WO2001049437A2 - Powder metallurgy produced sinter shaped part - Google Patents

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Abstract

The invention concerns a powder metallurgy produced sinter shaped part exhibiting high thermal and wear resistance. Said part can be obtained from a powder mixture containing molybdenum-phosphorus-carbon-steel powder, at least one additional, substantially phosphorous-free steel powder in a weight ratio ranging from 5:95 to 60:40, carbon powder and at least one solid lubricant. The shaped part can be used especially for tribological parts in the automobile industry.

Description

Pulvermetallurαisch hergestelltes Sinter-Formteil Powder metallurgically produced sintered molded part
Die Erfindung betrifft ein pulvermetallurgisch hergestelltes Sinter-Formteil mit hoher Temperatur- und Verschleißfestigkeit, das insbesondere ein Ventilsitzring für Verbrennungsmotoren ist.The invention relates to a powder metallurgy sintered molded part with high temperature and wear resistance, which is in particular a valve seat ring for internal combustion engines.
Einlaß- und Auslaßventile für Verbrennungsmotoren müssen hohen Anforderungen an die Temperaturbeständigkeit und Verschleißfestigkeit genügen. Ins- besondere bei hochverdichteten, modernen Motoren mit Mehrventiltechnik und elektronischer Steuerung ist es zunehmend zum Problem geworden, Materialien zu finden, die den am Auslaß herrschenden hohen Temperaturen auf Dauer gerecht werden. Ventile und Ventilteile sind entsprechend in der Fertigung immer aufwendiger geworden, was sich auf die Material- und Verarbeitungskosten nie- dergeschlagen hat.Intake and exhaust valves for internal combustion engines must meet high requirements for temperature resistance and wear resistance. Particularly in the case of highly compressed, modern engines with multi-valve technology and electronic control, it has become an increasing problem to find materials that can permanently cope with the high temperatures at the outlet. Accordingly, valves and valve parts have become increasingly complex to manufacture, which has had an impact on the material and processing costs.
Für die Fertigung von Ventilsitzringen werden vielfach pulvermetallurgische Verfahren eingesetzt. Gründen hierfür sind die gute Steuerbarkeit der Zusammensetzung und des Gefüges, eine hohe Fertigungsgenauigkeit mit geringen Toleranzen, die gute Einstellbarkeit der Eigenschaften und insbesondere eine hohe Standfestigkeit der Materialien bei gutem Temperaturverhalten.Powder-metallurgical processes are often used to manufacture valve seat rings. The reasons for this are the good controllability of the composition and structure, high manufacturing accuracy with low tolerances, the good adjustability of the properties and, in particular, the high stability of the materials with good temperature behavior.
Bei der Fertigung von Ventilsitzringen für Auslaßventile, bei denen es auf eine hohe Temperatur- und Verschleißfestigkeit ankommt, haben festschmierstoffhaltige Werkstoffe der COMO-Familie den Standard gesetzt. Es handelt sich dabei um MnS-haltige, pulvermetallurgisch gefertigte Kobalt- Molybdän-Eisenlegierungen mit vergleichsweise hohem Kobaltgehalt (siehe auch DE 34 13 593 C1 ). Daraus hergestellte Ventilsitzringe haben sich vielfach bewährt, sind aber hinsichtlich Herstellung und mechanischer Bearbeitung außerordentlich kostenintensiv.In the manufacture of valve seat rings for exhaust valves, where high temperature and wear resistance are important, solid lubricant-containing materials from the COMO family have set the standard. These are MnS-containing, powder-metallurgically manufactured cobalt-molybdenum-iron alloys with a comparatively high cobalt content (see also DE 34 13 593 C1). Valve seat rings made from this have proven themselves many times, but are extremely cost-intensive in terms of production and mechanical processing.
Hinzu kommt ein relativ hoher Kobaltgehalt. Kobalt ist ein verhältnismäßig teurer Rohstoff, der zudem wegen ungünstigen Verteilung der Vorkommen krisenanfällig ist.There is also a relatively high cobalt content. Cobalt is a relatively expensive raw material, which is also prone to crisis because of the unfavorable distribution of the deposits.
Es besteht deshalb das Bestreben, Werkstoffe zu finden, die mit wenig oder ohne Kobalt auskommen.There is therefore an effort to find materials that can make do with little or no cobalt.
Die Anforderungen der Kraftfahrzeug- und Motorhersteller insbesondere an Sitzringe für Auslaßventile ist eine kostengünstige Herstellung bei hoher Wärmeleitfähigkeit und Verschleißfestigkeit. Dies verlangt vor allem den Austausch der teuren Rohstoffe. Eine hohe Verschleißfestigkeit kann durch die Einlagerung von Hartphasen erreicht werden. Hohe Wärmeleitfähigkeit wird durch weitgehendes Ausschließen von Poren und gegebenenfalls durch Zumischen oder Infiltration von Kupfer erzielt. Von besonderer Bedeutung sind dabei die MikroStruktur des Werkstoffs im Ventilsitzring, seine Härte und seine Dichte. Festschmierstoffe und andere Additive können insbesondere das Ver- schieißverhalten und die mechanische Bearbeitbarkeit entscheidend verbessern.The requirements of motor vehicle and engine manufacturers, in particular for seat rings for exhaust valves, are cost-effective production with high thermal conductivity and wear resistance. Above all, this requires the exchange of expensive raw materials. High wear resistance can be achieved by storing hard phases. High thermal conductivity is achieved by largely excluding pores and, if necessary, by adding or infiltrating copper. The microstructure of the material in the valve seat ring, its hardness and its density are of particular importance. Solid lubricants and other additives can, in particular, decisively improve the wear behavior and the machinability.
