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

Valve seat for internal combustion engines and method of its thermal treatment Download PDF

Info

Publication number
CS274196B1
CS274196B1 CS634489A CS634489A CS274196B1 CS 274196 B1 CS274196 B1 CS 274196B1 CS 634489 A CS634489 A CS 634489A CS 634489 A CS634489 A CS 634489A CS 274196 B1 CS274196 B1 CS 274196B1
Authority
CS
Czechoslovakia
Prior art keywords
weight
percent
valve seat
mass
internal combustion
Prior art date
Application number
CS634489A
Other languages
Czech (cs)
Other versions
CS634489A1 (en
Inventor
Oldrich Ing Splychal
Vladimir Zeman
Original Assignee
Oldrich Ing Splychal
Vladimir Zeman
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Oldrich Ing Splychal, Vladimir Zeman filed Critical Oldrich Ing Splychal
Priority to CS634489A priority Critical patent/CS274196B1/en
Publication of CS634489A1 publication Critical patent/CS634489A1/en
Publication of CS274196B1 publication Critical patent/CS274196B1/en

Links

Landscapes

  • Heat Treatment Of Articles (AREA)

Abstract

The goal of the solution is to create the valve seat that is characterized by good thermal stability and resistance against corrosion, optimal resistance against wear and high frame stability while at the same time minimizing the production costs. The goal is achieved by the fact that the seat is made of the material, with the maximal content of sulphur up to 0.10 percent by weight that is formed by the combination of the following elements:3.20 up to 3.80 percent by weight of carbon2.20 up to 3.80 percent by weight of silicon0.60 up to 1.00 percent by weight of manganese0.30 up to 0.60 percent by weight of phosphor1.10 up to 1.60 percent by weight of chrome0.30 up to 0.60 percent by weight of nickel1.10 up to 1.60 percent by weight of molybdenum0.60 up to 1.00 percent by weight of copper0.10 up to 0.30 percent by weight of vanadiumthe rest is iron.The cast pieces of the valve seats are heated up to the temperature between 550 and 580 degrees C; they are exposed to this temperature for the duration of 90 minutes, whereupon they are freely air-cooled.

Description

Vynález se týká materiálového složení sedel sacích a výfukových ventilů spalovacích motorů, pracujících s výhodou na bezolovnatý benzin a způsobu jejich tepelného zpracování.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The invention relates to the material composition of the intake and exhaust valve seats of internal combustion engines operating preferably on unleaded petrol and to a method for their thermal treatment.

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.The prior art valve seats of internal combustion engines intended for unleaded fuel combustion are made of steel powders which forge at high temperatures in precision dies in an inert gas environment. The disadvantage of this technology is its complexity, which consists in the production of powders of various components, the high cost and labor of precision dies, the consumption of inert gases and electric energy needed for remelting steel and the mechanical or thermal process of producing forging powders. Further, valve seats of internal combustion engines for the combustion of unleaded petrol are known, made of special gray cast iron, in which tungsten is used as an alloy to increase the wear resistance. A disadvantage of this type of chemical composition of the valve seat material is that tungsten, which affects the formation of supercooled graphite, forms tungsten carbide, which negatively affects the machinability of the seat surfaces and, at the same time, due to the graphite shape does not fully provide the desired lubricating properties. In addition, increased surface hardness above 40 HRc due to draining or lower tempering adversely affects the machinability of the valve seat surface and at the same time imposes higher quality requirements on the cutting tools. Among the other materials used to produce valve seats for unleaded gasoline internal combustion engines, special cast iron 3 is known to have a carbon content of greater than 3.8% by weight, which is used as an alloying element of tin as compared to the prior art. The disadvantage of these materials is higher production costs and, moreover, with an increased carbon content above 3.8% by weight. eliminates an increased amount of free graphite during the casting process, which, while partially beneficially affects wear resistance, on the other hand, reduces the strength of the base metal mass and hence the impact resistance, which is extremely undesirable in terms of valve seat function.

