DE3125997C2

DE3125997C2 - Gleitstück für Brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE3125997C2
Application number: DE3125997A
Authority: DE
Inventors: Takeshi Ageo Saitama Hiraoka; Osamu Urawa Saitama Kawamura; Yoshikatsu Omiya Saitama Nakamura
Original assignee: Nippon Piston Ring Co Ltd
Current assignee: Nippon Piston Ring Co Ltd
Priority date: 1980-07-01
Filing date: 1981-07-01
Publication date: 1984-10-11
Also published as: DE3125997A1; GB2079790A; JPS5716160A; JPH0143022B2; GB2079790B

Abstract

Ein Gleitstück, wie ein Kolbenring, für eine Brennkraftmaschine mit gesteigerter Verschleißfestigkeit. Das Gleitstück ist mit einer durch Sprühbeschichten aufgetragenen Schicht auf seiner Gleitoberfläche versehen, wobei diese Schicht aus einem legierten Pulver besteht, welches 8 bis 33%, vorzugsweise 15 bis 50 Gew.-% Chrom und 0,8 bis 8,0, vorzugsweise 1,5 bis 5,5 Gew.-% Kohlenstoff, Rest Eisen, enthält.

Description

Patentansprüche:

1 Gleitstück für Brennkraftmaschinen mit einer durch Aufsprühen einer Eisen, Chrom und Kohlenstoff enthaltenden Legierung aufgebrachten Gleitoberfläche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Legierungspulver aufgesprüht ist, welches aus 8 bis 53 Gcw.-% Chrom und 0,8 bis 8,0 Gew.-% Kohlenstoff, Rest Eisen, besteht.

2. Gleitstück nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Legierungspulver aus 15 bis 50 Gew.-% Chrom und 1,5 bis 5,5 Gew.-% Kohlenstoff, Rest Eisen, besteht.

Die Erfindung betrifft ein Gleitstück für Brennkraftmaschinen mit einer durch Aufsprühen einer Eisen, Chrom und Kohlenstoff enthaltenden Legierung aufgebrachten Gleitoberfläche.

Ein solches Gleitstück ist bereits aus der DE-OS 20 24 391 bekannt.

Die genannte Vorveröffentlichung beschreibt in erster Linie einen Kolbenring für einen Schiffs-Dieselmotor mit einer aufgesprühten Gleitoberfläche aus rostfreiem Stahl mit den Zwangslegierungskomponenten Chrom, Kohlenstoff, Mangan, Silicium, Phosphor und Schwefel, sowie vorherrschend auch Nickel. Die Chromgehalte der die Gleitschicht bildenden rostfreien Stähle betragen 13,5 bis 20%, und die Kohlenstoffgehalte der verwendeten rostfreien Stähle liegen zwischen 0,08 und 0,32%.

Dieses bekannte Gleitstück in Form eines Kolbenringes für schwere Schiffs-Dieselmotoren ist speziell unter dem Gesichtspunkt entwickelt worden, daß durch die beabsichtigte Verwendung minderwertiger, preiswerter Schweröle als Brennstoff keine Verschleiß- und Korrosionserscheinungen an den Kolbenringen herbeigeführt werden sollten.

Aus der GB 8 16 391 ist es bekannt, Legierungsbeschichtungen mit Hilfe von elektrischen Lichtbogen unter Schutzgas niederzubringen, wobei diese Beschichtungen aus einer duktilen und einer vergleichsweise weniger duktilen Komponente der Legierung bestehen. Für hochlegierte Schutzschichten offenbart die britische Patentschrift Zusammensetzungen mit 4 bis 25% Chrom, 0 bis 18% Wolfram, 0 bis 15% Kobalt, 0 bis 12% Molybdän sowie 0,7 bis 4% Kohlenstoff, Rest Eisen. Solche hochlegierten Schichten werden dadurch erzielt, daß spiralförmig um einen Kern gewickelte Stahldrähte zusammen mit einer pulverförmiges Graphit, Ferrochrom und Ferrowolfram enthaltenden Beschichtung benutzt werden. Ferner beschreibt die genannte britische Patentschrift Beschichtungen mit etwa 14% Mangan und bis zu 0,5% Kohlenstoff sowie nickelhaltige Beschichtungen mit 65 bis 75% Nickel, 15 bis 25% Chrom, 4 bis 10% Kobalt sowie gegebenenfalls weiteren Elementen, wie Bor.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Gleitstück für Brennkraftmaschinen der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung so auszubilden, daß den an moderne Brennkraftmaschinen gestellten Anforderungen hinsichtlich höchster Leistung und Umweltfreundlichkeit genügt wird.

