DE102004042385A1

DE102004042385A1 - Verfahren zur Herstellung einer Gleitringdichtung

Info

Publication number: DE102004042385A1
Application number: DE102004042385A
Authority: DE
Inventors: Eric Fritsche
Original assignee: Federal Mogul Burscheid GmbH
Current assignee: Federal Mogul Burscheid GmbH
Priority date: 2004-09-02
Filing date: 2004-09-02
Publication date: 2006-03-30

Abstract

Verfahren zur Herstellung eines Gleit- und/oder Gegenringes einer Gleitringdichtung, insbesondere einer Laufwerkdichtung, indem ein aus einem leicht zu bearbeitenden Werkstoff bestehender Grundkörper im Bereich seiner späteren Lauffläche durch heißisostatisches Pressen (HIP) zumindest mit einer auf einer Legierungsbasis von Stelliten oder NiCr+WC gebildeten Verschleißschicht versehen wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Gleit- und/oder Gegenringes einer Gleitringdichtung, insbesondere einer Laufwerkdichtung.
Für praktische Anwendungsfälle werden derzeit Gleit- und/oder Gegenringe durch Duronit gebildet, die verhältnismäßig schlecht zu bearbeiten sind. Vielfach weisen größere Anteile der bearbeiteten Ringe kanalförmige Porositäten auf, die eine ausreichende Abdichtung verhindern, so dass mit einer verhältnismäßig hohen Ausschusszahl zu rechnen ist.

Der GB-A 1,283,820 ist eine als Laufwerkdichtung einsetzbare Gleitringdichtung zu entnehmen, beinhaltend einen Gleit- sowie einen Gegenring aus rostfreiem Stahl. Im Bereich der späteren Lauffläche ist ein auf Basis von Stelliten gebildeter Verschleißkörper, insbesondere durch Kleben, aufgebracht. Im Hinblick auf höhere Einsatztemperaturen kann die Verbindung zwischen dem Verschleißkörper und dem Gleit- bzw. Gegenring geschwächt werden, so dass die Standzeit eher gering ist. Der Einsatz von rustfreien Stählen verteuert die Gleitringdichtung darüber hinaus.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, durch gezielte Werkstoffauswahl einerseits für den Gleit- und/oder Gegenring und andererseits für die Verschleißschicht sowie durch konkrete Auswahl eines Verbindungsverfahrens ein kostengünstiges Produkt bereitzustellen, das in abrasiver Umgebung die Dichtfunktion im Betriebszustand bei langer Standzeit erhält, wobei die Bearbeitbarkeit gegenüber dem Stand der Technik verbessert werden soll.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines Gleit- und/oder Gegenringes einer Gleitringdichtung, insbesondere einer Laufwerkdichtung, indem ein aus einem leicht zu bearbeitenden Werkstoff bestehender Grundkörper im Bereich seiner späteren Lauffläche durch heißisostatisches Pressen (HIP) zumindest mit einer auf einer Legierungsbasis von Stelliten oder NiCr + WC gebildeten Verschleißschicht versehen wird.

Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind den zugehörigen verfahrensgemäßen Unteransprüchen zu entnehmen.

Diese Aufgabe wird darüber hinaus gelöst durch einen Gleit- und/oder Gegenring einer Gleitringdichtung, insbesondere einer Laufwerkdichtung, bestehend aus einem Grundkörper aus einem Gusswerkstoff sowie zumindest einer Verschleißschicht auf Basis einer Stellite- oder NiCr + WC-Legierung, wobei auf der Verschleißschicht eine Einlaufschicht aufgebracht ist.

Stellite sind Legierungen auf Kobaltbasis, deren Vorteile gegenüber Stählen eine höhere thermische und chemische Beständigkeit in Temperaturbereichen bis 800°C sind. Durch einen variablen Hartstoffanteil kann ferner eine gezielte Verschleißbeständigkeit eingestellt werden. Infolge der pulvermetallurgischen Herstellung der Stellitwerkstoffe entsteht eine Homogenität im Gefüge, die sich besonders positiv auf die Hartstoffverteilung und die Isotropie der Bauteile auswirkt. Hierbei können Härten oberhalb von 50 HRC erzielt werden.

Vorteilhaft einsetzbare Legierungen haben etwa folgende Zusammensetzung (in Masse-%): 2 bis 3 % C, 30 bis 34 % Cr, 12 bis 14 % W, Rest Co.

Alternativ können Legierungen auf Basis von NiCr + WC zum Einsatz gelangen, die zumindest gleich hohe HRC-Werte erzielen. Der WC-Anteil an der Legierung kann hierbei zwischen 50 und 80 %, Rest NiCr + max. 3 % C, betragen.

Beim HIP-Verfahren erfolgt der Verbund von Pulverteilchen untereinander sowie auch zwischen den Pulverteilchen und den Festkörpern über Festkörperdiffusionsprozesse. Durch das gleichzeitige Sintern und Verdichtern der Formkörper in einer HIP-Anlage können fehlerfreie und isotrope Bauteile in einem Prozessschritt hergestellt werden. Dies steht im Gegensatz zu herkömmlichen drucklos gesinterten Bauteilen, die häufig zur Erhöhung der Dichte und somit zur Qualitätsverbesserung noch umgeformt werden müssen.

Einem weiteren Gedanken der Erfindung gemäß ist die Einlaufschicht auf Basis von Molybdän gebildet.

