CS212362B1

CS212362B1 - Austenitic cast iron

Info

Publication number: CS212362B1
Application number: CS365779A
Authority: CS
Inventors: Miroslav Tvrdy; Vladimir Spunda; Jaromir Zampach
Original assignee: Miroslav Tvrdy; Vladimir Spunda; Jaromir Zampach
Priority date: 1979-05-28
Filing date: 1979-05-28
Publication date: 1982-03-26

Abstract

Vynález se týká slitiny pro výrobu nosičů pístních kroužků u pístů z hliníkových slitin. Písty s nosiči se používají u spalovacích a výbušných motorů pracujících s vyššími měrnými tlaky. Materiál nosičů pístních kroužků musí mít střední' teplotní součinitel délkové roztažnosti stejný,jako AI slitina pístů (18 až 20.10“°/°C) a musí mít dostatečnou korozní a adhézní odolnost. Slitina podle vynálezu obsahuje v hmotnostní koncentraci kromě železa a běžných nečistot 2,0 až 3,5 % uhlíku, 3,0 až 10,0 % niklu, 3,0 až 12,0 % manganu, 0,01 až 0,25 % dusíku, 0,5 až 6,0 % mědi, 0,5 až 4,0 % křemíku á 0,05 až 2,5 % hliníku. Tuto slitinu dle vynálezu lze použít s přísadou 0,05 až 1,0 % hmot. chrómu pro výrobu odlitků, u kterých je požadována vyšší tvrdost a vyšší odolnost proti adhéznímu, abrazívnlmu a erozívnímu opotřebení .The invention relates to an alloy for the production of piston ring carriers for pistons made of aluminum alloys. Pistons with carriers are used in combustion and explosive engines operating at higher specific pressures. The material of the piston ring carriers must have a mean thermal coefficient of linear expansion equal to that of the piston alloy (18 to 20.10"°/°C) and must have sufficient corrosion and adhesion resistance. The alloy according to the invention contains, in addition to iron and common impurities, 2.0 to 3.5% carbon, 3.0 to 10.0% nickel, 3.0 to 12.0% manganese, 0.01 to 0.25% nitrogen, 0.5 to 6.0% copper, 0.5 to 4.0% silicon and 0.05 to 2.5% aluminum in mass concentration. This alloy according to the invention can be used with an addition of 0.05 to 1.0% by mass of chromium for the production of castings for which higher hardness and higher resistance to adhesive, abrasive and erosive wear are required.

Description

Vynález se týká austenitické litiny, určené zejména pro výrobu nosičů pístních kroužků pro písty z hliníkových slitin. Mimo nosiče pístních kroužků je možno tuto slitinu použít i pro výrobu bimetalických pístů, případně pro výrobu bimetalických hliníkových odlitků, u kterých je třeba hliníkovou část odlitku kombinovat s vhodnou slitinou na bázi Fe. Tato slitina je vhodná i pro výrobu odlitků, na které během provozu působí například korozní účinek prostředí v kombinaci s adhézním a abrazívním opotřebením, jako je tomu u vložek válců apod.The invention relates to an austenitic cast iron, intended in particular for the production of piston ring carriers for pistons made of aluminum alloys. In addition to piston ring carriers, this alloy can also be used for the production of bimetallic pistons, or for the production of bimetallic aluminum castings, in which the aluminum part of the casting needs to be combined with a suitable Fe-based alloy. This alloy is also suitable for the production of castings that are subjected to, for example, the corrosive effect of the environment in combination with adhesive and abrasive wear during operation, such as cylinder liners, etc.

