DE102012013226A1

DE102012013226A1 - Hochwärmeleitender Ventilsitzring

Info

Publication number: DE102012013226A1
Application number: DE102012013226.3A
Authority: DE
Inventors: Ekkehard Köhler; Dirk Emde; Anna Seyfarth; Thomas Lelgemann
Original assignee: Bleistahl Prod & Co KG GmbH; Bleistahl-Produktions & Co KG GmbH
Current assignee: Bleistahl Prod & Co KG GmbH; Bleistahl-Produktions & Co KG GmbH
Priority date: 2012-07-04
Filing date: 2012-07-04
Publication date: 2014-01-09
Also published as: EP2870328B1; CN104428500A; US20170298790A1; CN104428500B; EP2870328A1; US9702277B2; JP2015528053A; KR102139838B1; BR112014033112A2; US10208636B2; JP6297545B2; KR20150036357A; US20150322828A1; WO2014006076A1; BR112014033112B1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen pulvermetallurgisch hergestellten Ventilsitzring mit einer Trägerschicht und einer Funktionsschicht. Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Ventilsitzring der vorgenannten Art zu schaffen, der eine bedeutend höhere Wärmeleitfähigkeit aufweist. Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung ausgehend von einem Ventilsitzring der eingangs genannten Art vor, dass der Trägerwerkstoff der Trägerschicht eine Wärmeleitfähigkeit größer 55 W/m·K hat.

Description

Die Erfindung betrifft einen Ventilsitzring, der pulvermetallurgisch hergestellt wird und einen Trägerwerkstoff sowie einen Funktionswerkstoff aufweist.
Ventilsitzringe der genannten Art sind beispielsweise aus der japanischen Offenlegungsschrift JP 6145720 A bekannt. Diese Schrift beschreibt einen Kupfer-infiltrierten mehrschichtigen Ventilsitzring mit Co- und Mo-Anteilen für Verbrennungsmotoren.
Prinzipiell haben die vorbekannten Ventilsitzringe den Vorteil, dass sie eine ausgezeichnete Festigkeit aufweisen. Dies ist insbesondere mit der Verwendung von zwei unterschiedlichen Werkstoffschichten zu erklären. Dabei hat der Trägerwerkstoff hervorragende Festigkeitswerte.
Die vorbekannten Ventilsitzringe der genannten Art haben jedoch den Nachteil, dass sie den steigenden Ansprüchen von Verbrennungsmotoren aufgrund der schlechten Wärmeleitfähigkeit nicht mehr gerecht werden. Die Wärmeleitfähigkeit konventioneller Trägerwerkstoffe liegt üblicherweise unter 45 W/m·K.
Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Ventilsitzring der vorgenannten Art zu schaffen, der eine bedeutend höhere Wärmeleitfähigkeit aufweist. Im Übrigen soll der Ventilsitzring üblichen Anforderungen an Dichtigkeit, Maßhaltigkeit und Festigkeit gerecht werden.
Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung ausgehend von einem Ventilsitzring der eingangs genannten Art vor, dass der Trägerwerkstoff der Trägerschicht (2) eine Wärmeleitfähigkeit größer 55 W/m·K hat.
Im Folgenden sind alle Prozentangaben Gew.-%.
Der Ventilsitzring gemäß der Erfindung zeichnet sich durch seine hohe Wärmeleitfähigkeit in Verbindung mit einer hohen Festigkeit für den Einsatz in modernen Verbrennungsmotoren aus. Daraus ergeben sich folgende Vorteile:

– schnellerer Wärmetransport im Zylinderkopf,
– Absenkung der Ventiltemperatur,
– Verringerung der Klopfneigung im Verbrennungsmotor durch abgesenkte Ventiltemperaturen,
- gleichmäßigere Temperaturverteilung im Ventilsitzring,
– verringerte Deformation der Ventilsitzringe aufgrund von inhomogenen Temperaturverteilungen,
– verringerte Undichtigkeiten im Brennraum durch geringere Deformation der Ventilsitzringe.

