DE10049598A1

DE10049598A1 - Production of a cast iron material used e.g. in the production of piston rings comprises forming a melt, producing a blank with a white cast structure, and holding the blank

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Publication number: DE10049598A1
Application number: DE2000149598
Authority: DE
Inventors: Hans Juergen Veutgen
Original assignee: Federal Mogul Burscheid GmbH
Current assignee: Federal Mogul Burscheid GmbH
Priority date: 2000-10-06
Filing date: 2000-10-06
Publication date: 2002-04-18
Anticipated expiration: 2020-10-07
Also published as: DE10049598C2

Abstract

Production of a cast iron material comprises forming a melt containing 1.5-3.5 % carbon, 1.0-5.0 % silicon, 0.1-18 % manganese, less than 0.5 % phosphorus, less than 0.05 % sulfur, 0.5-5 % chromium, 1.0-20 % nickel and not more than 8.0 % copper; producing a blank with a white cast structure by adding not more than 0.5 % NiMg, NiSiMg, FeMg and/or FeSiMg so that the amounts of nickel and/or silicon given for the melt are not exceeded; and holding the blank at elevated temperature until the residual carbide content is not more than 30 %.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Hochbruch- und verschleißfesten Gusseisenwerkstoffes für Kraftfahrzeugmotoren. Die Erfindung betrifft ins besondere einen neuen Gusseisenwerkstoff, der eine sphärolitische Graphitausbildung und austenitische Matrixtruktur mit einem bestimmten Anteil an Restcarbiden aufweist und insbesondere für die Herstellung von Kolbenringen und Zylinderlaufbuchsen geeignet ist.The present invention relates to a method for producing a high break and wear-resistant cast iron material for motor vehicle engines. The invention relates to ins special a new cast iron material, which has a spherical graphite formation and has austenitic matrix structure with a certain proportion of residual carbides and is particularly suitable for the production of piston rings and cylinder liners.

Zur Herstellung hoch beanspruchter Teile von Verbrennungskraftmotoren, wie beispielsweise Kolbenringe, werden gewöhnlich Gusseisenwerkstoffe bzw. Gusseisenlegierungen verwendet. Die Kolbenringe haben die Aufgabe, den zwischen Kolbenkopf und Zylinderwand vorhandenen Spalt gegenüber dem Brennraum abzudichten. Bei der Auf- und Abbewegung des Kolbens gleitet der Kolbenring einerseits mit seiner äusseren Umfangsfläche in ständiger federnder Anlage gegen die Zylinderwand, andererseits gleitet der Kolbenring, bedingt durch die Kippbewegungen des Kolbens, oszillierend in seiner Kolbenringnut, wobei seine Flanken, d. h. die Ober- und Unterseite des Kolbenringes, wechselnd an der oberen oder unteren Nutenflanke der Kolbenring nut anliegen.For the production of highly stressed parts of internal combustion engines, such as Piston rings, cast iron materials or cast iron alloys are usually used. The task of the piston rings is to protect the existing between the piston head and the cylinder wall To seal the gap against the combustion chamber. As the piston moves up and down, it slides the piston ring on the one hand with its outer circumferential surface in constant resilient contact against the cylinder wall, on the other hand the piston ring slides due to the tilting movements of the piston, oscillating in its piston ring groove, its flanks, d. H. the top and Underside of the piston ring, alternating on the upper or lower groove flank of the piston ring be close.

In Abhängigkeit von den Materialeigenschaften der jeweils gegeneinander laufenden Gleitpartner tritt bei dem einen oder dem anderen der Gleitpartner mehr oder weniger starker Verschleiss auf, der bei einem Trockenlauf zu sogenannten Fressern, Riefenbildung und schließlich zu einer Zer störung des Motors führen kann. Um das Gleitverhalten von Kolbenringen gegenüber der Zylinderwand zu verbessern, wurden diese an deren Umfangsfläche mit Beschichtungen aus unterschiedlichen Materialien versehen.Depending on the material properties of the sliding partners running against each other if one or the other of the sliding partners is subject to more or less severe wear, that with a dry run to so-called scuffers, scoring and finally to a zer malfunction of the engine. To the sliding behavior of piston rings compared to the To improve the cylinder wall, these were made with coatings on their circumferential surface different materials.

