DE2502356B2

DE2502356B2 - Baueinheit, z.b. fuer einen rotationskompressor

Info

Publication number: DE2502356B2
Application number: DE19752502356
Authority: DE
Inventors: Takeshi Ageo; Urano Shigeru Ohmiya; Saitama Hiroaka (Japan)
Original assignee: Nippon Piston Ring Co Ltd
Current assignee: Nippon Piston Ring Co Ltd
Priority date: 1974-01-31
Filing date: 1975-01-22
Publication date: 1976-08-26
Also published as: US3930902A; JPS50116303A; DE2502356C3; DE2502356A1; JPS5548584B2; GB1456811A

Description

Es lag nicht auf der Hand, diese besondere Zusam-

mensetzung von der Mehrzahl möglicher Zusammensetzungen auszuwählen. Weitgehend unabhängig von 25 Versuchsergebnissen sind hierbei folgende Überlegun-

Die Erfindung betrifft eine Baueinheit, bestehend gen aufgezeigt, die zur vollständigen erfinderischen aus einem ersten und einem, relativ zum ersten Bauteil Lehre geführt haben. Bei dem ersten Baut.eil, den ,gleitfähigen zweiten Bauteil. Schaufeln od. dgl. eines Kompressors, ist erkannt wor-

Solche Bauteile sind einem beachtlichen Verschleiß den, daß man 0,90 bis 2% Kohlenstoff nehmen muß, ausgesetzt. Zwar ist es bekannt, für den ersten Bauteil, 30 denn wenn man eine Grenze von 0,90% unterschreitet, z. B. die Flügel, die Flanschen, Schaufeln und Lamellen bildet sich ein dichtes Perlitgefüge aus, und es ergibt und andererseits für das zweite Bauteil eines Rotations- sich ein relativ steiler Abfall der Verschleißfestigkeit, !compressors, einer Schaufelradpumpe u. dgl., Stahl, Wenn aber mehr als 2 % C verwendet wird, bildet sich Gußeisen und Sintermaterial zu verwenden, die jedoch ein Zementitgefüge aus, und es ergibt sich ein steiler verbesserungsbedürftig sind, vielfach einen niedrigen 35 Anstieg der Sprödigkeit und ein starker Abfall der Verschleißwiderstand haben oder schwierig zu be- Schlagfestigkeit.

arbeiten sind bzw. dann, wenn die eine Eigenschaft Es wurde eine besondere Überlegung angestellt,

zwar verbessert wird, die andere Eigenschaft des Werk- Kupfer zuzusetzen, unter Berücksichtigung dessen, Stoffes sich aber verschlechtert. daß hierdurch der Widerstand gegen Korrosion erhöht

Bei Walzgerüsten ist es bekannt, für Walzen ein 40 wird, während andererseits die Wärmeleitfähigkeit Gußeisen zu verwenden, welches 1,7 bis 3,8% Kohlen- sich vergrößert. Wenn man aber weniger als 2 % Cu Stoff, 0,01 bis 2,5% Silicium, 0,01 bis 1 % Mangan und nimmt, ergibt sich in überraschender Weise, daß die insgesamt bis zu 0,2% an weiteren Elementen wie Anforderungen an den Werkstoff nicht mehr genügen. Phosphor, Schwefel und Kupfer, sowie 0,01 bis 2% Überschreitet man jedoch die Grenze von 6%, ist die Molybdän enthalten kann. Allerdings ist hierdurch 45 Stabilität der Abmessungen des Sintermatenals in nur ein Gußeisen mit der Zusammensetzung des zwei- Frage gestellt.

ten Bauteiles bekannt geworden. Weitere Vorschläge Es wird vorgeschlagen, das Molybdän in Form von

tür eine Eisenlegierung, die in dieser« Zusammenhang Ferro-Molybdän hinzuzufügen, dessen harte Partikel-(ils Vorbild für die Zusammensetzung des ersten Bau- chen außerordentlich den Verschleißwiderstand erhöteiles dienen könnten, werden nicht nahegelegt. Denn 50 hen. Die Grenzen dieses Zustandes müssen aber bediese anderen Vorschläge für eine Eisenlegierung ent- schränkt werden, weil sonst die Eigenschaften hinhalten regelmäßig einen zu niedrigen Kupferanteil von sichtlich Härte und Festigkeit nicht erfüllt werden turn Beispiel 0,118% und/oder einen zu hohen Anteil können. Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, hier fcn Kohlenstoff bzw. einen zu niedrigen Anteil an lediglich in der Grenze von 0,40 bis 0,80% zu arbeiten. Molybdän, oder es wird überhaupt kein Kupfer ver- 55 Restliche Zusätze von 1 % sind herstellungsbedingte Wendet, bzw. es sind das Verhalten des Werkstoffes Verunreinigungen.

ganz anders beeinflußende Legierungsbestandteile wie Die Art der Anwendung der Gasnitrierung für die