Eine bevorzugte Ausführungsform des Ventilsitzringes sieht vor, dass der Trägerwerkstoff eine Wärmeleitfähigkeit größer 65 W/m·K hat. Diese Variante eignet sich besonders für den Einsatz in Motoren mit Turboaufladung. Bei einem Ottomotor ist die Verbrennungstemperatur höher als beim Dieselmotor. Bei einem Dieselmotor hingegen liegt die Zündtemperatur etwa 200 bis 300°C höher als beim Ottomotor. Es besteht in jedem Fall die Notwendigkeit die hohe Temperatur schnell abzuführen, um eine Schädigung des Motorblocks zu verhindern.
Eine besonders bevorzugte Ausführungsform des Ventilsitzringes sieht vor, dass der Trägerwerkstoff eine Wärmeleitfähigkeit größer 70 W/m·K hat. Diese Ausführungsform wird besonders in Hochleistungsmotoren, etwa in Sportwagen oder im Motorsport benötigt, wenn die Motoren leistungsmäßig vollkommen ausgereizt werden. Eine erhöhte Wärmeleitfähigkeit erhöht dann die Lebensdauer des Motors.
Vorzugsweise weist der Trägerwerkstoff eine Eisen-Kupfer-Legierung auf. In dieser Kombination führt die hohe Festigkeit von Eisen und die gute Wärmeleitfähigkeit von Kupfer zu besonders positiven Eigenschaften des Trägerwerkstoffs in der Anwendung.
Der pulvermetallurgisch hergestellte Ventilsitzring weist besonders gute Eigenschaften auf, wenn der Kupfer-Anteil der Eisen-Kupfer-Legierung über 5 Gew.-%, insbesondere bei 10 Gew.-%, liegt. Bei dieser Legierungskonstellation werden die Vorteile von Eisen und Kupfer besonders gut genutzt. Die maximale Löslichkeit für Kupfer im Austenit beträgt bei 1094°C 8,5 Gew.-%. Allerdings kann das Kupfer sowohl zulegiert als auch diffusionsgebunden in die Eisen-Kupfer-Legierung integriert sein. Bei diffusionsgebundenem Kupfer sind Anteile von deutlich über 8,5 Gew.-% erreichbar. Erfindungsgemäß wird unter einer Eisen-Kupfer-Legierung auch Eisen mit diffusionsgebundenem Kupfer verstanden.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Ventilsitzringes sieht vor, dass der Trägerwerkstoff eine Mischung aus der Eisen-Kupfer-Legierung und Kupfer-Pulver ist. Hierbei verklebt das Kupfer die Eisenkörper und bildet eine zusammenhaltende Matrix. Durch den erhöhten Kupfer-Anteil kann die Wärme besonders gut durch den Werkstoff geleitet werden. Dies gewährleistet die Langlebigkeit der beteiligten Maschinenelemente im Bereich des Ventilsitzringes. Eine besonders gute Kombination aus Wärmeleitfähigkeit und Festigkeit lässt sich erzielen, wenn der Anteil des Kupfer-Pulvers zwischen 8 und 12, insbesondere bei 10 Gew.-%, liegt. Die vom Kupfer gebildete Matrix bietet hierbei eine besonders gute Wärmeleitfähigkeit, ohne dass die tragende Funktion des Eisens nennenswert beeinträchtigt wird. Durch die immer weiter steigende Leistung und damit verbundenen Betriebstemperaturen von Motoren, ist eine Erhöhung der Wärmeleitfähigkeit von Ventilsitzringen mit einer vorteilhaften Verlängerung ihrer Lebensdauer in Verbindung zu setzen.
Eine besonders bevorzugte Variante eines erfindungsgemäßen Ventilsitzringes sieht vor, dass der Trägerwerkstoff und/oder der Funktionswerkstoff zusätzlich Kupfer enthalten, das per Infiltration zugeführt wird. Die Infiltration dient der Ausfüllung der Poren des Grünlings. Dies geschieht während des Sinterprozesses. Dabei wird das flüssige Kupfer über die Kapillarwirkung in die Poren gezogen. Während Poren bei gesinterten Produkten üblicherweise eine wärmeisolierende Wirkung aufweisen, wird die Wärmeleitfähigkeit gegenüber dem Grundwerkstoff, in diesem Fall Träger- und Funktionswerkstoff, bedeutend erhöht. Dies bedeutet eine optimale Nutzung des Werkstückvolumens zur Optimierung der Wärmeleitfähigkeit.
Pulvermetallurgisch hergestellte Ventilsitzringe mit infiltrierten Kupfergehalten mit etwa 20 Gew.-% sind an sich bekannt. Es hat sich jedoch herausgestellt, dass sich die Wärmeleitfähigkeit des Ventilsitzringes besonders positiv einstellt, wenn der Kupfergehalt des Trägerwerkstoffes > 25 Gew.-%, insbesondere zwischen 25 bis 40 Gew.-% liegt, wobei die Festigkeitseigenschaften des Eisens nicht verloren gehen. Eisen hat grundsätzlich eine höhere Festigkeit als Kupfer, jedoch hat Kupfer eine höhere Wärmeleitfähigkeit. In der vorgenannten Legierungszusammensetzung für den Trägerwerkstoff lassen sich beide Vorteile dieser Metalle ohne deren Nachteile verbinden. Derartig hohe Kupfergehalte des Trägerwerkstoffes werden erreicht, wenn zusätzlich zur Kupferinfiltration für den Trägerwerkstoff ein Eisen-Kupfer-Legierungspulver verwandt wird, dem Kupfer-Pulver zugemischt wird.
Eine besonders vorteilhafte Zusammensetzung des Trägerwerkstoffes zeigt folgende Tabelle:

