DE1965624A1

DE1965624A1 - Process for the production of machine components

Info

Publication number: DE1965624A1
Application number: DE19691965624
Authority: DE
Inventors: Englisch Dr Carl Maria Alois
Original assignee: DAVY ROBERTSONS MASKINFABRIK A
Current assignee: DAVY ROBERTSONS MASKINFABRIK A
Priority date: 1969-01-10
Filing date: 1969-12-30
Publication date: 1970-07-30
Also published as: SE316269B; GB1278031A; CH512276A; FR2028092A1

Description

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AB Davy Robertsons Maskinfabrik 433 OO Partille, Schweden.AB Davy Robertsons Maskinfabrik 433 OO Partille, Sweden.

Verfahren zur Herstellung von Maschinenbauteilen. Erfinder: C.M.A. Englisch Process for the production of machine components. Inventor: CMA English

Aus Grauguss mit lamellarem Graphit gefertigte Maschinenbauteile, insbesondere Kolbenringe und Zylinderbüchsen, weisen in hohem Grad alle jene Eigenschaften auf, die von diesen Maschinenbauteilen gefordert werden müssen und für solche Maschinenbauteile notwendig sind. Vor allem sind es die guten Lauf- und Gleiteigenschaften dieses Werkstoffes, die ihn bis in die letzte Zeit eine führende Stellung auf diesem Gebiet einnehmen liessen.Machine components made from gray cast iron with lamellar graphite, in particular piston rings and cylinder liners, have to a high degree all the properties that must be required of these machine components and for such Machine components are necessary. Above all, it is the good running and sliding properties of this material that make it to take a leading position in this field until recently.

In sehr hoch beanspruchten Verbrennungsmotoren haftet ihm allerdings der Nachteil an, dass aus lamellarem Grauguss hergestellte Kolbenringe und dünnwandige Zylinderbüchsen infolge der nicht immer ausreichenden Pestigkeitseigenschaften dieses erwähnten Werkstoffes zum Brechen neigen. Diesen letzteren Umstand versuchte man dadurch zu beseitigen, dass man anstelle des Gusseisens mit lamellarem Graphit Gusseisen mit nodularem Graphit zur Herstellung der genannten Maschinenbauteile verwendet. Dadurch ist es möglich, die Gefahr des Auftretens von Brüchen weitgehend auszuschalten.In very highly stressed internal combustion engines, however, it has the disadvantage that it is made from lamellar gray cast iron Piston rings and thin-walled cylinder liners due to the not always sufficient pestibility properties of this mentioned material tend to break. One tried to remedy this latter circumstance by instead of of cast iron with lamellar graphite Cast iron with nodular graphite is used to manufacture the machine components mentioned. This makes it possible to largely eliminate the risk of fractures occurring.

Allerdings haftet den genannten Maschinenbauteilen aus Kugelgraphit eisen der Nachteil an, dass die Laufeigenschaften diesesHowever, the aforementioned machine components made of spheroidal graphite adhere Iron the disadvantage that the running properties of this

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Werkstoffes ungünstiger sind als es erwünscht wäre und weitaus nicht so gut sind als jene von Gusseisen mit lame Harem Graphit. Dies führt zu Schwierigkeiten sowohl beim Einlaufen als auch während des weiteren Betriebes des betreffenden Maschinenbauteiles. Maschinenbauteile aus Kugelgraphiteisen neigen unter den im Motor herrschenden Bedingungen zum örtlichen oder auch ausgedehnten "Anfressen", was wiederum zu sehr hohem Verschleiss deren Laufflächen führt, auch wenn der eigentliche Verschleisswiderstand des Kugelgraphiteisens ansich günstiger ist als jener von Gusseisen mit lamellarem Graphit. Die Ursache hierfür liegt eben in der Ausbildungsform d.h. der Struktur des Graphits.Material are less favorable than would be desired and are by far not as good as those made of cast iron with a lame harem Graphite. This leads to difficulties both when running in and during further operation of the relevant Machine component. Machine components made of spheroidal graphite iron tend to be localized under the conditions prevailing in the engine or extensive "erosion", which in turn leads to very high wear and tear on their running surfaces, even if the actual wear resistance of spheroidal graphite iron is itself more favorable than that of cast iron with lamellar iron Graphite. The reason for this lies in the design, i.e. the structure of the graphite.

