enthaltenen Co-Menge auf 10% oder 15% eingestellt werden, und
die oberen Grenzen davon können
auf 30% oder auf 35% eingestellt werden.
-
Eine übermäßig große Menge
eines Oxidfilms kann auf den Hartpartikeln aufgrund einer hohen
Temperatur in der Einsatzumgebung ausgebildet werden. Die übermäßig große Menge
des Oxidfilms kann zu einem Ablösen
des Oxidfilms von den Hartpartikeln führen. Um die Oxidation der
Hartpartikel zu unterdrücken wird
Cr hinzugegeben. Jedoch macht eine übermäßig große Cr-Menge es scheinbar unwahrscheinlich,
einen Oxidfilm auf den Hartpartikeln auszubilden. Somit wird die
enthaltene Cr-Menge in den vorstehend angegebenen Bereichen definiert.
Hinsichtlich der vorstehend erwähnten
Umstände
können
ferner die unteren Grenzen der enthaltenen Cr-Menge in den Hartpartikeln
auf 2% oder 4% eingestellt werden, und die oberen Grenzen davon
können
auf 7% oder 8% eingestellt werden.
-
Si
dient zur Verbesserung der Haftfestigkeit des Oxidfilms an die Hartpartikel.
Jedoch kann eine übermäßig große Menge
an Si zu einer unerwünschten
reduzierten Dichte der gesinterten Legierung führen. Deshalb ist die enthaltene
Si-Menge in den vorstehend angegebenen Bereichen definiert.
-
Die
durchschnittliche Partikelgröße der Hartpartikel
kann zweckmäßigerweise
in Abhängigkeit
des Einsatzes und des Typs der eisenbasierten gesinterten Legierung
usw. ausgewählt
sein. Als ein Beispiel kann die durchschnittliche Partikelgröße auf ungefähr 20–250 μm, ungefähr 30–200 μm oder ungefähr 40–180 μm eingestellt
werden. Jedoch ist die durchschnittliche Partikelgröße der Hartpartikel
gemäß der vorliegenden
Erfindung nicht auf diese Bereiche beschränkt.
-
Die
Härte der
Hartpartikel sollte größer als
die Härte
des Objekts, mit welchem die Hartpartikel eingesetzt werden, wie
etwa eine Basis aus einer gesinterten Legierung, sein. Die Härte der
Hartpartikel hängt
von der Menge an Mo-Carbiden ab, kann aber beispielsweise im Allgemeinen
auf ungefähr
Hv 350–750
oder ungefähr
Hv 450–700
eingestellt werden. Jedoch ist die Härte der Hartpartikel gemäß der vorliegenden
Erfindung nicht auf diese Bereiche beschränkt.
-
Verfahren
zur Erzeugung einer verschleißfesten
eisenbasierten gesinterten Legierung
-
In
einem Verfahren zur Erzeugung einer verschleißfesten eisenbasierten gesinterten
Legierung gemäß der vorliegenden
Erfindung wird eine Mischung durch Vermischen von 10–60 Masse%
eines Pulvers aus einer der vorstehenden Formen (1-a) bis (1-f)
der Hartpartikel, 0,2–2
Masse% Kohlenstoffpulver und Eisenpulver oder niederlegiertes Stahlpulver,
welches den Rest darstellt, hergestellt, und die so erhaltene Mischung wird
zur Erzeugung eines Grünlings
geformt. Der Grünling
wird dann zur Erzeugung einer gesinterten Legierung mit irgendeiner
der vorstehend angegebenen Zusammensetzungen (2-a) bis (2-f) gesintert.
-
Die
vorstehend erwähnten
Hartpartikel werden in der Basis der gesinterten Legierung dispergiert,
um so eine harte Phase zur Verstärkung
der Verschleißfestigkeit
der gesinterten Legierung bereitzustellen. Wenn die gesinterte Legierung
einen kleinen Anteil der Hartpartikel besitzt, ist ihre Verschleißfestigkeit
nicht genügend.