So werden in dem Kolbenring-Handbuch der Goetzewerke Friedrich Goetze AG, 3. Auflage 1977, Seite 28 ff. die Bereitstellung von Verschleiss-mindernden Schichten auf den Kolben ringen als Laufflächenbewehrungen vorgeschlagen, die aus Chrom, Molybdän, Keramik, aus Bronzeeinlagen oder auch aus zusammengesetzten Schichten verschiedener Werkstoffe bestehen können.So are in the piston ring manual of Goetzewerke Friedrich Goetze AG, 3rd edition 1977, page 28 ff. The provision of wear-reducing layers on the piston Wrestle proposed as tread reinforcements made of chrome, molybdenum, ceramic Bronze inlays or composed of layers of different materials can.

In der DE-OS 21 56 127 wird weiter ein elektrolytisches Aufbringen von Gleitschichten auf Kolbenringe und die Zylinderwandung offenbart, wobei Abriebsfestigkeit der Gleitschichten durch Einschluß harter, suspendierter Partikel erhöht wird. Die partikelförmigen Einlagerungen können hierbei aus Siliciumcarbid oder Diamant bestehen. Jüngere Entwicklungen nützen auch die Möglichkeit der Abscheidung dünner Schichten aus Plasma (Plasma-PVD oder CVD-Ver fahren).In DE-OS 21 56 127 there is also an electrolytic application of sliding layers Piston rings and the cylinder wall disclosed, with abrasion resistance of the sliding layers is increased by inclusion of hard, suspended particles. The particulate inclusions can consist of silicon carbide or diamond. More recent developments are also useful the possibility of depositing thin layers from plasma (plasma PVD or CVD ver travel).

Im Zuge der Energiesparmaßnahmen und dem Bedarf nach Kraftfahrzeugen mit immer geringerem Gewicht und verbesserten Abgaswerten wurden Kraftfahrzeugmotoren entwickelt, die aus den Materialien Aluminium, Magnesium oder Keramik bzw. aus einer Kombination dieser Legierungen gefertigt sind. So offenbaren beispielsweise die JP-246087/1996 und 19757/1997 Zylindereinsätze für hin- und hergehende Verbrennungsmotoren die aus einer hypereutektischen Aluminium-Silizium-Legierung bestehen. Es wurde gefunden, daß derartige Zylinder exzellente Eigenschaften hinsichtlich des Verschleisses, eines geringen Verbrauchs an Schmiermittel bzw. Öl, sowie eines geringeren Abriebs des Kolbens aufweisen.In the course of energy saving measures and the need for motor vehicles with always Motor vehicle engines were developed with lower weight and improved emissions, those made of aluminum, magnesium or ceramic or a combination these alloys are made. For example, JP-246087/1996 and 19757/1997 cylinder inserts for reciprocating internal combustion engines consisting of a hypereutectic aluminum-silicon alloy. It has been found that such Cylinder has excellent properties in terms of wear and tear, and low consumption Have lubricant or oil, as well as less abrasion of the piston.

In einem derartigen Aluminiumzylinder befindet sich der Kolben, der gewöhnlich mit einem Satz aus drei Kolbenringen ausgestattet ist. Diese Kolbenringe bestehen jedoch aus einem Material, das unterschiedlich ist zu den genannten Werkstoffen für den Zylinder bzw. den Kolben und folglich einen demgegenüber unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist. Dies führt jedoch dazu, daß sich bei hoher Beanspruchung des Motors, wie beispielsweise bei Vollast bei einem Dieselmotor, die unterschiedlichen Materialien verschieden ausdehnen. So werden sich die Materialien des Motors (Aluminium, Magnesium, Keramik) deutlich stärker ausdehnen als die Kolbenringe, die gewöhnlich aus Gußeisen oder Stahl gefertigt sind, so daß die Letzt genannten durch die massiveren Kolben aufgespreizt werden, eine Vergrößerung ihres Ausgangs stoßspiels erfahren und somit einen Teil ihrer Funktions-Dichtungsaufgabe verlieren bzw. ein büßen. Als Folge einer derartigen Beanspruchung gelangen ölhaltige Verbrennungsrückstände in den Auspuffund ins Kurbelgehäuse, wobei die heutzutage immer strenger werdenden Abgasauf lagen nicht mehr erfüllt werden können. In such an aluminum cylinder is the piston, usually with a set is equipped with three piston rings. However, these piston rings are made of a material this differs from the materials mentioned for the cylinder or piston and consequently has a different coefficient of thermal expansion. this but leads to the fact that when the engine is under high stress, for example at full load in a diesel engine, the different materials expand differently. Be like that the materials of the engine (aluminum, magnesium, ceramic) expand significantly more than the piston rings, which are usually made of cast iron or steel, so that the latter mentioned are spread apart by the more massive pistons, an enlargement of their output experience butt play and thus lose or lose part of their functional sealing task atone. As a result of such stress, oily combustion residues get into the exhaust and into the crankcase, whereby the exhaust gas flow is becoming more and more strict nowadays lay can no longer be met.