Das Gefüge eines pulvermetallurgisch hergestellten Ventilsitzringes besteht aus einer Matrix aus Fe und/oder Cu und darin eingelagerten Hartphasen und Festschmierstoffen. Als Hartphasen kommen beispielsweise Metallcarbide oder intermetallische Hartphasen (WO-A-97/30808) in Frage. Übliche Festschmierstoffe sind MnS, CaF2, BN und insbesondere MoS2 bzw. dessen Reaktionsprodukte unter pulvermetallurgischen Sinter-Bedingungen.The structure of a valve seat ring manufactured using powder metallurgy consists of a matrix of Fe and / or Cu and hard phases and solid lubricants embedded therein. For example, metal carbides or intermetallic hard phases (WO-A-97/30808) are suitable as hard phases. Common solid lubricants are MnS, CaF 2 , BN and in particular MoS 2 or its reaction products under powder metallurgical sintering conditions.
Bei der Entwicklung von Ventilsitzringen ist das Anwendungsgebiet zu berücksichtigen. Während für Benzinmotoren und niedrig belastete Dieselmotoren das Temperaturverhalten weitgehend durch Maßnahmen zur Erhöhung der Wärmeleitfähigkeit beherrscht werden kann, sind diese Maßnahmen bei Motoren für den Flüssiggasbetrieb (LPG), Erdgasbetrieb (CNG) und bei Hochleistungsdieselmotoren nicht immer ausreichend. Letzteres gilt auch für thermisch hochbelastete Motoren mit Mehrventiltechnik. Bei Dieselmotoren kommen höhere Betriebsdrücke hinzu.The area of application must be taken into account when developing valve seat rings. While for gasoline engines and low-load diesel engines, the temperature behavior can be largely controlled by measures to increase the thermal conductivity, these measures are for engines for LPG (LPG), natural gas (CNG) and High performance diesel engines are not always sufficient. The latter also applies to thermally highly loaded engines with multi-valve technology. Higher operating pressures are added to diesel engines.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, insbesondere Ventilsitzringe mit hoher Temperatur- und Verschleißfestigkeit für moderne Hochleistungsmotoren bereitzustellen, die mit bewährten pulvermetallurgischen Verfahren zugänglich und kostengünstig herzustellen sind.The invention has for its object to provide, in particular, valve seat rings with high temperature and wear resistance for modern high-performance engines, which are accessible and inexpensive to manufacture using proven powder metallurgy processes.
Diese Aufgabe wird mit einem Sinter-Formteil der eingangs genannten Art gelöst, daß aus einem Molybdän-Phosphor-Kohlenstoff-Stahlpulver (Mo-P-C-Pulver) und wenigstens einem weiteren, im wesentlichen phosphorfreien Stahlpulver im Gewichtsverhältnis von 5:95 bis 60:40, Kohlenstoff sowie wenigstens einem Festschmierstoff erhältlich ist.This object is achieved with a sintered molded part of the type mentioned at the outset, consisting of a molybdenum-phosphorus-carbon steel powder (Mo-PC powder) and at least one further, essentially phosphorus-free steel powder in a weight ratio of 5:95 to 60:40 , Carbon and at least one solid lubricant is available.
Die erfindungsgemäßen Sinter-Formteile sind insbesondere als Ventilsitzringe einsetzbar. Sie können aber auch für andere, insbesondere tribologische Teile im Motoren- und Getriebebau eingesetzt werden.The sintered molded parts according to the invention can be used in particular as valve seat rings. However, they can also be used for other, especially tribological parts in engine and transmission construction.
Die Sinter-Formteile enthalten wenigstens zwei Stahlkomponenten, deren Zusammenwirken die hohe Temperatur- und Verschleißbeständigkeit ausmachen. Die beiden Stahlkomponenten werden als fertige Pulver eingesetzt. Zum einen handelt es sich um ein Mo-P-C-Stahlpulver, zum anderen um ein im wesentlichen phosphorfreies Stahlpulver. Diese beiden Komponenten bilden die Matrix mit darin eingelagerten Hartphasen aus u. a. Metallcarbiden. Die Mo-P-C-Stahlkomponente sorgt dabei für eine außerordentlich gute Maßhaltigkeit der damit hergestellten Formteile, die durch die zweite Stahlkomponente alleine nicht erreicht werden kann. Sie wirkt sich zudem positiv auf die Dichte des Formteils nach dem Sintern aus.The sintered molded parts contain at least two steel components, the interaction of which makes up the high temperature and wear resistance. The two steel components are used as finished powders. On the one hand it is a Mo-P-C steel powder, on the other hand it is an essentially phosphorus-free steel powder. These two components form the matrix with hard phases embedded therein and a. Metal carbides. The Mo-P-C steel component ensures extraordinarily good dimensional stability of the molded parts produced with it, which cannot be achieved by the second steel component alone. It also has a positive effect on the density of the molded part after sintering.