Es hat sich erwiesen, dass die Ausbildungsform, d.h. die Struktur des Graphits gemäss der vorliegenden Erfindung dadurch beeinflusst werden kann, dass man dem Formstoff, in welchem das Giessen erfolgt, geeignete Stoffe beisetzt, die bewirken, dass der Graphit an der Oberflächenschicht des Maschinenbauteiles bis auf eine vorbestimmte Tiefe in lamellarer Form anstatt in Kugeiform ausgebildet wird. Solche Stoffe können entweder dem Formsand selbst oder auch in Form einer Schlichte beigegeben werden, die auf die Oberfläche der Sandform oder einer Kokille, in der das Giessen erfolgt, aufgetragen wird.It has been found that the form, i.e. the structure of the graphite according to the present invention thereby can be influenced by adding suitable substances to the molding material in which the casting takes place cause the graphite on the surface layer of the machine component to a predetermined depth in lamellar shape instead of spherical shape. Such Substances can either be added to the molding sand itself or in the form of a coating that is applied to the surface the sand mold or a mold in which the casting takes place, is applied.

Solche Zusatzstoffe sollen von der Art sein, die unter der Wärmeeinwirkung des in die Form gegossenen Eisens derart reagieren, dass sie gewisse Stoffe wie z.B. Sauerstoff oder/und Schwefel oder andere Stoffe aufspalten, die mit Magnesium oder anderen Elementen, welche die Nodulargraphitbildung, wie beispielsweise Kalzium oder Zerium beeinflussen in der Eisenschmelze bis auf eine gewisse Tiefe unter der Gusstück-Such additives should be of the kind that under the action of heat of the iron poured into the mold in this way react by breaking down certain substances such as oxygen and / or sulfur or other substances that interact with magnesium or other elements which influence the formation of nodular graphite, such as calcium or cerium in the Molten iron to a certain depth under the casting

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oberfläche reagieren und in dieser Oberfläche die Wirkung eines dieser Zusatzstoffe aufheben.react on the surface and cancel the effect of one of these additives in this surface.

Die Reaktion muss im Temperaturbereich zwischen der Giesstemperatur des Eisens und dessen Erstarrunp-stemperatur vorsieh· gehen. Sie soll ruhig, nicht heftig und ohne Gasentwicklung verlaufen.The reaction must be in the temperature range between the casting temperature of iron and its solidification temperature walk. It should proceed calmly, not violently and without evolution of gas.

Als geeignete Zusatzstoffe haben sich u.a. Zusätze von Hammerschlag und/oder Pyrit (Perrosulfid) bewährt, doch ist damit der Bereich derselben nicht erschöpft, sondern es ist noch eine Reihe anderer Stoffe denkbar, die die Nodularbildung stören und deshalb geir.äss der Erfindung zur Anwendung kommen können.Additions of hammer blow, among others, have proven to be suitable additives and / or pyrite (perrosulfide) proven, but it is with it the realm of these is not exhausted, but a number of other substances are also conceivable that contribute to nodular formation interfere and can therefore be used according to the invention.

Die Dicke der Oberflächenschicht kann verschieden, u.a. durch Steuerung der Abkühlzeit und der Menge des in"die Schlichte oder den Formsand beiresetzten Stoffes beeinflusst werden. Als Beispiel map erwähnt werden, diss bei der Herstellung einer Zylinderbüchse ir.it einem Durchmesser von 110 mm und einer Manteldicke vcn etwa 8 mm nach dem Giessen unter Beigabe von 2,5% Hammtrschlag in den Formsand, dieses Gusstück innerhalb etwa 30 Sekunden von 137O°c bis auf etwa 1100^cC abgekühlt wird, und eine Oberflächenschicht vcn etwa 1,5 mm mit lamellarer Graphitausbildunp; erhalten wird.The thickness of the surface layer can be influenced in various ways, among other things by controlling the cooling time and the amount of material added to the sizing or molding sand coat thickness vcn about 8 mm after the casting with the addition of 2.5% Hammtrschlag into the molding sand, this Cast within about 30 seconds of 137O ° C to about 1100 C cooled ^c is, and a surface layer about 1.5 mm with a lamellar vcn Graphite formation is obtained.