Wenn der Anteil der Hartpartikel übermäßig hoch ist, kann andererseits
die resultierende gesinterte Legierung stark ein Gegenstück in Mitleidenschaft
ziehen, und die Fähigkeit
des Haltens oder des Zurückhaltens der
Hartpartikel in der gesinterten Legierung kann reduziert sein. Somit
wird die Menge des zu vermischenden Hartpartikelpulvers auf 10–60 Masse%
gesteuert. Typischerweise kann ein Graphitpulver als das Kohlenstoffpulver
verwendet werden. C des Kohlenstoffpulvers diffundiert in die Basis
der gesinterten Legierung oder der Hartpartikel, um gelöst zu werden
oder um Carbide (Mo-Carbide, Cr-Carbide, usw.) auszubilden. Somit
wird die Menge an zuzumischendem Kohlenstoffpulver auf 0,2–2% eingestellt.
-
Das
Fe-Pulver oder das niederlegierte Stahlpulver bildet eine Basis
der verschleißfesten
eisenbasierten gesinterten Legierung aus. Das vorstehend beschriebene
Verfahren ermöglicht
die Reduzierung der Kosten der Ausgangsmaterialien. Ferner kann
der Grünling
verdichtet und in eine gewünschte
Gestalt gebracht werden, um eine hohe Dichte bereitzustellen, und
um somit eine hohe Dichte der resultierenden gesinterten Legierung
sicherzustellen.
-
Gemäß dem vorstehend
beschriebenen Verfahren diffundieren die in einem der Hartpartikel
und der Basis enthaltenen Legierungselemente in das andere während des
Sinterungsvorgangs, um dadurch die Haftfestigkeit zwischen den Hartpartikeln
und der Basis zu steigern. Insbesondere wenn die Hartpartikel mit
der erfindungsgemäßen Zusammensetzung
verwendet werden, diffundiert das in den Hartpartikeln enthaltene
Mn effektiv in die Basis um dadurch die Haftfestigkeit zwischen
den Hartpartikeln und der Basis zu steigern. Dies führt ebenso
zu einer gesteigerten Dichte, einer gesteigerten Härte und
einer verbesserten Verschleißfestigkeit der
resultierenden gesinterten Legierung.
-
Das
Fe-Pulver oder das niederlegierte Stahlpulver bildet eine Basis
der verschleißfesten
eisenbasierten gesinterten Legierung aus, wie vorstehend erwähnt wurde.
Das niederlegierte Stahlpulver kann irgendein Fe-C-basiertes Pulver
sein. Zum Beispiel kann ein Pulver mit einer Zusammensetzung verwendet
werden, die aus 0,2–5%
C besteht, wobei der Rest aus unvermeidbaren Verunreinigungen und
Fe besteht, und zwar bezüglich
der Gesamtmasse des niederlegierten Stahlpulvers als 100.
-
Die
Sinterungstemperatur kann ungefähr
1050–1250°C oder bevorzugt
ungefähr
1100–1150°C sein. Die
Sinterungszeit bei einer solcher Sinterungstemperatur kann 30–120 Minuten
oder bevorzugt 45–90
Minuten sein. Die Sinterungsatmosphäre ist bevorzugt eine nichtoxidierende
Atmosphäre
wie etwa eine Inertgasatmosphäre
oder dergleichen. Beispiele der nichtoxidierten Atmosphäre schließen eine
Stickstoffatmosphäre, eine
Argongasatmosphäre
und ein Vakuum mit ein.
-
In
dem Verfahren zur Erzeugung einer verschleißfesten eisenbasierten gesinterten
Legierung gemäß der vorliegenden
Erfindung sind die Gründe
für die
Beschränkungen
der Zusammensetzung der Hartpartikel und die bevorzugten Bereiche
der Zusammensetzung der Hartpartikel sowie die Härte und die durchschnittliche
Partikelgröße der Hartpartikel
grundsätzlich
die gleichen wie die vorstehend Erläuterten.
-
Bevorzugter
Einsatz
-
Im
Allgemeinen schließen
die Ventilsysteme von Gasantrieben bzw. Gasmotoren unter Verwendung von
verdichtetem Naturgas (CNG) oder verflüssigtem Petroleumgas (LPG)
als Brennstoff Gleitbereiche mit einer relativ schwachen Eigenschaft
zur Feststoffschmierung mit ein, und zwar verglichen mit solchen
von Ventilsystemen von Benzinantrieben. Ein Grund warum dies der
Fall ist liegt darin, dass die Verbrennungsatmosphäre in Gasantrieben
eine schwächere
Oxidationskraft als in Benzinantrieben besitzt. Deshalb wird ein
Oxidationsfilm mit einer Eigenschaft zur Feststoffschmierung unwahrscheinlicher
in Gasantrieben als in Benzinantrieben erzeugt.