Die erfindungsgemäßen Sinter-Formteile sind im wesentlichen kobaltfrei. Der Begriff "im wesentlichen frei" im Zusammenhang mit Legierungsbestandteilen besagt, daß diese Bestandteile nicht willentlich zugesetzt werden und nur in den üblicherweise unvermeidbaren Mengen zugegen sind. In den zum Einsatz kommenden Puivermischungen machen die Stahlpulver und der Kohlenstoff wenigstens 50 Gew.-%, vorzugsweise wenigstens 60 Gew.-% aus; der Rest kann beispielsweise aus Festschmierstoff, Eisen-Kupfer- Legierung und anderen Zuschlägen bestehen. Bei Verwendung von Kupferpulver zur Verbesserung der Wärmeleitfähigkeit besteht der Anteil an Stahlpulver und Kohlenstoffpulver aus wenigstens 75 Gew.-% und vorzugsweise wenigsten 85 Gew.-%, bei kupferfreien Sinter-Formteilen, vorzugsweise wenigstens 85 und insbesondere wenigstens 95 Gew.-%.The sintered molded parts according to the invention are essentially free of cobalt. The term "essentially free" in connection with alloy components means that these components are not added deliberately and are only present in the amounts which are usually unavoidable. In the powder mixtures used, the steel powder and the carbon make up at least 50% by weight, preferably at least 60% by weight; the rest can consist, for example, of solid lubricant, iron-copper alloy and other additives. When using copper powder to improve the thermal conductivity, the proportion of steel powder and carbon powder consists of at least 75% by weight and preferably at least 85% by weight, in the case of copper-free sintered molded parts, preferably at least 85 and in particular at least 95% by weight.
Als Festschmierstoff kommen die bekannten, in erster Linie aber MoS2 in Frage, der in Mengen von höchstens 5,0 Gew.-% zugegen ist.The known solid lubricant is primarily MoS 2 , which is present in quantities of at most 5.0% by weight.
Das erfindungsgemäß zum Einsatz kommende Mo-P-C-Pulver enthält vorzugsweise 0,5 bis 1 ,5 Gew.-% C, 3,0 bis 15 Gew.-% Mo, 0,2 bis 1 ,0 Gew.-% P, Rest Eisen und unvermeidliche Verunreinigungen. Mo-P-C-Stahlpulver, wie es hier eingesetzt werden kann, ist beispielsweise in der WO-A-91/18123 beschrieben. Ein Teil des Molybdäns kann durch Wolfram ersetzt sein.The Mo-PC powder used according to the invention preferably contains 0.5 to 1.5% by weight of C, 3.0 to 15% by weight of Mo, 0.2 to 1.0% by weight of P, the rest Iron and inevitable impurities. Mo-P-C steel powder, as can be used here, is described, for example, in WO-A-91/18123. Part of the molybdenum can be replaced by tungsten.
Vorzugsweise ist das phosphorfreie Stahlpulver ein Schnellstahlpulver. Ein solches Schnellstahlpulver enthält beispielsweise 0,5 bis 1 ,0 Gew.-% C, 5,0 bis 10 Gew.-% W, 3,0 bis 8,0 Gew.-% Mo, 1 ,0 bis 3,0 Gew.-% V, 2,0 bis 6,0 Gew.-% Cr und ggf. geringen Anteilen Cobalt. Ein in Frage kommender Schnellstahl trägt beispielsweise die Bezeichnung AISI M3/2 (DIN S-6-5-3). Mo-P-C-Pulver und Schnellstahlpulver werden zweckmäßigerweise in einem Gewichtsverhältnis von 40:60 bis 60:40 eingesetzt. Die Pulvermischung enthält dabei zweckmäßigerweise 0,1 bis 1 ,0 Gew.-% Kohlenstoff in Form von Graphit oder dergleichen und 1 ,0 bis 3,5 Gew.-% MoS2.The phosphorus-free steel powder is preferably a high-speed steel powder. Such high-speed steel powder contains, for example, 0.5 to 1.0% by weight of C, 5.0 to 10% by weight of W, 3.0 to 8.0% by weight of Mo, 1.0 to 3.0% by weight % V, 2.0 to 6.0% by weight Cr and possibly small amounts of cobalt. A high-speed steel in question has the designation AISI M3 / 2 (DIN S-6-5-3), for example. Mo-PC powder and high-speed steel powder are advantageously used in a weight ratio of 40:60 to 60:40. The powder mixture advantageously contains 0.1 to 1.0% by weight of carbon in the form of graphite or the like and 1.0 to 3.5% by weight of MoS 2 .