Der Gleit- und/oder Gegenring wird somit aus einem preiswerten und gut zu bearbeitenden Material, z.B. Graugusssorten (GG, GGV, GGG, GJL, GTS oder GTW), hergestellt. Die Eigenschaft der Selbstspeisung von Grauguss verhindert eine starke Ausprägung von Porositäten, die somit nicht zu den im Stand der Technik angegebenen kanalförmigen Durchlässen führt. Darüber hinaus ist Grauguss sehr gut zerspanbar. Ausschussraten und Zerspanungskosten werden somit gegenüber dem Stand der Technik reduziert. Bevorzugt kommen genormte Gusseisen mit Lamellengraphit zum Einsatz.

Einem weiteren Gedanken der Erfindung gemäß wird die Verschleißschicht (Stellite/NiCr + WC) pulvermetallurgisch hergestellt und als Vorformling zugekauft sowie durch heißisostatisches Pressen (HIP-Verfahren) mit dem Grundkörper verbunden. Möglich ist auch eine Kombination zweier unterschiedlicher Materialien, von denen die äußere bedarfsweise leicht zu bearbeiten ist. Selbige dient dann als schnelle Verschleißschicht (Einlaufschicht), während die innere verschleißbeständig ist und eine hohe Standzeit der Gleitringdichtung gewährleistet.

Die Fertigbearbeitung der Dichtfläche kann durch eine Schleif-/Läppbearbeitung erfolgen.

Der Erfindungsgegenstand ist anhand eines Ausführungsbeispieles in der Zeichnung dargestellt und wird wie folgt beschrieben.

Die einzige Figur zeigt einen Gleitring 1 für eine Gleitringdichtung, wie sie beispielsweise in der GB-A 1,213,820 beschrieben ist. Der Gleitring 1 besteht aus einem Grundkörper 2 aus Grauguss, beispielsweise GJL. Die Verschleißschicht 3 wird in diesem Beispiel gebildet durch eine Legierung auf Basis von Stelliten (Co-Cr-W) mit einer Härte HRC > 50.
Alternativ kann eine Legierung auf Basis von NiCr + WC mit einer zumindest gleich großen Härte zum Einsatz gelangen. Bei Verwendung einer derartigen Legierung sollte der WC-Anteil zwischen 50 und 80 % liegen, Rest NiCr + max. 3 % C.
Die Verschleißschicht 3 wird als Vorformling zugekauft und wurde vorteilhafterweise pulvermetallurgisch hergestellt. Durch heißisostatisches Pressen (HIP-Verfahren) wird die Verschleißschicht 3 laufflächenseitig mit dem Grundkörper 2 verbunden. Vorteilhafterweise kann auf die Verschleißschicht 3 noch eine auf Basis von Molybdän gebildete Einlaufschicht 4 durch Flammspritzen aufgebracht werden. Durch die aufgezeigte Kompositlösung werden Einlauf- 4 und Verschleißschicht 3 miteinander kombiniert, so dass nach Abnutzung der Einlaufschicht 4 noch eine hohe Standzeit der Verschleißschicht 3 gegeben ist. Es wird somit eine hohe Brandspursicherheit erzeugt, wobei die Schichtporosität max. 20 % beträgt. Es können Schichthärten im Bereich zwischen 900 und 1200 HV bei einer Festigkeit von min. 30 N/mm² realisiert werden.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Gleit- und/oder Gegenringes (1) einer Gleitringdichtung, insbesondere einer Laufwerkdichtung, indem ein aus einem leicht zu bearbeitenden Werkstoff bestehender Grundkörper (2) im Bereich seiner späteren Lauffläche durch heißisostatisches Pressen (HIP) zumindest mit einer auf einer Legierungsbasis von Stelliten oder NiCr + WC gebildeten Verschleißschicht (3) versehen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Grundkörper (2) aus einem Gusswerkstoff, insbesondere Gusseisen mit Lamellengraphit, eingesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Verschleißschichten (3, 4) vorgesehen sind, von denen mindestens eine durch heißisostatisches Pressen auf dem Grundkörper (2) aufgebracht werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Verschleißschicht (4) durch eine Einlaufschicht auf Basis von Molybdän gebildet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschleißschicht (3) durch einen pulvermetallurgisch vorgefertigten Formkörper gebildet ist, der durch heißisostatisches Pressen (HIP) mit dem Grundkörper (2) verbunden wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Einlaufschicht (4) durch Flammspritzen auf die HIP-Schicht (3) aufgebracht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schichtporosität von max. 20 % und eine Schichthärte zwischen 900 und 1200 HV innerhalb der Einlaufschicht (4) eingestellt werden.
Gleit- und/oder Gegenring einer Gleitringdichtung, insbesondere einer Laufwerkdichtung, bestehend aus einem Grundkörper (2) aus einem Gusswerkstoff sowie zumindest einer Verschleißschicht (3) auf Basis einer Stellite- oder NiCr + WC-Legierung, wobei auf der Verschleißschicht (3) eine Einlaufschicht (4) aufgebracht ist.
Gleit- und/oder Gegenring nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Einlaufschicht (4) auf Basis von Molybdän gebildet ist.
Gleit- und/oder Gegenring nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper aus Gusseisen mit Lamellengraphit, die Verschleißschicht (3) durch eine Legierung auf Basis von NiCr + WC mit einem WC-Anteil zwischen 50 und 80 %, Rest NiCr + max. 3 % C und die Einlaufschicht (4) durch eine Mo-Legierung gebildet ist.