In diesem Zusammenhang sei unterstrichen, daß insbesondere dem Umweltschutz dienende Maßnahmen zu einer erhöhten Sesns^ruchvin" ^γ'^ργ 7 viinHprw α ndungen und Kolbenringe im Hinblick auf deren Verschleißfestigkeit fiihren. Ferner sei unterstrichen, daß die im neuzeitlichen Motorenbau häufig verwendete Abgasrückführung erhöhte Korrosionsbeanspruchungen der mit dem Abgas in Berührung kommenden Teile der Brennkraftmaschine mit sich bringen.

Ein Gleitstück nach der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß seine Gleitoberfläche mit einer aufgesprühten SrN.cht aus einem legierten Pulver beschichtet ist, welches aus 8 bis 53 Gew.-% Chrom und 0,8 bis 8,0 Gew.-% Kohlenstoff, Rest Eisen besteht.

Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von den Ausführungsbeispielen unter Bezug auf die Zeichnung. In dieser zeigt

Fig. 1 einen Querschnitt durch einen in einer Brennkraftmaschine verwendeten erfindungsgemäß aufgebauten Kolbenring, und

Abrieb an dem Werkstoff hervorrufen, mit welchem es in

Claims

i F: i g. 2 ein graphisches .Schaubild, welches die Ergebnisse von Verschlcißbesiändigkciisversuchcn darstellt, die /weeks Vergleich der Erfindung mit dem Stand der Technik durchgeführt wurden. ·; F i g. 1 zeigt einen nach der Lehre der Erfindung konstruierten Kolbenring. Der Kolbenring 1 besitzt eine äußere Umfangsfläche il. in welcher eine Nrt 2 ausgebildet ist. Eine Sprühschicht 3 ist erfindungsgemäß in der Nut 2 vorgesehen. Die Sprühschicht, d. h. die aufgesprühte Schicht, besteht aus einem legierten Pulver, welches 8 bis 53 Gew.-% Chrom und 0,8 bis 8,0 Gew-% Kohlenstoff, Rest Eiien. enthält. Diese aufgesprühte Schicht besitzt eine große Verschleißfestigkeit. Beträgt der Chromgehalt im Legierungspulver weniger als S Gew.-%, so ist es unmöglich, eine hinreichende Härte zu erreichen, um eine zufriedenstellende Verschleißfestigkeit zu gewährleisten. Wird andererseits die obere Gehaltsgrenze von 53% Chrom überschritten, so iih ist die aufgesprühte Schicht unerwünscht hart, weil maschinen mit einer durch Aufsprühen einer Eise/, 20 übermäßig große Mengen sehr harter Chromoxyde und Chrom und Kohlenstoff enthaltenden Legierung auf/e- -karbidc gebildet werden. Obgleich die Verschleißfestigkeit des Gleitstückes dadurch deutlich gesteigert würde, kann dieses nachteiligerweise Verschleiß bzw.

1. Gleitstück fur BrennkraftmaschiiupKmit einer durch Aufsprühen einer Eisen. Chranfund Kohlenstoff enthaltenden Legierung aufgebrachten Gleiloberfläche, dadurch gejet-nnzeichne t, daß ein Legierungspulver aufgesprüht ist, welches 8 bis 53 Gew.-% Chromed 0.8 bis 8,0 Gew.-% Kohlenstoff. Rest Eisep<cnthält.

2. Gleits>äc1c nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet; daß das Legicrungspulver 15 bis 50

1 Chrom und 1.5 bis 5,5 Gcw.-% Kohlenstoff.

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brachten Gleitoberfläche.

Ein solches Gleitstück ist bereits aus der 20 24 391 bekannt.

Die genannte Vorveröffentlichung beschreib! in erster Linie einen Kolbenring für einen Schiffs- D/esclmo tor mit einer aufgesprühten Gleitoberfläche/aus rostfreiem Stahl mit den Zwangslegierungskomponcnten Chrom, Kohlenstoff. Mangan. Silicium, Phosphor und Schwefel, sowie vorherrschend auch /Nickel. Die Chromgehalte der die Gleitschicht bildenden rostfreien Stähle betragen 13.5 bis 20% und die Konlcnstoffgehalte der verwendeten rostfreien itähle/icgcn zwischen 0,08 und 0,32%.