0,5 bis 1,5 Gew.-% C

0,1 bis 0,5 Gew.-% Mn

0,1 bis 0,5 Gew.-% S

> 25 bis 40 Gew.-% Cu (insgesamt)

Rest Fe.

Die Legierungszusammensetzung des Funktionswerkstoffes besteht in einer bevorzugten Ausführungsform aus:

0,5	bis	1,2	Gew.-%	C
6,0	bis	12,0	Gew.-%	Co
1,0	bis	3,5	Gew.-%	Mo
0,5	bis	3,0	Gew.-%	Ni
1,5	bis	5,0	Gew.-%	Cr
0,1	bis	1,0	Gew.-%	Mn
0,1	bis	1,0	Gew.-%	S
8,0	bis	22,0	Gew.-%	Cu (infiltriert)
Rest			Gew.-%	Fe.

Hierbei handelt es sich um einen herkömmlichen Funktionswerkstoff. Da es sich bei den Legierungselementen um kostenintensive Materialien handelt, wird versucht, dass der Anteil der Funktionsschicht am gesamten Ventilsitzring möglichst optimiert bzw. gering gehalten wird. Da es sich bei Ventilsitzringen um Massenprodukte handelt, bedeutet dies eine enorme Reduktion der Kosten, aufgrund des reduzierten Anteils der kostspieligen Werkstoffe.

Eine alternative Ausführungsform der Funktionsschicht setzt sich aus folgendem Funktionswerkstoff zusammen:

0,5	bis	1,5	Gew.-%	C
5,0	bis	12,0	Gew.-%	Mo
1,5	bis	4,5	Gew.-%	W
0,2	bis	2,0	Gew.-%	V
2,2	bis	2,8	Gew.-%	Cr
0,1	bis	1,0	Gew.-%	Mn
0,1	bis	0,5	Gew.-%	S
12,0	bis	24,0	Gew.-%	Cu (infiltriert)
Rest			Gew.-%	Fe.

Die Wahl der Werkstoffe für die Funktionsschicht hängt von den Anforderungen an den Ventilsitzring ab. Sofern die benötigten Eigenschaften durch den Funktionswerkstoff erfüllt werden, ist die kostengünstigere Variante zu wählen.
Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur pulvermetallurgischen Herstellung eines Ventilsitzringes, aufweisend eine Trägerschicht aus einem Trägerwerkstoff sowie eine Funktionsschicht aus einem Funktionswerkstoff mit den nachfolgenden Schritten:

– Herstellen einer Trägerschicht mit einem Trägerwerkstoff aus einem Eisen-Kupfer-Legierungspulver,
– ggf. Verpressen des Pulvers der Trägerschicht zu einem Halbzeug,
– Herstellen einer Funktionsschicht aus einem üblichen pulverförmigen Funktionswerkstoff,
– Verpressen des Pulvers zu einem Grünling,
– Sintern des Grünlings in Kontakt mit Kupfer.