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:Said disadvantages of the prior art materials are eliminated by a combustion engine seat, preferably for unleaded petrol and made of special gray cast iron, with a maximum sulfur content of up to 0.1% by weight, in that the chemical composition of its material is a combination of the following elements :

3.20 až 3,80 % hmot. uhlíku3.20 to 3.80 wt. carbon

2.20 až 3,80 % hmot. křemíku2.20 to 3.80 wt. silicon

0,60 až 1t00 % hmot. manganu0.60 to 100% wt. of manganese

0,30 až 0,60 % hmot. fosforu0.30 to 0.60 wt. phosphorus

1,10 až 1,60 % hmot. chrómu1.10 to 1.60 wt. of chromium

0,30 až 0,60 % hmot. niklu0.30 to 0.60 wt. nickel

1,10 až 1,60 % bmot. molybdenu1.10 to 1.60% weight. molybdenum

0,60 až 1,00 % hmot. mědi0.60 to 1.00 wt. copper

0,10 až 0,30 % hmot. vanadu zbytek železo.0.10 to 0.30 wt. Vanadium remainder iron.

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.The valve seat casting is then heated to a temperature of 550 to 580 ° C, which is left at this temperature for a period of 90 minutes, followed by free cooling in air.

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.By using valve seats in internal combustion engines operating preferably on unleaded petrol, which are made of special gray cast iron with the above chemical composition and subsequently tempered at 550-580 ° C to a surface hardness of 31-39 HRc, their very good thermal stability is achieved and corrosion resistance, as well as optimum wear resistance at the same time high impact strength values, and thus a significant increase in their overall service life. Due to a suitable chemical composition, lamellar graphite is formed in the seat casting, which positively affects the lubrication properties of the seating surfaces of the valve seats. Simultaneously, production is simplified and production costs are minimized due to improved machinability of the castings, and also because some of the alloys such as chromium are the accompanying element of most feedstock materials at the desired low concentration and therefore can be used to produce valve seats and metal waste.

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:The intake and exhaust valve seats of the present invention, which are particularly intended for use in unleaded gasoline internal combustion engines, are made of a special gray cast iron having the following chemical composition:

CS 274 196 B1CS 274 196 B1

3,20 až 3,80 % 3.20 to 3.80% hmot. wt. uhlíku carbon 2,20 až 3,30 % 2.20 to 3.30% hmot. wt. křemíku silicon 0,60 až 1 ,00 % 0.60 to 1.00% hmot. wt. manganu of manganese 0,40 až 0,60 % 0.40 to 0.60% hmot. wt. fosforu phosphorus max 0,10 % hmot. síry max 0.10 wt. open 1,10 až 1,60 % 1.10 to 1.60% hmot. wt. chrómu of chromium 0,30 až 0,60 % 0.30 to 0.60% hmot. wt. niklu nickel 1,10 až 1,60 % 1.10 to 1.60% hmot. wt. molybdenu molybdenum 0,60 až 1,00 % 0.60 to 1.00% hmot. wt. mědi copper 0,10 až 0,30 % 0.10 to 0.30% hmot. wt. vanadu vanadium zbytek residue železo. iron.

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.Valve seats are manufactured by casting the above-mentioned special gray cast iron, not melted in an electric induction furnace and cast into sand molds produced by higher specific pressures. The casting arrangement may be a Christmas tree and an inlet shaft guided through the center of the mold. The hardness of the castings after casting is 40 to 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.In order to achieve optimum material properties, ie microstructure and machinability of castings, valve seats are tempered in chamber or other furnaces with precise temperature control. The tempering takes place in such a way that after the castings have been heated to a temperature of 550 to 580 ° C, the valve seats are left at this temperature for a period of 90 minutes, followed by free cooling of the castings in air. The hardness of the castings after tempering should be 31-39 HRc. The obtained structure is mixed, acicular, martensitic-beinitic-sorbitic. Steadite and carbides are evenly distributed in a sieve shape. The shape of the graphite is fine, lamellar, slightly supercooled and increases the lubricating ability of the seating surfaces of the valve seats.

