DE2261794B2

DE2261794B2 - Verfahren zur herstellung von gegen das ausbrechen von karbidkoernern resistenten, auf gleitende reibung beanspruchten dichtleisten fuer drehkolbenmotoren aus vanadiumkarbid und eisen

Info

Publication number: DE2261794B2
Application number: DE19722261794
Authority: DE
Inventors: Horst Dr.-Ing. 5673 Burscheid; Buran Ulrich Dipl.-Ing. 5670 Opladen; Dautzenberg Norbert Dr.-Ing. 4005 Meerbusch; Hewing Joseph Dr.-Ing. 4050 Mönchengladbach Beyer
Original assignee: Goetzewerke Friedrich Goetze AG
Current assignee: Goetzewerke Friedrich Goetze AG
Priority date: 1972-12-16
Filing date: 1972-12-16
Publication date: 1976-08-05
Also published as: SE402934B; CA993228A; IT1001759B; JPS4990203A; DE2261794A1; FR2210670B1; FR2210670A1; GB1444106A; DD109667A5

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von gegen das Ausbrechen von Karbidkörnern resistenten, auf gleitende Reibung beanspruchten Dichtleisten für Drehkolbenmotoren aus einer gesinterten Karbid-Hartlegierung aus 3 bis 45% Vanadiumkarbid und/oder Mischkarbiden des Vanadiums mit den Karbiden des Wolframs, Molybdäns, Chroms, Zirkoniums und/oder Titans und als Rest Eisen oder einer Legierung auf Eisenbasis mit Chrom, Mobybdän. Vanadium und/oder Titan.

Dichtleisten in Kolben für Rotationskolbenmaschinen sind durch hohe Betriebsdrücke und -temperaturen. hohe Relativbewegungen, schwierige bzw. unzureichende Schmierung zwischen den aufeinander gleitenden Flächen sowie starke Aggressivität der Gegenlaufbahn, die meist aus einer galvanischen Nickelschicht mit eingelagertem Siliziumkarbid besieht, starkem Verschleißunterworfen.

Einmal sind Werkstoffe aus Sintermaterial mit hoher Härte bekannt, die verschleißmäßig diesen Anforderungen genügen. Doch die geringe Teilchenfestigkeit der verschleißtragenden Teilchen in der Matrix und deren ungünstige Kornausbildung bewirken ein Ausbrechen der Teilchen während des Betriebes des Rotationskolbenmotors. Diese Teilchen bewirken dann einen schmirgelnden Effekt zwischen Dichtleiste und Gegenlaufbahn, es kommt zum Herausbrechen weiterer Teilchen, und der Verschleiß schaukelt sich immer höher do auf.

Zum anderen sind auch oxydkeramische Sinterwerkstoffe bekannt, deren Teilchen- und Verschleißfestigkeit sehr gut ist. Doch ist die Biegefestigkeit solcher Dichtleistcn gering. Dadurch kommt es beim Betrieb <*s des Rotationskolbenmotors leicht /um Bruch der Dichtleisten, und die Funktionstüchtigkeit der Dichtleisten solcher Motoren ist nicht mehr gewährleistet.

Der Erfindung Hegt daher die Aufgabe zugrunde ein Verfahren zu finden, nach dem auf gleitende Reibung beanspruchte Dichtleisten für Kreiskolbenmotoren aus einer gesinterten Karbidhartlegierung gegen das Ausbrechen von Karbidkörr.ern resistent hergestellt werden können, so daß einmal eine sehr gute Verschleißfestigkeit, verbunden mit einem ausgezeichneten Laufverhalten gegenüber Nickel, und gleichzeitig eine hohe Biegefestigkeit der Dichtleiste erzielt werden.

Erfindungsgemäß wird dieses Problem durch em neues Verfahren zur pulvermetallurgischen Herstellung von Sinterwerkstoffen auf Basis Karbid und Bindemetall „elöst, und zwar wird ausgegangen von einem an sich bekannten Pulvergemisch aus Eisen - bzw. einer Eisenlegierung und Vanadium - bzw. Vanadiummisch- karbiden· das sind zum Beispiel Zusammensetzungen, wie sie in der DT-PS 6 59 534 und in der DT-PS 7 64 144 beschrieben sind. Zu diesem, in reiner oder vorlegierter Form vorliegenden Ausgangspulvergemisch werden erfindungsgemäß in Pulverform Zusatzstoffe hinzugegeben die bei Sintertemperatur flüssige Phasen bilden. Diese Zusatzstoffe sind die Verbindung CujP und/oder Legierungen der Systeme Eisen-Bor, Nickel-Mangan-Bor Vanadium-Aluminium und/oder Kupfer-Mangan. Aus diesen Systemen werden gemäß der Erfindung nur solche Legierungszusammensetzungen gewählt deren Solidustemperatur unterhalb der nach den üblichen Grundsätzen bestimmten Sintertemperatur des Ausgangsgemisches liegen. In den angeschlossenen Verfahrensschritten wird danach in üblicher Weise gepreßt und gesintert.