Im Stand der Technik werden verschiedene Materialien für Kolbenringe angegeben.Various materials for piston rings are specified in the prior art.

So offenbart beispielsweise die DE 37 17 297 einen Kolbenring aus Gusseisen als einzigem Material mit in seiner äusseren Umfangsoberfläche nur in einem Bereich weisserstarrtem Gusseisen, hervorgerufen durch Beaufschlagen des Gusseisenmaterials mit einer Strahlung hoher Energiedichte und mit zwischen dem Gusseisengrundmetall und weisserstarrten Bereich ausgebildetem thermisch beaufschlagtem Zwischenbereich.For example, DE 37 17 297 discloses a piston ring made of cast iron as the only one Material with only one area that has solidified white in its outer circumferential surface Cast iron, caused by exposing the cast iron material to a higher radiation level Energy density and with between the cast iron base metal and white solidified area formed thermally acted intermediate area.

In der EP 0 821 073 wird weiter eine Gusseisenlegierung mit perlitischer Grundstruktur und kugelförmigen oder vermikularförmigen Graphitausscheidungen offenbart, die aufgrund der auch bei hohen Temperaturen beständigen Festigkeitswerte insbesondere zur Anwendung in Kolbenringen einsetzbar ist.In EP 0 821 073 a cast iron alloy with a pearlitic basic structure and spherical or vermicular-shaped graphite precipitates disclosed, which due to the also Resistant strength values at high temperatures, especially for use in Piston rings can be used.

Obwohl die im Stand der Technik bekannten Kolbenringen bzw. Materialien vielen der bestehenden Anforderungen genügen besteht immer noch ein Bedarf nach einem Material für Kolbenringe, die für den Einsatz in mit modernen Werkstoffen, wie Aluminium, Magnesium oder Keramik, hergestellten Motoren geeignet sind und insbesondere die Gefahr des erhöhten Verschleisses bei Vollast mindern.Although the piston rings or materials known in the prior art many of the To meet existing requirements, there is still a need for a material for Piston rings designed for use in with modern materials such as aluminum, magnesium or ceramic, manufactured motors are suitable and in particular the risk of increased Reduce wear at full load.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin ein neuartiges Material bzw. ein Verfahren zu dessen Herstellung zur Verfügung zu stellen, das zum Einsatz in Motoren der neuen Generation, wie beispielsweise Aluminiummotoren, geeignet ist und insbesondere verbesserte Eigenschaften hinsichtlich eines Verschleisses bei Vollast im Motor zeigt, jedoch gleichzeitig die weiteren, für Kolbenringe erforderlichen Eigenschaften aufweist.It is therefore an object of the present invention to provide a novel material To provide a process for its production that is used in engines of the new generation, such as aluminum motors, is suitable and in particular shows improved properties in terms of wear at full load in the engine, however at the same time has the other properties required for piston rings.

In den langwierigen Untersuchungen, die zu der vorliegenden Erfindung führten, versuchten die Erfinder Gusseisen mit einer austenitischen Matrix, die als solche zwar einen einer Aluminium legierung nahekommenden Ausdehnungskoeffizienten aufweist, jedoch aufgrund ihrer Weichheit für Kolbenringe, insbesondere für den an Brennraum unmittelbar angrenzenden Kolbenring, nicht geeignet ist, derart zu modifizieren, daß der Werkstoff die für derartige Kolbenringe erforderlichen Eigenschaften, wie beispielsweise keine bleibende Verformung sondern die geforderte, elastische Verformbarkeit usw. aufweist.In the lengthy studies that led to the present invention, the attempted Inventor cast iron with an austenitic matrix, which as such is one of an aluminum Alloy has close coefficients of expansion, but due to its softness for piston rings, especially for the piston ring immediately adjacent to the combustion chamber, is not suitable to modify in such a way that the material is suitable for such piston rings required properties, such as no permanent deformation but the has required elastic deformability, etc.