Hierbei weisen die Funktions- und Trägerschicht unterschiedliche Eigenschaften auf. Während die Funktionsschicht des Ventilsitzringes insbesondere im Hinblick auf die thermische Beanspruchung ausgelegt ist, weist die Trägerschicht die notwendige Festigkeit und verbesserte Wärmeleitfähigkeit auf. Dazu besteht der Trägerwerkstoff aus einem Eisen-Kupfer-Legierungspulver.
Die Trägerschicht setzt sich aus einem Eisen-Kupfer-Legierungspulver zusammen. Das Eisen liefert die Festigkeit und das Kupfer verbessert die Wärmeleitfähigkeit der Trägerschicht. Anschließend wird das Pulver der Trägerschicht zu einem Halbzeug verpresst. Hierbei lässt sich die Oberflächenneigung zur Innenkante des Ventilsitzringhalbzeugs den Anforderungen entsprechend anpassen. Der Neigungswinkel zur Horizontalebene liegt nach Lehre der Erfindung zwischen 20° und 40°. Somit lässt sich einstellen, an welchen Stellen die Funktionsschicht ggf. stärker oder schwächer ausgebildet ist. Durch den eingestellten zulaufenden Verlauf der Trägerschicht, lassen sich der Anteil und damit die Kosten der Funktionsschicht auf ein Minimum reduzieren. Dieses Halbzeug wird mit einem pulverförmigen Funktionswerkstoff bedeckt und anschließend zu einem Grünling verpresst. Dieser Grünling kommt während des Sinterprozesses mit Kupfer in Kontakt. Aufgrund der Poren des gepressten Grünlings dringt das flüssige Kupfer mittels der Kapillarwirkung in das Werkstück ein. Durch diese Form der Kupferanreicherung des Werkstückes wird die Wärmeleitfähigkeit bedeutend erhöht, während die tragende Funktion der Träger- und Funktionsschichten beibehalten wird.
Eine bevorzugte Ausführung des Verfahrens besteht darin, dass das Eisen-Kupfer-Legierungspulver der Trägerschicht mit einem Kupfer-Pulver kombiniert wird, wobei der Anteil des Kupfer-Pulvers an der Gesamtlegierung über 15 Gew.-% beträgt. Es hat sich überraschenderweise herausgestellt, dass bei dieser Vorgehensweise die tragenden Eigenschaften des Eisens nicht verloren gehen, wobei die Wärmeleitfähigkeit durch das Kupfer stetig steigt. Das Kupfer-Pulver verklebt die Eisen-Kupfer-Partikel miteinander, wobei letztere aufgrund des relativ geringen Anteils von bis zu 15 Gew.-% keinen inakzeptablen Einfluss auf die Festigkeit des Materials haben.
Eine besonders bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens sieht vor, dass das Eisen-Kupfer-Legierungspulver mit Graphit kombiniert wird, wobei der Anteil des Graphits an der Gesamtlegierung zwischen 0,5 und 1,5 Gew.-% beträgt. Die Schmierwirkung des Graphits verhindert ein Fressen der Oberfläche der Trägerschicht und erhöht somit die Lebensdauer des Ventilsitzringes.