Ein pulvermetallurgisch aus solcher Pulvermischung hergestelltes Sinter- Formteil weist neben einer außerordentlich hohen Verschleißfestigkeit die für Hochleistungsdieselmotoren verlangte hohe Temperaturbeständigkeit und Standfestigkeit auf.A sintered molded part produced by powder metallurgy from such a powder mixture has, in addition to extremely high wear resistance, the high temperature resistance and stability required for high-performance diesel engines.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform können erfindungsgemäß hergestellte Sinter-Formteile aus Mo-P-C-Stahlpulver und einem herkömmlichen phosphorfreien niedrig legierten Stahlpulver mit beispielsweise 0,1 bis 2,0 Gew.-% Cr, 0,5 bis 3,0 Gew.-% Mo, 0,1 bis 1 ,4 Gew.-% Mn und 0,1 bis 1 ,4 Gew.-% Ni erhalten werden. In diesem Fall beträgt das Verhältnis von Mo-P-C-Pulver zu Pulver aus phosphorfreiem Stahl zweckmäßigerweise 50:50 bis 5:95 nach Gewicht. Der Anteil an zugesetztem Kohlenstoff beträgt 0,1 bis 1 ,5 Gew.-%, der an zugesetztem Festschmierstoff 1 ,0 bis 3,5 Gew.-% MoS2.According to a further embodiment, sintered molded parts produced according to the invention from Mo-PC steel powder and a conventional one phosphorus-free, low-alloy steel powder with, for example, 0.1 to 2.0% by weight of Cr, 0.5 to 3.0% by weight of Mo, 0.1 to 1.4% by weight of Mn and 0.1 to 1 , 4 wt .-% Ni can be obtained. In this case, the ratio of Mo-PC powder to powder made of phosphorus-free steel is advantageously 50:50 to 5:95 by weight. The proportion of added carbon is 0.1 to 1.5% by weight, that of the added solid lubricant is 1.0 to 3.5% by weight MoS 2 .
Alle hier genannten Prozentangaben beziehen auf die gesamte Pulvermischung, sofern nicht anders angegeben.All percentages given here relate to the entire powder mixture, unless stated otherwise.
Es versteht sich, daß zur Erzielung besonderer Effekte, insbesondere zur Aus- bildung von Hartphasen, weitere Metalle zugemischt werden können, beispielsweise Chrom, Molybdän oder Wolfram, etwa in Mengen von bis zu 2,0 Gew.-%.It goes without saying that, in order to achieve special effects, in particular for the formation of hard phases, further metals can be mixed in, for example chromium, molybdenum or tungsten, for example in amounts of up to 2.0% by weight.
Die erfindungsgemäßen Sinter-Formteile bzw. das zu seiner Herstellung verwandte Metallpulver können insgesamt etwa die folgende Zusammensetzung nach Gewicht aufweisen: 0,5 bis 2, 0 % C, 5,0 bis 16,0 % Mo, 0,2 bis 1 ,0 % P, bis zu 1 ,4 % Mn, bis zu 5,0 % Cr, bis zu 5,0 % S, bis zu 7,0 % W, bis zu 3,0 % V, bis zu 15 % Cu, weniger als 2,0 % andere Elemente und Rest Fe. Geringe Mengen Co und/oder Ni, weniger als 2,0 Gew.-%, können im Rahmen der anderen Elemente zugegen sein.The sintered molded parts according to the invention or the metal powder used for its production can have a total of approximately the following composition by weight: 0.5 to 2.0% C, 5.0 to 16.0% Mo, 0.2 to 1.0 % P, up to 1.4% Mn, up to 5.0% Cr, up to 5.0% S, up to 7.0% W, up to 3.0% V, up to 15% Cu, less than 2.0% other elements and the rest Fe. Small amounts of Co and / or Ni, less than 2.0% by weight, may be present in the other elements.
Insbesondere Sinter-Formteile aus Mo-P-C-Pulver und niedriglegiertem Stahlpulver können zur Verbesserung des thermischen Verhaltens 2,0 bis 20 Gew.-% Cu enthalten. Dabei kann dieser Kupferanteil sowohl durch Infiltration in das fertige Formteil eingebracht werden, als auch in Form von Kupferpulver oder Pulver einer Kupfereisenlegierung in der zur Herstellung verwandten Pulvermischung. Letzteres ist aus Kostengründen bevorzugt.Sintered molded parts made of Mo-P-C powder and low-alloy steel powder in particular can contain 2.0 to 20% by weight of Cu to improve the thermal behavior. This copper portion can be introduced into the finished molded part both by infiltration and in the form of copper powder or powder of a copper iron alloy in the powder mixture used for the production. The latter is preferred for cost reasons.
