制造阀座环的方法技术

本发明专利技术涉及一种用于由第一材料(2)和第二材料(3)制造阀座环(4)的方法，其中，通过使金属熔体雾化来处理所述两种材料(2,3)，以便它们具有大约5至13μm的平均颗粒尺寸，现在将粉末状的材料(2,3)分别加工为具有基本上小于300μm，优选小于150μm，并且大于15μm的颗粒尺寸的可流动的颗粒，将1至5％的重量的比例或有机冲压添加剂混合，将两种颗粒相继填充到冲压工具中并且随后以400<p<700MPa的压力(p)单轴冲压，通过以50℃<t<700℃的加热移除有机冲压添加剂，对阀座环(4)进行预烧结和最终烧结。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用第一材料和第二材料制造阀座环的方法。本专利技术额外涉及根据所述方法制造的阀座环。
技术介绍
在Thomazic,A…Kamdem,Y.:“通过传统的粉末冶金的双材料成分的制造”，PM2010世界冶金大会-用于改善PMII的工具-设计测试&评估；Bouvard,Didier(GrenobleINP/CNRS)“通过传统的粉末冶金的双材料成分的制造”，Vol.5,p.25，全部描述了双材料的粉末冶金制造，即，由两种不同的材料构成的部件。因此，能够将两种不同的材料相继地填充到空腔中并且随后将这些共同处理为可控体(坯体)。在已描述的情况中，铁基WC硬金属(WC-Fe)的硬且固态的成分被用作第一材料，并且坚韧的铁基材料(Fe)用作第二材料。在例如WC-Fe的情况下处于600MPa的压缩导致69％TD的坯材密度，并且在富铁材料的情况下为74％TD(TD：材料的理论密度)。在600MPa的接合单轴冲压后，成型体被创建，这在烧结之后允许两种材料的复合。为了评估冲压预备的颗粒的适合性并且为了理解两种材料的复合物的形成，密度曲线被测量。一方面所选择的粉末复合物被选择以便初始的材料密度只是略微不同，并且在烧结期间这些增加至大致与密度端值相同。能够观察到密度改变的曲线在中间温度的范围中明显不同。必然地，这必然导致两种材料的结合区域中的机械应力。而且描述了相关的两种材料首先在层压体的创建期间被填充到空腔中，这指示了材料与模具之间的材料相互作用。然而，冲压之后的密度分布的评估以及在烧结之后的成分中观察到的裂缝示出了由两种材料制造阀座环的粉体技术在技术上能够掌握只是具有难度。然而，存在许多应用，其中这样的材料结合会提供技术上的益处。
技术实现思路
本专利技术因此解决如下问题：说明一种改进的方法，通过该方法阀座环能够由两种材料制造，而不具有现有技术中已知的缺点。根据本专利技术，所述问题通过独立权利要求1的主题解决。有益的实施例为从属权利要求的主题。本专利技术基于如下的主要构思：首先选择功能材料制造阀座环，所述功能材料作为阀座环已经得到了证明，特别是在内燃机的汽缸盖中的恶劣的条件下。在下一个步骤中，选择第二材料，其在粉体技术加工中-特别是通过烧结-允许在接合区域中与第一材料结合而没有损坏，并且由于其机械性能，诸如足够的耐热性，类似的膨胀系数等，而能够用作第一(功能)材料的载体。在根据本专利技术的阀座环中，由两种材料制造出高质量的粉末和颗粒，提供了技术上的前提条件以通过冲压和烧结将相应的双材料制造为层部件。根据本专利技术，第一材料包括大约15至30％的重量的钼、大于5至30％的铬、0至5％的重量的硅、0至2％的重量的碳、和达到5％的重量的其他元素以及其余比例的钴，并且第二材料包括大约10至12％的重量的铬、0.4至0.8％的重量的锰、0.5至1％的重量的硅、0.5至0.9％的重量的碳、大约3％的重量的其他元素以及其余的铁。通过对金属熔体进行雾化来制造两种材料，其结果是它们达到大约5至13μm的平均颗粒尺寸。