DE2743992A1

DE2743992A1 - PROCESS AND EQUIPMENT FOR TREATMENT OF METALLIC STORAGE SURFACES OF COMPONENTS

Info

Publication number: DE2743992A1
Application number: DE19772743992
Authority: DE
Inventors: Charles Michael Sharp
Original assignee: BOC Ltd
Current assignee: BOC Ltd
Priority date: 1976-10-05
Filing date: 1977-09-30
Publication date: 1978-04-06
Also published as: JPS5386609A; FR2367117A1

Description

PATKMTANWALTPATKMTANWALTY Dire ing.K. HÖLZERDire ing.K. WOODS KLSBM-BTRASgK 14KLSBM-BTRASgK 14

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Augsburg, den 27. September 1977Augsburg, September 27, 1977

BOC Limited,
Hammersmith House, London W6 9DX, EnglandBOC Limited,
Hammersmith House, London W6 9DX, England

Verfahren und Einrichtung zur Behandlung metallischer Lagerflächen von BauteilenMethod and device for the treatment of metallic bearing surfaces of components

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Behandlung metallischer Lagerflächen von Bauteilen.The invention relates to a method for treating metallic bearing surfaces of components.

Unter Lagerflächen sind dabei Flächen zu verstehen, die mit einer anderen Fläche im Sinne der Ermöglichung einer relativen Gleitbewegung in Form einer geradlinigen Bearing surfaces are to be understood as meaning surfaces which are connected to another surface in the sense of enabling a relative sliding movement in the form of a straight line

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Verschiebung oder einer Drehbewegung zusammenwirken.Shift or a rotary movement cooperate.

Es ist bekannt, gewählte Bereiche einer Gleitfläche zu plattieren. Dieses Plattieren erfolgt durch Ioneneinbauverfahren, bei welchen geladene Atome eines verschleißfesten Stoffes in das Gitter des Gleitflächenmaterials hineingetrieben werden. Dabei werden nur gewählte Bereiche der Gleitfläche zur Herstellung der Plattierung bestrichen. Diese Behandlung erfolgt gewöhnlich nur zum Schutz von hohem Verschleiß unterworfenen Bereichen, obwohl es denkbar ist, daß unbehandelte Bereiche im Gebrauch des Bauteils in größerem Maße verschleißen können.It is known to plate selected areas of a sliding surface. This plating is done by ion incorporation processes, at which charged atoms of a wear-resistant substance in the lattice of the sliding surface material to be driven in. Only selected areas of the sliding surface are used to produce the Plating painted. This treatment is usually only used for protection from high wear and tear Areas, although it is conceivable that untreated areas wear out to a greater extent during use of the component can.

In manchen Fällen ist es wünschenswert, in Gleitflächen von miteinander zusammenwirkenden Bauteilen Taschen vorzusehen, in denen sich öl sammeln kann. Durch Relativbewegungen zwischen diesen Gleitflächen wird öl von der sich jeweils über eine öltasehe bewegende Fläche mitgenommen, wodurch ein Ölfilm zwischen den aufeinander gleitenden Flächen erzeugt wird.In some cases it is desirable in sliding surfaces of interacting components Provide pockets in which oil can collect. Due to relative movements between these sliding surfaces oil from each moving over an oil pocket Surface carried along, creating an oil film between the surfaces that slide on each other.

Gemäß der Erfindung ist ein.Verfahren zur Behandlung metallischer Lagerflächen von Bauteilen dadurch gekennzeichnet, daß nur bestimmte gewählte Bereiche der Lager-According to the invention is a method of treatment metallic bearing surfaces of components, characterized in that only certain selected areas of the bearing

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flächen zwecks Veränderung der metallurgischen Eigenschaften dieser Bereiche im Sinne einer Verbesserung ihrer Verschleißfestigkeit wärmebehandelt werden.surfaces in order to change the metallurgical properties of these areas in order to improve them heat-treated for their wear resistance.