Mangan und Chrom zusätzlich vorhanden. Auch sind Sinterlegierung kann durch Nitrieren in einem Ofen die Eigenschaften die an den bekannten Bauteil vor- in einer Gasatmosphäre erfolgen. Die Tiefe der Ninehmlich gestellt werden, unterschiedlich, zum Beispiel 60 trierschicht soll vorzugsweise etwa 1 mm betragen. In hohe Rißfestigkeit bei hohen Temperaturen bzw. das diesem Fail wird die Härte auf etwa 30 bis 50 Rockwell Gefüge des bekannten Bauteiles soll einen hohen An- C erhöht, was zusätzlich zur Verbesserung der ^-Verteil an fein verteiltem Zementit aufweisen (britische schleißfestigkeit beiträgt.
Patentschrift 11 17 025). Für den zweiten Bauteil müssen verschiedene Gren-

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die vor- 65 zen der Zusätze berücksichtigt werden, wenn auch stehenden Nachteile zu vermeiden und für eine Bau- dieser Werkstoff an sich bekannt ist. Bei Kohlenstoff einheit, die aus einem ersten und einem zweiten, relativ ist zu berücksichtigen, daß man einen hinreichenden zum ersten Bauteil gleitfähigen Bauteil besteht, eine Anteil an A-Flockengraphit gemäß Vorschrift erreichen

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muß. Deshalb wird ein Kohlenstoffgehalt von weniger ergebende Werkstoff wurde bei 86¹O⁰C 60 min lang

als 2% verwendet; hält man diese Grenze nicht ein, gehärtet, dann in öl gekühlt, und in Luft bei 320⁰C

kann man den Flockengraphit nicht erreichen. Ferner 60 min lang angelassen. Der Werkstoff hatte eine Härte

muß vermieden werden, daß das Graphitkorn sich in von 47,0 HRC.

nachteiliger Weise vergrößert. Deshalb wird vorge- 5 Dann wurde aus einem dieser Materialien eine Verschlagen, nicht mehr als 3,50% Kohlenstoff zu ver- suchsprobe von 40 mm Außendurchmesser, 16 mm wenden; hält man diese Bedingung nicht ein, vergrö- Innendurchmesser und jeweils 10 mm Dicke gebildet, ßert sich das Graphitgefüge. Diese Probe wurde einer Verschleißfestigkeitsprüfung

Beim unrichtigen Zusatz von Silicium bildet sich das unterworfen unter Verwendung einer Amsler-Festig-

Flockenrgaphit nicht aus. Es wird deshalb vorge- io keitsprüfmaschine, wobei das den Schaufeln od. dgl.

schlagen, nicht weniger als 1,50% Silicium zu ver- entsprechende Material des ersten Bauteils als oberes

wenden. Andererseits muß beachtet werden, daß das feststehendes Bauteil eingesetzt wurde, der Werkstoff

Material nicht unzulässig spröde wird. Deshalb wird des rotierenden Bauteils als unteres, im Versuch rotie-

vorgeschlagen, nicht mehr als 2,5% Silicium zu ver- rendes Bauteil,
wenden, um diesen Nachteil auszuschließen. 15

Beim Zusatz von Mangan muß man beachten, daß Einzelne Versuchsbedingungen

dieser den Perlit stabilisieren soll. Deshalb wird vor- Rotationsgeschwindigkeit 185 U/min

geschlagen, mehr als 0,30% Mangan zu verwenden. j^_ast 100 kg

Dieser Manganwert darf jedoch 1,0% nicht über- Schmieröl:' Ksr'osen".'.'.'.'.'.'.'. '.'.'.'.60%

steigen. ao SAE-Öl Nr 3 40 V

Kupfer dient zur Stabilisierung des Perlits. Zur Ver- ölmenge ...... ...0,5 l/min

meldung der Instabilität wird vorgeschlagen, nicht Laufzeit 24 h.

weniger als 0,20 % Kupfer zu verwenden. Der Kupfergehalt darf jedoch 1,0% nicht überschreiten. _{Um die relativ g}i_ei_tende Werkstoffpaarung dieser

Bei diesem Bauteil dient das Molybdän dazu, das =5 Bauteile richtig vergleichen zu können, wurde der Ver-

Grundgefuge zu festigen, aber auch die Härte zu er- _{such unter} _gUichen Bedingungen wie vorstehend durch

höhen. Dies kann nicht erfüllt werden, wenn zuwenig _{dne an R};_{ch bekannte} Werkstoffpaarung ausgeführt,

bzw. zuviel Molybdän verwendet wird. _{wobei der rotiere}nde Bauteil aus eutektischem, Graphit

Hier wird vorgeschlagen, nicht weniger als 0,20% enthaltendem Gußeisen und die Schaufeln od. dgl. aus

und nicht mehr als 1,0% Molybdän zu verwenden. 3° _Stah, _{bestandenj und diese} Werkstoffe miteinander

Wird z. B. die Grenze von 1,0% überschritten, bildet kombiniert wurden. Die chemische Zusammensetzung

sich in nachteiliger Weise Bainit im Gefüge. _{des eute}ktischen, Graphit aufweisenden Gußeisens