-
In
der verschleißfesten
eisenbasierten gesinterten Legierung gemäß der vorliegenden Erfindung
bildet das in den Hartpartikeln enthaltene Mo leichter einen günstigen
Oxidfilm bei einer geringeren Temperatur als Cr aus, und der so
erzeugte Oxidfilm stellt eine Eigenschaft zur Feststoffschmierung
in einem geringen Bereich oder mittleren Bereich der Umgebungstemperatur
während
des Einsatzes sowie in einem hohen Temperaturbereich bereit. Somit
haben die Hartpartikel zusätzlich
zu der erforderlichen Härte
eine gewünschte
Eigenschaft zur Feststoffschmierung. Demgemäß wird die verschleißfeste eisenbasierte
gesinterte Legierung gemäß der vorliegenden
Erfindung zweckmäßigerweise
als eine gesinterte Legierung für
den Einsatz in einem Ventilsystem verwendet, das einen Ventilsitz,
eine Ventilfläche
oder andere Komponenten eines Gasmotors für ein Motorfahrzeug oder dergleichen
unter Verwendung von verdichtetem Naturgas oder verflüssigtem
Petroleumgas als Brennstoff mit einschließt. Selbstverständlich kann
die verschleißfeste
eisenbasierte gesinterte Legierung gemäß der Erfindung für einen
Ventilsitz, eine Ventilfläche
oder andere Komponenten eines Benzinantriebs oder eines Dieselantriebs
eingesetzt werden. Es ist jedoch verständlich, dass die Anwendung
der verschleißfesten
eisenbasierten gesinterten Legierung nicht auf die vorstehend Angegebenen
beschränkt
ist. Zum Beispiel kann die verschleißfeste eisenbasierte gesinterte
Legierung ebenso als ein Gleitelement wie etwa eine Ventilführung oder
eine Ladedruckregelventilbuchse eines Turboladers, die in einem
erhitzen Bereich eingesetzt wird, eingesetzt werden.
-
Die 6 und
die 7 zeigen einen Zylinderkopf 11 eines
Motorantriebs, in welchem ein Einlass- oder Abgasventil 26 montiert
ist. Der Zylinderkopf 11 schließt einen Ventilsitz 32 mit
ein, an welchem eine Ventilfläche 32 des
Einlass/Abgasventils 26 beim Schließen des Ventils 26 anstößt. Der
Ventilsitz 32 des Zylinderkopfes 11 ist aus der
verschleißfesten
eisenbasierten gesinterten Legierung gemäß der Erfindung wie vorstehend
beschrieben ausgebildet.
-
Beispiele
-
Beispiele,
in welchen die vorliegende Erfindung ausgeführt wurde, und Vergleichsbeispiele
werden basierend auf den Ergebnissen von Experimenten beschrieben.
-
Als
erstes wurden Legierungspulver mit den als Proben A bis M in nachstehender
Tabelle 1 angebenden Zusammensetzungen durch Gasatomisierung unter
Verwendung eines Inertgases (Stickstoffgas) erzeugt. Die Legierungspulver
wurden dann in einem Bereich von 44 μm bis 180 μm klassifiziert, um somit Hartpartikelpulver
bereitzustellen. Die Hartpartikel mit der Zusammensetzung der Probe
N wurden durch Pulverisierung eines verfestigten Materials (Ferromolybdän), welches
durch Verfestigen einer gelösten
Schmelze erhalten worden ist, hergestellt.
-
-
Die
Proben A bis D sind Pulver aus Hartpartikeln innerhalb des Umfangs
der vorliegenden Erfindung und sind Beispiele in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung. Die Proben E bis J sind Vergleichsbeispiele
und die Proben K bis N sind bekannte Beispiele. Genauer gesagt enthält die Probe
E Mo in einer relativ kleinen Menge von 15% und die Probe F enthält C in
einer relativ großen
Menge von 4,5%, während
die Probe G kein Ni enthält.
