DE10016830A1 - Sintered molded part produced by powder metallurgy - Google Patents

Sintered molded part produced by powder metallurgy

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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

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 sintered molded part produced by powder metallurgy high temperature and wear resistance, especially a valve seat insert for internal combustion engines is.

Einlaß- und Auslaßventile für Verbrennungsmotoren müssen hohen Anforde­ rungen 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 ge­ recht werden. Ventile und Ventilteile sind entsprechend in der Fertigung immer aufwendiger geworden, was sich auf die Material- und Verarbeitungskosten nie­ dergeschlagen hat.Inlet and outlet valves for internal combustion engines have to meet high requirements temperature resistance and wear resistance are sufficient. Ins especially for high-compression, modern engines with multi-valve technology and electronic control it has become increasingly a problem, materials to find that the high temperatures prevailing at the outlet in the long term ge be right. Valves and valve parts are always in production accordingly become more complex, which never affects the material and processing costs who struck.

Für die Fertigung von Ventilsitzringen werden vielfach pulvermetallurgische Verfahren eingesetzt. Gründen hierfür sind die gute Steuerbarkeit der Zusam­ mensetzung 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 metallurgy is often used for the manufacture of valve seat inserts Procedure used. The reasons for this are the good controllability of the together composition and structure, high manufacturing accuracy with low Tolerances, the good adjustability of the properties and in particular a 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 inserts for exhaust valves, where there is a high temperature and wear resistance solid lubricant-containing materials of the COMO family set the standard. It 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 inserts made from this have proven themselves in many cases proven, but are in terms of production and mechanical processing extremely costly.

Hinzu kommt ein relativ hoher Kobaltgehalt. Kobalt ist ein verhältnismäßig teurer Rohstoff, der zudem wegen ungünstigen Verteilung der Vorkommen krisenanfällig ist.In addition, there is a relatively high cobalt content. Cobalt is a relatively expensive one Raw material, which is also because of the unfavorable distribution of the deposits is prone to crises.

Es besteht deshalb das Bestreben, Werkstoffe zu finden, die mit wenig oder ohne Kobalt auskommen.There is therefore an effort to find materials with little or do without 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 schleißverhalten und die mechanische Bearbeitbarkeit entscheidend ver­ bessern.The requirements of the motor vehicle and engine manufacturers in particular Seat rings for exhaust valves is inexpensive to manufacture at high Thermal conductivity and wear resistance. Above all, this requires the Exchange of expensive raw materials. A high wear resistance can be achieved through the Storage of hard phases can be achieved. High thermal conductivity will by largely excluding pores and, if necessary, by Mixing or infiltration of copper achieved. Are of particular importance the microstructure of the material in the valve seat insert, its hardness and its Density. Solid lubricants and other additives can in particular the Ver wear behavior and mechanical machinability are decisive improve.

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 insert produced by powder metallurgy consists of a matrix of Fe and / or Cu and embedded hard phases and solid lubricants. Metal carbides or intermetallic hard phases (WO-A-97/30808), for example, are suitable as hard phases. Customary solid lubricants are MnS, CaF 2 , BN and especially MoS 2 or its reaction products under powder-metallurgical sintering conditions.

Bei der Entwicklung von Ventilsitzringen ist das Anwendungsgebiet zu berück­ sichtigen. Während für Benzinmotoren und niedrig belastete Dieselmotoren das Temperaturverhalten weitgehend durch Maßnahmen zur Erhöhung der Wärme­ leitfähigkeit 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 inserts sight. While for gasoline engines and low-load diesel engines that Temperature behavior largely through measures to increase the heat conductivity can be controlled, these measures are for motors for liquefied petroleum gas (LPG), natural gas (CNG) and at High-performance diesel engines are not always sufficient. The latter also applies to thermally highly stressed motors with multi-valve technology. With diesel engines there are also higher operating pressures.

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 is based on the object, in particular with valve seat rings high temperature and wear resistance for modern high-performance engines to provide that accessible with proven powder metallurgical processes and are inexpensive to manufacture.

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 task is achieved with a sintered molded part of the type mentioned at the beginning solved that from a molybdenum-phosphorus-carbon steel powder (Mo-P-C powder) and at least one other, 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 are in particular as valve seat rings applicable. But they can also be used for other parts, in particular tribological parts are used in engine and transmission construction.

Die Sinter-Formteile enthalten wenigstens zwei Stahlkomponenten, deren Zusammenwirken die hohe Temperatur- und Verschleißbeständigkeit aus­ machen. 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 moldings contain at least two steel components, their The high temperature and wear resistance work together do. 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 im essential phosphorus-free steel powder. These two components make up the Matrix with embedded hard phases from, among others, Metal carbides. the Mo-P-C steel component ensures an extraordinarily good one Dimensional accuracy of the molded parts produced therewith, which by the second Steel component alone cannot be achieved. It also affects 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. The sintered molded parts according to the invention are essentially free of cobalt. Of the Term "essentially free" in connection with alloy components states that these ingredients are not added deliberately and only in the usually unavoidable amounts are present.

In den zum Einsatz kommenden Pulvermischungen 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.-%.In the powder mixtures used, the steel powder and the carbon at least 50% by weight, preferably at least 60% by weight the end; the rest can, for example, consist of solid lubricant, iron-copper Alloy and other additives exist. When using Copper powder to improve thermal conductivity is made up of Steel powder and carbon powder of at least 75% by weight and preferably at least 85% by weight, preferably in the case of copper-free sintered molded parts at least 85 and especially 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, but primarily MoS 2 , which is present in amounts of at most 5.0% by weight, can be used as the solid lubricant.

Das erfindungsgemäß zum Einsatz kommende Mo-P-C-Pulver enthält vorzugs­ weise 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-P-C powder used according to the invention preferably contains 0.5 to 1.5% by weight C, 3.0 to 15% by weight Mo, 0.2 to 1.0% by weight P, remainder Iron and inevitable impurities. Mo-P-C steel powder like it here can be used 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 a high-speed steel powder contains, for example, 0.5 to 1.0% by weight C, 5.0 to 10% by weight W, 3.0 to 8.0% by weight Mo, 1.0 to 3.0% by weight .-% V, 2.0 to 6.0% by weight Cr and possibly small proportions of cobalt. A high-speed steel that can be considered has the designation AISI M3 / 2 (DIN S-6-5-3), for example. Mo-PC powder and high-speed steel powder are expediently used in a weight ratio of 40:60 to 60:40. The powder mixture expediently 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 powder metallurgy made from such a powder mixture sintered In addition to extremely high wear resistance, molded part has the for High performance diesel engines required high temperature resistance and Stability on.

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 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 wt% Mn and 0.1 to 1.4 wt% Ni can be obtained. In this case, the ratio of Mo-PC powder to powder of phosphorus-free steel is expediently 50:50 to 5:95 by weight. The proportion of added carbon is 0.1 to 1.5% by weight, and that of added solid lubricant is 1.0 to 3.5% by weight of 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 otherwise stated.

Es versteht sich, daß zur Erzielung besonderer Effekte, insbesondere zur Aus­ bildung von Hartphasen, weitere Metalle zugemischt werden können, beispiels­ weise 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 off Formation of hard phases, other metals can be added, 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 that for its production Related metal powders can have roughly the following composition in total 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 remainder Fe. Small amounts of Co and / or Ni, less than 2.0% by weight, can be used in the range the other elements be present.

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 Infil­ tration in das fertige Formteil eingebracht werden, als auch in Form von Kupfer­ pulver oder Pulver einer Kupfereisenlegierung in der zur Herstellung verwandten Pulvermischung. Letzteres ist aus Kostengründen bevorzugt.In particular, sintered molded parts made from Mo-P-C powder and low-alloy Steel powder can improve thermal behavior from 2.0 to Contain 20% by weight of Cu. This copper content can be infiltrated tration can be introduced into the finished molded part, as well as in the form of copper powder or powder of a copper-iron alloy in the used for production Powder mix. The latter is preferred for reasons of cost.

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 Stahl­ komponente 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 goes without saying that, according to the invention, mixtures of several steel powders can also be used can be used. This applies to both the Mo-P-C steel powder where For example, the content of molybdenum or phosphorus can be varied, such as also high-speed steel or low-alloy steel. As phosphorus-free steel In addition to M3 / 2 (DIN S-6-5-3), the component is a steel of the type SAE4701 preferred. In any case, the steel powders are completely alloyed Powder.

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 that give the material the necessary Lend lifetime. Chromium, vanadium and tungsten can be used for variation of the property spectrum are added, but are not necessarily 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 molded parts according to the invention produced by powder metallurgy can be produced by conventional press-sintering processes. This includes powder forging, although not absolutely necessary. In general, compression to 7.0 g / cm 3 is sufficient for valve seat inserts, 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 achieved in particular by adding copper to the alloy, and the associated reduction in the pore volume, there is also an improvement in the thermal conductivity and thus in the temperature behavior. This also increases the stability.

Die erfindungsgemäßen Formteile können zwar aus den entsprechenden Ele­ mentpulvern hergestellt werden, jedoch hat es sich gezeigt, daß bei Verwen­ dung 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.The moldings according to the invention can indeed from the corresponding Ele ment powders are produced, but it has been shown that when Verwen When it comes to finished alloy steels, products with superior properties can be obtained will. The use of atomization processes is particularly preferred produced metal powders of irregular shape, similar to those made from them Give the pressed part a certain internal cohesion through toothing can. To improve the processability, reduce the ver wear in the presses and to improve cohesion Customary auxiliaries are 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.Spattered steel powders with an average diameter of less than 150 µm, preferably down to 50 µm. carbon is conveniently used as graphite with an average grain size of less blended than 10 µm or less. The Mo-P-C steel powder like it here can be used 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 different Shaped bodies can be used as valve seat rings for inlet and outlet valves. Molded parts according to the invention can, in addition to valve seat inserts, in particular Cams / support rings for camshafts or rocker arm plates and inserts for Bucket tappets in the cam follower system or others for wear Tribological parts exposed to high temperatures.

Die erfindungsgemäßen Sinter-Formkörper werden aus dem vorgemischten Pulver wie folgt hergestellt: Zunächst wird der Rohling aus dem Pulver unter Zuhilfe eines üblichen Wachses als Gleitmittel unter üblichen Preßdrücken zu Formlingen mit einer ausreichenden Dichte verpreßt. Der Preßdruck liegt zweckmäßigerweise zwischen 500 und 900 MPa. Nach dem Pressen wird das Produkt zunächst unter einer Wasserstoff-Stickstoff-Schutzgasatmosphäre bei einer Temperatur von 500 bis 750°C entwachst und anschließend in einem Ofen bei einer Temperatur von mehr als 900°C, vorzugsweise mehr als 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.The sintered molded bodies according to the invention are made from the premixed Powder made as follows: First, the blank is made from the powder under With the aid of a customary wax as a lubricant under customary pressing pressures Moldings pressed with a sufficient density. The pressure is on expediently between 500 and 900 MPa. After pressing it will Product initially under a hydrogen-nitrogen protective gas atmosphere a temperature of 500 to 750 ° C and then dewaxed in one Oven at a temperature of more than 900 ° C, preferably more than 1000 ° C and in particular up to 1150 ° C sintered. Pressures and temperature depend essentially on the desired density of the molded part and on the composition of the powder. After cooling down, the Parts heat-treated and subjected to the necessary post-treatments.

