DE1583270C2 - Verfahren zur Herstellung von Gleitlagern aus Gußeisen - Google Patents

Description

C (%) + 0,31 Si (%) = K(1,30 + 2,57 · 10~³ i),

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Gleitlagern aus Gußeisen mit einer an Graphit angereicherten, verschleißfesten Laufschicht.

Gußeisen hat einen hohen Widerstand gegen Ab- 3" wobei die Abkühlimgsgeschwindigkeit so eingestellt nutzung, da der in dem Gußeisen enthaltene Graphit wird, daß der Gehalt an freiem Graphit in der Laufselbst bei einem Trockenabriebsmechanismus als schicht das 2- bis 5fache des Graphitgehalts im verSchmiermittel und der Teil zwischen dem Graphit als bleibenden Teil des Gußeisen-Gleitlagers beträgt, und ein Ölsumpf bei einem Naßabriebsmechanismus wirkt. wobei der Gesamtbetrag des freien Graphits dem-

Der Kohlenstoffgehalt von normalem Gußeisen be- 35 jenigen konventioneller Gußeisen-Gleitlager entspricht,

trägt 3,00 bis 4,00%, wovon sich ungefähr 0,8% mit Zur Erläuterung des K-Wertes wird folgendes ausge-

dem Eisen unter Bildung von Fe₃C verbinden und der führt: Die Löslichkeit von Kohlenstoff und Silizium

Rest als freier Graphit abgeschieden und homogen in bei der Temperatur i°C ist im »Gießerei-Kalender«

flockiger oder kugeliger Form dispergiert wird. Wenn (Düsseldorf) 1960, S. 117 bis 120, behandelt und

sich deshalb der Gehalt an freiem Graphit erhöht, so 4° wird im allgemeinen durch folgende Gleichung ausge-

wird der Abnutzungs- bzw. Verschleißwiderstand des drückt:

Gußeisens sowohl im trockenen als auch im nassen r*/°/\ j-mi ς;* (°/\ — 1 m 4- 0 S7 · m-s t (W

Zustand besser. Es ist jedoch schwierig, mehr als 4% ^C V/J + ^ii. _K/a) - i.JU + /,:>/ iu /, (i)

freien Graphit im Gußeisen durch einen Schmelz- wobei C* und Si* die Gewichtsprozent von Kohlenprozeß zu erzeugen, bei dem mehr als 4% freier Gra- 45 stoff und Silizium sind, die im Sättigungszustand in der phit an der Oberfläche des Gußeisens in ausgeschiede- Schmelze sind, ner Form abgelagert wird. Im Falle einer beliebigen Zusammensetzung lautet

Aus dem Buch »Gußeisen« von E. Piwowarsky (Springer-Verlag) 1951, S. 617 und618 und974bis976, kann (S. 618) die Anregung entnommen werden, daß auf dem Weg über die Herstellung eines Gußeisens mit kugelförmiger Graphitausbildung möglicherweise wesentlich höhere Festigkeiten mit noch ausreichender oder gar gesteigerter Gleitfähigkeit verbunden sein können. Der Verfasser dieses Buches führt jedoch dann aus, daß solche Versuche noch ausstehen. In der gleichen Literaturstelle ist auf S. 976 eine Zahlentafel 215 enthalten, die Angaben über Schleudergußlegierungen von Zylinderlaufbüchsen enthält. Die hier für

die Schleudergußlegierungen angegebenen Kohlen- 60 einer Graphitschicht kristallisiert, stoff- und Siliziumgehalte liegen jedoch in einem Be- Wenn der K-Wert weniger als 0,9 beträgt, so wird

reich, in dem keine guten Ergebnisse für Reibungs- und die Kristallisation des voreutektischen Graphits ver-Verschleißwiderstände erwartet werden können. Hin- zögert, auch wenn die Zusammensetzung hyperweise auf die Verteilung des Kohlenstoffs über dem eutektisch ist. Deshalb kann der Graphit vor der Ver-Querschnitt der Zylinderlaufbüchsen können dieser 65 festigung nicht an die Oberfläche steigen, und die Literaturstelle nicht entnommen werden. Graphitschicht kann sich nicht bilden. Die Ausbildung