Die Probe H enthält
kein Mn mit einer guten Diffusionseffizienz und die Probe I enthält Cr in einer
relativ großen
Menge von 18%, während
die Probe J Si in einer relativ großen Menge von 5% enthält. Die
Probe K ist Stellite No. 6, welches weder Mo noch Mn enthält. Die Probe
L ist Triballoy T400, die kein Mn enthält. Die Probe M enthält kein
Mn und hat eine Ni-Gruppe. Die Probe N ist Ferromolybdän (FeMo),
das weder Ni noch Mn enthält.
-
Das
Pulver einer jeden Probe der Hartpartikel, die den vorstehenden
Proben A bis N entsprachen, wurde in der Atmosphäre erwärmt und somit oxidiert, und
die Temperatur, bei welcher das Gewicht des Pulvers aufgrund der
Oxidation plötzlich
anstieg, wurde aufgezeichnet oder detektiert. Diese Temperatur wird
als die Temperatur des Oxidationsbeginns angesehen und ist in Tabelle
1 dargestellt und in 1 gezeigt, in welcher die Horizontalachse
die Cr-Menge darstellt und die Vertikalachse die Temperatur des
Oxidationsbeginns darstellt.
-
In 1 entspricht
die Cr-Menge von 0% der Probe A und entspricht die Cr-Menge von
5% der Probe C. Ferner entspricht eine Cr-Menge von 9,5% der Probe
L und eine Cr-Menge von 20,5% entspricht der Probe M, und eine Cr-Menge von 29% entspricht
der Probe K.
-
Wie
aus 1 ersichtlich ist verschiebt sich die Temperatur
des Oxidationsbeginns zu einer geringeren Temperatur hin, wenn die
in den Hartpartikeln enthaltene Cr-Menge reduziert wird.
-
Wie
in Tabelle 1 gezeigt ist, lagen die Temperaturen des Oxidationsbeginns
der Proben A bis D, die den erfindungsgemäßen Hartpartikeln entsprachen,
im Bereich von ungefähr
610 bis 660°C,
welche geringer als die der bekannten Beispiele ist, das heißt, der
Probe K (eine Temperatur des Oxidationsbeginns von 930°C, Stellite
No. 6,29% Cr), der Probe L (Temperatur des Oxidationsbeginns von
750°C, Triballoy
T400, 9,5% Cr), usw.
-
-
-
- a = imprägniert
mit geschmolzenem Blei; b = zweimal geformt, zweimal gesintert;
c = gesintert/geschmiedet
-
Als
nächstes
wurden die Mischpulver, die als Materialien für die gesinterten Legierungen
eingesetzt werden sollen, durch Vermischen (mittels einer Mischmaschine)
eines ausgewählten
Pulvers aus den Hartpartikelpulvern, entsprechend den Proben A bis
N, einem Graphitpulver und einem reinen Fe-Pulver in den in Tabelle
2 angebebenen Anteilen ausgebildet. Wie in Tabelle 2 gezeigt ist,
lag bei den meisten Beispielen der Anteil des Hartpartikelpulvers
bei 40% und der Anteil des Graphitpulvers lag bei 0,6%. In Beispiel
5 war der Anteil des Hartpartikelpulvers relativ klein, d.h. 15%.
In Beispiel 6 war der Anteil des Hartpartikelpulvers relativ groß, d.h.
55%. In Beispiel 7 war der Anteil des Graphitpulvers relativ klein,
d.h. 0,4%. In Beispiel 8 war der Anteil des Graphitpulvers relativ
groß,
d.h. 1,8%.
-
Unter
Verwendung von Formungsdüsen
wurde das Mischpulver eines jeden wie vorstehend beschrieben hergestellten
Beispiels komprimiert und in ein ringförmiges Teststück mit einer
Druckkraft von 78,4 × 107 Pa (8 tonf/cm2)
geformt, um dadurch einen Grünling
auszubilden. Das Teststück
war wie ein Ventilsitz ausgeformt.
-
Danach
wurde jeder Grünling
in einer inerten Atmosphäre
(Stickstoffgasatmosphäre)
bei 1120°C über 60 Minuten
gesintert, um so eine gesinterte Legierung (Ventilsitz) entsprechend
den Teststücken
auszubilden.
