DE2156127B2 - Gleitelementpaar wie kolbenring und zylinderwandung - Google Patents
Gleitelementpaar wie kolbenring und zylinderwandungInfo
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- C22C37/06—Cast-iron alloys containing chromium
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- F16C33/00—Parts of bearings; Special methods for making bearings or parts thereof
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Description
Die Erfindung betrifft ein Gleitelementpaar wie Kolbenring und Zylinderwandung.
Neuerdings fordert man von Verbrennungsmotoren immer höhere Drehzahlen und höhere Leistungen
sowie längere wartungsfreie Betriebsdauern. Infolgedessen müssen Kolbenring und Zylinderwandung
oder Zylinderauskleidung eine sehr hohe Abriebfestigkeit und eine hohe mechanische Festigkeit haben.
Zu diesem Zweck sieht man bei einem Gleitelement der Gleitpaarung eine Oberflächenbehandlung in
Form einer Chromplattierung vor. Die erzielten Ergebnisse sind jedoch nicht in vollem Umfang befriedigend.
Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung eines Gieitelementpaares, das eine hohe Abriebfestigkeit
aufweist.
Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß eines der Gleitelemente aus Gußeisen mit
Martensitgefüge und einer Härte von 40 HRC oder mehr besteht, in dessen Mikrogefüge Graphitgranuliabscheidungen
in einem Anteil von 0,5 bis 3 Gewichtsprozent vorhanden sind und dessen Oberfläche
Zementitausscheidungen in einem Anteil von 10 bis 45 Flächenprozent aufweist, und daß das andere
Gleitelcment ebenfalls aus Gußeisen mit einer elektrolytisch abgeschiedenen, abriebbeständigen Nickelschicht
besteht, die in Pulverform Aluminiumoxid, Eisenoxid, Wolframcarbid, Siliciumcarbid, nichtmetallische
kristalline Stoffe wie Diamant und/oder Metallpulver wie Wolfram enthält.
Die chemische Zusammensetzung des zuerst genannten Gleitelements ist folgende: C 2,5 bis 4,0 %,
Si 1,5 bis 3,0 %, Mo 0,1 bis 1,0 %, Ni 0,1 bis 1,0 %,
CX), 1 bis 1,0 %, Rest Eisen und herstellungsbedingte Verunreinigungen. Wenn der Kohlenstoffgehalt kleiner
als 2.5 ist, werden die Graphitgranuliabscheidungen unzureichend: wenn der Kohlenstoffgehalt 4.0 ';
übersehreitet, kann man keine stabile Zementitausscheidung
erwaiten. Wenn der Siliciumgehult kleiner
als 1.5 c;c ist, ist es schwierig, Graphitgranuliabscheidungen
zu erhalten; wenn der Siliciumge'uilt 3.0'; übersteigt, wird die Erzielung einer stabilen Zementitausscheidung
schwierig. Ein Molybdängehair un-
terhalb 0.1 cc ergibt eine schlechte Härtbarkeit des
Metalls; ein Molybdänzusatz oberhalb 1.0 r>
ist wirtschaftlich unzweckmäßig. Ein Nickelzusatz unterhalb 1),1 rh führt zu einer Verringerung der Festigkeit des
Werkstoffes: ein Zusatz von mehr als IA)'? Nickel
ist wirtschaftlich unzweckmäßig. Ein Chromzusatz unterhalb 0,1 c'c führt zu einer unzureichenden Carbidausbildung;
ein Chromzusatz über 1,0 "c macht die Graphitgranuliausscheidung unzureichend. Wenn der
Graphitgranulianteil kleiner als 0.5 Gewichtsprozent
so ist. wird die Wirkung des Graphit als festes Schmiermittel
ungenügend; wenn der Graphitgranulianteil 3 Gewichtsprozent übersteigt, wird das Gußeisen
spröde. Wenn die Bedeckung der Carbidausscheidungen kleiner als 10 Flächenprozent ist, wird die Abrieb-
a5 festigkeit des Gußeisens unzureichend: wenn die
Flächenbedeckung 45 Flächenprozent übersteigt, wird es nahezu unmöglich, Carbidausscheidungen zu
erhalten.
