DE1650028C2 - Piston ring made of gray cast iron - Google Patents
Piston ring made of gray cast ironInfo
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Description
0,1 bis 1,0% Wolfram
0,1 bis 0,6% Molybdän
0,05 bis 0,5% Titan0.1 to 1.0% tungsten
0.1 to 0.6% molybdenum
0.05 to 0.5% titanium
enthält, wobei die Summe von Molybdän, Titan und Wolfram größer als 0,3% ist.contains, the sum of molybdenum, titanium and tungsten being greater than 0.3%.
2. Kolbenring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Wolfram bis zu 70% durch gleiche Teile Molybdän ersetzt ist.2. Piston ring according to claim 1, characterized in that that up to 70% of the tungsten has been replaced by equal parts of molybdenum.
3. Kolbenring nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß er 0,05 bis 0,3% Zinn enthält.3. Piston ring according to claim 1 or 2, characterized in that it contains 0.05 to 0.3% tin.
Gegenstand der Erfindung ist ein Kolbenring aus Grauguß mit den üblii hen Gehalten an Kohlenstoff, Silizium, Mangan und Phosphor, Kupfer, Nickel und Vanadium, sowie an Chrom bis zu 0,7%, der 0,1 bis 1,0% Wolfram, 0,1 bis 0,6% Molybdän und 0,05 bis 0,5% Titan enthält, wobei die Summe von Molybdän, Titan und Wolfram größer als 0,3% ist.The subject of the invention is a piston ring made of gray cast iron with the üblii hen contents of carbon, Silicon, manganese and phosphorus, copper, nickel and vanadium, as well as chromium up to 0.7%, of 0.1 to Contains 1.0% tungsten, 0.1 to 0.6% molybdenum and 0.05 to 0.5% titanium, the sum of molybdenum, Titanium and tungsten is greater than 0.3%.
Als Kolbenringwerkstoff ist Grauguß wegen seiner guten Verschleißbeständigkeit bekannt. Gemäß C.Englisch,Kolbenringe,Bd. 1,1958Springer-Verlag-Wien, Tabellen der S. 199 bis 244, enthält der Grauguß für Kolbenringe üblicherweiseGray cast iron is known as a piston ring material because of its good wear resistance. According to C. English, Piston Rings, Vol. 1.1958 Springer-Verlag-Vienna, Tables on pages 199 to 244 usually contain gray cast iron for piston rings
2,0 bis
0,5 bis
0,3 bis
0,09 bis
0,03 bis
0,02 bis
0,04 bis
0,05 bis2.0 to
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0.3 to
0.09 to
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4,04%
3,30%
1,27%4.04%
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1,00%1.00%
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2,50%
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0,40%1.15%
2.50%
2.00%
0.40%
Kohlenstoffcarbon
Siliziumsilicon
Manganmanganese
Phosphorphosphorus
Chromchrome
Kupfercopper
Nickelnickel
VanadiumVanadium
als Legierungselemente. Insbesondere wenn er bis zu 0,7% Chrom enthält, ist Grauguß dem Temperguß, Sphäroguß und Stahl in dieser Hinsicht überlegen. Er erschwert aber infolge seines niedrigen Elastizitätsmoduls die Herstellung von Kolbenringen mit hoher Tangentialkraft. Auch seine Festigkeit, insbesondere seine Warmfestigkeit, reicht mitunter nicht über hinreichend lange Standzeiten aus. Man hat deswegen schon Kolbenringwerkstoffe aus legiertem Grauguß entwickelt, die Molybdän, Vanadium, Titan, Kupfer und Nickel enthalten, wodurch ein geringfügiger Anstieg des Ε-Moduls und ein beachtlicher Anstieg der statischen Festigkeit erzielt wurde (vgl, deutsche Patentschrift 1 172 049). Durch die verschärften Betriebsbedingungen der weiterentwickelten Motoren, insbesondere solcher mit verchromten Zylinderlaufbüchsen, sind aber Kolbenringe mit höherer Tangentialkraft, noch höherer Verschleißbeständigkeit und vor allen Dingen höherer Ausgangshärte bei besonders guter Warmfestigkeit notwendig geworden.as alloy elements. Especially when it contains up to 0.7% chromium, gray cast iron is the malleable cast iron, Nodular cast iron and steel are superior in this regard. However, it makes it difficult due to its low modulus of elasticity the production of piston rings with high tangential force. Also its strength, in particular its heat resistance is sometimes insufficient for a sufficiently long service life. That's why you have Alloyed gray cast iron piston ring materials have already been developed, including molybdenum, vanadium, titanium and copper and nickel, causing a slight increase in Ε modulus and a notable increase in static strength was achieved (cf. German patent specification 1 172 049). Due to the tightened operating conditions the advanced engines, especially those with chrome-plated cylinder liners, but are piston rings with higher tangential force, even higher wear resistance and above all Things with a higher initial hardness and particularly good heat resistance have become necessary.