-
Bezüglich der
Vergleichsbeispiele 1 bis 10 und der Vergleichsbeispiele 14 und
15 wurden ringförmige Teststücke durch
Komprimieren ausgeformt, und die den Teststücken entsprechenden gesinterten
Legierungen (Ventilsitze) wurden hergestellt.
-
Ferner
wurden unter den in Tabelle 3 angegebenen Bedingungen die den Vergleichsbeispielen
11 bis 13 entsprechenden Teststücke
ausgebildet, um gesinterte Legierungen (Ventilsitze) bereitzustellen.
Wie in Tabelle 3 angegeben ist, wurde in Vergleichsbeispiel 11,
Probe L (Triballoy T400) als Hartpartikel eingesetzt und ein durch
Kompressionsformung eines Mischpulvers mit 15% der Probe L ausgebildeter
Grünling
wurde gesintert, während
Poren des Grünlings
mit geschmolzenem Blei imprägniert
wurden, und zwar zur Steigerung der Dichte der gesinterten Legierung.
In Vergleichsbeispiel 12 wurde die Probe L (Triballoy T400) als
Hartpartikel eingesetzt und 40% der Probe L wurden mit anderen Elementen
vermischt. Um die Dichte und die Verschleißbeständigkeit der gesinterten Legierung
in Vergleichsbeispiel 12 zu steigern, wurde eine Kompressionsformung
zweimal zur Ausbildung eines Grünlings
durchgeführt,
und der Grünling
wurde zweimal gesintert. In Vergleichsbeispiel 13 wurde die Probe
N (Ferromolybdän)
als Hartpartikel eingesetzt und ein Grünling wurde mittels Kompression
aus einem Mischpulver mit 10% der Probe N ausgebildet. Um die Dichte
und die Verschleißbeständigkeit
zu steigern wurde der Grünling
gesintert und geschmiedet. Jede der in Tabelle 3 gezeigten Zusammensetzungen
ist die Zusammensetzung der entsprechenden gesamten gesinterten
Legierung.
-
2 zeigt
eine optische mikroskopische Fotographie (Vergrößerung: 100fach) einer dem
Beispiel 1 entsprechenden gesinterten Legierung. In diesem Bild
ist Perlit (schwärzliche
inselförmige
Hartpartikel in der Gestalt von runden Partikeln) in Austenit (weiße Basis
der gesinterten Legierung) dispergiert und nahezu keine Poren werden
beobachtet. Der Anteil der Hartpartikel liegt annähernd bei
20–50%
bezüglich
des Flächenverhältnisses
hinsichtlich der Gesamtfläche
der gesinterten Legierung (Basis + Hartpartikel) als 100%.
-
3 zeigt
eine optische mikroskopische Fotographie (Vergrößerung: 100fach) einer dem
Vergleichsbeispiel 8 entsprechenden gesinterten Legierung. In diesem
Bild ist Triballoy T400 (weiße
Hartpartikel in der Gestalt von runden Partikeln) in der Basis der
gesinterten Legierung dispergiert und eine beträchtliche Anzahl an Poren (schwarze
Bereiche zwischen benachbarten Hartpartikeln) wird zwischen benachbarten
Hartpartikeln beobachtet.
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4 zeigt
eine optische mikroskopische Fotographie (Vergrößerung: 100fach), die dem Vergleichsbeispiel
10 entspricht. In dem Bild ist Ferromolybdän (zahlreiche schwärzliche
Hartpartikel) in der Basis der gesinterten Legierung dispergiert
und eine beträchtliche
Anzahl an Poren (schwarze Bereiche zwischen benachbarten Hartpartikeln)
werden zwischen benachbarten Hartpartikeln beobachtet.
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Zur
Auswertung des Verbindungszustands, mit welchem die Hartpartikel
an die Basis der gesinterten Legierung gebunden sind, wurde eine
EPMA-Analyse eines jeden Teststücks
zur Messung der Zusammensetzung der gesinterten Legierung als Ganzes,
der Zusammensetzung der Hartpartikel und der Zusammensetzung der
Basis durchgeführt
und die Ergebnisse der Analyse sind in Tabelle 4 nachstehend gezeigt.