Es versteht sich, daß erfindungsgemäß auch Mischungen mehrerer Stahlpulver zum Einsatz kommen können. Dies betrifft sowohl das Mo-P-C-Stahlpulver, wo beispielsweise der Gehalt an Molybdän oder Phosphor variiert werden kann, wie auch den Schnellstahl oder den niedrig legierten Stahl. Als phosphorfreie Stahlkomponente ist neben M3/2 (DIN S-6-5-3) ein Stahl vom Typ SAE4701 bevorzugt. In jedem Fall handelt es sich bei den Stahlpulvern um fertiglegierte Pulver.It is understood that mixtures of several steel powders can also be used according to the invention. This applies to both Mo-PC steel powder, where the content of molybdenum or phosphorus can be varied, as well as high-speed steel or low-alloy steel. In addition to M3 / 2 (DIN S-6-5-3), a steel of the type SAE4701 is a phosphorus-free steel component prefers. In any case, the steel powders are alloyed powders.
Der Kohlenstoff bewirkt die Ausbildung von temperaturbeständigen und verschleißmindernden Carbidphasen, die dem Werkstoff die nötige Lebensdauer verleihen. Chrom, Vanadium und Wolfram können zur Variation des Eigenschaftsspektrums hinzugesetzt werden, sind aber nicht unbedingt erforderlich. Der Mo-P-C-Stahl kann Wolfram enthalten.The carbon causes the formation of temperature-resistant and wear-reducing carbide phases, which give the material the necessary service life. Chromium, vanadium and tungsten can be added to vary the property spectrum, but are not absolutely necessary. The Mo-P-C steel can contain tungsten.
Die erfindungsgemäßen pulvermetallurgisch hergestellten Formteile können nach herkömmlichen Preß-Sinter-Verfahren hergestellt werden. Dazu gehört auch das Pulverschmieden, obwohl nicht unbedingt erforderlich. Im Allgemeinen ist für Ventilsitzringe eine Verdichtung auf 7,0 g/cm3 ausreichend, wenn auch für zahlreiche Zwecke eine höhere Dichte, insbesondere etwa 7,2 oder 7,3 g/cm3 und mehr vorteilhaft ist. Durch eine Erhöhung der Dichte, die insbesondere auch durch das Zulegieren von Kupfer erreicht wird, und die damit einhergehende Verminderung des Porenvolumens ergibt sich auch eine Verbesserung der Wärmeleitfähigkeit und damit des Temperaturverhaltens. Weiterhin wird dadurch die Standfestigkeit erhöht.The moldings produced by powder metallurgy according to the invention can be produced by conventional press-sintering processes. This also includes powder forging, although not absolutely necessary. In general, compression to 7.0 g / cm 3 is sufficient for valve seat rings, although a higher density, in particular about 7.2 or 7.3 g / cm 3 and more, is advantageous for numerous purposes. By increasing the density, which is also achieved in particular by alloying copper, and the associated reduction in the pore volume, there is also an improvement in the thermal conductivity and thus the temperature behavior. Furthermore, the stability is increased.
Die erfindungsgemäßen Formteile können zwar aus den entsprechenden Elementpulvern hergestellt werden, jedoch hat es sich gezeigt, daß bei Verwen- düng der fertiglegierten Stähle Produkte mit überlegenen Eigenschaften erhalten werden. Besonders bevorzugt ist der Einsatz von durch Atomisierungsverfahren hergestellten Metallpulvern unregelmäßiger Form, die den daraus hergestellten Preßteil durch Verzahnung einen gewissen inneren Zusammenhalt verleihen können. Zur Verbesserung der Verarbeitbarkeit, Verminderung des Ver- schleißes in den Pressen und zur Verbesserung des Zusammenhaltes können übliche Hilfsstoffe zugesetzt werden, beispielsweise Wachs, in einer Menge von bis zu 1 ,0 Gew.-%, bezogen auf die Legierungspulver.Although the molded parts according to the invention can be produced from the corresponding element powders, it has been shown that products with superior properties are obtained when the alloyed steels are used. It is particularly preferred to use metal powders of irregular shape produced by atomization processes, which can give the pressed part produced therefrom a certain internal cohesion by means of teeth. To improve processability, reduce wear in the presses and improve cohesion, customary auxiliaries can be added, for example wax, in an amount of up to 1.0% by weight, based on the alloy powder.
Vorzugsweise werden spratzige Stahlpulver eines mittleren Durchmessers von weniger als 150 μm eingesetzt, vorzugsweise bis hinab zu 50 μm. Kohlenstoff wird zweckmäßigerweise als Graphit mit einer mittleren Korngröße von weniger als 10 μm oder weniger zugemischt. Das Mo-P-C-Stahlpulver, wie es hier eingesetzt werden kann, ist in der WO-A-91/18123 beschrieben.Spattery steel powders with an average diameter of less than 150 μm are preferably used, preferably down to 50 μm. Carbon is expediently used as graphite with an average grain size of less admixed as 10 μm or less. The Mo-PC steel powder, as can be used here, is described in WO-A-91/18123.