在此之后，粉末状的材料分别被加工为具有基本上小于300μm，优选小于150μm，并且大于15μm的颗粒尺寸的可流动的颗粒，特别是通过流化床造粒(fluidisedbedgranulation)、喷雾干燥或筛选造粒(spraydryingorscreengranulation)的方式处理，其中1至5％，特别是4％的重量比例的处于长链烃(烷烃)的形式的有机冲压添加剂，这在内部使颗粒结合并且同时有助于粉末颗粒彼此的滑离以及关于冲压模具的壁被引入。两种颗粒现在被相继填充到冲压工具中并且随后在单个轴中以400<p<700MPa的压力冲压，在此期间有机冲压添加剂通过以50℃<t<700℃的加热而被移除。阀座环现在被预烧结并且随后最终烧结，其中预烧结特别是以1110℃<t<1130℃的温度执行，并且随后以大约1240℃的温度最终烧结。在特别优选的实施例中，包括如下元素的合金被选择为第一材料：23％的重量的钼、16％的重量的铬、1％的重量的硅、2％的重量的铁、0.5％的重量的碳、大约3％的重量的其他元素以及其余为钴。作为第二材料，选择包含11％的重量的铬、0.6％的重量的锰、0.7％的重量的硅，0.7％的重量的碳、大约2％的重量的其他元素以及其余为铁的合金。这些通过已知的方法使用通过将金属熔体雾化而获得的大约5至13μm的平均颗粒尺寸而被加工为高质量的粉末。一旦这些粉末已经被加工为可自由流动的颗粒(填充密度：大约2.4g/cm3；颗粒尺寸：<150μm(100目)并且优选大于15μm，具有1至5％的重量比例的有机物成分(冲压添加剂))，两种粉末被相继填充到冲压工具(环)中并且随后以400至700MPa的压力p接合地单轴冲压。根据所使用的冲压压力，它们在65至大约80％TD(TD：材料的理论密度)的各个层中达到相对的材料密度。为了制造这样的对应于最小应用需要(高强度、没有开放的孔隙率)的材料，它们首先从结合剂中释放(移除有机添加剂，特别是在从50℃至大约700℃的温度范围中的冲压辅助)并且烧结以便两种成分至少达到93％TD(TD：材料的理论密度)的密度。为了使其得到确保，需要大约6至12％的线性收缩量。在“烧结”期间，颗粒更加靠近地移动到一起并且保持在该位置。这通过在所有空间方向上改变长度来完成，在此改变6至12％。通过同样的质量(结合剂被移除)，容积被减小并且因此将密度增加至所述的93％TD的数值。在该过程中，颗粒间的空腔(孔)被大大地减小7至0％，这对应于93至100％TD的密度。其中除了出现在材料之间的该界面，所述界面不具有任何破坏(裂缝、硬或脆的结合)，实现了来自两种不同材料的阀座环的可靠的粉体技术制造。除了双材料成分的实际制造，上述的钴基合金材料与铁基材料的结合额外地提供了出乎意料并且因此关于根据现有技术的由钴合金支撑的铸造阀座环的技术上使用的版本的意想不到的益处。通过这些材料的精良的结合，即“简单、花费有效、低耐热性”和“复杂、昂贵和耐热性”，这在线性热膨胀系数(CTE)、导热率(WLF)、弹性模量和剪切模量以及以期望的方式的应用温度的区域中的蔓延特性方面是不同的，实现了相比于在过去已经被认为是部分地适合应用的铸造钴基材料阀座环提供更好的功能特性。这在松弛性能的比较中-即，技术使用的过程期间阀座环的形状和尺寸的改变，在相同运转条件下的钴基(铸造或烧结的)上的纯功能材料(第一材料)与烧结后的钴基/铁基阀座环(双材料)的比较中得到了表明。具体地，相比于纯功能材料的阀座环的“重叠”通过所使用的结合材料较小苛刻地减小，这提供了相对于从由于松弛的结果的汽缸盖的安装孔的“冲突”(压配合)更大的安全性。在具体的情况中，例如在内燃机的排气阀的情况中，需要将阀座环(VSR)冲压为预制的并且精确定位的汽缸盖的孔。制造之后，阀座环具有限定的大直径(+20至大约+80μm)-相比于孔-也称作“重叠”。对于阀座环的安装，阀座环例如冷却至其“冷”直径小于“暖”状态下的孔的直径。因此，其能够容易地冲压为准备好的孔。