Eine hilfreiche Ausführungsform des Verfahrens besteht darin, dass die Trägerschicht mittels eines Pressdrucks von 450 bis 700 MPa auf eine Dichte von 6,5 bis 7,5 g/cm³ zu einem Halbzeug komprimiert wird. Diese Parameter haben sich im Hinblick auf die Kupferinfiltration als unerwartet positiv herausgestellt, da die Größe der Poren einer Idealen für die notwendige Kapillarwirkung entspricht. Das zu infiltrierende Kupfer wird über diese Porenkanäle in das Werkstück geführt. Zu hohe Pressdrücke und Dichten verhindern ein Eindringen des Kupfers in das Werkstück, während zu niedrige Pressdrücke und Dichten nicht die notwendigen Festigkeitswerte für den Ventilsitzring herstellen lassen. Der Pressdruck nach Lehre der Erfindung wird gegenüber den herkömmlichen Pressdrücken reduziert, womit die Dichte der Grünlinge ebenfalls abnimmt. Durch die niedrigere Dichte entstehen mehr Poren, die durch die Kupfer-Infiltration gefüllt werden. Dies führt zu einer höheren Kupfer-Aufnahme per Infiltration als bislang üblich.
Besondere und komplexe Eigenschaften des Ventilsitzringes lassen sich durch das Verfahren einstellen, indem der Grünling mehrlagig geschichtet und verdichtet wird. Dies hat zwei wesentliche Vorteile. Zum einen wird an gering beanspruchten Positionen des Ventilsitzringes ein kostengünstiger Werkstoff verwendet. Zum anderen lassen sich die Eigenschaften durch Legierungszusammensetzung und Schichtdicke an unterschiedlichen Stellen entsprechend den jeweiligen Anforderungen anpassen.
Der Sinterprozess findet bei einer Temperatur von mehr als der Schmelztemperatur von Kupfer statt. Dies ermöglicht die Kupferinfiltration, wobei das geschmolzene Kupfer während des Sinterprozesses mittels Kapillarwirkung durch die geöffneten Poren in das Werkstück eindringt.
Das Kupfer kann dem Grünling zur Infiltration als Ring zugeführt werden.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 Schnittdarstellung des Ventilsitzringes;
2 Gefügeaufnahme der alten Trägerschicht;
3 Gefügeaufnahme der neuen Trägerschicht;
4 Diagramm zur Wärmeleitfähigkeit des gesamten Ventilsitzringes nach Stand der Technik und nach Lehre der Erfindung;
5 Diagramm zur Wärmeleitfähigkeit der Trägerschicht nach Stand der Technik und nach Lehre der Erfindung.
In 1 wird eine Schnittdarstellung eines Ventilsitzringes 1 gezeigt. Die Trägerschicht 2 bildet den volumetrischen Großteil des Ventilsitzringes 1. Die Funktionsschicht 3 befindet sich im oberen Bereich des Ventilsitzringes 1 und bildet im Wesentlichen die Auflagefläche für Ventile. Deutlich erkennbar ist die Neigung zwischen Trägerschicht 2 und Funktionsschicht 3, die möglichst parallel zur Auflagefläche für die Ventile entlang des Ventilsitzringes verläuft. An der Kontaktstelle der Trägerschicht 2 und der Funktionsschicht 3 bildet sich eine Diffusionsschicht 4. Die Diffusionsschicht 4 bildet sich insbesondere während des Sinterns des zuvor nur verpressten Grünlings.
In den 2 und 3 sind Gefügeaufnahmen der Trägerschicht 2 des Ventilsitzringes 1 dargestellt. 2 zeigt das Gefüge einer konventionellen Trägerschicht 2 nach Stand der Technik. Demgegenüber zeigt 3 eine Gefügeaufnahme der Trägerschicht 2 eines Ventilsitzringes 1 im Sinne der Erfindung. Deutlich erkennbar weist die Gefügeaufnahme der Trägerschicht 2 in 3 einen bedeutend höheren Kupferanteil auf. Der Kupferanteil ist in den 2 und 3 durch die hellen Flächen erkennbar. Die dunklen Flächen zeigen den Anteil des Eisen- bzw. Eisen-Kupfer-Anteils.