Es versteht sich, daß die erfindungsgemäßen Sinter-Formkörper auch andere Formkörper als Ventilsitzringe für Einlaß- und Auslaßventile sein können. Erfindungsgemäße Formteile können neben Ventilsitzringen insbesondere auch Nocken/Tragringe für Nockenwellen oder Kipphebelplättchen und Einsätze für Tassenstößel im Nockenfolgesystem sein oder andere auf Verschleiß unter hohen Temperaturen beanspruchte tribologische Teile.It goes without saying that the sintered shaped bodies according to the invention can also be shaped bodies other than valve seat rings for inlet and outlet valves. In addition to valve seat rings, molded parts according to the invention can in particular also be cams / support rings for camshafts or rocker arm plates and inserts for bucket tappets in the cam follower system or other tribological parts which are subject to wear at high temperatures.
Die erfindungsgemäßen Sinter-Formkörper werden aus dem vorgemischten Pulver wie folgt hergestellt: Zunächst wird der Rohling aus dem Pulver unterThe sintered shaped bodies according to the invention are produced from the premixed powder as follows: First, the blank is made from the powder
Zuhilfe eines üblichen Wachses als Gleitmittel unter üblichen Preßdrücken zuWith the help of a conventional wax as a lubricant under usual pressing pressures
Formungen mit einer ausreichenden Dichte verpreßt. Der Preßdruck liegt zweckmäßigerweise zwischen 500 und 900 MPa. Nach dem Pressen wird dasFormations pressed with a sufficient density. The pressure is advantageously between 500 and 900 MPa. After pressing it will
Produkt zunächst unter einer Wasserstoff-Stickstoff-Schutzgasatmosphäre bei einer Temperatur von 500 bis 750 °C entwachst und anschließend in einemDewaxed product first under a hydrogen-nitrogen protective gas atmosphere at a temperature of 500 to 750 ° C and then in one
Ofen bei einer Temperatur von mehr als 900 °C, vorzugsweise mehr alsOven at a temperature of more than 900 ° C, preferably more than
1000 °C und insbesondere bis zu 1150 °C gesintert. Drücke und Temperatur hängen dabei im wesentlichen von der gewünschten Dichte des Formteils und von der Zusammensetzung des Pulvers ab. Nach dem Abkühlen werden die Teile wärmebehandelt und den erforderlichen Nachbehandlungen unterworfen.1000 ° C and in particular up to 1150 ° C sintered. Pressures and temperature essentially depend on the desired density of the molded part and on the composition of the powder. After cooling, the parts are heat-treated and subjected to the necessary post-treatments.
Beispiel 1 :Example 1 :
Für einen erfindungsgemäßen Sinterkörper wurde die folgende Pulvermischung nach Gewicht hergestellt:The following powder mixture was produced by weight for a sintered body according to the invention:
50 Gew.-% Mo-P-C-Pulver 46,76 Gew.-% Schnellstahlpulver50% by weight Mo-P-C powder 46.76% by weight high-speed steel powder
3,0 Gew.-% MoS2 3.0% by weight MoS 2
0,24 Gew.-% Kohlenstoff. Der Molybdän-Phosphor-Kohlenstoff-Stahl hatte die Zusammensetzung 1 ,3 Gew.-% Kohlenstoff, 9,91 Gew.-% Molybdän, 0,59 Gew.-% Phosphor, Rest: Eisen. Das Schnellstahlpulver bestand aus 0,8 Gew.-% Kohlenstoff, 6,66 Gew.-% Wolfram, 5,4 Gew.-% Molybdän, 1 ,5 Gew.-% Vanadium, 4,49 Gew.-% Chrom, Rest: Eisen. Andere Elemente: unvermeidbare Verunreinigung.0.24 wt% carbon. The molybdenum-phosphorus-carbon steel had the composition 1.3% by weight of carbon, 9.91% by weight of molybdenum, 0.59% by weight of phosphorus, the rest: iron. The high-speed steel powder consisted of 0.8% by weight of carbon, 6.66% by weight of tungsten, 5.4% by weight of molybdenum, 1.5% by weight of vanadium, 4.49% by weight of chromium, the rest : Iron. Other elements: unavoidable pollution.
Die Mischung enthielt damit 1 ,26 Gew.-% Kohlenstoff, 3,11 Gew.-% Wolfram, 9,27 Gew.-% Molybdän, 0,91 Gew.-% Vanadium, 2,1 Gew.-% Chrom, 0,29 Gew.-% Phosphor und 1 ,2 Gew.-% Schwefel.The mixture thus contained 1.26% by weight of carbon, 3.11% by weight of tungsten, 9.27% by weight of molybdenum, 0.91% by weight of vanadium, 2.1% by weight of chromium, 0 , 29% by weight phosphorus and 1, 2% by weight sulfur.