Das jeweils andere Gleitelement besteht ebenfalls aus Gußeisen und ist mit einer elektrolytisch abgeschiedenen
Nickelschicht versehen, die pulverförmige Stoffe mit hoher Abriebfestigkeit enthält, beispielsweise
Aluminiumoxid, Eisenoxid, Wolframcarbid, Siliciumcarbid, Diamant, Metalle, Mischungen der genannten
Stoffe oder ähnliche Zusatzstoffe, die sämtlich in dem elektrolytischen i3ad suspendiert sind
und als Anode wirksam sind. Zur elektrolytischen Abscheidung wird ein ausreichender Strom durch den
Elektrolyten geschickt, damit metallische Stoffe auf dem gewünschten Gleitelement abgeschieden werden.
Die Oberfläche des elektrolytisch beschichteten Gußeisens hat eine Härte zwischen 70 und 100 HRC und
besitzt eine ausgezeichnete Abriebfestigkeit.
Das elektrolytische Nickelbad besteht aus 150 his 300 g I Nickelsulfat (NiSO4 · 7 H,O), 30 bis 70 t>
I Nickelchlorid (NiCl, ■ 6H2O), 20 bis 40 g 1 Borsäure
(H,BO1) mit einem Zusatz von K) bis 100 g/l Siliciumcarbid
(SiC) mit einer Teilchengröße von K) bis !()()/<.
Das Bad hat einen pFI-Wert zwischen 4 und 8 und eine Temperatur zwischen 30 und 70° C. Das Elektrolytnickel
wird als Anode benutzt. Man erhält eine gute Haftung, wenn eine Stromdichte zwischen 1 und
10 A/dnr vorherrscht.
In Verbindung mit der Zeichnung wird ein Versuch zum Vergleich der Abriebfestigkeit eines Kolbenrings
und einer Zylinderwandung herkömmlicher Art und nach der Erfindung beschrieben.
Versuchsbedingungen
a) Benutzter Verbrennungsmotor: Luftgekühlter 4-Zy linder-Benzinmotor
b) Gesamthubraum: 1298 cm1
c) Leistung: 100 PS bei 7200 Umdrehungen/min el) Hub: 75,5 mm
e) Innendurchmesser des Zylinders: 74 mm
f) Gleitgeschwindigkeit: 18,1 m/sec (max)
g) Größe uird Art der benutzten Kolbenringe: 74 x 1,5 x 3,4 mm
Λ. Hin handelsüblicher Kolbenring aus Gußeisen mit: Ges;imtkohlenstoffi>ehalt 3.55 %.
Si 2.42 %. Mn 0.70 %. P 0.15 %. S 0.0.S %. LJniiangsfliiche in einer Dicke von 0.12 mm
chromplattiert.
V>. Kolbenring nach der Erfindung aus Gußeisen
der chemischen Zusammensetzung: Gesamtkohlenstoffgehalt 3.12%, Si 2,05%,
fvio 0.73 ve,
Cr 0,54
0.68Ci, P 0,11 %. S 0.05%.
h) Benutzter Zylinder:
h) Benutzter Zylinder:
A. Handelsüblicher Zylinder aus Gußeisen mit Gesamtkolilenstoffgehalt 3,24%, Si 2,15%
Mn 0,57%. P 0.22%, S 0,07%-.
B. Zylinder nach der Erfindung aus Gußeisen, auf dessen Innenfläche Nickel und andere
abriebfeste Stoffe elektrolytisch abgeschieden sind. Dabei ist ein elektrischer Strom
mit einer Stromdichte von 2.7 A/dnr durch
ein elektrolytisches Bad der Zusammensetzte 235 g/l Nickelsulfat (NiSO4 ■ 7 H,O).