Die Erfindung beruht nun auf der überraschenden Erkenntnis, daß eine über die bloße Summierungs-Wirkung von Legierungselementen hinausgehende Steigerung der geschilderten erwünschten Eigenschaften eines Grauguß-Kolbenringes erreicht wird, wenn man dem Werkstoff in gut abgewogener Weise Wolfram in bestimmter Konzentration zusetzt, die durch eine Titanbeigabe modifiziert sein kann, und daß dann aucheine Beigabe von Zinn den Ε-Modul und die Warmund Biegefestigkeit steigert, ohne daß die Kolbenringe während ihres Fertigungsganges nocb warmfest aeglüht zu werden brauchen.The invention is now based on the surprising finding that a mere summation effect increase of the described desired properties beyond alloying elements of a gray cast iron piston ring is achieved if the material is carefully weighed in with tungsten A certain concentration is added, which can be modified by adding titanium, and then also one The addition of tin increases the Ε module and the thermal and flexural strength without affecting the piston rings heat-resistant annealed during their production process need to become.
Erfindungsgemäß enthält ein Kolbenring der eingangs erwähnten Art 0,1 bis 1,0% Wolfram, 0,1 bis 0,6% Molybdän und 0.05 bis 0,5% Titan, wobei die Summe von Molybdän, Titan und Wolfram grölterAccording to the invention, a piston ring of the type mentioned at the beginning contains 0.1 to 1.0% tungsten, 0.1 to 0.6% molybdenum and 0.05 to 0.5% titanium, with the sum of molybdenum, titanium and tungsten being greater
als 0,3 % sein muß, um dem Kolbenring beim Erstarren des Gusses ein ncdeÜg-martensitisches Gefüge mit verhältnismäßig kurzen Graphitlamellen zu sichern, deren gedrängte Gestalt zur Festigkeitssteigerung beiträgt.must be than 0.3% in order to prevent the piston ring from solidifying to secure a ncdeÜg-martensitic structure with relatively short graphite lamellae of the cast, whose compact shape contributes to the increase in strength.
Es ist bisher nur bekannt, daß Wolfram als sehr starker Carbidbildner auch nichtrostenden Stählen mit 18% Cr und 8% Ni zugegeben werden kann, um die Beständigkeit gegen interkristalline Korrosion zu verbessern und die Bildung von Schweißnahtrissen zuSo far it is only known that tungsten is very strong carbide former can also be added to stainless steels with 18% Cr and 8% Ni Improve resistance to intergranular corrosion and the formation of weld seam cracks
is verhindern, wobei einige chrom-nickellegierte hitzebeständige Stähle bis zu 3% W zur Verbesserung der Warmfestigkeit enthalten. Bekannt ist es auch, daß ! % W die Festigkeit von Gußeisen verbessert, aber seine Ha"rte vermindert (vgl. »Legierungselemente«, Düssel-is prevent taking some chrome-nickel alloy heat-resistant Steels contain up to 3% W to improve the heat resistance. It is also known that ! % W improves the strength of cast iron, but reduces its hardness (see "Alloying elements", Düssel-