Der daraus erhaltene Sinterkörper hatte eine Dichte von 7,15 g/cm3, die Härte betrug nach dem Sintern 370 bis 420 HB. Nach der Wärmebehandlung und der Endbearbeitung zeigten die so hergestellten Ventilsitzringe ein exzellentes Temperatur- und Verschleißverhalten. Die Warmhärte des erfindungsgemäßen Materials (MS XXX) ist in der beiliegenden Abbildung für den Temperaturbereich 20 °C bis 600 °C wiedergegeben. Zum Vergleich sind die Warmhärten für einen herkömmlichen Werkstoff der COMO-Famiiie (COMO FS) und den Schnellstahl selbst wiedergegeben. MS XXX zeigt im Hochtemperaturbereich deutliche Vorteile.The sintered body obtained therefrom had a density of 7.15 g / cm 3 and the hardness was 370 to 420 HB after sintering. After the heat treatment and the finishing, the valve seat rings produced in this way showed excellent temperature and wear behavior. The warm hardness of the material according to the invention (MS XXX) is shown in the accompanying figure for the temperature range from 20 ° C. to 600 ° C. For comparison, the hot hardening for a conventional material from the COMO family (COMO FS) and the high-speed steel itself are shown. MS XXX shows clear advantages in the high temperature range.
Beispiel 2:Example 2:
Analog zu Beispiel 1 wurde ein Formteil ausAnalogously to Example 1, a molded part was made
54,8 Gew.-% Cr-Stahl54.8% by weight of Cr steel
5,0 Gew.-% Mo-P-C-Stahl5.0 wt% Mo-P-C steel
1 ,0 Gew.-% MoS2 1.0% by weight MoS 2
36 Gew.-% FeCu-Legierung 2,0 Gew.-% Mo36% by weight FeCu alloy 2.0% by weight Mo
1 ,2 Gew.-% C1, 2 wt .-% C
hergestellt. Das Mo-P-C-Stahlpulver hatte die aus Beispiel 1 bekannte Zusammensetzung. Die Eisenkupferlegierung bestand aus 80 Gewichtsteilen Eisen und 20 Gewichtsteilen Kupfer. Der Cr-Stahl hatte bei 97 Gew.-% Eisen ein Chromanteil von 3,0 Gew.-%. Nach dem Pressen unter Zusatz von 0,25 Gew.-% Wachs, bezogen auf die Pulvermischung, und Sintern ergab sich ein Formteil einer Dichte von 7,15 g/cm2. Die Härte des Sinter-Formkörpers betrug 360 bis 390 HB, und nach dem Anlassen bei 600 °C 350 bis 360 HB.manufactured. The Mo-PC steel powder had the composition known from Example 1. The iron copper alloy consisted of 80 parts by weight Iron and 20 parts by weight copper. The Cr steel had a chromium content of 3.0% by weight for 97% by weight of iron. After pressing with the addition of 0.25% by weight of wax, based on the powder mixture, and sintering, a molded part with a density of 7.15 g / cm 2 resulted. The hardness of the sintered shaped body was 360 to 390 HB, and after tempering at 600 ° C 350 to 360 HB.
Daraus hergestellte Ventilsitzringe waren für den Einsatz in Pkw-Benzinmotoren hervorragend geeignet.Valve seat rings made from it were ideally suited for use in car petrol engines.
- Ansprüche - - Expectations -

Claims

Patentansprüche claims
1. Pulvermetallurgisch hergestelltes Sinter-Formteil, insbesondere Ventilsitzring für Kraftfahrzeuge, mit hoher Temperatur- und Verschleißfestigkeit, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß es aus einer Pulvermischung Molybdän-Phosphor-Kohlenstoff-Stahlpulver (Mo-P-C-Pulver) und wenigstens einem weiteren, im wesentlichen phosphorfreiem Stahlpulver im Gewichtsverhältnis von 5:95 bis 60:40, sowie Kohlenstoff und wenigstens einem Festschmierstoff erhältlich ist.1. Powder metallurgically produced sintered part, in particular valve seat ring for motor vehicles, with high temperature and wear resistance, characterized in that it consists of a powder mixture of molybdenum-phosphorus-carbon steel powder (Mo-PC powder) and at least one further, essentially phosphorus-free steel powder in a weight ratio of 5:95 to 60:40, and carbon and at least one solid lubricant is available.
2. Formteil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß es im wesentlichen frei von Kobalt ist.2. Molding according to claim 2, characterized in that it is essentially free of cobalt.
3. Formteil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil der Stahlpulver in der Pulvermischung wenigstens 50 Gew.-% beträgt.3. Molding according to claim 1 or 2, characterized in that the proportion of the steel powder in the powder mixture is at least 50% by weight.
4. Formteil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil der Stahlpulver wenigstens 60 Gew.-% beträgt4. Molding according to claim 3, characterized in that the proportion of the steel powder is at least 60% by weight
5. Formteil nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Festschmierstoff MoS2 ist.5. Molding according to one of the preceding claims, characterized in that the solid lubricant is MoS 2 .
6. Formteil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Pulvermischung höchstens 5,0 Gew.-% MoS2 enthält. 6. Molding according to claim 5, characterized in that the powder mixture contains at most 5.0 wt .-% MoS 2 .