Weiterhin ist durch einen Aufsatz von Motz in der Graphitschicht wird auch von der Abkühlungsgeder Zeitschrift »Gießerei« im Heft 25 vom 3. Dezember schwindigkeit der Schmelze beeinflußt.

g
deshalb die Formel folgendermaßen:

/ϊ-l-0 31 Si Γ°/ϊ —/m 30 4-? 57 ·

wobei K ein Koeffizient ist.
Wenn K = 1 gilt, dann

ri°/\ , nii/«/\c;_r*i«/> ι_ π τι ^{C(/o) +} °'^{31 (/o) bl} ~ ^{C (/o) +} °'³¹

ΙΟ-³/¹»

Versuche haben ergeben, daß, wenn der K-Wert nach der Berechnung aus Zusammensetzung der Schmelze nach dem Impfen gleich 1 oder etwas weniger als 1 ist, beispielsweise 0,9, der feine voreutektische Graphit unmittelbar nach dem Gießen unter Bildung

Dies soll an Hand eines praktischen Beispiels veranschaulicht werden. Wenn der Kohlenstoffgehalt 4% beträgt und die Temperatur der Metallschmelze bei 1400⁰C liegt, so beträgt der Anteil an Silizium, um K = 1 zu genügen, 2,9 %. Für den Fall jedoch, daß eine verlorene Form aus Phenolharz verwendet wird und ein Versuchskörper mit den Abmessungen 30 X 40 X 100 mm³ gegossen wird, so beträgt der Maximalanteil an Silizium für die Bildung der Graphitschicht 2,6%. Ist der Anteil an Silizium größer als 2,6%, so kann sich die Graphitschicht auch bilden, liegt er jedoch unter diesem Wert, so kann die Schicht nicht gebildet werden.

Im Falle von Gußeisen mit Kugelgraphit erhält der proeutektische Graphit eine Kugelform, wenn die Kornbehandlung vor dem Impfen vorher ausgeführt ist. Da der Kugelgraphit einen geringeren Widerstand als der Flockengraphit hat, ist die Aufstiegsgeschwindigkeit des Kugelgraphits in der Schmelze höher, und man erzielt auf leichte Weise eine Graphitschicht hoher Dichte. Für die Bildung der Schicht aus dicht verteiltem Graphit an der Lauffläche des zylindrischen Gußstückes, wie eines Lagermetalls oder einer zylindrischen Lagerbüchse, verwendet man ein Schleudergußverfahren. Bei diesem Verfahren können die Dichte und Dicke der Graphitschicht durch Regulieren der Drehzahl geändert werden.

Der Gesamtbetrag an freiem Graphit in den erfindungsgemäß hergestellten Gußkörpern ist genauso groß wie derjenige bei herkömmlichen Gußkörpern, jedoch beträgt die Menge an freiem Graphit in der Schicht zwei- bis fünfmal soviel wie die in dem gleichen Teil des herkömmlichen Gußkörpers. Die erfindungsgemäßen Gußkörper sind deshalb als Gleitmittel für Maschinen besonders geeignet, deren Laufflächen besonders verschleißfest sein sollen.

Wenn ein Silizium enthaltender Impfstoff einer Kohlenstoff und Silizium enthaltenden Schmelze zugesetzt wird und die Schmelze in eine Form vergossen wird, kristallisiert in der Schmelze feiner, proeutektischer Graphit, der mit der Abkühlung des Metalls wächst. Da die spezifische Dichte von Graphit geringer ist als die des geschmolzenen Metalls, steigt der Graphit an die Oberfläche des Metalls. Auf diese Weise nimmt die Graphitmenge in dem Oberflächenteil allmählich zu, bis sich die Stahlschmelze verfestigt. Wenn die Graphitierung bzw. Graphitbildung schnell vor sich geht, bildet sich eine Schicht oder Zone mit dicht angereichertem Graphit in dem Oberflächenteil der Gußstücke.

ίο Die Ausbildung der Graphitschicht hängt von der Graphitierungsgeschwindigkeit und der Abkühlgeschwindigkeit des Gußeisens ab. Die Graphitierungsgeschwindigkeit hängt weiterhin von der Menge des in der Schmelze vorliegenden Kohlenstoffs und SiIiziums ab.