dorf 1962, S. 71, 74, 83). Wegen einer schwach graphitisierenden Wirkung von Wolfram im Guß schrieb man einem Wolframgehalt von 0,1 bis 1 % eine leichte »Verbesserung« des Gußeisens zu (vgl. »Gußeisen« von E. Piwowarsky, 2. Auflage 1951, S. 803),_ohne aberDorf 1962, pp. 71, 74, 83). Because of a weak graphitizing one Effect of tungsten in the cast, a tungsten content of 0.1 to 1% was written as a slight "improvement" of cast iron (cf. "Cast iron" by E. Piwowarsky, 2nd edition 1951, p. 803), but without
auf die spezifischen Eigenschaften eines für Kolbenringe bestimmten Gußeisen? einzugehen und zu finden, daß seine Elastizität und Biegefestigkeit bei der Verarbeitung zu Kolbenringen des bei Brennkraftmaschinen üblichen Querschnittes oder auch von größerenon the specific properties of a cast iron intended for piston rings? enter and find that its elasticity and flexural strength when processed into piston rings in internal combustion engines usual cross-section or larger
Querschnitten bis zu 300 mm2 höher ist als die von bisher bekannten Grauguß werkstoff en und auch in der Betriebswärme bestehenbleibt, wobei es sich empfiehlt, bei größeren Querschnitten, also auch bei Kolbenring-Büchsenguß, den Wolframgehalt näherCross-sections up to 300 mm 2 higher than that of previously known gray cast iron materials and also persists in the operating temperature, whereby it is advisable to closer the tungsten content for larger cross-sections, i.e. also with piston ring liner casting
der Obergrenze des angegebenen Bereiches zu wählen, und umgekehrt. Während für Hartguß-Walzen u. dgl. ein hochfestes Gußeisen mit 0,25 bis 10% W neben Cr, V und Ni schon bekannt ist (vgl. britische Patentschrift 421 104), hat man für Kolbenringe nur V-Ti-Cu-Iegier-the upper limit of the specified range and vice versa. While for chilled cast iron rollers and the like. a high-strength cast iron with 0.25 to 10% W in addition to Cr, V and Ni is already known (see British patent specification 421 104), for piston rings only V-Ti-Cu-alloy
tem Grauguß entwickelt, wobei Wolfram unterschiedslos neben Ni, Co, Cr, Mo und Si als mögliches Legierungselement erwähnt worden ist (vgl. britische· Patentschrift 507 225). Nur für aus Draht gewickelte Kolbenringe kennt man Stahllegierungen mit 1 bis 10% W (vgl. deutsche Auslegeschrift 228 067).In addition to Ni, Co, Cr, Mo and Si, tungsten was indiscriminately developed as a possible alloying element has been mentioned (see British patent specification 507 225). Only for piston rings wound from wire steel alloys with 1 to 10% W are known (cf. German Auslegeschrift 228 067).
In dem Kolbenring gemäß der Erfindung können, wie Versuche gezeigt haben, bis zu 70% des Wolframs
durch gleiche Teile Molybdän ersetzt sein.
Eine weitere Steigerung und Festigkeit der Biege-In the piston ring according to the invention, as tests have shown, up to 70% of the tungsten can be replaced by equal parts of molybdenum.
A further increase and strength of the bending
fco und Warmfestigkeit des Kolbenringes gemäß der Erfindung zeigt sich, wenn er 0,05 bis 0,3% Zinn erhält.fco and heat resistance of the piston ring according to the invention shows up when it contains 0.05 to 0.3% tin.
