DE2944128C2

DE2944128C2 -

Info

Publication number: DE2944128C2
Application number: DE19792944128
Authority: DE
Inventors: Kurt 7000 Stuttgart De Wizemann; Peter Dipl.-Ing. Dr. 7056 Weinstadt De Peppler
Original assignee: J Wizemann U Co 7000 Stuttgart De GmbH
Current assignee: J Wizemann U Co 7000 Stuttgart De GmbH
Priority date: 1979-11-02
Filing date: 1979-11-02
Publication date: 1989-06-01
Also published as: DE2944128A1

Description

Es ist bekannt, Gußeisenlegierungen für Zylinderlaufbüchsen von Verbrennungsmotoren verhältnismäßig viel Kohlenstoff zuzusetzen (nach der DE-OS 19 08 856, z. B. mindestens 3,7%), um durch den relativ hohen Graphitanteil bessere mechanische Laufeigenschaften zu erreichen. Bei der aus der DE-OS 19 08 856 bekannten Legierung mit

C≧3,7%
Si<1,5%
Mn<1,0%
P<1,0%
S<0,12%
Cr<0,9%
Ni<2,5%
Mo<0,9%
Sn<1,2%
Cu<1,5%

wurde Cu zugesetzt, um einen möglichst feinen Perlit zu erhalten und dadurch Festigkeit und Zähigkeit zu verbessern.

Die Qualität einer Zylinderlaufbüchse hängt aber nicht nur von ihrer Verschleißfestigkeit, d. h. von ihrer Widerstandsfähigkeit gegen mechanischen Abrieb ab, sondern auch ganz wesentlich von ihrer Korrosionsbeständigkeit vor allem gegenüber sauren Verbrennungsrückständen wie schwefliger Säure, die insbesondere bei Verbrennungsmotoren mit langen Stillstandzeiten und häufigem Betrieb unter der normalen Betriebstemperatur anfällt.

Der Erfindung lag deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Zylinderlaufbüchse zu schaffen, die nicht nur gegen mechanischen Verschleiß widerstandsfähig ist, sondern auch eine bessere Beständigkeit gegenüber Stillstandskorrosion besitzt als die vorstehend beschriebenen bekannten Zylinderlaufbüchsen.

Für Kolbenringe von Verbrennungsmotoren ist schon ein Gußeisen bekanntgeworden (DE-OS 24 28 821), welches aus folgenden Legierungsbestandteilen besteht:

1,5 bis 4,0% Kohlenstoff,
1,5 bis 6,0% Silizium,
0 bis 8,0% Kupfer,
0 bis 0,5% Bor,
0 bis 3,0% Mangan,
weniger als 2,5% Phosphor,
weniger als 0,2% Schwefel,
0 bis 2,5% Zinn,
Rest Eisen.

Bei Kolbenringen einerseits und Zylinderlaufbüchsen andererseits liegen jedoch hinsichtlich der Bearbeitung und der Beanspruchungen im Betrieb völlig unterschiedliche Verhältnisse vor: Kolbenringe müssen durchgehärtet werden, während Zylinderlaufbüchsen höchstens in der die Lauffläche bildenden Randzone gehärtet werden, d. h. die letzteren werden einer viel kürzeren Wärmebehandlung und wesentlich geringeren Temperaturen ausgesetzt als Kolbenringe; der Stand der Technik lehrt letztendlich, Bor entweder überhaupt nicht oder in ganz geringen Mengen zuzusetzen, weil Bor beim Durchhärten zur Rißbildung führt; schließlich enthält die bekannte Gußeisenlegierung für Kolbenringe verhältnismäßig viel Silizium (im Verhältnis zum Kohlenstoffanteil) - das Verhältnis der Legierungsbestandteile Silizium und Kohlenstoff beträgt stets mehr als 1 -, um bei den rasch abkühlenden dünnwandigen Teilen, wie Kolbenringen, eine Karbidbildung zu verhindern, die sich sowohl auf die Bearbeitbarkeit der Teile als auch auf den Verschleiß der Gegenflächen nachteilig auswirken würde.

Zur Lösung der gestellten Aufgabe wird nun erfindungsgemäß als Werkstoff zur Herstellung von Zylinderlaufbüchsen von Verbrennungsmotoren die Verwendung eines Gußeisens vorgeschlagen, welches aus mindestens 2,8% Kohlenstoff, 1,0 bis 2,5% Silizium, mehr als 0,4% und bis zu 3,5% Kupfer, mehr als 0,03% und bis weniger als 0,15% Bor, weniger als 1,0% Mangan, weniger als 0,5% Phosphor, weniger als 0,05% Schwefel, bis 0,8% Zinn und im übrigen aus Eisen besteht.