Erfindungsgemäß wird nun ein Verfahren zur Herstellung eines Werkstoffes bereitgestellt, bei dem eine Schmelze hergestellt wird aus den Materialien (in Gew.-%): Kohlenstoff 1,5-3,5%, Silizium 1,0-5,0%, Mangan 0,1-18%, Phosphor < 0,5%, Schwefel < 0,05%, Chrom 0,5-5%, Nickel 1,0-20%, Kupfer ≦ 8,0%, wobei der Rest Eisen ist einschließlich herstellungsbe dingter Verunreinigungen. In einem nachfolgenden Schritt wird durch Zugabe einer oder mehreren von NiMg, NiSiMg, FeMg oder FeSiMg, Ce, La oder der anderen Seltenerdenmetallen in einer Menge von ≦ 0,5%, mit der Maßgabe, daß unter (a) angegebenen Mengen an Nickel bzw. Silizium nicht überschritten werden, ein Rohling mit weisser Gußstruktur hergestellt, der anschließend für eine Zeitspanne wärmebehandelt wird, bis der Anteil an Restcarbiden in dem so erhaltenen Werkstoff ≦ 30% beträgt.According to the invention, a method for producing a material is now provided at which a melt is produced from the materials (in% by weight): carbon 1.5-3.5%, Silicon 1.0-5.0%, manganese 0.1-18%, phosphorus <0.5%, sulfur <0.05%, chromium 0.5-5%, Nickel 1.0-20%, copper ≦ 8.0%, the remainder being iron, including manufacturing processes conditional impurities. In a subsequent step, one or several of NiMg, NiSiMg, FeMg or FeSiMg, Ce, La or the other rare earth metals in an amount of ≦ 0.5%, with the proviso that under (a) specified amounts of nickel or silicon are not exceeded, a blank with a white cast structure is produced is then heat-treated for a period of time until the proportion of residual carbides in the so material obtained is ≦ 30%.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht, daß die austenitischen Gusseisen statt in üblicher Weise vollständig grau, durch gezielte, Kugelgraphit-keimbildende Zusätze vollständig weisser starrend-zemenitisch-ledeburitisch gegossen werden können. Durch die Wärmebehandlung des Gusses gehen die Fe₃C- und Cr-Mischcarbide darüber hinaus soweit in Lösung, daß gezielt prozentuale Restcarbide in der austenitischen Matrix verbleiben. Es wurde nun gefunden, daß diese in den erfindungsgemäßen Mengen eingestellten Restcarbide in der mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erhältlichen sphärolithischen Ausbildung als stabilisierendes Korsett wirken und die ursprünglich weiche austenitische Matrix dahingehend stützen bzw. verstärken, daß deren Elastizität und auch Verschleißbeständigkeit erhöht wird. Die erfindungsgemäß erhältlichen Werkstoffe weisen daher alle für Kolbenringe erforderlichen Eigenschaften auf, wie Hochbrucheigenschaft sowie ausgezeichnete Verschleissbeständigkeit. Darüber hinaus behält der so hergestellte Werkstoff trotz Modifizierung die ursprüngliche, einem Al/Mg/Keramikwerkstoff nahekommende Wärmeausdehnung der austenitischen Matrix, so daß diese auch in Motoren der neueren Generation aus den genannten Materialien eingesetzt werden können. Die Hochbruchfestigkeit und die hohe Verschleißfestigkeit zusammen mit der den modernen Motormaterialien vergleichbaren Wärmeausdehnung machen den Werkstoff für die Herstellung des ersten Kolbenrings in einem Kraftfahrzeugmotor äußerst geeignet, wobei sogar das Erfordernis des in der ersten Nut mit Kolbenmaterial umschlossene Niresist-Ringträgers wegfallen kann.The process according to the invention enables the austenitic cast irons to be cast in a completely white, rigid-Zemenite-Ledeburitic manner, instead of being completely gray in the usual way, by means of targeted, spheroidal graphite-nucleating additives. As a result of the heat treatment of the cast, the Fe ₃ C and Cr mixed carbides also dissolve to such an extent that specific percentage residual carbides remain in the austenitic matrix. It has now been found that these residual carbides, adjusted in the amounts according to the invention, act as a stabilizing corset in the spherulitic design obtainable with the method according to the invention and support or strengthen the originally soft austenitic matrix to the effect that its elasticity and also wear resistance are increased. The materials obtainable according to the invention therefore have all the properties required for piston rings, such as high breakage properties and excellent wear resistance. In addition, the material produced in this way retains the original thermal expansion of the austenitic matrix, which is close to an Al / Mg / ceramic material, so that it can also be used in engines of the newer generation made from the materials mentioned. The high breaking strength and the high wear resistance together with the thermal expansion comparable to modern engine materials make the material extremely suitable for the production of the first piston ring in a motor vehicle engine, whereby even the requirement of the Niresist ring carrier enclosed in the first groove with piston material can be omitted.