In Tabelle 4 steht die gesamte Zusammensetzung für eine Zusammensetzung der
gesinterten Legierung, wenn die Gesamtmasse der gesinterten Legierung
als 100 Masse% ausgedrückt
ist. Die Zusammensetzung der Hartpartikel steht für eine Zusammensetzung
der Hartpartikel, wenn die Gesamtmasse der Hartpartikel als 100
Masse% ausgedrückt
ist. Die Basiszusammensetzung steht für eine Zusammensetzung einer
Basis, wenn die Gesamtmasse der Basis als 100 Masse% ausgedrückt ist.
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Obwohl
in jedem Beispiel das Fe-Pulver als ein Ausgangsmaterial zur Ausbildung
der Basis der gesinterten Legierung kein Mn, Mo und Co enthält, enthält die analysierte
Zusammensetzung der Basis der gesinterten Legierung eines jeden
Beispiels Mn, Mo und Co, wie in Tabelle 4 gezeigt ist. Dies kann
daran liegen, dass Mn, Mo und Co thermisch von den Hartpartikeln
in die Basis während
des Sinterungsvorgangs diffundieren. Insbesondere wird aus Tabelle
4 ersichtlich, dass die in der Basis enthaltene Mn-Menge beträchtlich
hoch ist, d.h. in den meisten Beispielen 1% überschreitet.
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Obwohl
das Fe-Pulver als ein Ausgangsmaterial zur Ausbildung der Basis
kein Mn enthält,
war die in der Basis der gesinterten Legierung enthaltene Mn-Menge
beträchtlich
hoch. Genauer gesagt betrug die in der Basis der gesinterten Legierung
enthaltene Mn-Menge 2,3% im Beispiel 1, 2,3% im Beispiel 2, 2,3%
im Beispiel 3, 1,3% im Beispiel 4, 1,8% im Beispiel 6, 1,3% im Beispiel
7 und 1,3% im Beispiel 8. Im Beispiel 5 lag die in der Basis der
gesinterten Legierung enthaltene Mn-Menge bei 0,53% aufgrund der
relativ kleinen Menge (ungefähr
37% = 15/40 verglichen mit den Bespielen 1 bis 4) des hinzugegebenen
Hartpartikelpulvers.
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Der
Anstieg der Menge der von den Hartpartikeln in die Basis diffundierten
Elemente bzw. des Elements kann zu einer verbesserten Fähigkeit
des Zurückhaltens
der Hartpartikel in der Basis, zu einer verbesserten Dichte und
Härte der
gesinterten Legierung und zu einer reduzierten Menge der Abnutzung
bzw. des Verschleiß der
gesinterten Legierung führen.
In den Beispielen der vorliegenden Erfindung überstieg jedoch weder die Ni-Menge noch die Co-Menge
in der Basis der gesinterten Legierung 1%, außer in Beispiel 6, in welchem
der Anteil des hinzugegebenen Hartpartikelpulvers hoch war.
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Der
Werte von α (die
Mn-Menge in der Basis der gesinterten Legierung/die Mn-Menge in
den Hartpartikeln, die in der Basis dispergiert sind) lagen bezüglich Masseprozent
bei 2,3/8,5 ≈ 0,270
im Beispiel 1, 2,3/5,5 ≈ 0,418
im Beispiel 2, 2,3/8,5 ≈ 0,270
im Beispiel 3, 1,3/4 ≈ 0,325
im Beispiel 4, 0,53/3 ≈ 0,176
im Beispiel 5, 1,8/4,5 ≈ 0,4
im Beispiel 6, 1,3/4 ≈ 0,325
im Beispiel 7 und 1,3/4 ≈ 0,325
im Beispiel 8. Somit lag der Wert α innerhalb des Bereichs von
ungefähr
0,10 bis ungefähr
0,7 und insbesondere innerhalb des Bereichs von ungefähr 0,15 bis
ungefähr
0,45, was angibt, das Mn eine hohe Diffusionseffizienz zeigt.
