CS274196B1 - Valve seat for internal combustion engines and method of its thermal treatment - Google Patents

Description

Vynález se týká materiálového složení sedel sacích a výfukových ventilů spalovacích motorů, pracujících s výhodou na bezolovnatý benzin a způsobu jejich tepelného zpracování.

Dosud známá sedla ventilů spalovacích motorů, určených pro spalování bezolovnatého paliva, vyrábějí se z ocelových prášků, které se kovou při vysokých teplotách v přesných zápustkách v prostředí inertních plynů. Nevýhodou této technologie je její složitost, která spočívá ve výrobě prášků různých komponentů, vysoké ceně a pracnosti přesných zápustek, spotřebě inertních plynů a elektrické energie, potřebné k přetavení oceli a mechanickému nebo tepelnému postupu výroby kovacích prášků. Dále jsou známá sedla ventilů spalovacích motorů pro spalování bezolovnatého benzinu, vyrobená ze speciální šedé litiny, u které je jako legury ke zvýšení odolnosti proti opotřebení použito wolframu. Nevýhodou tohoto typu chemického složení materiálu sedla ventilu je skutečnost, že wolfram, který má vliv na vznik přechlazeného grafitu, vytváří karbid wolframu, který negativně ovlivňuje obrobitelnost povrchových ploch sedla a zároveň vzhledem ke tvaru grafitu nezajišťuje v plné míře požadované mazací vlastnosti materiálu. Mimo to zvýšená povrchová tvrdost nad 40 HRc v důsledku vypuštění popouštění nebo při popouštění za nižších teplot nepříznivě ovlivňuje obrobitelnost povrchové plochy sedel ventilů a současně klade vyšší požadavky na kvalitu obráběcích nástrojů. Z dalších materiálů používaných pro výrobu sedel ventilů spalovacích motorů pro bezolovnatý benzin je známá speciální litina 3 obsahem uhlíku vyšším, než 3,8 % hmot., u které je proti známému stavu techniky použito jako legujícího prvku cínu. Nevýhodou těchto materiálů jsou vyšší výrobní náklady a kromě toho se při zvýšeném obsahu uhlíku nad 3,8 % hmot. vylučuje v průběhu licího procesu zvýšené množství volného grafitu, který sice částečně příznivě ovlivňuje odolnost proti opotřebení, ale na druhé straně způsobuje snížení pevnosti základní kovové hmoty a tedy i odolnosti proti rázům, což je z hlediska funkce sedel ventilů krajně nežádoucí.

Uvedené nevýhody dosud známých materiálů jsou odstraněny sedlem spalovacích motorů, určeným s výhodou ke spalování bezolovnatého benzinu a vyrobeným ze speciální šedé litiny, s maximálním obsahem síry do 0,1 % hmot., tím způsobem, že chemické složení jeho materiálu je tvořeno kombinací následujících prvků:

3.20 až 3,80 % hmot. uhlíku

2.20 až 3,80 % hmot. křemíku

0,60 až 1t00 % hmot. manganu

0,30 až 0,60 % hmot. fosforu

1,10 až 1,60 % hmot. chrómu

0,30 až 0,60 % hmot. niklu

1,10 až 1,60 % bmot. molybdenu

0,60 až 1,00 % hmot. mědi

0,10 až 0,30 % hmot. vanadu zbytek železo.

Odlitek sedla ventilu se potom ohřeje na teplotu 550 až 580 °C, na této teplotě se ponechá po časový interval 90 minut a po této době následuje volné ochlazování na vzduchu.

Použitím sedel ventilů u spalovacích motorů, pracujících s výhodou na bezolovnatý benzin, která jsou vyrobena ze speciální šedé litiny se shora uvedeným chemickým složením a následně popuštěna při teplotě 550 až 580 °C na hodnotu povrchové tvrdosti 31 až 39 HRc dosáhneme jejich velmi dobré tepelné stálosti a odolnosti proti korozi, dále optimální odolnosti proti opotřebení při současně vysokých hodnotách rázové pevnosti, a tím tedy i podstatného prodloužení jejich celkové životnosti. Na základě vhodného chemického složení vzniká v odlitku sedla lamelární grafit, který pozitivně ovlivňuje mazací schopnosti dosedacích ploch sedel ventilů. Současně dojde k zjednodušení výroby a minimalizaci výrobních nákladů vzhledem k zlepšené obrobltelnosti odlitků a dále potom v důsledku toho, že některé z legur jako například chrom jsou v požadované nízké koncentraci průvodním prvkem většiny výchozích vsázkových materiálů a proto je možno používat k výrobě sedel ventilů i kovových odpadů.

Sedla sacích a výfukových ventilů podle předmětu, vynálezu, která jsou určena zejména pro použití u spalovacích motorů pracujících s bezolovnatým benzinem, jsou vyrobena ze speciální šedé litiny, která má následující chemické složení:

CS 274 196 B1

3,20 až 3,80 %	hmot.	uhlíku
2,20 až 3,30 %	hmot.	křemíku
0,60 až 1 ,00 %	hmot.	manganu
0,40 až 0,60 %	hmot.	fosforu
max 0,10 % hmot. síry
1,10 až 1,60 %	hmot.	chrómu
0,30 až 0,60 %	hmot.	niklu
1,10 až 1,60 %	hmot.	molybdenu
0,60 až 1,00 %	hmot.	mědi
0,10 až 0,30 %	hmot.	vanadu
zbytek		železo.