Im Gußzustand ist das legierte Gußeisen ein Perlit- ^_{zw des} s_tani_s j_Sf
grundgefüge, in dem A-förmiger Graphit verteilt ist

und eine bessere maschinelle Bearbeitung sichergestellt 35 1. Eutektisches, Graphit enthaltendes Gußeisen, che-

wird. mische Zusätze in %

Ferner eignet sich dieser Werkstoff ausgezeichnet C 2,71

fürs Härten und Anlassen, um ein Martensitgefüge zu Si... 3,52

bilden und eine Härte von 43 bis 53 Rockwell C zu Mn 0,50

erreichen, wodurch der Verschleißwiderstand wesent- 40 Ni 0,09

lieh verbessert wird. · Cr 0,12

Folgendes Beispiel dient zur Erläuterung der Erfin- Mo 0,11

dung: Als Material für die Schaufellamellen od. dgl. ₂_ _{Stahl äß} handelsüblicher Vorschrift SUP 9

mischt man Kupferpulver, Ferro-Molybdänpulver und (JIS)
Graphitpulver, fügt 0,8% Zinkstearat zu, danach wird 45

der Werkstoff bei 1150"C 60 min lang in einer Atmo- Die Versuchsergebnisse sind die folgenden:
Sphäre von gekracktem Ammoniumgas gesintert, so Für die erfindungsgemäße Werkstoffpaarung ergab daß eine gesinterte Legierung gewonnen wird, welche sich ein Verschleiß von lediglich 2,0 mmg, wenn der 1,20 % Kohlenstoff, 4% Kupfer, 0,60 % Molybdän und Werkstoff für den ersten Bauteil, die Schaufeln od. dgl. Rest-Eisen, aufweist. In diesem Zeitpunkt beträgt die 50 eingesetzt wurde und lediglich 5,0 mmg für den Werk-Härte HRB 88,5, die Dichte 6,75 g/cm³. Dann wird stoff des rotierenden Bauteils, bei einer Laufzeit von dieser Werkstoff weiter gasnitriert, um eine Schicht 24 h. Bei der Werkstoffpaarung der bekannten Art von 1 mm Tiefe auf dem Bauteil zu erhalten. Die Härte ergab sich unter den gleichen Bedingungen sowohl für wurde mit 38 bis 40 HRC bestimmt. den Werkstoff der Schaufeln als auch für den Werk-Für den zweiten Bauteil benutzt man 3,22 % Kohlen- 55 stoff des rotierenden Bauteils ein Anfressen schon stoff, 0,44% Molybdän, 2,10% Silicium, 0,52% Man- bald nach Versuchsbeginn, so daß der Versuch wegen gan, 0,40% Kupfer, Rest-Eisen. Der sich hieraus Unergiebigkeit abgebrochen werden mußte.

Claims

L· solche Materialpaarung anzugeben, bei der die Ver- Patentansprüche: Schleißfestigkeit wesentlich erhöht, aber ebenfalls seine Bearbeitung, insbesondere das Schleifen, erleichtert

1. Baueinheit, bestehend aus einem ersten und wird und somit die Kosten verringert werden,
einem, relativ zum ersten Bauteil gleitfähigen zwei- 5 Zur Lösung dieser Aufgabe wird vorgeschlagen, daß fen Bauteil, dadurch gekennzeichnet, das erste Bauteil aus einer gesinterten Eisenlegierung daß das erste Bauteil aus einer gesinterten Eisen- mit 0,90 bis 2% Kohlenstoff, 2 bis 6% Kupfer,. 0,40 legierung mit 0,90 bis 2% Kohlenstoff, 2 bis 6% bis 0,80% Molybdän, Rest Eisen, sowie herstellungs-Kupfer, 0,40 bis 0,80% Molybdän, Rest Eisen, bedingten Verunreinigungen bis zu einer Höchstgrenze sowie herstellungsbedingten Verunreinigungen bis io von weniger als 1 %, das in Gas nitriert ist, besteht, zu einer Höchstgrenze von weniger als 1 %, das in und daß das zweite Bauteil aus einem an sich bekann-Gas nitriert ist, besteht, und daß das zweite Bauteil ten legierten Gußeisen mit 2 bis 3,5% Kohlenstoff, aus einem an sich bekanntem legierten Gußeisen 1,5 bis 2,5% Silicium, 0,30 bis 1 % Mangan, weniger mit 2 bis 3,5 % Kohlenstoff, 1,5 Ibis 2,5 % Silicium, als 0,30 % Phosphor, weniger als 0,12 % Schwefel, 0,20 0,30 bis 1 % Mangan, weniger als 0,30% Phosphor, 15 bis 1 % Kupfer und 0,20 bis 1 % Molybdän, Rest Eisen weniger als 0,12% Schwefel, 0,20 bis 1% Kupfer besteht.

und 0,20 bis 1 % Molybdän, Rest Eisen besteht. Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor,

2. Baueinheit nach Anspruch 1, dadurch gekenn- die Nitrierschicht etwa 1 mm dick auszubilden. Die zeichnet, daß die Nitrierschicht auf äer Oberfläche Erfindung besteht also in der besonderen Werkstoffdes ersten Bauteiles etwa 1 mm dick ist. ao paarung dieser nitrierten, gesinterten Legierung einerseits und einem legierten Gußeisen andererseits.