DK149172B - Fremgangsmaade og apparat til belaegning af overfladerne paa ventiler til forbraendingsmotorer - Google Patents

Description

- 1 - U9172

Opfindelsen angår en fremgangsmåde til belægning af overfladerne på ventiler til forbrændingsmotorer ved hjælp af et i flydende form på overfladen påførbart, varmekorrosionsbestandig pansringsmateriale, hvorhos ventilen i sit sædeområde forsynes med en rundtgående rille.

5 Fra DE-patentskrift 944 642 kendes allerede en fremgangsmåde af denne art, ved hvilken ventilen med sine til overtrækning bestemte overfladeområder neddyppes i en smelte af varmkorrosionsbestandigt materiale.

Bortset fra den kendsgerning, at der ved denne fremgangsmåde efter 10 neddypning i smelten kræves en langvarig varmediffusionsbehandling for at sikre en tilstrækkelig vedhængen af overtræksmaterialet, kan der med denne fremgangsmåde kun fremstilles overtræk med ensartet tykkelse, der alene beskytter mod varmkorrosion.

Højt belastede ventiler kræver imidlertid i bestemte områder, 15 f.eks. ventilsædeområdet, yderligere en belægning med fremspringsmateriale i en væsentlig større lagtykkelse, dvs. med en tykkelse på 2 til 3 mm, medens der i de øvrige overfladeområder, som skal beskyttes mod varmkorrosion, kun behøves en lagtykkelse i μ-området.

Til dannelse af disse pansringslag er det almindeligt at påføre 20 pansringsmateriale, som selv ved temperaturer over 773 K (500*C) udviser en stor hårdhed og slidstyrke, ved plasmarc- eller argonarcmetoden.

Herved opstår der imidlertid vanskeligheder, navnlig ved ventiler med voksende størrelse, da de høje temperaturer, ved hvilke pansringsmaterialet i flydende fase påføres på det koldere grundmateriale, fører 25 til høje egenspændinger i pansringen. Disse egenspændinger, som ikke kan fjernes ved afspændingsglødning (på grund af de meget højt liggende varmstrækningsgrænser af grund- og pansringsmateriale), frembringer ofte revner i pansringen ved overlejring af produktions- eller driftsbetingede ekstraspændinger. Desuden kan man ved de hidtidige halvautoma-30 tiske pansringsmetoder ikke udelukke fejlsteder i svejsezonen, så at der trods indgående forstyrrelsesfri kvalitetskontrol kommer ventiler med udefra ikke synlige fejlsteder til anvendelse, hvilket under motordriften kan føre til afskalninger i pansringen med deraf følgende betydelige skader på motoren.

35 Den foreliggende opfindelse har derfor til opgave at til vejebringe - 2 - 149172 en med enkle midler gennemførlig og til automatisk drift egnet fremgangsmåde, med hvilken ventilen i en enkelt arbejdsgang kan belægges med pansringsmateriale af forskellig tykkelse, og hvor egenspændinger og fejlsteder med sikkerhed er udelukket.

5 Denne opgave løses ifølge opfindelsen ved, at ventilen i sit sæde- område forsynes med en rundtgående rille og på sine til belægning bestemte overfladeområder omsluttes af en af en pottedel og en dækseldel bestående smeltedigel, hvis indre kontur svarer til den ydre form af den belagte ventil, at der mellem dækseldelen og ventilen indføres et 10 granulatformet pansringsmateriale i det mindste under udfyldning af det af rillen dannede hulrum, at Æskseldelen er anbragt frit bevægelig i aksial retning i pottedelen, og at samtlige bestanddele under vakuum bringes til en temperatur, ved hvilken det granulatformede pansringsmateriale smelter og under indvirkning af vægten af den derpå flydende 15 dækseldel stiger op i de mellem dækseldelen og pottedelen og de mellem dækseldelen og ventilen dannede ringspalter.

Med denne foranstaltning opnår man under fuldstændig udelukkelse af differenstemperaturer og fejlsteder, som på grund af bearbejdningsmangler eller gasindeslutninger fører til egenspasn dinger, en be-20 lægning af ventilen med til pansring og mod varmkorrosion egnede lag-tykkelser, som kan afpasses på den i det følgende forklarede måde.

Fortrinsvis anvendes som granulatformet pansringsmateriale en legering med følgende procentuelle sammensætning: kulstof 0,75, silicium 4,25, chrom 13 - 20, nikkel 70, jern 4,75, bor 3. Denne legering sikrer 25 dels en høj hårdhed og slidstyrke 1i ventilsæde området, selv ved høje driftstemperaturer, dels en god bestandighed mod varmkorrosion i de øvrige overfladeområder.