Při výrobě hliníkových pístů se zalitými nosiči pístních kroužků je nutné, aby lineární roztažnost Fe slitiny nosiče, byla shodná s lineární roztažností vlastního pístu. Toto platí obecně pro veškeré bimetalická odlitky, u kterých je požadován .difuzní spoj, přičemž u pístů je tento požadavek obzvláště důležitý s ohledem na velký rozsah teplot, při kterých pisty pracují. Střední teplotní součinitel délkové roztažnosti v rozmezí od 200 °C je u hliníkových slitin používaných pro výrobu pístů 18 až 20.10“^/°C.When manufacturing aluminum pistons with cast piston ring carriers, it is necessary that the linear expansion of the Fe alloy of the carrier is identical to the linear expansion of the piston itself. This generally applies to all bimetallic castings for which a diffusion bond is required, and for pistons this requirement is particularly important due to the large range of temperatures at which the pistons operate. The average thermal coefficient of linear expansion in the range of 200 °C is 18 to 20.10“^/°C for aluminum alloys used for piston production.

Obdobnou hodnotu součinitele délkové roztažnosti mají speciální austenitické litiny obsahující v hmotnostní koncentraci 13,5 až 17,5 % niklu, 5,5 až 7,5 % mědi a 1,0 až 2,5 % chrómu, které se v současné době používají pro výrobu nosičů pístních kroužků. Tato doposud používaná litina pro výrobu nosičů pístních kroužků se plně osvědčila. Její nevýhodu je však relativně vysoký obsah niklu a tím i vysoké náklady na její výrobu. Další nevýhodou této slitiny jsou poměrně špatné slévárenské vlastnosti, hlavně sklon k mikroředinám, což způsobuje zvýšenou zmetkovitost ve výrobě.A similar value of the coefficient of linear expansion is found in special austenitic cast irons containing 13.5 to 17.5% nickel, 5.5 to 7.5% copper and 1.0 to 2.5% chromium by weight, which are currently used for the production of piston ring carriers. This cast iron, which has been used so far for the production of piston ring carriers, has fully proven itself. However, its disadvantage is the relatively high nickel content and thus the high cost of its production. Another disadvantage of this alloy is its relatively poor casting properties, mainly the tendency to micro-fluidity, which causes increased scrap in production.

Uvedené nevýhody doposud používaných litin pro výrobu nosiěů pístních kroužků odstraňuje austenitické litina podle vynálezu. Podstata vynálezu spočívá v tom, že kromě železa a běžných nečistot obsahuje v hmotnostní koncentraci 2,00 až 3,50 % uhlíku, 3,00 až 10,0 % niklu,.3,00 až 12,00 % manganu, 0,01 až 0,25 % dusíku, 0,50 až 6,00 % mědi, 0,50 až 4,00 % křemíku a 0,05 až 2,50 % hliníku. V případě, že u těchto litin je požadována vyěší tvrdost a vyšší odolnost proti abrazívnímu, adhéznímu nebo erozívnímu opotřebení, zajišluje se toto tím, že k základní litině je dále dolegován některý karbidotvorný prvek jako například chrom, titan, molybden nebo vanad. S ohledem na cenové relace a deficitnost je nejvýhodnější chrom,a to v hmotnostní koncentraci 0,05 až 1,00 %.The austenitic cast iron according to the invention eliminates the above disadvantages of the cast irons used so far for the production of piston ring carriers. The essence of the invention lies in the fact that, in addition to iron and common impurities, it contains in a mass concentration of 2.00 to 3.50% carbon, 3.00 to 10.0% nickel, 3.00 to 12.00% manganese, 0.01 to 0.25% nitrogen, 0.50 to 6.00% copper, 0.50 to 4.00% silicon and 0.05 to 2.50% aluminum. In the case that higher hardness and higher resistance to abrasive, adhesive or erosive wear are required for these cast irons, this is ensured by further alloying the basic cast iron with some carbide-forming element such as chromium, titanium, molybdenum or vanadium. With regard to price relations and scarcity, chromium is the most advantageous, in a mass concentration of 0.05 to 1.00%.

Výhodou nové slitiny podle vynálezu je to, že materiálové náklady jsou použe 35 až 70 % základů doposud vyráběné slitiny. Ostatní vlastnosti kladené na slitinu pro výrobu nosičů pístních kroužků jsou u nové slitiny porovnatelné s vlastnostmi doposud vyráběné slitiny.The advantage of the new alloy according to the invention is that the material costs are only 35 to 70% of the basis of the alloy produced so far. The other properties required of the alloy for the production of piston ring carriers are comparable to the properties of the alloy produced so far.