Da nur bestimmte Bereiche wärmebehandelt werden, bleibt der übrige Teil der Lagerfläche unbehandelt und diese unbehandelten Flächenbereiche können im Gebrauch des Bauteils verschleißen, so daß sich Taschen, Nuten, Kanäle oder ähnliche Hohlräume zur Aufnahme von Schmiermittel bilden können.Since only certain areas are heat-treated, the remaining part of the storage area remains untreated and these untreated surface areas can wear out during use of the component, so that pockets, grooves, Can form channels or similar cavities for receiving lubricant.

Die Wärmebehandlung kann durch Bestreichen der gewählten Bereiche mit einem energiereichen Strahl, beispielsweise einem Laserstrahl oder Elektronenstrahl, erfolgen. Der energiereiche Strahl bewirkt eine örtliche Erhitzung der zu behandelnden Oberflächenzonen, wobei der Hauptkörper des Bauteils als Wärmesammler wirkt und eine rasche Abkühlung der jeweils erhitzten Zone herbeiführt, so daß die gewählten Bereiche der Gleitfläche einer Wärmebehandlung unterzogen werden, die einer herkömmlichen, Erhitzen und Abschrecken umfassenden Wärmebehandlung entspricht.The heat treatment can be carried out by painting the selected areas with an energetic beam, for example a laser beam or electron beam. The energetic beam causes a local Heating of the surface areas to be treated, the main body of the component acting as a heat collector and brings about rapid cooling of the respectively heated zone, so that the selected areas of the sliding surface subjected to a heat treatment including conventional heating and quenching Heat treatment corresponds.

Während einer Einlaufperiode eines Bauteils mit einer in der oben genannten Weise behandelten Lager-During a running-in period of a component with a warehouse treated in the above-mentioned manner

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fläche kann ein Einlauföl oder ein ähnlicher abschleifender Stoff zwischen diese Lagerfläche und die damit zusammenwirkende Fläche eingegeben werden, um ein Verschleißen der unbehandelten Lagerflächenbereiche und dadurch die Bildung von Schmiermittel aufnehmenden Vertiefungen herbeizuführen.A running-in oil or a similar abrasive substance can be placed between this bearing surface and the surface interacting surface are entered to prevent wear and tear of the untreated bearing surface areas thereby bringing about the formation of lubricant-receiving depressions.

Alternativ dazu können natürliche Verschleißvorgänge, die im Gebrauch auftreten, zur Herbeiführung eines unterschiedlichen Verschleißes zwischen den verhältnismäßig harten behandelten Bereichen und den verhältnismäßig weichen unbehandelten Bereichen der Lagerfläche und somit zur Herstellung der ölaufnehmenden Taschen bzw. Vertiefungen ausgenützt werden.Alternatively, natural wear and tear that occur in use can be used to induce it a differential wear between the relatively hard treated areas and the relatively soft untreated areas of the bearing surface and thus for the production of the oil-absorbing Pockets or depressions are used.

Eine nach dem oben genannten Verfahren behandelte Lagerfläche braucht nicht eben zu sein, sondern kann beispielsweise zylindrisch sein, z.B. die Innenfläche einer Zylinderauskleidung. Die gewählten behandelten Lagerflächenbereiche können so angeordnet sein, daß sie jede beliebige gewünschte Anordnung oder Form für die Schmiermittelvertiefungen bilden. Beispielsweise kann ein schraubenlinienförmiger unbehandelter Bereich in der Bohrung einer Zylinderauskleidung belassen werden, der nach entsprechendem Verschleiß einen schraubenlinienför-A storage area treated according to the above-mentioned method does not need to be flat, but can for example, be cylindrical, such as the inner surface of a cylinder liner. The chosen treated Storage areas can be arranged to have any desired arrangement or shape for the Form lubricant depressions. For example, a helical untreated area in be left in the bore of a cylinder liner, which, after wear and tear, creates a helical

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migen Kanal bildet, der das Heraufpumpen von öl aus einer Pumpe am unteren Ende der Auskleidung durch die relative Gleitbewegung eines Kolbens in der Auskleidung ermöglicht.The migen channel forms the pumping up of oil from a pump at the lower end of the liner by the relative sliding movement of a piston in the liner enables.