Die Menge der erfindungsgemäß zugegebenen Stoffe ist dabei so bemessen, daß diese im schmelzflüssigen Zustand während des Sintervorgangs das Vanadiumkarbid einerseits gut benetzen und gleichzeitig aber nur durch ein teilweises Auflösen modifizieren. Durch den teilweisen Lösungsvorgang entsteht aus dem ursprünglich scharfkantigen Vanadiumkarbidkristall ein rundes Korn. Dadurch entfällt der Angriff des scharfkantigen Vanadiumkarbis auf die Gegenfläche, der Verschleiß wird erheblich herabgesetzt, und das bisher beobachtete Aufschaukeln von Verschleißvorgängen wie bei anderen Werkstoffen wird unmöglich.

Zugleich werden aber auch durch den Benetzungsvorgang die einzelnen Vanadiumkarbidpartikeln fester in die Matrix eingebaut. Es kommt nicht mehr so schnell zu Ausbrüchen einzelner Karbidkörner und zu ihrem gefürchteten schmirgelnden Verschleiß zwischen Dichtleiste und Trochoide.

Zusätzlich wird natürlich auch durch den Einbau solcher Stoffe die Festigkeit, und zwar insbesondere die Bruch- bzw. Biegefestigkeit der Dichtleiste, soweit verbessert, daß die Funktionstüchtigkeit eines laufenden Rotationskolbenmotors nicht mehr beeinträchtigt wird.

Am besten hat sich in solchen Legierungen bei feststehendem Gehalt an zugesetzten, bei Sintenemperatur flüssigen Phasen ein Karbidanteil von 15 bis 45% bewährt. Steigt nämlich der Karbidanteil solcher Legierungen über den Maximalwert, so werden nicht mehr alle Teilchen von den bei Sintertemperatur flüssigen Phasen benetzt, und die Ausbildung aller Karbidkristalle zu einer runden Kornform kommt nicht mehr zustande. Es können wiederum die gefürchteten Teilchenausbrüche entstehen, und gleichzeitig sinkt die Schlagbiegefestigkeit des Werkstoffes.

Sinkt dagegen der Karbidgehalt unter den Minimalwert, so verringert sich die Verschleißfestigkeit. Das Material kann dann insbesondere bei einem Karbidan-

teil von unter 3% ab Werkstoff für Dicht leisten nicht mehr verwendet werden.

Bei unseren Versuchen hat sieb eine Sinterlegierung zur Hersteüuog von Dichtfeisten aus 22% Vanadiumkarbid. 4% bei Smtertemperatur flüssigem Zusatzstoff und Eisen als Rest besonders gut bewährt.

Zur Anhebung der Verschleißfestigkeit der metallischen Matrix können außerdem ein oder mehrere, zur Härtung beitragende Elemente, wie zum Beispiel Chrom, Molybdän, Vanadium und/oder Titan, im Pulvergemisch vorhanden sein. Dabei ist es gleichgültig, ob diese bereits zum Eisenpulver legiert oder dem Pulvergemisch einzeln oder zusammen in Pulverform zugegeben werden.

Anstelle von Vanadiumkarbid können auch Mischkarbide des Vanadiums mit Karbiden des Wolframs, des Molybdäns, des Chroms, des Titans und/oder des Zirkoniums verwendet werden.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von gegen das Ausbrechen von Karbidceilchen resistenten, auf gleitende Reibung beanspruchten Dichtleisten für Drehkolbenmotoren aus einer gesinterten Karbid-Hartlegierung aus 3 bis 45% Vanadiumkarbid und/oder Mischkarbiden des Vanadiums mit den Karbiden des Wolframs, Molybdäns, Chroms, Zirkoniums und/oder Titans und Eisen oder einer Legierung auf Eisenbasis mit Chrom, Molybdän. Vanadium und/oder Titan als Rest, dadurch gekennzeichnet, daß dem in reiner oder vorlegierter Form vorliegenden Pulvergemisch dieser Bestandteile die Verbindung CujP und/oder Legierungen der Systeme Eisen-Bor, Nikkei — Mangan — Bor, Vanadium — Aluminium und/oder Kupfer —Mangan als Zusatzstoff beigemischt werden, wobei nur Legierungen gewählt werden, deren Solidustemperatur unterhalb der nach den üblichen Grundsätzen bestimmten Sintertemperatur des Ausgangsgemisches liegen, und daß dann gepreßt und bei der üblichen Sintertemperatur des Ausgangsgemisches gesintert wird.

2. Anwendung des Verfahrens nach Patentanspruch 1 auf ein Pulvergemisch aus 22% Vanadiumkarbid und 74% Eisen mit 4% Zusatzstoff.