Příkladem litin podle vynálezu, které jsou vhodné pro výrobu nosičů pístních kroužkůAn example of cast irons according to the invention that are suitable for the production of piston ring carriers

u pístů z hliníkových slitin, jsou litiny typu A, B, C. Litina typu D je určena pro for pistons made of aluminum alloys, there are cast iron types A, B, C. Cast iron type D is intended for odlitky, adhéznímu castings, adhesive u kterých je požadována vyšší tvrdost a where higher hardness is required and zvýšená odolnost proti abrazívnímu, increased resistance to abrasion, a erozívnímu opotřebení. and erosive wear. A A B B c c D D uhlík carbon hmot. koncentrace mass concentration 3,00 % 3.00% 3,00 % 3.00% 3,00 3.00 % 3,00 % % 3.00 % křemík silicon 3,50 3.50 3,00 3.00 2,50 2.50 3,00 3.00 mangan manganese 8,00 8.00 6,50 6.50 10,00 10.00 6,00 6.00 nikl nickel 4,50 4.50 6,00 6.00 8,50 8.50 6,00 6.00 dusík nitrogen 0,15 0.15 0,10 0.10 0,05 0.05 0,10 0.10 měď copper 5,00 5.00 4,50 4.50 3,50 3.50 4,50 4.50 hliník aluminum 0,20 0.20 0,20 0.20 1,50 1.50 2,00 2.00 chróm chrome - - - - - - 0,25 0.25

Tyto litiny podle vynálezu mají střední teplotní součinitel délkové roztažnosti 18 až 20.10^-6/°c, což je v souladu s doposud používanými litinami. Tvrdost těchto litin podle vynálezu je v rozmezí 135 až 230 HB, hodnoty pevnosti za normální a zvýšených teplot jsou porovnatelné s hodnotami, doposavad používané litiny a pohybují se v rozmezí 200 až 400 MPa. Odlitky nosičů pístních kroužků je vhodné před mechanickým opracováním tepelné zpracovat při teplotě 950 °C s následujícím volným ochlazením na vzduchu.These cast irons according to the invention have a mean thermal coefficient of linear expansion of 18 to 20.10 ^- 6 / ° C, which is in accordance with the cast irons used so far. The hardness of these cast irons according to the invention is in the range of 135 to 230 HB, the strength values at normal and elevated temperatures are comparable to the values of the cast irons used so far and range from 200 to 400 MPa. It is appropriate to heat-treat the piston ring carrier castings at a temperature of 950 ° C before mechanical machining with subsequent free cooling in air.

Ověření litiny difúzního spoje nosičů pístních kroužků z nových litin podle vynálezu bylo provedeno u pistů 0 102 a 0 125 mm. Docílené hodnoty při destrukční zkoušce jsou . v souladu s hodnotami docilovanými u nosičů pístních kroužků ze slitiny dosud používané.Verification of the cast iron diffusion joint of piston ring carriers made of new cast irons according to the invention was carried out on pistons 0 102 and 0 125 mm. The values achieved in the destructive test are in accordance with the values achieved for piston ring carriers made of the alloy used so far.

Litiny podle vynálezu lze vyrábět jako litiny s lamelárním grafitem, anebo jako litiny tvárné.The cast irons according to the invention can be produced as cast irons with lamellar graphite or as ductile cast irons.

Claims

1. Austenitic cast iron, intended mainly for the production of piston ring carriers or other parts of bimetallic aluminum pistons for which a mean value of thermal expansion coefficient of 18 to 20.10 ^- / ° C is required, characterized in that it contains, in addition to iron and common impurities, at a concentration by weight of 2.00 to 3.50% carbon, 3.00 to 3.00% by weight of carbon;

10.00% nickel, 3.00 to 12.00% manganese, 0.01 to 0.25% nitrogen, 0.50 to 6.00% copper, 0.50 to 4.00% silicon and 0.05 to 2.50% aluminum.

2. The austenitic cast iron according to claim 1, characterized in that it contains from 0.05 to 1.00% by weight of chromium.