Sedla ventilů jsou vyráběna odléváním shora uvedené speciální šedé litiny, netavené v elektrické indukční peci a odlité do pískových forem, zhotovených vyššími měrnými tlaky. Uspořádání odlitků může být stromečkové a vtokovým kůlem, vedeným středem formy. Tvrdost odlitků po odlití činí 40 až 48 HSc.

Za účelem dosažení optimálních vlastností materiálu, to je mikrostruktury a obrobitelnosti odlitků, se sedla ventilů tepelně popouštějí v komorových nebo jiných pecích s přesnou regulací teploty. Popouštění se děje tím způsobem, že po ohřátí odlitků na teplotu 550 až 580 °C ponechají se sedla ventilů na této teplotě po časový interval 90 minut a po této době následuje volné ochlazování odlitků na vzduchu. Tvrdost odlitků po popouštění má být 31 až 39 HRc. Získaná struktura je směsná, jehlicovitá, martenziticko-beiniticko-sorbitická. Steadit a karbidy jsou rovnoměrně rozložené ve tvaru sítoví. Tvar grafitu je jemný, lamelámí, mírně prechlazený a zvyšuje mazací schopnosti dosedacích ploch sedel ventilu.

Příklad provedení 1.

Pro sací a výfukové ventily zážehového spalovacího motoru pro provoz na bezolovnatý benzin byla vyrobena dávka sedel ventilů o počtu 6 500 kusů a následujícím chemickým složením materiálu:

uhlík	...	3,80	%	hmot.
křemík	.. .	2,74	%	hmot.
mangan	...	0,61	%	hmot.
fosfor		0,43	%	hmot.
síra	• · ·	0,03	%	hmot.
chrom	* · ·	1 ,28	%	hmot.
nikl	• · ·	0,37	%	hmot.
molybden	...	1 ,16	%	hmot.
měň	« · ·	0,76	%	hmot.
vanad	• · ♦	0,16	%	hmot.
železo	• ..	zbytek.

Naměřená povrchová tvrdost po odlití se pohybovala v rozmezí od 42 do 47 HRc. Po popuštění při teplotě kolem 570 °C po dobu 90 minut snížila se povrchová tvrdost na hodnoty 34 až 38 HRc. Těmito sedly ventilů byly osazeny spalovací motory zkušebních automobilů, které při demontáži po ujetí 120 000 km nevykazovaly téměř žádné opotřebení.

Příklad provedení II.

Pro sací a výfukové ventily zážehových spalovacích motorů byla vyrobena dávka sedel o počtu 6 500 kusů s následujícím chemickým složením materiálu:

uhlík ... 3,51 % hmot.

křemík ... 2,30 % hmot.

CS 274 196 Bl

mangan fosfor	... 0,70 % hmot. ... 0,40 % hmot.
síra	... 0,05 % hmot.
chrom	... 1,12% hmot.
nikl	... 0,58% hmot.
molybden	... 1,58% hmot.
měň	... 0,62 % hmot.
vanad	... 0,20 % hmot.
železo	... zbytek.

Naměřená povrchová tvrdost po odlití se pohybovala v rozmezí 41 až 47 HRc. Popouštění se dělo při teplotě kolem 575 °C po dobu 90 minut a povrchová tvrdost se snížila na hodnoty 32 až 37 HRc.

Příklad provedení III.

Pro sací o počtu 6 500 uhlík křemík mangan fo sfor síra chrom nikl molybden měň vanad železo a výfukové ventily zážehových spalovacích motorů byla vyrobena dávka sedel kusů o následujícím chemickém složení:

3.80 % hmot.

2.80 % hmot. 0,90 % hmot. 0,55 % hmot. 0,09 % hmot 1,59% hmot. 0,35 % hmot. 1,20% hmot. 0,95 % hmot. 0,25 % hmot. zbytek.

Naměřená povrchová tvrdost po odlití se pohybovala v rozmezí 42 až 48 HRc. Popouštění se provádělo při teplotě kolem 555 °C po dobu 90 minut a povrchová tvrdost klesla na hodnoty 34 až 39 HRc.

Sedla ventilů vyrobená podle vynálezu lze použít u všech typů spalovacích motorů a s vý hodou potom zejména u spalovacích motorů zážehových, určených pro provoz na bezolovnatý benzin. Tato sedla ventilů mají velmi dobrou tepelnou stálost, odolnost proti korozi, vysokou rázovou pevnost a nízký stupeň opotřebení a vykazují velmi vysokou životnost.

Claims (2)

PŘEDMĚT VYNÁLEZU

1,10 až 1,60 % 0,60 až 1,00 % 0,10 až 0,30 % zbytek hmot. uhlíku hmot. křemíku hmot. manganu hmot. fosforu hmot. chrómu hmot. niklu hmot. molybdenu hmot. mědi hmot. vanadu železo.

CS 274 196 Β, 4

1,10 až 1,60 % 0,30 až 0,60 %

1. Sedlo ventilu spalovacích motorů, určených s výhodou ke spalování bezolovnatého benzinu, vyrobené ze speciální šedé litiny s maximálním obsahem síry do 0,10 % hmot., vyznačující se tím, že chemické složení jeho materiálu je tvořeno kombinací následujících prvků:

3.20 až 3, 8 %

2.20 až 3,30 % 0,60 až 1,00 % 0,30 až 0,60 %

2. Způsob tepelného zpracování sedla ventilu podle bodu 1, vyznačující se tím, že se odlitek sedla ventilu ohřeje na teplotu 550 až 560 °C, na této teplotě se ponechá po časový interval 90 minut a po této době následuje volné ochlazováni na vzduchu.