在阀座环和汽缸盖的温度的前提条件之后，阀座环以应力的预计算的状态压配合，并且因此相对于冲突是得到保证的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于由第一材料(2)和第二材料(3)制造阀座环(4)的方法，所述第一材料(2)具有大约15至30％的重量的钼、大约5至30％的重量的铬、0至5％的重量的硅、0至2％的重量的碳、和达到5％的重量的其他元素并且剩余的比例为钴，而所述第二材料(3)具有10至12％的重量的铬、0.5至0.8％的重量的锰、0.5至1％的重量的硅、0.5至0.9％的重量的碳、大约3％的重量的其他元素并且其余为铁，所述方法包括：‑通过使金属熔体雾化来处理所述两种材料(2,3)，以便它们具有大约5至13μm的平均颗粒尺寸，‑现在将粉末状的材料(2,3)分别加工为具有基本上小于300μm，优选小于150μm，并且大于15μm的颗粒尺寸的可流动的颗粒，‑将1至5％的重量的有机冲压辅助物的成分混合，将两种颗粒相继填充到冲压工具中并且随后以400<p<700MPa的压力(p)单轴冲压，‑通过以50℃<t<700℃的加热移除有机冲压添加剂，‑对阀座环(4)进行预烧结和最终烧结。

【技术特征摘要】
2015.06.23 DE 102015211623.91.一种用于由第一材料(2)和第二材料(3)制造阀座环(4)的方法，所述第一材料(2)具有大约15至30％的重量的钼、大约5至30％的重量的铬、0至5％的重量的硅、0至2％的重量的碳、和达到5％的重量的其他元素并且剩余的比例为钴，而所述第二材料(3)具有10至12％的重量的铬、0.5至0.8％的重量的锰、0.5至1％的重量的硅、0.5至0.9％的重量的碳、大约3％的重量的其他元素并且其余为铁，所述方法包括：-通过使金属熔体雾化来处理所述两种材料(2,3)，以便它们具有大约5至13μm的平均颗粒尺寸，-现在将粉末状的材料(2,3)分别加工为具有基本上小于300μm，优选小于150μm，并且大于15μm的颗粒尺寸的可流动的颗粒，-将1至5％的重量的有机冲压辅助物的成分混合，将两种颗粒相继填充到冲压工具中并且随后以400<p<700MPa的压力(p)单轴冲压，-通过以50℃<t<700℃的加热移除有机冲压添加剂，-对阀座环(4)进行预烧结和最终烧结。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述阀座环(4)在1110℃<t<1130℃的温度预烧结，并且在大约1240℃的温度最终烧结。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于所述粉末状的材料(2,3)通过流化床造粒、喷雾干燥或筛选造粒的方式加工为分别具有基本上小于300μm，优选小于150μm，并且大于15μm的颗粒尺寸的可流动的颗粒。4.根据前面的权利要求中任一项所述的方法，其特征在于对于所述第一材料(2)使用具有22至24％的重量的钼、15至17％的重量的铬、0.5至1.5％的重量的硅、1.5至2.5％的重量的铁、0.3至1％的重量的碳、大约4％的重量的其他元素并且其他为钴的合金。5.根据前面的权利要求中任一项所述的方法，其特征在于对于所述第二材料(3)使用具有10至12％的重量的铬、0.4至0.8％的重量的锰、0.5至1％的重量的硅、0.5至0.9％的重量的碳、大约3％的重量的其他元素并且其他为铁的钢。6.根据前面的权利要求中任一项所述的方法，其特征在于对于所述第一材料(2)使用具有23％的重量的钼、16％...

【专利技术属性】
技术研发人员：克里斯托弗·贝伦斯，海科·黑肯多恩，罗兰·舍尔，克劳斯·温特里希，
申请(专利权)人：马勒国际有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE