DE2350150A1

DE2350150A1 - Gleitstueck

Info

Publication number: DE2350150A1
Application number: DE19732350150
Authority: DE
Inventors: Noboru Fukushima; Toshiyuki Maeda; Hiroshi Sakamaki
Original assignee: Nippon Piston Ring Co Ltd
Current assignee: Nippon Piston Ring Co Ltd
Priority date: 1972-10-06
Filing date: 1973-10-05
Publication date: 1974-04-25
Also published as: JPS4956839A

Description

G 1 e i-t-s t 11 o k Die Erfindung betrifft ein Gleitstück mit hoher Verschleißbeständigkeit und geringer Freßneigung, beispielsweise einen Kolbenring oder eine Zylinderbuchse eines Verbrennungsmotors.
Es ist ein Gleitstück bekamt, das auf seiner Oberfläche ia Metallspritzverfahren mit einem Lolybdanüberzug versehen worden ist, damit es die genannten Forderungen erfüllt. Da das genannte Gleitstück jedoch keine genügende Verschleißbeständigkeit und eine zu hohe Preßneigung besitzt, besteht ein Bedürfnis nach einem besseren Gleitatück.
Die aufgabe der Erfindung besteht daher in der Schaffung eines neuartigen, verbesserten Gleitstückes.
Das erfindungsgemäße Gleitstück besitzt auf seiner Lauffläche eine im Metallspritzverfahren gebildete Oberflächenschicht aus einer Ferrolegierung, die 1-5 Gewichtsprozent Gesamtkohlenstoff und 0,1-30 Gewichtsprozent Bor enthält.
Zur Schaffung des Gleitstücks wird atif eine Oberfläche eines Grundmetalls im Metallspritzverfahren eine Ferrolegierung aufgetragen, die 1-5 Gewichtsprozent Gesamtkohlenstoff und 0,1-30 Gewichtsprozent Bor enthält.
Das so erhaltene Gleitstück zeichnet sich durch eine hohe Verschleißbeständigkeit aus und kann in Form eines Kolbenringes oder einer Zylinderbuchse in Verbrennungsmotoren und in Form von anderen Maschinenteilen verwendet werden, die einen starken Abrieb ausgesetzt sind.
Die beigefügten Figuren 1, 2 und 3 zeigen Röntgen-Mikrosondenbilder der Oberfläche eines erfidungsgemäßen Gleitstücks.
Zur Herstellung des erfindungsgemäßen Gleitstuck stellt man ein GußstUck aus einer herrolegierung her, die aus 1-5 Gewichtsprozent Gesamtkohlenstoff, 0,1-30 Gewichtsprozent Bor, Rest Eisen und unvermeidliche Verunreinigungen, besteht; das Gußstück wird dann zu einem feinen Pulver vermahlen und dieses zwecks Bildung einer Gleitfläche im Metallspritzverfahren auf die Oberfläche eines geeigneten Grundmetalls aufgetragen. Die so erhaltene Gleitschicht ist fest uit dem Srundmetall verbunden und enthält feine Borkarbidteilchen in gleichmäßiger Verteilung, so daß das Gleitstück eine ausgezeichnete Verschleißbeständigkeit und eine seht geringe Ereßneiguns besitzt.
Die angegebenen Grenzen deS Zusai:imensetzung des im Metallspritzverfahren aufgetragenen Gutes beruhen auf folgenden Überlegungen.
Wenn die Legierung weniger als 1 Gesamtkohlenstoff enthält, ist die Menge der in der Oberflächenschicht auftretenden Borkarbide zu klein für die gewünschte Erhöhung der Verschleißbeständigkeit, so daß die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe nicht gelöst wird. Bei einem Gesamtkohlenstoffgehalt über 5 % läßt sich die Ferrolegierung schwer schmelzen und gießen. Aus diesem Grunde soll der Gesamtkohlenstoffgehalt zwischen 1 und 5 ß liegen Die Legierung muß Bor enthalten, damit in der ganzen Gleitschicht feine Borkarbidteilchen verteilt sind. Bei einem Borgehalt unter 0,1 % ist die Menge der gebilaeten Borkarbide zu klein zur Erzielung einer hohen Verschleißbeständigkeit. Bei einem Borgehalt über 30 % erhält man eine spröde, wenig zähe Oberflächenschicht, die zur Grübchenbilaung neigt und sich leicht von dem Grundmetall ablöst.
Daher muß der Borgehalt im Bereich von 0,1-30 Gewichtsprozent liegen.
Die nachstehenden Ausführungsbeispiele dienen der Erläuterung der Erfindung.
Ausführungsbeispiel 135 kg Roheisen und 15 kg Ferrobor wurden ge schmolzen un zu einer Platte gegossen, die aus3,4 % Kohlenstoff, 0,7 %Bor, 1,5 % Silicium, 0,5%Mangan, 0,09 % Phosphor, Rest Eisen mit unvermeidbaren Verunreineigungen, bestand. Das Gußstück wurde dann zu einem für das Metallspritzen geeigneten Pulver vermahlen.
Das Pulver wurde im Metallspritzverfahren mit einer Plasmaspritzpistole auf die Außenumfangsfläche eines Kolbenringe aufgetragen, der aus gewöhnlichem Gußeisen mit 3,5 % Gesamtkohlenstoff, 2,6 % Silicium, 0,6 % Mangan, Rest Lisen, bestand. Das Metallspritzverfahren wurde unter folgenden Bedingungen durchgeführt: Stickstoffgasdruck 3,5 at Stickstoffmenge 4,2 m³/h Wasserstoffgasdruck 3,5 at Wasserstoffmenge 0,42 m³/h elektr. Stromstärke 500 A Spritzabstand 102 mm Die-aufgespritzte Oberflächenschicht hatte eine Dicke von 0,2 min und eine Härte von 856 HMV 200.
Die auf diese Weise hergestellte Obertlächensicht wurde einer Strukturanalyse mit einer Röntgen-Mikro sonde unterworfen.
Fig. 1 ist ein Röntgen-Mikrosondenbild der -Ob erfläche in 300-facher Vergrößerung. An den mit 1 bezeichneten, dunkleren Stellen ist Kohlenstoff vorhanden. Die kugeligen weißen Räume 2 sind Poren.
Fig. 2 ist ebenfalls ein Röntgen-Mikrosondenbild derselben Oberfläche wie in Fig. 1 in 300-facher Vergrößerung, doch sind hier die Stellen, an denen Bor vorhanden ist, in-For:n von weißen Punkten hervorgehoben.
Fig. 3 zeigt wieder ein $Röntgen-Mikrosondenbild derselben Oberfläche wie in Fig. 1 in 300-facher Vergrößerung. Hier sind die Stellen, an denen Kohlenstoff vorhanden ist, durch weite Punkte hervorgehoben, Aus aiesen Bildern geht hervor, daß ia der Oberflächenschicht des erfindungsgemäßen Gleitstücks feine Borkarbidteilchen gleichmäßig verteilt sind.
Um die erfindungsgemäß erzielten Vorteile nachzuweisen, wurde folgende Prüfung durchgeführt.
In der vorstehend beschriebenen Weise wurde ein Kolbenringhergestellt. Ein anderer Kolbenring wurde in derselben Weise hergestellt, wobei jedoch auf demselben Grundmetall durch Plasmaspritzen eine 0,2 mm dicke Schicht aus reinem Molybdän gebildet wurde. Die beiden Kolbenringe wurden in zwei gleiche Motoren eingebaut und unter den nachstehend angegebenen Bedingungen einem Probelauf von 50 h unterworfen, so daß sie hinsichtlich ihres Verschleißverhaltens miteinander verglichen werden konnten.
Prüfmotor Liegender Zweizylinder-Viertakt-Benzinmotor mit Gebläseluftkühlung Innendurchmesser und Hub 83 mm, 73 mm Gesamthubraum 790 cm³ Höchstleistung 36 PS bei 4600 U/min Zylinder FC25 Prüfungsbedingungen Drehzahl 5000 U/min Leistung 22 PS Belastung 7 kp Lauf-zeit 50 h Öltemperatur 110° # 10°C Nach der Prüfung zeigte der erfindungsgemäße Kolbenzring einen Verschleiß von nur 3 µm, der molybdangespritzte Kolbenring dagegen einen Verschleiß von 6 µm. Bei der Besichtigung des Zylinders wurde kein Fressen festgestellt Somit betrug der Verschleiß des erfindungsgemäßen Kolbenrings nur die Halfte des Verschleißes eines üblichen, molybdengespritzten Kolbenringes. Man erkennt, daß das erfindungsgemäße Gleitstück eine ausgezeichnete Verschleißbeständigkeit und einer sehr geringe Freßneigung hat.
Es wird angenommen, daß dieses Ergebnis wie folgt erklärt werden kann.
Da in der Grundmasse der Oberflächenschicht des erfindungsgemäßen Gleitstückes feine Borkarbidteilchen mit einer Härte von 4500 HV gleichmäßig verteilt sind, wie aus den vorerwähnten Strukturbildern hervorgeht, führt ein im Gebraucn des Gleitstücks auftretender Verschleiß zur Bildung von leicht unebenen Stellen zwischen der vorwiegend aus Eisenbbestehenden Grundmasse und den sorkarbidteilchen. An diesen unebenen Stellen kenn sich Öl sehr gut halten. Da die Oberflächenschicht des erfindungsgemäßen Gleitstücks im Metallspritzverfahren hergestellt wird, enth£lt sie zahlreiche Poren in denen sich ebenfalls Lel hält, so daß die Ölhaltefähigkeit der Schicht weiter verbessert wird. Die in gleichmäßiger Verteilung in der Gleitschicht enthaltenen, feiner Borkarbidteilchen mit einer großen Härte von 4500 HV gewährleisten eine hohe Verschleißbeständigkeit. Infolge des Vorhandenseine der vorstehend erwähnter, zahlreichen ölhaltenden Stellen ist die hohe Verschleißbeständigkeit verbunden mit einer sehr geringen Heigung zum Fressen an dem von dem Gleitstück berührten Werkstoff.
Das erfindungsgemäße Gleitstück hat ferner eine sehr hohe Abriebfestigkeit, weil die Teilchen der aufgespritzten Oberflächenschicht so fest miteinander verbunden sind, daß die Oberflächenschicht nicht zur Grübchenbildung neigt und sicil nicht leicht &olb.st.
Das erfindungsgemäße Gleitstück hat ferner den wirtschaftlichen Vorteil, daß es viel billiger hergestellt werden kann als das übliche molybdängespritzte Gleitstück.

Claims

Patentansprüche:

1. Gleitstück, dadurch gekennzeichnet, daß es auf seiner Daufrläche mit einer im Metallspritzverfahren hergestellte Oberflächenschicht aus einer Ferrolegierung versehen ist, die 1-5 Gewichtsprozent Gesamtkohlenstoff und C ,1-30 Gewichtsprozent Dor eines

2. Gleitstück nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der ganzen Schicht feine Borkarbidteilcnen gleichmäßig verteilt sind.

3. Kolbenring, dadurch gekennzichnet, daß er auf seiner Außenumfangfläche mit eimer im Metallspritzverfahren hergestellten Oberflächenschicht aus einer Ferrolegierung versehen ist, die 1-5 Gewichtsprozent Gesamtkohlenstoff und 0,1-30 Gewichtsprozent Bor enthält.

4. Zylinderbuchse, dadurch gekennzeichnet, daß sie auf ihrer Innenumfangsfläche mit einer ini ketallspritzverfahren hergestellten Oberflächenschicht aus einer Ferrolegierung versehen ist, die 1-5 Gewichtswprozenit Gesamtkohlenstoff und 0,1-30 Gewichtsprozent 9or enthält.