Opfindelsen angår endvidere et til udøvelse af den omhandlede fremgangsmåde bestemt apparat. Apparatet ifølge cpfindelsen er ejendom- 30 meligt ved, at det består af en til optagelse af den ubelagte, ved sit sædeområde med en rundtgående rille forsynede ventil bestemt smeltedigel, som består af en pottedel og en dækseldel, som er indsættelig i pottedelen med en konisk yderflade, der vender mod en tilsvarende konisk inderflade i pottedelen under dannelse af en konisk ringspalte, og 35 at pottedelen og dækseldelen med deres indre konturer omslutter et rum, 149172 - 3 - som svarer til den ydre form af den færdigt belagte ventil, hvorhos dækseldelen har en central åbning til optagelse af ventilskaftet.

på tegningen er vist et apparat til udøvelse af fremgangs måden ifølge opfindelsen i to halvsnit, der anskueliggør forskellige proces- 5 trin.

Fig. 1 viser et halvsnit af apparatet ifølge opfindelsen før opvarmningen og fig. 2 et halvsnit af apparatet ifølge opfindelsen efter op varmning til smeltetemperatur.

10 I fig. 1 er vist en af en pottedel 3 og den dækseldel 4 bestående smeltedigel 5, i hvilken der kan anbringes en ventil 1 i stående stilling. Ventilen 1 strækker sig med sin skaftdel gennem en central åbning i dækseldelen 4 og er i sit sædeområde udformet med en rundtgående rille 2. Dækseldelen 4 har en konisk yderflade 9, med hvilken den kommer 15 til anlæg mod en konisk udad udvidet inderflade 10 i pottedelen 3 under dannelse af en ringspalte 8. Dækseldelen 4 og pot tedelen 3 omslutter et rum, hvis indre konturer svarer til den udven dige form af den færdigt belagte ventil. På dækseldelen 4 er anbragt en ikke vist vægtbelastning.

20 Til påføring af pansringsmaterialet og til belægning af de yderli gere overfladeområder fyldes der i rillen 2 granulatformet pansringsmateriale 6 på nikkelbasis (fortrinsvis en legering med handelsnavnet "Colmonoy 6") på hvilket den vægtbelastede dækseldel 4 kommer til at ligge.

25 Efter frembringelse af et vakuum (10-6 - 10“^ Torr) bringes samt lige dele op på en temperatur (1313 K), hvor det granulatformede pansringsmateriale (Colmonoy 6) smelter og dækseldelen 4 synker nedad under indvirkning af vægtbelastningen, hvorved det smeltede pansringsmateriale stiger op i ringspalterne 7 og 8 (fig. 2).

30 Onder trykket fra den i disse spalter 7 og 8 dannede smeltevæske- søjle og som følge af kapillarvirkning udfyldes samtlige mellem ventilen og smeltediglen 5 dannede hulrum, også den mellem tallerkenbunden og smeltediglen værende spalte. Tykkelsen af spalten afhænger af ru-hedsdybden af den bearbejdede ventiloverflade, der ligger i μ-området 35 og er tilstrækkelig til belægning mod varmkorrosion. Til opnåelse af en - 4 - 149172 større lagtykkelse kan der dog også træffes foranstaltninger, ved hvilke ventiloverfladen holdes i en defineret afstand fra smeltedigeldelenes inderflader, f.eks. fastholdelsesindretninger for ventil og dækseldel eller anbringelse af afstandsholdeorganer mellem ventiloverfla-5 den og smeltedigelens indervægge.

I ventilsædeområdet udfyldes derimod det af rillen 2 dannede hulrum, så at der dannes den til pansring af sædeområdet nødvendige lagtykkelse, der kan andrage flere millimeter.

Grundmaterialet i ventilen 1 (f.eks. X 45 Cr Si 9) og pansringsma-10 terialet forbindes i løbet af 15 - 30 minutter ved samme temperatur med hinanden i en duktil diffusionszone.

Efter afkølingen er hele det område af ventiltallerkenen, som under motordriften er udsat for varmkorrosion, overtrukket med et beskyttelseslag af korrosionsbestandigt pansringsmateriale, og ventilsædet er 15 pansret uden resterende egenspændinger.

pansrings og belægningsfremgangsmåden kan udføres i en opvarmelig vakuumovn, som kan drives fuldautomatisk i en tidsmæssigt styret cyklus.

20