54 g~ I Nickelchlorid (NiCl, · 6 H,O). 28 g/l
Borsäure (H,BO,). 30 g ! Siliciumcarbid (SiC) mit einer Teilchengröße von 30 μ geleitet
ist; das Bad hat einen pH-Wert von 5,8 und eine Temperatur von 5 1,5° C.
In der Figur sind die Ergebnisse eines Abriebversuchs angegeben, wo der mittlere Abriebverlust nach 100 h Betriebsdauer für den Kolbenring und den Zylinder nach der Erfindung auf der Linie B und füeinen herkömmlichen Kolbenring und Zylinder auf der Linie A aufgetragen sind. Man erkennt deutlich. 1Q daß der Kolbenring und Zylinder nach der Erfindung eine weitbessere Abriebfestigkeit als der herkömmliche Kolbenring und Zylinder mit einer chromplattierten Gleitflüche aufweist. Der Kolbenring und Zylinder nach der Erfindung sind dann noch ausgezeichnet brauchbar, wenn die Gleitgeschwindigkeit 25 m/sec und der Oberflächendruck H)O kg/cirr betragen.
In der Figur sind die Ergebnisse eines Abriebversuchs angegeben, wo der mittlere Abriebverlust nach 100 h Betriebsdauer für den Kolbenring und den Zylinder nach der Erfindung auf der Linie B und füeinen herkömmlichen Kolbenring und Zylinder auf der Linie A aufgetragen sind. Man erkennt deutlich. 1Q daß der Kolbenring und Zylinder nach der Erfindung eine weitbessere Abriebfestigkeit als der herkömmliche Kolbenring und Zylinder mit einer chromplattierten Gleitflüche aufweist. Der Kolbenring und Zylinder nach der Erfindung sind dann noch ausgezeichnet brauchbar, wenn die Gleitgeschwindigkeit 25 m/sec und der Oberflächendruck H)O kg/cirr betragen.
Das Gleitelementpaar nach der Erfindung stellt eine stabile und hohe Abriebfestigkeit zur Verfugung,
wenn die beiden Gleiteleme :e der Paarung benutzt
werden. Dieses günstige Betri>_b?verhalten ist auch bei
hohen Gleitgeschwindigkeiten und hohem Oberflächendruck gewährleistet, also für Betriebswerte von
modernen Verbrennungsmotoren.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (3)
1. Gleitelrmentpaar wie Kolbenring und Zylinderwandung.
dadurch gekennzeichnet, daß eines der Gleitelemente aus Gußeisen mit
Martensitgefüge und einer Härte von 40 HRC oder mei. 'gesteht, in dessen Mikrogefüge Graphitgranuliabscheidungen
in einem Anteil von 0.5 bis 3 Gewichtsprozent vorhanden sind und dessen Oberfläche Zementitausscheidungen in einem
Anteil von K) bis 45 Flächenprozent aufweist, und daß das andere Gleitelement ebenfalls aus Gußeisen
mit einer elektrolytisch abgeschiedenen, abriebbeständigen Nickelschicht besteht, die in Pulverform
Aluminiumoxid, Eisenoxid, Wolframcarbid, Siliciumcarbid, nichtmetallische kristalline
Stoffe wie jiiamant und/oder Metallpulver wie Wolfram enthält.
2. Gleitelementpaar nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Gleitelement foieende
chemische Zusammensetzung hat: 2,5 bis 4.0 nc C. 1.5 bis 3,0 ri Si, 0,1 bis 1,0 cr, Mo. 0,1
bis 1.0 ^ Ni, 0,1 bis 1,0% Cr, Rest Eisen und
herstellungsbedingte Verunreinigungen.
3. Gleitelementpaar nach Anspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die in der elektrolytischen
Nickelschicht vorhandenen Pulverteilchen eine Teilchengröße von etwa 30 μ haben.
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JP11010970 | 1970-12-12 |
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- 1971-11-20 IT IT31428/71A patent/IT940737B/it active
- 1971-11-29 GB GB5529471A patent/GB1315619A/en not_active Expired
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Also Published As
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IT940737B (it) | 1973-02-20 |
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