Die 4 und 5 zeigen Diagramme bezüglich der Wärmeleitfähigkeit der Ventilsitzringen 1 bzw. der Trägerschicht 2. Dabei erfolgt eine Gegenüberstellung der alten (Stand der Technik; SdT) und der neuen Fertigungsmethode (Lehre der Erfindung; LdE) der Ventilsitzringe 1. Die Wärmeleitfähigkeit wurde nach dem Laser-Flash-Verfahren an der RWTH Aachen gemessen.
Die 4 zeigt ein Diagramm der Wärmeleitfähigkeit fertiger Ventilsitzringe 1. Variante 1 weist im Vergleich zu Variante 2 eine andere Zusammensetzung der Funktionsschicht 3 auf. Die Funktionsschicht 3 wird nach Stand der Technik als bekannt vorausgesetzt. Die Zusammensetzung der Trägerschicht unterscheidet sich nach Stand der Technik und nach Lehre der Erfindung. Deutlich erkennbar liegt die Wärmeleitfähigkeit der Varianten 1 und 2 nach Lehre der Erfindung in hohem Maße über der Wärmeleitfähigkeit der Varianten 1 und 2 nach Stand der Technik.
Die 5 zeigt ein Diagramm der Wärmeleitfähigkeit von Trägerschichten 2 für zwei unterschiedliche Varianten von Funktionsschichten 3 von Ventilsitzringen 1. Es zeigt sich, dass die Wärmeleitfähigkeit der herkömmlichen Trägerschicht 2 nach Stand der Technik ab 48 W/m·K mit steigender Temperatur abnimmt. Demgegenüber hält sich die Wärmeleitfähigkeit der Trägerschicht 2 für beide Varianten nach Lehre der Erfindung gemittelt leicht über 70 W/m·K. Bei einer Temperatur von 500°C liegt die Wärmeleitfähigkeit der Varianten 1 & 2 nach Lehre der Erfindung (etwa 70 W/m·K) 46 Gew.-% über der Wärmeleitfähigkeit der Varianten 1 & 2 nach Stand der Technik (etwa 38 W/m·K).
Die Erfindung wird durch das nachfolgende Beispiel näher erläutert:
Beispiel:
Die Trägerschicht wird aus einem Trägerwerkstoff bei 550 MPa zu einem Halbzeug verpresst. Der Trägerwerkstoff besteht dabei aus einer Kombination aus Kupfer-Pulver und Eisen-Kupfer-Legierungspulver. Dabei hat die Trägerschicht die Form eines Rings, der eine nach innen stark abfallende Neigung aufweist. Anschließend wird dieses Halbzeug mit einem Funktionswerkstoff in Pulverform bedeckt und zu einem Grünling verpresst, womit auch die Funktionsschicht entsteht. Dieser Grünling wird bei 1100°C gesintert, wobei Kupfer in Drahtform hinzugegeben wird. Dieses Kupfer schmilzt und wird über die Kapillarwirkung in den im Sinterprozess befindlichen Grünling gezogen. Der fertige Ventilsitzring hat in der Trägerschicht eine Legierungszusammensetzung von 1,2 Gew.-% C, 0,3 Gew.-% Mn, 0,2 Gew.-% S und 35 Gew.-% Cu und in der Funktionsschicht eine Legierungszusammensetzung von 1,1 Gew.-% C, 9,7 Gew.-% Co, 1,4 Gew.-% Mo, 2,5 Gew.-% Ni, 3,0 Gew.-% Cr, 0,5 Gew.-% Mn, 0,5 Gew.-% S und 19,0 Gew.-% Cu, wobei die Kupfer-Anteile aus der Eisen-Kupfer-Legierung, dem Kupfer-Pulver und der Kupfer-Infiltration zusammengefasst sind.
Der gefertigte Ventilsitzring hat eine hohe Festigkeit, bei gleichzeitig guter Wärmeleitfähigkeit und Schmierfähigkeit.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 6145720 A [0002]