Dieses bekannte Gleitstück in Forrfi eines Kolbenringes für schwere Schiffs-Dieselmotonen ist speziell unter dem Gesichtspunkt entwickelt worden, daß durch die beabsichtigte Verwendung minde/werliger. preiswerter Schweröle als Brennstoff keine Verschleiß- und Korrosionserscheinungen an den Kolbenringen herbeigeführt werden sollten. /

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Gleitstück für Brennkraftmaschinen der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen .Gattung so auszubilden, daß den an moderne Brennkraftmaschinen gestellten Anforderungen hinsichtlich höchster Leistung und Umwcltfreundlichkeit genügt wird.

In diesem Zusammenhang sei unterstrichen, daß insbesondere dem Umweltschutz dienende Maßnahmen zu einer erhöhten Beanspruchung der Zylinderwandungen und Kolbenringe im Hinblick auf deren Verschleißfestigkeit führen. Ferner sei unterstrichen, daß die im neuzeitlichen Motorenbau häufig verwendete Abgasrückführung erhöht^ Korrosionsbeanspruchungen der mit dem Abgas in Berührung kommenden Teile der Brennkraftmaschinsz mit sich bringen.

Ein Gleits/ück nach der Erfindung zeichnet sich dadurch aus,^aO seine Glcitobcrflächc mit einer aufgesprühten Schicht aus einem legierten Pulver beschichtet ist. welcWes 8 bis 53 Gcw.-% Chrom und 0.8 bis Gew.-% Kohlenstoff, Rest Eisten, einhält.

Weitere Merkmale. Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Besehreibung von/den Ausführungsbeispielen unter Bezug auf die Zeichnung. In dieser zeig:

.rig. I einen Querschnitt durch einen ir. einer Brennkraftmaschine verwendeten, erfindungsgemäß aufgebauten Kolbi!—

1

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Reibverbindung =-teht. Demzufolge soll der Chromgehalt 8 bis 53 Gcw.-% vorzugsweise 15 bis 50% betragen. Wenngleich der Kohlenstoffgehalt vom Chromgehalt abhängt, ist ein Kohlenstoffgehalt von weniger als 0,8 Gew.-% unzureichend, um eine ausreichend große jo Menge Chromkarbid zu bilden und dadurch die aufgesprühte Schicht hinreichend hart zu machen und dadurch eine zufriedenstellende Verschleißfestigkeit zu gewährleisten. Wird jedoch die obere Gehaltsgrenze von 8% Kohlenstoff überschritten, so kommt es zu übermäßigen Karbidausscheidungen im Beschichtungswerkstoff, was dazu führt, daß die aufgesprühte Schicht unnötig und nachteilig hart wird. Wenngleich sich dadurch die Verschleißfestigkeit der Gleitobcrflächc steigern ließe, so kann dadurch nachtciligerweise ein Verschleiß desjenigen Werkstoffes hervorgerufen werden, mit dem die Sprühschicht in Reibverbindung steht. Außerdem wird die aufgesprühte Schicht so brüchig, daß sie sich leicht vom Basisinelall ablöst. Aus diesem Grunde soll der Kohlenstoffgehalt innerhalb des Bereiches 4^r) von 0,8 bis 8,0% vorzugsweise «on 1.5 bis 5,5% gehalten werden.

Das crfindungsgcmäße Gleitstück, welches mit einem Legicrungspulver beschichtet ist, welches spezifische Gehalte an Chrom, Kohlenstoff und Eisen enthält, wie ^r-o vorstehend beschrieben, icigt eine außerordentliche Verschleißfestigkeit, die offensichtlich auf die sehr harten Chromkarbide und -oxyde zurückzuführen ist, die glexhmäßig im Werkstoff verteilt sind.

Das erfindungsgemäße Gleitstück zeigt außerdem v, ausgezeichnete Gebrauchseigenschaften bei Verwendung in einer Brennkraftmaschine mit Abgasrückführung oder einer anderen Bauart, bei welcher die Abgaskontrolle berücksichtigt ist. Von besonderer Wichtigkeil ist bei Motoren mit Abgasrückführung das Problem des komisiven und abrasiven Angriffes, welchen die Abgase ausüben. Ein Gleitstück nach der Erfindung ist jedoch gegenüber Korrosion äußerst beständig, weil es Chrom enthält, welches seinerseits äußerst korrosions beständig ist. Das erfindungsgcmäßc Gleitstück zeig auch ein äußerst großes Mal! an Beständigkeit gcgcr Abrieb, weil die Leerstellen in der aufgesprühte Schicht imverbrannie KohlenMoffteilchcn aufnehme welche eine Verschleil.KvirV-iing entfallen, und auf dies