Eine Einrichtung zur Ausführung des Verfahrens ist Gegenstand des Anspruchs 3.A device for carrying out the method is the subject of claim 3.

Die Erfindung erstreckt sich auch auf ein Bauteil mit einer metallischen Lagerfläche, von welcher nur bestimmte gewählte Bereiche wärmebehandelt sind.The invention also extends to a component with a metallic bearing surface, of which only certain selected areas are heat treated.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend mit Bezug auf die anliegenden Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt:An embodiment of the invention is explained in more detail below with reference to the accompanying drawings described. It shows:

Fig. 1 eine Einrichtung zur Wärmebehandlung1 shows a device for heat treatment

metallischer Lagerflächen eines Bauteils,metallic bearing surfaces of a component,

Fig. 2 eine schematische Darstellung einerFig. 2 is a schematic representation of a

mittels der Einrichtung nach Fig. 1 wärmebehandelten metallischen Lagerfläche, undby means of the device according to FIG. 1 heat-treated metallic bearing surface, and

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- 7 - 27A3992- 7 - 27A3992

Fig. 3 eine schematische Darstellung derFig. 3 is a schematic representation of the

Lagerfläche nach Fig. 2 nach einer gewissen Gebrauchsdauer, während welcher Verschleiß der Oberfläche stattgefunden hat.Storage area according to FIG. 2 after a certain period of use, while what wear and tear of the surface has taken place.

Gemäß Fig. 1 weist eine Einrichtung 1 zur Wärmebehandlung nur bestimmter gewählter Flächenbereiche der Bohrung einer Zylinderauskleidung IO einen drehbaren Tisch 11 auf, auf welchem die Auskleidung 10 aufgespannt ist, so daß sie während der Wärmebehandlung um ihre Längsachse drehbar ist.According to FIG. 1, a device 1 for heat treatment has only certain selected surface areas of the Bore of a cylinder liner IO on a rotatable table 11 on which the liner 10 is clamped is so that it is rotatable about its longitudinal axis during the heat treatment.

Weiter weist die Einrichtung 1 eine Fokussiereinrichtung 12 auf, die einem invertierten Periskop ähnelt und zur Fokussierung eines Laserstrahls aus einem nicht dargestellten Lasergerät auf die Bohrungswand der Aus- kleidung 10 dient. Der Fokussierkopf 12 weist einen gemäß der Darstellung vertikalen rohrförmigen Teil 13 auf, der an seinem unteren Ende abgeschlossen und mit einem kurzen horizontalen Rohrabschnitt I^ versehen ist, das sich an eine Wandöffnung des Rohres 13 an dessen unterem Ende anschließt. Im unteren Ende des Rohres 13 befindet sich ein Spiegel 15, der schräg zur Achse des Rohres 13 angeordnet ist und den Laserstrahl, der axial The device 1 also has a focusing device 12, which is similar to an inverted periscope and is used to focus a laser beam from a laser device (not shown) onto the bore wall of the lining 10. The focusing head 12 has a vertical tubular part 13 as shown, which is closed at its lower end and is provided with a short horizontal tube section I ^ which connects to a wall opening of the tube 13 at its lower end. In the lower end of the tube 13 is a mirror 15, which is arranged obliquely to the axis of the tube 13 and the laser beam, the axially

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durch das Rohr 13 hindurchfällt, durch den Rohrabschnitt reflektiert. Im Rohrabschnitt 14 des Fokussierkopfes 12 ist eine Linse 16 zur Fokussierung des Laserstrahls auf die Bohrungswand der Zylinderauskleidung 10 angeordnet.falls through the pipe 13, through the pipe section reflected. In the tube section 14 of the focusing head 12 there is a lens 16 for focusing the laser beam the bore wall of the cylinder liner 10 is arranged.