In den Figuren sindIn the figures are

Fig. 1 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt eines mit dem erfindungsgemäßen Verfahren herge stellten Werkstoffes bei unterschiedlichen Zeiten der Carbidglühung; Fig. 1 shows an enlarged detail of a Herge with the inventive method presented material at different times of the Carbidglühung;

Fig. 2 zeigt vergrößerte Ausschnitte von erfindungsgemäß hergestellten Werkstoffen, bei einer Carbidglühungsdauer von 20 Minuten; Fig. 2 shows enlarged details of the present invention produced materials at a Carbidglühungsdauer of 20 minutes;

Fig. 3 zeigt vergrößerte Ausschnitte von erfindungsgemäß hergestellten Werkstoffen, bei einer Carbidglühungsdauer von 40 Minuten; und Fig. 3 shows enlarged details of the present invention produced materials at a Carbidglühungsdauer of 40 minutes; and

Fig. 4 zeigt vergrößerte Ausschnitte von erfindungsgemäß hergestellten Werkstoffen, bei einer Carbidglühungsdauer von 60 Minuten. Fig. 4 shows enlarged details of the present invention produced materials at a Carbidglühungsdauer of 60 minutes.

In einem ersten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Schmelze in beispielsweise einer herkömmlichen Behandlungs- bzw. Vergießpfanne hergestellt, was gewöhnlich durch Erhitzen der vorstehenden Stoffe in den angegebenen Mengen auf eine Temperatur im Bereich von etwa 1450 Grad Celsius und mehr, d. h. bis zur völligen Verflüssigung der Stoffe erfolgt.In a first step of the method according to the invention, the melt is in, for example a conventional treatment or potting pan made what usually by Heating the foregoing in the amounts indicated to a temperature in the range of about 1450 degrees Celsius and more, i.e. H. takes place until the substances completely liquefy.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfaßt die Schmelze Kohlenstoff in Mengen von 1,5-3,5%, Silizium 1,0-4,5%, Mangan 0,1-5,0%, Phosphor < 0,5%, Schwefel < 0,05%, Chrom 0,5-5,0%, Nickel 6,0-20%, Kupfer 0,3-8,0%, oder Kohlenstoff in einer Menge von 1,5-3,5%, Silizium 1,0-5,0%, Mangan 4,0-18,0%, Phosphor < 0,5%, Schwefel < 0,05%, Chrom 1,0-5,0%, Nickel 1,0-10%, Kupfer < 1,0%.According to a preferred embodiment, the melt comprises carbon in amounts of 1.5-3.5%, silicon 1.0-4.5%, manganese 0.1-5.0%, phosphorus <0.5%, sulfur <0.05%, Chromium 0.5-5.0%, nickel 6.0-20%, copper 0.3-8.0%, or carbon in an amount of 1.5-3.5%, silicon 1.0-5.0%, manganese 4.0-18.0%, phosphorus <0.5%, sulfur <0.05%, Chromium 1.0-5.0%, nickel 1.0-10%, copper <1.0%.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform enthält die Schmelze Kohlenstoff 2,09%, Silizium 1,25%, Mangan 0,52%, Phosphor 0,25%, Schwefel 0,009%, Chrom 2,17%, Nickel 15,4%, Kupfer 4,47%, Mg 0,014%, wobei der Rest, wie vorstehend Eisen mit den verfahrensbedingten Verunreinigungen ist. According to a particularly preferred embodiment, the melt contains 2.09% carbon, Silicon 1.25%, manganese 0.52%, phosphorus 0.25%, sulfur 0.009%, chromium 2.17%, nickel 15.4%, copper 4.47%, Mg 0.014%, the remainder as above iron with the process-related impurities.

Zu Steigerung der Verschleißbeständigkeit des Werkstoffes können den Schmelzen weiter die Elemente Co, V, Ti, Nb, Ta, W, Mo, B, Pb, Sn, Al oder Gemische davon in einer Menge bis zu 20% zugesetzt werden. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird der Stickstoffgehalt der Schmelze auf bis zu 800 ppm eingestellt, was durch Zusetzen von hochstick stoffhaltigen Legierungen, beispielsweise FeMnN oder FeCrN oder über Fülldrahtinjektion erfolgen kann. Der Stickstoff verfestigt die austenitische Matrix weiter und trägt zusätzlich zur schnellen, gleichmäßigen Schichtbildung beim Nitrierprozess bei.To increase the wear resistance of the material, the melts can continue to use the Elements Co, V, Ti, Nb, Ta, W, Mo, B, Pb, Sn, Al or mixtures thereof in an amount up to 20% can be added. According to a further preferred embodiment, the The nitrogen content of the melt is adjusted to up to 800 ppm, which can be achieved by adding hochstick Substance-containing alloys, for example FeMnN or FeCrN or via filler wire injection can be done. The nitrogen further solidifies the austenitic matrix and also contributes to the fast, even layer formation during the nitriding process.

Nach Herstellung der Schmelze wird dieser Kugelgraphit-keimbildende Zusätze beigefügt, wie NiMg, NiSiMg, FeMg, FeSiMg, Ce, La oder die weiteren seltenen Erdmetalle, oder Gemische davon. Diese werden in einer Menge von maximal 0,5% zugesetzt,mit der Maßgabe, daß die vorstehend angegeben Grenzwerte für die jeweiligen Elemente nicht überschritten werden. Es wurde gefunden, dass diese Zusätze zur Modifizierung der Guss-Weisserstarrung der Schmelze dienen und ermöglichen, daß der Werkstoff weisserstarrend-zemenitisch-ledeburitisch erstarrt.After the melt has been produced, these spheroidal graphite nucleating additives are added, such as NiMg, NiSiMg, FeMg, FeSiMg, Ce, La or the other rare earth metals, or mixtures of that. These are added in an amount of a maximum of 0.5%, with the proviso that the The limit values given above for the respective elements are not exceeded. It it was found that these additives can be used to modify the white solidification of the melt serve and enable the material to solidify in a white-solidifying-Zemenite-Ledeburitic manner.

Der Rohling kann dabei mit im Stand der Technik bekannte Methoden gegossen werden, wie beispielsweise Schleuderguss, Strangguss als rundes oder unrundes Rohr mit/ohne Zentrierkerbe, Stempelpressverfahren, Croning oder Grünsandformen als Einzel oder Mehrfachrohling. Der Fachmann wird aufgrund der Zweckbestimmng des Rohlings und unter Zuhilfenahme seines allgemeinen Fachwissens die geeignete Methode wählen.The blank can be cast using methods known in the prior art, such as e.g. centrifugal casting, continuous casting as round or non-round tube with / without centering notch, Stamp press process, croning or green sand molds as single or multiple blanks. Of the A specialist is due to the intended purpose of the blank and with the help of his choose the appropriate method based on general technical knowledge.

Falls die Carbidbildung des Vorlegierungsmaterials nicht ausreicht, so können diesem zusätzlich in Kombination die Stoffe Tellur, Bor, oder Wismuth zugesetzt werden. Der so erhaltene Werkstoff stellt sich als eine Guss-Gefügestuktur dar, die in einer vollständig karbidischen, zemenitisch-ledeburitischen Ausscheidung ohne jegliche D-Graphitnester vorliegt.If the carbide formation of the master alloy material is not sufficient, this can also be used in combination the substances tellurium, boron or bismuth are added. The thus obtained The material presents itself as a cast microstructure in a completely carbidic, Zemenitic-Ledeburitic excretion is present without any D-graphite nests.

Die Gussteile werden dann bei einer Temperatur von über 750°C, vorzugsweise bei einer Temperatur im Bereich von 900 bis 1050°C für eine Zeitspanne gehalten, die ausreichend ist, damit der Gehalt an Restcarbiden bei ≦ 30% liegt.The castings are then at a temperature of over 750 ° C, preferably at a Maintained temperature in the range of 900 to 1050 ° C for a period of time sufficient so that the content of residual carbides is ≦ 30%.