7. Formteil nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Mo-P-C-Pulver nach Gewicht 0,5 bis 1 ,5 % C, 3,0 bis 15,0 % Mo und 0,2 bis 1 ,0 % P enthält.7. Molding according to one of the preceding claims, characterized in that the Mo-PC powder by weight 0.5 to 1, 5% C, 3.0 to 15.0% Mo and 0.2 to 1, 0% P contains.
8. Formteil nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch ge- kennzeichnet, daß das phosphorfreie Stahlpulver ein Schnellstahlpulver ist.8. Molding according to one of the preceding claims, characterized in that the phosphorus-free steel powder is a high-speed steel powder.
9. Formteil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß es aus Mo-P-C-Pulver und Schnellstahlpulver im Gewichtsverhältnis von 40:60 bis 60:40 erhältlich ist.9. Molding according to claim 8, characterized in that it is available from Mo-P-C powder and high-speed steel powder in a weight ratio of 40:60 to 60:40.
10. Formteil nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Pulvermischung 0,1 bis 1 ,0 Gew.-% Kohlenstoff enthält.10. Molding according to claim 8 or 9, characterized in that the powder mixture contains 0.1 to 1, 0 wt .-% carbon.
11. Formteil nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Pulvermischung 1 ,0 bis 3,5 Gew.-% MoS2 enthält.11. Molding according to one of claims 8 to 10, characterized in that the powder mixture contains 1, 0 to 3.5 wt .-% MoS 2 .
12. Formteil nach einem der Ansprüche 8 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, daß das Schnellstahlpulver 0,5 bis 1 ,0 Gew.-% C, 5,0 bis 10 Gew.-% W, 3,0 bis 8,0 Gew.-% Mo, 1 ,0 bis 3,0 Gew.-% V und 2,0 bis 6,0 Gew.-% Cr, Rest Eisen und unvermeidliche Beimischungen enthält.12. Shaped part according to one of claims 8 to 11, characterized in that the high-speed steel powder 0.5 to 1, 0 wt .-% C, 5.0 to 10 wt .-% W, 3.0 to 8.0 wt. -% Mo, 1, 0 to 3.0 wt .-% V and 2.0 to 6.0 wt .-% Cr, balance iron and inevitable admixtures.
13. Formteil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das phosphorfreie Stahlpulver ein niedriglegiertes Stahlpulver mit 0,1 bis 2,0 Gew.-% Cr, 0,5 bis 3,0 Gew.-% Mo, 0,1 bis 1 ,4 Gew.-% Mn, 0,1 bis 1 ,4 Gew.-% Ni, Rest Eisen und unvermeidliche Beimischungen ist.13. Shaped part according to one of claims 1 to 7, characterized in that the phosphorus-free steel powder is a low-alloy steel powder with 0.1 to 2.0 wt .-% Cr, 0.5 to 3.0 wt .-% Mo, 0, 1 to 1.4% by weight of Mn, 0.1 to 1.4% by weight of Ni, balance iron and unavoidable admixtures.
14. Formteil nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis von Mo-P-C-Pulver zu phosphorfreiem Stahlpulver 50:50 bis 5:95 beträgt.14. Molding according to claim 13, characterized in that the ratio of Mo-P-C powder to phosphorus-free steel powder is 50:50 to 5:95.
15. Formteil nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Pulvermischung 0,1 bis 1 ,5 Gew.-% Kohlenstoff enthält. 15. Molding according to claim 13 or 14, characterized in that the powder mixture contains 0.1 to 1.5% by weight of carbon.
16. Formteil nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Pulvermischung 1 ,0 bis 3,5 Gew.-% MoS2 enthält.16. Molding according to one of claims 13 to 15, characterized in that the powder mixture contains 1, 0 to 3.5 wt .-% MoS 2 .
17. Formteil nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es nach Gewicht 0,5 bis 2,0 % C, 5,0 bis 16,0 % Mo, 0,2 bis 1 ,0 % P, bis zu 1 ,4 % Mn, bis zu 5,0 % Cr, bis zu 5,0 % S, bis zu 7,0 % W, bis zu 3,0 % V, bis zu 20 Gew.-% Cu, weniger als 2,0 % andere Elemente, Rest Fe, enthält.17. Shaped part according to one of the preceding claims, characterized in that it is by weight 0.5 to 2.0% C, 5.0 to 16.0% Mo, 0.2 to 1, 0% P, up to 1, 4% Mn, up to 5.0% Cr, up to 5.0% S, up to 7.0% W, up to 3.0% V, up to 20% by weight Cu, less than 2.0 % contains other elements, remainder Fe.
18. Formteil nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es 2,0 bis 20 Gew.-% Cu enthält.18. Molding according to one of the preceding claims, characterized in that it contains 2.0 to 20 wt .-% Cu.
19. Formteil nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß es aus einer Pulvermischung erhältlich ist, die Kupferpulver oder Pulver einer Kupferlegierung zugemischt enthält.19. Shaped part according to claim 18, characterized in that it is obtainable from a powder mixture which contains copper powder or powder mixed with a copper alloy.
- Zusammenfassung - - Summary -
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