Der Fokussierkopf 12 ist an einem nicht dargestellten, vertikal verschiebbaren Schlitten montiert, so daß er parallel zur Achse der Zylinderauskleidung 10 verschiebbar ist.The focusing head 12 is on a not shown, vertically displaceable carriage mounted so that it can be displaced parallel to the axis of the cylinder liner 10 is.

Im Gebrauch wird der Tisch 12 gedreht, wodurch auch die Zylinderauskleidung 10 gedreht wird, und der Fokussierkopf 12 wird vertikal vom einen Ende der Auskleidung zum anderen Ende derselben verschoben. Die Geschwindigkeit der Drehung der Auskleidung 10 und die vertikale Vorschubgeschwindigkeit des Kopfes 12 sind so gewählt, daß der Brennpunkt des Laserstrahls auf der Bohrungswand sich längs einer schraubenlinienförmigen Bahn bewegt und eine wärmebehandelte schraubenlinienfönnige Zone 17 (Pig. 2) erzeugt, sowie einen ebenfalls schraubenlinienförmigen unbehandelten Bereich 18 zwischen den Windungen des wärmebehandelten Bereiches zurückläßt.In use, the table 12 is rotated which also rotates the cylinder liner 10 and the focusing head 12 is slid vertically from one end of the liner to the other end of the same. The speed the rotation of the liner 10 and the vertical advance speed of the head 12 are chosen so that the focus of the laser beam on the bore wall moves along a helical path and creates a heat treated helical zone 17 (Pig. 2) as well as a helical zone leaves untreated area 18 between the turns of the heat treated area.

Während einer anfänglichen Einlaufperiode der behandelten Auskleidung (Fig. 2) verschleißt der unbe-During an initial running-in period of the treated lining (Fig. 2), the unaffected

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handelte Bereich 18 schneller als der behandelte Bereich 17, so daß sich eine schraubenlinienformige öltasche bzw. ölnut 19 der in Fig. 3 gezeigten Art bildet.acted area 18 faster than the treated area 17, so that a helical Oil pocket or oil groove 19 of the type shown in FIG. 3 forms.

Als praktisches Beispiel für die Durchführung eines Verfahrens nach der Erfindung wurde eine Zylinderauskleidung mit einem Innendurchmesser von 125 mm, einer Länge von 200 mm und einer Wandstärke von 12 mm wärmebehandelt. Das Material der Auskleidung war Gußeisen. Ein Laserstrahl mit einer Ausgangsleistung von 2 kvi wurde auf die Innenwandfläche der Auskleidung unter Verwendung einer Einrichtung nach Fig. 1 auf einen Punkt mit 3 mm Durchmesser fokussiert. Die Drehzahl der Auskleidung betrug 4 U/min und die Abwärts-Vorschubgeschwindigkeit des Fokussierkopfes 20 mm/min, wodurch ein schraubenlinienförmiger wärmebehandelter Bereich mit einer Steigung von 5 mm entstand.As a practical example of the implementation of a method according to the invention, a cylinder liner has been proposed with an inner diameter of 125 mm, a length of 200 mm and a wall thickness of 12 mm. The material of the lining was cast iron. A laser beam with an output power of 2 kvi was applied to the inner wall surface of the liner using the apparatus shown in FIG. 1 at a point focused with 3 mm diameter. The speed of the liner was 4 rpm and the downward feed rate of the focusing head 20 mm / min, creating a helical heat-treated area with a slope of 5 mm was created.

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Claims

1. Process for the treatment of metallic bearing surfaces of components, characterized in that only certain selected areas of the bearing surfaces for the purpose of change the metallurgical properties of these areas in terms of improving their wear resistance be heat treated.

2. The method according to claim 1, characterized in that the selected areas by means of a Be heat-treated with the laser beam.

3. Device for performing the method according to claim 1 or 2, characterized by a the relevant component-carrying table (11), a laser device and a focusing device (12) for focusing of the laser beam on selected areas of the metal bearing surfaces of the component.

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