Die Erfindung betrifft weiter die mit dem Verfahren erhältlichen Werkstoffe, die die in den An sprüchen angegeben Inhaltsstoffe aufweisen, wobei der Rest Eisen und die während des Verfahrens zugesetzten Stoffe ist. Aufgrund der sphärolithischen bis temperkohleartigen Graphitausbildung ist der Werkstoff ein hochfestes, verschleissbeständiges Gusseisen mit gezielt vorliegenden Restcarbiden in einer austenitischen Matrixstruktur. Das Gusseisen zeigt die folgenden Eigenschaftswerte:
The invention further relates to the materials obtainable with the method which have the ingredients specified in the claims, the remainder being iron and the substances added during the method. Due to the spherulitic to temper carbon-like graphite formation, the material is a high-strength, wear-resistant cast iron with targeted residual carbides in an austenitic matrix structure. The cast iron shows the following property values:

Elastizitätsmodulmodulus of elasticity < 140.000 Mpa<140,000 Mpa BiegefestigkeitFlexural strength < 600 Mpa (Rm ca. < 400 Mpa)<600 Mpa (Rm approx. <400 Mpa) Härte-HRBHardness HRB < 90-110 (variierend je nach Restcarbidanteilen)<90-110 (varying depending on the residual carbide content)

Der erfindungsgemäße Werkstoff eignet sich daher als schwachmagnetisierendes, korrosionsbe ständiges Gußeisen aufgrund seiner hervorragenden Eigenschaften insbesondere für die Herstellung von Kolbenringen im automotiven und LB-Bereich, bzw. für Ventilsitzringe und Führungen. Darüber hinaus können damit Laufwerkdichtungen (LWD's), Trägerplatten für Bremsbeläge von Scheibenbremsen (Black Plates) sowie Ringe für Kühlaggregate, Pumpdüsen, sowie Zylinderlaufbuchsen (Liner) und Schonbuchsen bzw. Teile für die chemische Industrie hergestellt werden.The material according to the invention is therefore suitable as a weakly magnetizing, corrosion-resistant permanent cast iron due to its excellent properties especially for the Manufacture of piston rings in the automotive and LB sector, or for valve seat rings and Guides. In addition, drive seals (LWDs), carrier plates for Brake pads for disc brakes (black plates) and rings for cooling units, pump nozzles, as well as cylinder liners (liners) and protective liners or parts for the chemical industry getting produced.

Das folgende Beispiel erläutert die Erfindung ohne sie zu beschränken.The following example explains the invention without restricting it.

Embodiment

Unter Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens wurde ein Werkstoff hergestellt, der die folgende Zusammensetzung aufwies:
Using the method according to the invention, a material was produced which had the following composition:

Kohlenstoffcarbon 2,09%2.09% Siliziumsilicon 1,25%1.25% Manganmanganese 0,52%0.52% Phosphorphosphorus 0,25%0.25% Schwefelsulfur 0,009%0.009% Chromchrome 2,17%2.17% VanadiumVanadium 0,03%0.03% Molybdänmolybdenum 0,01%0.01% Nickelnickel 15,4%15.4% Kupfercopper 4,47%4.47% Titantitanium 0,01%0.01% Wolframtungsten 0,03%0.03% Niobniobium 0,01%0.01% Zinntin 0,02%0.02% Aluminiumaluminum 0,006%0.006% Magnesiummagnesium 0,014%0.014%

Dabei wurde Schritt (c) bei 950°C für 20, 40 und 60 Minuten an Luft durchgeführt. Die Ergeb nisse hinsichtlich des Restcarbidanteils und dessen Verteilung sind in den Fig. 1 bis 4 gezeigt. Wie daraus ersichtlich
Variante Nr. 1-02, Teil 1, Prüfattest 2000-10, Karbidglühung: 950 Grad Celsius, 20 min.
Variante Nr. 1-02, Teil 2, Prüfattest 2000-11, Karbidglühung: 950 Grad Celsius, 40 min.
Variante Nr. 1-02, Teil 3, Prüfattest 2000-12, Karbidglühung: 950 Grad Celsius, 60 min.Step (c) was carried out in air at 950 ° C. for 20, 40 and 60 minutes. The profits or losses in terms of Restcarbidanteils and its distribution are shown in Figs. 1 to 4. As can be seen from this
Variant No. 1-02, part 1, test certificate 2000-10, carbide annealing: 950 degrees Celsius, 20 min.
Variant No. 1-02, part 2, test certificate 2000-11, carbide annealing: 950 degrees Celsius, 40 min.
Variant No. 1-02, part 3, test certificate 2000-12, carbide annealing: 950 degrees Celsius, 60 min.