Příklad provedení 1.EXAMPLE 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:For the spark-ignition engine intake and exhaust valves for unleaded petrol operation, a batch of 6 500 valve seats and the following chemical composition of the material was produced:

uhlík carbon ... ... 3,80 3.80 % % hmot. wt. křemík silicon .. . ... 2,74 2.74 % % hmot. wt. mangan manganese ... ... 0,61 0.61 % % hmot. wt. fosfor phosphorus 0,43 0.43 % % hmot. wt. síra sulfur • · · • · · 0,03 0.03 % % hmot. wt. chrom chrome * · · * · · 1 ,28 1, 28 % % hmot. wt. nikl nickel • · · • · · 0,37 0.37 % % hmot. wt. molybden molybdenum ... ... 1 ,16 1, 16 % % hmot. wt. měň currency « · · «· · 0,76 0.76 % % hmot. wt. vanad vanadium • · ♦ • · ♦ 0,16 0.16 % % hmot. wt. železo iron • .. • .. zbytek. residue.

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.The measured surface hardness after casting ranged from 42 to 47 HRc. After tempering at about 570 ° C for 90 minutes, the surface hardness decreased to 34-38 HRc. These valve seats were fitted with combustion engines of test cars, which showed almost no wear when dismantled after 120,000 km.

Příklad provedení II.EXAMPLE II.

Pro sací a výfukové ventily zážehových spalovacích motorů byla vyrobena dávka sedel o počtu 6 500 kusů s následujícím chemickým složením materiálu:For the intake and exhaust valves of spark-ignition internal combustion engines a batch of 6,500 seats with the following chemical composition of the material was produced:

uhlík ... 3,51 % hmot.carbon ... 3.51 wt.

křemík ... 2,30 % hmot.Silicon ... 2.30 wt.

CS 274 196 BlCS 274 196 Bl

mangan fosfor manganese phosphorus ... 0,70 % hmot. ... 0,40 % hmot. ... 0.70 wt. ... 0.40 wt. síra sulfur ... 0,05 % hmot. ... 0.05 wt. chrom chrome ... 1,12% hmot. ... 1.12 wt. nikl nickel ... 0,58% hmot. ... 0.58 wt. molybden molybdenum ... 1,58% hmot. ... 1.58 wt. měň currency ... 0,62 % hmot. ... 0.62 wt. vanad vanadium ... 0,20 % hmot. ... 0.20 wt. železo iron ... zbytek. ... the rest.

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.The measured surface hardness after casting was between 41 and 47 HRc. The tempering was carried out at a temperature of about 575 ° C for 90 minutes and the surface hardness decreased to 32-37 HRc.

Příklad provedení III.EXAMPLE 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:For the intake of 6,500 carbon silicon manganese phosphorus sulfur chromium nickel molybdenum copper vanadium iron and gasoline engine exhaust valves a batch of saddles of the following chemical composition was produced:

3.80 % hmot.3.80% wt.

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.2.80% wt. 0.90% wt. 0.55 wt. 0.09 wt.% 1.59 wt. 0.35% wt. 1.20% wt. 0.95 wt. 0.25 wt. residue.

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.The measured surface hardness after casting was between 42 and 48 HRc. Tempering was performed at a temperature of about 555 ° C for 90 minutes and the surface hardness dropped to 34-39 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.The valve seats produced according to the invention can be used in all types of internal combustion engines and preferably in particular in internal combustion engines intended for operation on unleaded petrol. These valve seats have very good thermal stability, corrosion resistance, high impact strength and low degree of wear and show a very long service life.