Der Zusatz von Bor führt zu einem außerordentlich guten mechanischen Verschleißverhalten, und durch die Zugabe von Kupfer sowie eventuell Zinn (gegenüber der eingangs erwähnten bekannten Gußeisenlegierung für Zylinderlaufbüchsen) wird das Korrosionsverhalten der relativ stark kohlenstoffhaltigen Gußeisenlegierung eklatant verbessert. Kupfer und das gegebenenfalls zugesetzte Zinn werden dabei im Perlit gelöst, während Bor bei einem Zusatz bis zu 0,15% ein geschlossenes Borid-Netz bildet, welches verschleißhemmend wirkt. Im Gegensatz zu Phosphor, welcher gleichfalls die mechanischen Laufeigenschaften verbessert, sich jedoch auf die Korrosionsbeständigkeit negativ auswirkt, trifft letzteres auf Bor nicht zu, und schon ein Zusatz von nur 0,03% Bor verbessert die mechanischen Laufeigenschaften deutlich. Allerdings sollte man davon absehen, mehr als ca. 0,15% Bor zuzusetzen, weil dann die Bearbeitbarkeit der Laufbüchsen verschlechtert wird und die Gefahr einer Mikroporosität des Gusses besteht - Zylinderlaufbüchsen werden als verhältnismäßig dickwandige Gußteile hergestellt, die bei der Bearbeitung bis zum Fertigteil zu 40% bis 60% zerspant werden. Diese dickwandigen Gußteile kühlen langsam ab, so daß auch ein Verhältnis Silizium zu Kohlenstoff von unter 1 beim Abkühlen dieser dickwandigen Gußteile nicht zu einer Karbidbildung führt, die der guten Bearbeitbarkeit entgegenstehen würde.

Obwohl Kupfer bis zu ungefähr 3,5% im Perlit gelöst wird, genügen geringere Kupferzusätze, da die Korrosionsbeständigkeit bis ca. 2% mit dem Kupfergehalt stark zunimmt, darüber hinaus jedoch nur noch geringfügig verbessert wird, so daß eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Gußeisenlegierung 1,0 bis 2,0% Kupfer enthält.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Grundgedankens der Erfindung ergeben sich aus den beigefügten Ansprüchen 3 bis 9.

Bei den vorstehend wiedergegebenen Anteilen handelt es sich stets um Angaben in Gewichtsprozent.

Claims

1. Verwendung eines Gußeisens, bestehend aus
mindestens 2,8% Kohlenstoff,
1,0 bis 2,5% Silizium,
mehr als 0,4 bis 3,5% Kupfer,
mehr als 0,03 bis weniger als 0,15% Bor,
weniger als 1,0% Mangan,
weniger als 0,5% Phosphor,
weniger als 0,05% Schwefel,
bis 0,8% Zinn,
Rest Eisen,
als Werkstoff zur Herstellung von Zylinderlaufbüchsen von Verbrennungsmotoren.

2. Verwendung eines Gußeisens gemäß Anspruch 1, welches 1,0 bis 2,0% Kupfer enthält.

3. Verwendung eines Gußeisens gemäß Anspruch 1 oder 2, welches weniger als 0,1% Phosphor enthält.

4. Verwendung eines Gußeisens gemäß einem oder mehreren der Ansrüche 1 bis 3, welches mehr als 3,0% und insbesondere mehr als 3,5% Kohlenstoff enthält.

5. Verwendung eines Gußeisens gemäß einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, welches 0,4 bis 0,7%, insbesondere 0,4 bis 0,5%, Zinn enthält.

6. Verwendung eines Gußeisens gemäß einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, welches weniger als 0,04% Schwefel enthält.

7. Verwendung eines Gußeisens gemäß einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, welches 1,4 bis 2,0% und insbesondere 1,6 bis 1,8% Silizium enthält.

8. Verwendung eines Gußeisens gemäß einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, welches von den Elementen Chrom, Nickel und Molybdän jeweils weniger als 0,4% enthält.

9. Verwendung eines Gußeisens gemäß einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, welches maximal 0,12% Bor enthält.