Bei einem Kolbenring ir.it einer Dicke von 20 mm sollte diese Oberflächenschicht etwa 6 mm betragen,---Ja die Bearbeitungszugabe etwa 3 nur. und der Verschleiss bei Verwundung des Kolbenringes bis mindestens 15% der Dicke, d.h. also weitere etwaige 3 rar. umfasst. Wie schon eben angegeben wurde, kann also die Dicke dieser Zone durch aie Menpe der beigesetztenFor a piston ring with a thickness of 20 mm, this surface layer should be about 6 mm, --- Yes, the machining allowance about 3 only. and the wear and tear when the piston ring is wounded up to at least 15% of the thickness, ie a further 3 possible. includes. As has already been stated, the thickness of this zone can be determined by the size of the buried

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Stoffe in den Formsand oder in die Schlichte verändert und durch Veränderung der Abkühlzeit -gesteuert werden.Substances in the molding sand or in the sizing changed and can be controlled by changing the cooling time.

Da bei Kolbenringen und Zylinderlaufbüchsen nur die Laufeigenschaften in und nahe der Laufflächen von Wichtigkeit sind, ist eine entsprechende Behandlung der Giessformen, die bei der Herstellung der Maschinenbauteile verwendet werden, nur an deren die Lauffläche des Gusstückes bildenden Fläche erforderlich.Since with piston rings and cylinder liners, only the running properties in and near the running surfaces are important is an appropriate treatment of the molds that are used in the manufacture of the machine components, only required on their surface forming the running surface of the casting.

Es ist von Vorteil, wenn das Eisen ruhig in die Giessform einströmt und allzu heftige Wirbelbildunr vermieden wird. It is an advantage if the iron flows smoothly into the casting mold and excessive vortex formation is avoided.

Auf die oben angegebene Weise ist es möglich, Kolbenringe und Zylinderbüchsen herzustellen, die an ihrer Lauffläche die gewünschten günstigen Laufeigenschaften eines Gusseisens mit lamellarem Graphit in einer Oberflächenschicht bis auf eine gewünschte Tiefe des Werkstoffes aufweisen, die aber im übrigen jene wertvollen Eigenschaften besitzen, die dem Kugel- -raphiteisen zukommen.In the manner indicated above, it is possible to manufacture piston rings and cylinder liners which have the desired favorable running properties of a cast iron with lamellar graphite in a surface layer on their running surface down to a desired depth of the material, but which also have those valuable properties that the Spherical raphite iron.

Die Erfindung ist keineswegs auf die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt sondern kann auch Lei der Herstellung anderer Ilaschincntauteile Verwendung finden, bei denen man eine Oberflächenschicht mit besonderen Laufeigenschaften oder -Uten Bearbeitungseigenschaften v/ünscht, d.h. dass diese sich leicht mit spanabhebenden Werkzeugen bearbeiten lässt, die aler irr. übrigen die Eigenschaften eines nodularen Gusseisens besitzen soll. Das Verfahren premäss der Erfindung kann selbstverständlich auch bei Schleudergiessen in Kokillen mit denselben Vorteilen c;eoraucht werden, als beim Giessen in Sandformen oder ortsfesten Kokillen.The invention is in no way limited to the exemplary embodiments described above limited but can also be used for the production of other Ilaschincntauteile which one has a surface layer with special running properties or -Uten machining properties v / desired, i.e. that this can easily be machined with cutting tools, albeit insane. remaining the properties of a nodular cast iron should own. The procedure is premäss der The invention can of course also be smoked with centrifugal casting in permanent molds with the same advantages as when casting in sand molds or stationary molds.

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Claims

1. A process for the production of machine components made of cast iron with nodular graphite, characterized in that that to achieve good running properties and / or machining properties, the formation of nodular graphite in the surface of the relevant machine component and the layer in the vicinity of this surface is suppressed by the fact that the casting mold is contaminated with substances that react with the liquid iron in the form in such a way that the effect of the treatment leads to the formation of nodular graphite is canceled in a surface layer of the machine component.

2. The method according to claim 1, characterized in that that the formation of nodular graphite suppressing substance is applied to that surface of the mold on which a running surface of the machine component is formed.

3. The method according to claim 1, characterized in that that the nodular graphite suppressing substance is added to the molding sand.

4. The method according to any one of the preceding claims, d n characterized in that hammer blow is used as the formation of nodular graphite suppressing substance.

5. The method according to claim 4, d a d u r c h g e k e η η-drawings, that the molding sand hammered in a menje of

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between 1 and 2036, preferably about 5% is added.

6. The method according to any one of claims 1-3, characterized in that as the formation nodular Graphite suppressant substance pyrite is used.

7. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the thickness of the zone in which the formation of nodular graphite is suppressed by controlling: the cooling time for the casting and / or
'L is determined by the amount of the molding sand and / or the size added to suppress the formation of nodular graphite substance.

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