Claims (2)

PŘEDMĚT VYNÁLEZUSUBJECT OF THE INVENTION 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.1.10 to 1.60% 0.60 to 1.00% 0.10 to 0.30% wt. carbon mass silicon mass. Manganese mass phosphorus mass. chromium nickel wt. molybdenum mass copper mass. vanadium iron. CS 274 196 Β, 4CS 274 196, 4 1,10 až 1,60 % 0,30 až 0,60 %1.10 to 1.60% 0.30 to 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:Valve seat of internal combustion engines, preferably for the combustion of unleaded petrol, made of special gray cast iron with a maximum sulfur content of up to 0,10% by weight, characterized in that the chemical composition of its material consists of a combination of the following elements: 3.20 až 3, 8 %3.20 to 3.8% 2.20 až 3,30 % 0,60 až 1,00 % 0,30 až 0,60 %2.20 to 3.30% 0.60 to 1.00% 0.30 to 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.2. A method of heat treating a valve seat according to claim 1, wherein the valve seat cast is heated to a temperature of 550 to 560 [deg.] C. and maintained at that temperature for a period of 90 minutes, followed by free cooling in air.
CS634489A 1989-11-09 1989-11-09 Valve seat for internal combustion engines and method of its thermal treatment CS274196B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CS634489A CS274196B1 (en) 1989-11-09 1989-11-09 Valve seat for internal combustion engines and method of its thermal treatment

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CS634489A CS274196B1 (en) 1989-11-09 1989-11-09 Valve seat for internal combustion engines and method of its thermal treatment

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CS634489A1 CS634489A1 (en) 1990-08-14
CS274196B1 true CS274196B1 (en) 1991-04-11

Family

ID=5410260

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CS634489A CS274196B1 (en) 1989-11-09 1989-11-09 Valve seat for internal combustion engines and method of its thermal treatment

Country Status (1)

Country Link
CS (1) CS274196B1 (en)

Also Published As

Publication number Publication date
CS634489A1 (en) 1990-08-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN114672738B (en) High performance iron-based alloys for engine valve train applications, methods of making and uses thereof
CN100381590C (en) Corrosion-resistant wear-resistant alloy
US6482275B1 (en) Nickel based alloys for internal combustion engine valve seat inserts, and the like
EP0898642B1 (en) A movable wall member in the form of an exhaust valve spindle or a piston in an internal combustion engine
KR101160690B1 (en) Powder metal valve seat insert
CN111334705A (en) High-strength pearlite antifriction cast iron and preparation method and application thereof
CN107838413B (en) Heavy-duty engine powder metallurgy valve seat material and preparation method thereof
CN115287526A (en) Nodular cast iron rocker arm and manufacturing method and application thereof
US5837069A (en) Cast iron components and method of making
CS274196B1 (en) Valve seat for internal combustion engines and method of its thermal treatment
US7628870B2 (en) Heat treated valve guide and method of making
EP0657628B1 (en) Slide member
CN1560308A (en) Nodular cast iron piston ring containing vanadium titanium alloy
EP0746635A4 (en) Alloyed grey iron having high thermal fatigue resistance and good machinability
JPS6144152A (en) Manufacture of wear resistant sintered alloy
US4969957A (en) Method of producing a mechanical component with superior fatigue strength
US3472651A (en) Engine components of cast iron having ni,cr,and ti as alloying elements
US4161414A (en) Process for fabricating fluid-control members for internal-combustion engines and the like
WO2017072075A1 (en) Piston rings in cast tool steels and process for the manufacture thereof
JPH07316754A (en) Alloy used for cam lobe for insert-casting cam shaft and cam lobe using the same
CN1150344C (en) Valve tappet for engine
CN113337690B (en) Gray cast iron subjected to quenching and tempering treatment, quenching and tempering method for gray cast iron and application of quenching and tempering method
GB2109814A (en) Manufacture of hardened iron camshaft castings
GB2112811A (en) A method for the manufacture of hardened cast camshafts
JPS6024174B2 (en) Fe-based sintered alloy for valve seats

Legal Events

Date Code Title Description
IF00 In force as of 2000-06-30 in czech republic
MM4A Patent lapsed due to non-payment of fee

Effective date: 20011109