Beispiel 1example 1

Für einen erfindungsgemäßen Sinterkörper wurde die folgende Pulvermischung nach Gewicht hergestellt:
For a sintered body according to the invention, the following powder mixture was produced by weight:

50 Gew.-%50 wt% Mo-P-C-PulverMo-P-C powder 46,76 Gew.-%46.76 wt% SchnellstahlpulverHigh speed steel powder 3,0 Gew.-%3.0 wt% MoS2 MoS 2 0,24 Gew.-%0.24 wt% Kohlenstoff.Carbon.

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.The molybdenum-phosphorus-carbon steel had the composition 1.3% by weight carbon, 9.91% by weight molybdenum, 0.59% by weight phosphorus, remainder: Iron. The high-speed steel powder consisted of 0.8% by weight of carbon, 6.66% by weight tungsten, 5.4% by weight molybdenum, 1.5% by weight vanadium, 4.49% by weight chromium, remainder: 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 molybdenum, 0.91% by weight vanadium, 2.1% by weight chromium, 0.29 wt% phosphorus and 1.2 wt% 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-Familie (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 , the hardness after sintering was 370 to 420 HB. After heat treatment and finishing, the valve seat inserts produced in this way showed excellent temperature and wear behavior. The hot hardness of the material according to the invention (MS XXX) is shown in the accompanying figure for the temperature range 20 ° C to 600 ° C. For comparison, the hot hardness values 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 2Example 2

Analog zu Beispiel 1 wurde ein Formteil aus Analogously to Example 1, a molded part was made

54,8 Gew.-%54.8% by weight Cr-StahlCr steel 5,0 Gew.-%5.0% by weight Mo-P-C-StahlMo-P-C steel 1,0 Gew.-%1.0 wt% MoS2 MoS 2 36 Gew.-%36 wt% FeCu-LegierungFeCu alloy 2,0 Gew.-%2.0 wt% MoMon 1,2 Gew.-%1.2 wt% CC.

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 of iron and 20 parts by weight of copper. With 97% by weight of iron, the Cr steel had a chromium content of 3.0% by weight. 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 was obtained . The hardness of the sintered molded 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 inserts made from this were for use in passenger car gasoline engines excellently suited.

Claims (19)

1. Pulvermetallurgisch hergestelltes Sinter-Formteil, insbesondere Ventilsitzring für Kraftfahrzeuge, mit hoher Temperatur- und Verschleißfestigkeit, dadurch gekennzeichnet, 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 molded 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 other, essentially phosphorus-free Steel powder in a weight ratio of 5:95 to 60:40, as well as 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 in 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 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.-% beträgt.4. Molding according to claim 3, characterized in that the proportion the steel powder is at least 60% by weight. 5. Formteil nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, 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% by weight MoS 2 . 7. Formteil nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, 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 ge indicates that the Mo-P-C powder by weight 0.5 to 1.5% C, 3.0 to Contains 15.0% Mo and 0.2 to 1.0% P. 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 ge indicates 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 consists of Mo-P-C powder and high-speed steel powder in a weight ratio of 40: 60 to 60:40 is available. 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% by weight of carbon. 11. Formteil nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekenn­ zeichnet, 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 gekenn­ zeichnet, 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. Molding according to one of claims 8 to 11, characterized indicates 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 Contains 6.0% by weight Cr, the remainder iron and unavoidable 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. Molding according to one of claims 1 to 7, characterized 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 wt% Mn, 0.1 to 1.4 wt% Ni, the remainder iron and unavoidable Admixtures is. 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 50:50 to 5:95 amounts to. 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 gekenn­ zeichnet, 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. Molding according to one of the preceding claims, characterized characterized in that it contains 0.5 to 2.0% C, 5.0 to 16.0% Mo, 0.2 up 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% other elements, remainder Fe, contains. 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 characterized in that it contains 2.0 to 20% by weight of Cu. 19. Formteil nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß es aus einer Pulvermischung erhältlich ist, die Kupferpulver oder Pulver einer Kupfer­ legierung zugemischt enthält.19. Molding according to claim 18, characterized in that it consists of a powder mixture is available, the copper powder or a copper powder Alloy contains mixed in.
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