Die folgenden Beispiele dienen zur Klarstellung des Verfahrens zur Herstellung von erfindungsgemäßen Gußkörpern mit Doppelschicht aus Kugelgraphit.
• Für die Kugelbildung wird eine Schmelze mit einer

ao Fe-Si-Mg-Legierung, die 1,5% der Schmelze ausmacht und 20% Magnesium enthält, behandelt, und der Schmelze wird geimpftes Fe-Si mit 0,5 % der Schmelze (75% Silizium) zugesetzt, wobei die Schmelze auf einer Temperatur von 1400⁰C bei der Bildung einer Zusammensetzung von 4,04 % C und 2,81 % Si gehalten und dann in eine verlorene Form vergossen wird.

An Hand der Zeichnung wird die vorliegende Erfindung näher erläutert:

F i g. 1 ist eine Schnittansicht eines Versuchsstücks mit einer Stärke von 40 mm. Die Stärke der Schicht 1 mit hoch angereichertem Graphit beträgt 3 mm, die Menge des Graphits in der Schicht 23 Volumprozent. Der Teil 2 mit normal verteiltem Graphit hat einen Gehalt von 9 bis 10 Volumprozent, wodurch die Dichte des Graphits der Schicht 1 mehr als zweimal so groß ist wie die in dem Teil 2.

F i g. 2 ist eine Schnittansicht längs der Linie II-II

von Fig. 3, wobei im Schleuderguß gegossen wird; F i g. 3 ist eine Seitenansicht von Fig. 2. Der Graphit der Schicht 1 dieses Gußstücks beträgt 30 Volumprozent.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   1959, S. 953 bis 957, bekannt, daß bei der Herstellung von Kugelgraphiteisen eine Primärsphärolithenseigerung in Abhängigkeit vom Sättigungsgrad auftreten kann, ohne daß es dabei zu einer Ausscheidung von Garschaumgraphit kommen muß. Der Siliziumgehalt der Proben, an denen diese Erscheinungen beobachtet wurden, betrug dabei 10%. Angaben über die Verteilung des freien Graphits über den Querschnitt eines Gußstückes sowie Hinweise auf technische Anwen-

   Verfahren zur Herstellung von Gleitlagern aus
   Gußeisen mit einer an Graphit angereicherten, verschleißfesten Laufschicht, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelze bei der Schmelztemperatur /⁰C mit einem solchen Kohlenstoff-
   und Siliziumgehalt hergestellt wird, daß sie einen
   K-Wert von mehr als 0,9 bis 1,0 hat, wobei der io düngen sind in dieser wissenschaftlichen Abhandlung K-Wert durch die folgende Gleichung definiert ist, nicht enthalten.

   die den Kohlenstoff- und Siliziumgehalt mit der Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe beTemperatur verknüpft: steht nun darin, ein Verfahren zur Herstellung von

   Gleitlagern aus Gußeisen mit einer an Graphit ange_rej_ch_erten, verschleißfesten Laufschicht so auszubilden, daß die Laufschichten sowohl bei Trocken- als auch bei Naßlauf einen hohen Verschleißwiderstand aufweisen.

   Dies wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß das Verfahren so durchgeführt wird, daß die Schmelze bei der Schmelztemperatur /⁰C mit einem solchen Kohlenstoff- und Siliziumgehalt hergestellt wird, daß sie einen K-Wert von mehr als 0,9 bis 1,0 hat, wobei der K-Wert durch die folgende Gleichung definiert ist, die den Kohlenstoff- und Siliziumgehalt mit der Temperatur verknüpft:

   CC'} 4- 0 31 S' ί°/ϊ — K fl 30 4- 2 57 ■ 10~³ 1)
   WoJ τ , κ/ο)— ν , » h

   wobei die Abkühlungsgeschwindigkeit so eingestellt wird, daß der Gehalt an freiem Graphit in der Laufschicht das 2- bis 5fache des Graphitgehalts im verbleibenden Teil des Gußeisen-Gleitlagers beträgt, und wobei der Gesamtbetrag des freien Graphits demjenigen konventioneller Gußeisen-Gleitlager entspricht.