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Bezüglich der
Diffusion von Molybdän
lag der Wert von β (Mo-Menge,
die in der Basis enthalten ist/Mo-Menge, die in den Hartpartikeln
enthalten ist) bei 0,67/38 ≈ 0,017
im Beispiel 1, 0,67/39 ≈ 0,017
im Beispiel 2, 0,67/34 ≈ 0,019
im Beispiel 3, 0,67/32 ≈ 0,020
im Beispiel 4, 0,18/32 ≈ 5,6 × 10–3 =
0,0056 im Beispiel 5, 1,2/32 ≈ 0,0375
im Beispiel 6, 0,67/32 ≈ 0,020
im Beispiel 7, und 0,67/32 ≈ 0,020
im Beispiel 8. Somit lag der Wert β, der die Diffusionseffizienz
von Mo darstellt, innerhalb des Bereichs von ungefähr 0,005
bis ungefähr 0,04
und war eine Größenordnung
kleiner als der Wert α,
der die Diffusionseffizienz von Mn darstellt. Dies zeigt klar eine
hohe Diffusionseffizienz von Mangan (Mn).
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Um
ferner die vorstehend beschriebenen Punkte zu verifizieren wurde
die Dichte und die Härte
der gesinterten Legierung gemäß einem
jeden Teststück
gemessen und die Ergebnisse sind in Tabelle 5 gezeigt. Die Härte der
gesinterten Legierung wurde gemessen, um eine Vickers-Härte (Last:
10 kgf) zu bestimmen.
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Als
nächstes
wurde unter Verwendung eines Testgeräts 1 wie in 5 gezeigt
ein Verschleißtest
zur Auswertung der Verschleißbeständigkeit
des gesinterten Legierung durchgeführt. In dem Verschleißtest wurde ein
Propangasbrenner 10 als eine Heizquelle zur Vorsehung einer
Propangasverbrennungsatmosphäre
rund um die Gleitbereiche zwischen einem ringförmigen Ventilsitz 12 und
einer Ventilfläche 14 eines
Ventils 13 eingesetzt. Der ringförmige Ventilsitz 12 war
ein Testsstück,
der aus einer vorstehend beschriebenen gesinterten Legierung ausgebildet
war. Die Ventilfläche 14 wurde
durch Unterziehen von SOH11 einem Weichnitridierungsprozess ausgebildet.
Ein achtstündiger
Verschleißtest
wurde auf die folgende Art und Weise durchgeführt, während die Temperatur des Ventilsitzes 12 auf
200°C eingestellt
war, wobei der Ventilsitz 12 und die Ventilfläche 14 einem
Kontakt mit einer Rate von 2000 Mal pro Minute mit einer Last von
18 kgf gebracht wurden. Die Last war zum Zeitpunkt des Kontakts
zwischen dem Ventilsitz 12 und der Ventilfläche 14 mittels
einer Feder 16 angelegt. Ein ähnlicher Verschleißtest wurde
ebenso bei einer Einstellung der Temperatur des Ventilsitzes 12 auf
300°C durchgeführt. Die
Verschleißmengen
eines jeden Teststücks
bei den Testtemperaturen von 200°C
und 300°C
sind in Tabelle 5 gezeigt.
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Wie
in Tabelle 5 gezeigt ist, lag die Dichte der gesinterten Legierung
eines jeden Beispiels 1 bis 8 bei wenigstens 7 g/cm3 oder
höher.
Die Härte
der gesinterten Legierung eines jeden Beispiels 1 bis 8 lag bei
wenigstens Hv 175 oder größer. Die
Menge des Verschleiß der
gesinterten Legierungen der Beispiele 1 bis 8 war klein, d.h. 0,05
mm oder weniger.
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Im
Gegensatz dazu hatte die gesinterte Legierung von jedem der Beispiele
1 bis 15 im Allgemeinen eine geringere Dichte und eine geringere
Härte als
die erfinderischen Beispiele. Zusätzlich unterlagen die Vergleichsbeispiele
1 bis 15 einer großen
Menge an Verschleiß,
und zwar in der Hauptzahl der Beispiele zweimal so viel Verschleiß oder mehr
als die erfinderischen Beispiele. Insbesondere unterlag die gesinterte
Legierung des Vergleichsbeispiels 3 großen Mengen an Verschleiß, nämlich 0,08
mm bei der Testtemperatur von 200°C und
0,07 mm bei der Testtemperatur von 300°C, obwohl sie eine hohe Dichte
und eine große
Härte aufwies, was
die schlechte Verschleißbeständigkeit
der gesinterten Legierung anzeigte.