Beispiel
Einem Gußeisen, dasexample
A cast iron that
3.4 bis 3,8 %C3.4 to 3.8% C
2.5 bis 3,2 % Si
0,7 bis 1,0 % Mn2.5 to 3.2% Si
0.7 to 1.0% Mn
beigegeben. Die aus dem Gußeisen hergestellten Kolbenring-Rohlinge mit den Abmessungen 170,9/ 155,1 X 3,95 mm hatten im Gußzustand eine sehr hohe Vickershärte, so daß die Anlaßtemperatur auf 530" C festgelegt werden konnte. Nach einer Glühung von 35 Minuten bei dieser Temperatur und 35 Minuten Luftabkühlung zeigten die Ringe eine Härte von 414 bis 448 kp/mm2. Der Graphit war feinlamellar bis dendritisch und gleichmäßig verteilt, das Grundgefüge martensitisch-bainitisch mit fei η verteilten Mischkarbiden, die Phosphidstruktur netzförmig. Der E-Modul der bearbeiteten Ringe schwankte zwischen 11 279 bis 12 610 kp/mm2, ihre Biegefestigkeit lag zwischen 61,8 und 72,6 kp/mm2 und damit um mehr als 20% höher als bei gleichen Ringen aus bekanntem Guß. Der Span- as nungsabfall nach 4stündiger Glühung unter Spannung bei 0 bis 300° C betrug 4,0 bis 5,3% gegenüber 27 V1, nicht warmfest geglühter Ringe normaler Zusammen-added. The piston ring blanks produced from the cast iron with the dimensions 170.9 / 155.1 X 3.95 mm had a very high Vickers hardness in the as-cast state, so that the tempering temperature could be set at 530 "C. After annealing for 35 minutes at At this temperature and 35 minutes of air cooling, the rings showed a hardness of 414 to 448 kp / mm 2. The graphite was finely lamellar to dendritic and evenly distributed, the basic structure martensitic-bainitic with finely distributed mixed carbides, the phosphide structure reticulated The machined rings fluctuated between 11 279 to 12 610 kp / mm 2 , their flexural strength was between 61.8 and 72.6 kp / mm 2 and thus more than 20% higher than with the same rings made of known casting after 4 hours of annealing under voltage at 0 to 300 ° C was 4.0 to 5.3% compared to 27 V 1 , non-heat-resistant annealed rings of normal assemblies
* ^Figuren zeigen das Gefüge eines Kolbenringes gemäß der Erfindung (Fig. 1 und 2) und den Abfall der Tangentialkraft von Grauguß-Kclbennngen bei Temoeraturen bis zu 3000C (Fig. 3). In Fig. 1 ist ein lOOfäch und in Fig. 2 ein 500fach vergrößertes Ge ugebild des erfindungsgemäßen Kolbenringes dargeste It. In Fig. 3 ist die Temperatur einer vierstündigen UIuhung gespannter Kolbenringe als Abszisse der Abfall der Tangentialkraft dieser Ringe in Gewichtsprozent, von einem gemeinsamen O-Wert ausgehend als Urdinate aufgetragen. Die Kurve 1 ist die eines bekannten Ringes, der warmfest geglüht worden ist, die Kurve L die eines gleichen Ringes ohne Warmfestgluliung, während die Kurve 3 den Spannungsabfall eines KoI-benringes gemäß der Erfindung mit einem Woltramgehalt im unteren Anaiysenbereich, die Kurve 4 den eines solchen Ringes mit mittlerem W-Gehalt und die Kurve 5 den eines solchen Ringes mit hohem W-Gehalt darstellt. Durch die Erfindung läßt sich demnach das zeitraubende und kostspielige Warmfestglunen bei d;r Herstellung von Kolbenringen sparen.* ^ Figures show the structure of a piston ring according to the invention (Fig. 1 and 2) and the drop in the tangential force of gray cast iron Kclbennngen at temperatures up to 300 0 C (Fig. 3). In Fig. 1 a 100x and in Fig. 2 a 500 times enlarged Ge ugebild of the piston ring according to the invention is shown -Value applied as Urdinate as a starting point. Curve 1 is that of a known ring that has been heat-resistant annealed, curve L that of the same ring without heat-setting, while curve 3 shows the voltage drop of a KoI-benring according to the invention with a tungsten content in the lower analysis range, curve 4 the one of such a ring with a medium W content and curve 5 that of such a ring with a high W content. The invention therefore makes it possible to save the time-consuming and costly heat-setting process in the manufacture of piston rings.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings
Claims (1)
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DE19671650028 Expired DE1650028C2 (en) | 1967-12-06 | 1967-12-06 | Piston ring made of gray cast iron |
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DE1228067B (en) * | 1962-03-09 | 1966-11-03 | Teves Thompson & Co G M B H | Use of a steel alloy as a material for piston rings |
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1967
- 1967-12-06 DE DE19671650028 patent/DE1650028C2/en not_active Expired
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