Claims

Pulvermetallurgisch hergestellter Ventilsitzring mit einer Trägerschicht (2) und einer Funktionsschicht (3), dadurch gekennzeichnet, dass der Trägerwerkstoff der Trägerschicht (2) eine Wärmeleitfähigkeit größer 55 W/m·K hat.
Pulvermetallurgisch hergestellter Ventilsitzring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Trägerwerkstoff der Trägerschicht (2) eine Wärmeleitfähigkeit größer 65 W/m·K, insbesondere größer 70 W/m·K, hat.
Pulvermetallurgisch hergestellter Ventilsitzring nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Trägerwerkstoff eine Eisen-Kupfer-Legierung enthält.
Pulvermetallurgisch hergestellter Ventilsitzring nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kupfer-Anteil der Eisen-Kupfer-Legierung über 5 Gew.-%, insbesondere bei etwa 10 Gew.-%, liegt.
Pulvermetallurgisch hergestellter Ventilsitzring nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Trägerwerkstoff eine Mischung aus der Eisen-Kupfer-Legierung und Kupfer-Pulver enthält.
Pulvermetallurgisch hergestellter Ventilsitzring nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil des Kupfer-Pulvers zwischen 5 und 15 Gew.-%, insbesondere bei etwa 10 Gew.-%, liegt.
Pulvermetallurgisch hergestellter Ventilsitzring nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Trägerwerkstoff und/oder der Funktionswerkstoff Kupfer enthält, das per Infiltration zugeführt worden ist.
Pulvermetallurgisch hergestellter Ventilsitzring nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch einen Gesamt-Kupfergehalt von mehr als 25 Gew.-%.
Pulvermetallurgisch hergestellter Ventilsitzring nach einem der vorgenannten Ansprüche, mit einem die Trägerschicht (2) bildenden Trägerwerkstoff aus 0,5 bis 1,5 Gew.-% C 0,1 bis 0,5 Gew.-% Mn 0,1 bis 0,5 Gew.-% S > 25 bis 40 Gew.-% Cu Rest Fe.
Pulvermetallurgisch hergestellter Ventilsitzring nach einem der vorgenannten Ansprüche, mit einem die Funktionsschicht (3) bildenden Funktionswerkstoff aus 0,5 bis 1,2 Gew.-% C 6,0 bis 12,0 Gew.-% Co 1,0 bis 3,5 Gew.-% Mo 0,5 bis 3,0 Gew.-% Ni 1,5 bis 5,0 Gew.-% Cr 0,1 bis 1,0 Gew.-% Mn 0,1 bis 1,0 Gew.-% S 8,0 bis 22,0 Gew.-% Cu Rest Gew.-% Fe.
Pulvermetallurgisch hergestellter Ventilsitzring nach einem der Ansprüche 1 bis 9, mit einem die Funktionsschicht (3) bildenden Funktionswerkstoff aus 0,5 bis 1,5 Gew.-% C 5,0 bis 12,0 Gew.-% Mo 1,5 bis 4,5 Gew.-% W 0,2 bis 2,0 Gew.-% V 2,2 bis 2,8 Gew.-% Cr 0,1 bis 1,0 Gew.-% Mn 0,1 bis 0,5 Gew.-% S 12,0 bis 24,0 Gew.-% Cu Rest Gew.-% Fe.
Verfahren zur pulvermetallurgischen Herstellung eines Ventilsitzringes, aufweisend eine Trägerschicht (2) aus einem Trägerwerkstoff sowie eine Funktionsschicht (3) aus einem Funktionswerkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 11, mit den nachfolgenden Schritten – Herstellen einer Trägerschicht (2) mit einem Trägerwerkstoff aus einem Eisen-Kupfer-Legierungspulver – Gegebenenfalls Verpressen des Pulvers der Trägerschicht (2) zu einem Halbzeug – Herstellen einer Funktionsschicht aus einem üblichen pulverförmigen Funktionswerkstoff – Verpressen des Pulvers zu einem Grünling – Sintern des Grünlings in Kontakt mit Kupfer.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Eisen-Kupfer-Legierungspulver der Trägerschicht (2) mit Kupfer-Pulver kombiniert wird, wobei der Anteil des Kupfer-Pulvers in der Trägerschicht 5 Gew.-% bis 15 Gew.-% beträgt.
Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Eisen-Kupfer-Legierungspulver mit Graphit kombiniert wird, wobei der Anteil des Graphits an der Trägerschicht zwischen 0,5 und 1,5 Gew.-% beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerschicht (2) mittels eines Pressdrucks von 450 bis 700 MPa auf eine Dichte von 6,5 bis 7,5 g/cm³ zu einem Halbzeug komprimiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Grünling mehrlagig geschichtet und verdichtet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das zu infiltrierende Kupfer als Ring zugeführt wird.