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Als
nächstes
wurde der Ventilsitz 12 eines jeden der Beispiele 1 und
4 in einen Motor eingebaut. Der Motor war ein Motor mit 2700cm3 Hubraum unter Verwendung von LPG als Brennstoff
und wurde zur Durchführung
eines 300-stündigen Beständigkeitstests
eingesetzt. Ähnliche
Beständigkeitstests
wurden ebenso bezüglich
der Ventilsitze 12 der Vergleichsbeispiele 11 bis 13 durchgeführt. Dann
wurde die Menge des Überstands
(mm) eines Ventils 13 und die Menge des Anstiegs der Breite
des Kontakts des Ventilsitzes 12 (mm) bezüglich jedes
Ventilsystems gemessen. Die Messung wurde sowohl auf der Einlassseite
als auch auf der Abgasseite eines Motors durchgeführt. Die
Ventilfläche
auf der Einlassseite wurde durch Durchführen eines Weichnitridierungsprozesses
auf SOH11 erhalten, und die Ventilfläche der Abgasseite wurde durch
Abscheiden einer Mo-basierten Legierung auf SOH11 erhalten.
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Die
Menge des Ventilüberstands
steht für
die Verschiebung der Ventilposition gegenüber dem Äußeren des Motors beim Schließen des
Ventils, welcher durch den Verschleiß des Ventilsitzes 12 und
den Verschleiß der
Ventilfläche 14 verursacht
ist. Die Menge des Anstiegs der Breite des Kontakts des Ventilsitzes 12 steht
für eine
Menge des Anstiegs der Breite eines Kontaktbereichs des Ventilsitzes 12 mit
der Ventilfläche 14 aufgrund
des Verschleiß des
Ventilsitzes 12, verursacht durch den Kontakt des Ventilsitzes 12 mit
der Ventilfläche 14.
Die Messergebnisse sind in Tabelle 6 gezeigt.
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Wie
in Tabelle 6 gezeigt ist zeigten Beispiel 1 und Bespiel 2 signifikant
reduzierte Mengen des Ventilüberstands
und signifikant reduzierte Mengen des Anstiegs der Breite des Kontakts
des Ventilsitzes sowohl auf der Einlassseite als auch auf der Abgasseite
im Gegensatz zu den Vergleichsbeispielen 11 bis 13. Die Daten geben
an, dass die Verschleißfestigkeit
der erfindungsgemäßen Beispiele
gegenüber
den Vergleichsbeispielen hervorragend war.
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Obwohl
die vorliegende Erfindung zusammen mit deren bevorzugten Ausführungsformen
beschrieben worden ist, ist es dem Fachmann offensichtlich, dass
Zusätze,
Weglassungen, Modifikationen und Substitutionen, die nicht speziell
beschrieben sind, ohne Abweichung vom Umfang der Erfindung wie er
in den angehängten
Ansprüchen
definiert ist, durchgeführt
werden können.
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Hartpartikel
werden mit 20 bis 70% Mo, 0,5 bis 3% C, 5 bis 40% Ni, 1 bis 20%
Mn, bereitgestellt, wobei der Rest Fe und Verunreinigungen sind,
wobei % für
Massenprozent steht, und sie ferner 40% oder weniger Co enthalten
können.
Eine verschleißfeste
eisenbasierte gesinterte Legierung enthält 4 bis 30% Mo, 0,2 bis 3%
C, 1 bis 20% Ni, 0,5 bis 12% Mn, wobei der Rest Fe und Verunreinigungen
sind, und zwar bezüglich
der Gesamtmasse der eisenbasierten gesinterten Legierung als 100.
In der gesinterten Legierung enthält die Basis 0,2 bis 5% C,
0,1 bis 12% Mn, wobei der Rest Fe und Verunreinigungen sind, und
zwar bezüglich
der Gesamtmasse der Basis, und die Hartpartikel enthalten 20 bis
70% Mo, 0,5 bis 3% C, 5 bis 40% Ni, 1 bis 20% Mn, wobei der Rest
Fe und Verunreinigungen sind, und zwar bezüglich der Gesamtmasse der Hartpartikel.
Die Hartpartikel sind in der Basis mit einem Flächenverhältnis von 10 bis 60% dispergiert.
Ein Verfahren zur Erzeugung einer verschleißfesten gesinterten Legierung
der vorstehenden Zusammensetzung wird ebenso vorgesehen.