Die obigen Werkstoffatteste enthalten die jeweilige spährolitische Graphitausbildung und das in der austenitischen Matrixstruktur befindliche sog. Karbid-Korsett. Bildtafel Nr. 2000-1 zeigt die prozentualen Karbidanteile im Werkstoff entsprechend der Glühzeiten.The above material certificates contain the respective Spährolitische graphite training and the in The so-called carbide corset located in the austenitic matrix structure. Plate No. 2000-1 shows the percentage of carbide in the material according to the annealing times.

Claims

1. A method for producing a material, which comprises the steps:

a) Production of a melt which has the following ingredients:
carbon 1.5-3.5% silicon 1.0-5.0% manganese 0.1-18% phosphorus <0.5% sulfur <0.05% chrome 0.5-5% nickel 1.0-20% copper ≦ 8.0%
b) Production of a blank with a white cast structure by adding one or more of NiMg, NiSiMg, FeMg or FeSiMg or the rare earth metals in an amount of ≦ 0.5%, with the proviso that under (a) specified amounts of nickel and / or Silicon are not exceeded, and
c) Holding the blank at elevated temperatures until the proportion of residual carbides is ≦ 30%.

2. The method according to claim 1, wherein the melt has the following ingredients:
carbon 1.5-3.5% silicon 1.0-4.5% manganese 0.1-5.0% phosphorus <0.5% sulfur <0.05% chrome 0.5-5.0% nickel 1.0-20% copper 0.3- 8.0%

or
carbon 1.5-3.5% silicon 1.0-5.0% manganese 4.0-18.0% phosphorus <0.5% sulfur <0.05% chrome 1.0-5.0% nickel 1.0-10% copper <1.0%

3. The method according to claim 1, wherein the melt has the following ingredients:
carbon 2.09% silicon 1.25% manganese 0.52% phosphorus 0.25% sulfur 0.009% chrome 2.17% nickel 15.4% copper 4.47% magnesium 0.014%

4. The method according to any one of the preceding claims, wherein the melt further V, Ti, Co, Nb, Ta, W, Mo, B, Pb, Sn, Al or mixtures thereof in an amount up to 20% contains.

5. The method according to any one of the preceding claims, wherein the melt a Has nitrogen content of up to 800 ppm.

6. The method according to any one of the preceding claims, wherein the melt further Te, B and / or Bi is added ≦ 3%.

7. The method according to any one of the preceding claims, wherein step (c) at a Temperature of ≧ 750 ° C is carried out.

8. Cast iron material with a Zemenite-Ledeburitic structure and spherulitic graphite formation without D-graphite nests, which has the following ingredients:
carbon 1.5-3.5% silicon 1.0-5.0% manganese 0.1-18% phosphorus <0.5% sulfur <0.05% chrome 0.5-5% nickel 1.0-20% copper ≦ 8.0%

9. Cast iron material according to claim 8, which has the following ingredients:
carbon 1.5-3.5% silicon 1.0-4.5% manganese 0.1-5.0% phosphorus <0.5% sulfur <0.05% chrome 0.5-5.0% nickel 6.0-20% copper 0.3-8.0%

or
carbon 2.09% silicon 1.25% manganese 0.52% phosphorus <0.25% sulfur 0.009% chrome 2.17% nickel 15.4% copper 4.47% magnesium 0.014%

10. Cast iron material according to one of claims 8 and 9, which has a nitrogen content of a maximum of 800 ppm.

11. Cast iron material according to one of claims 8 to 10, which Co, V, Ti, Nb, Ta, W, Mo, B; Contains Pb, Sn, Al or mixtures thereof in an amount up to 20%.

12. Use of a cast iron material according to one of claims 8 to 11 for Manufacture of piston rings, cylinder liners, valve seats and protective liners, Drive seals, carrier plates for brake pads, rings for cooling units or Pump nozzles.