DE3139973A1

DE3139973A1 - "aus einer grauguss-legierung bestehender zylinder fuer eine brennkraftmaschine"

Info

Publication number: DE3139973A1
Application number: DE19813139973
Authority: DE
Inventors: Erwin 3180 Wolfsburg Just; Erich Seck
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 1981-10-08
Filing date: 1981-10-08
Publication date: 1983-04-28
Also published as: DE3139973C2

Description

Aus einer Graunuß-Leqieruna bestehender
Zylinder für eine Brennkraftmaschine Die Erfindung betrifft einen aus einer Grauguß-Legierung bestehenden Zylinder für eine Brennkraftmaschine. Dabei läßt sich die Legierung verständlicherweise auch für den gesamten Motorblock, also auch das Kurbelgehäuse, einsetzen, jedoch unterliegt der Zylinder besonderen Anforderungen hinsichtlich Freßneigung, Abriebsverschleiß und Reibverlusten.
Die Freßneigung im Bereich der Kolbengleitfläche des Zylinders äußert sich im Extremfall in der Gefahr eines Kolbenfressers, die insbesondere in der Anfangsphase des Betriebs der Brennkraftmaschine, also bei ungünstigsten Oberflächenverhältnissen der Zylinderlaufbahnen, auftritt. Ursache hierfür kann ein hoher Blechmantelanteil, d.h. eine Oberflächenschadigung in Form von abgequetschten und umgelenkten Graphitlamellen, durch das Honen und ein dadurch hervorgerufenes unzureichendes Ölangebot sein.
Der Abriebverschleiß macht sich demgegenüber erst nach längeren Laufzeiten der Brennkraftmaschine durch erhöhten Ölverbrauch und vergrößerte Leistungsverluste bemerkbar; die Verringerung des Abriebverschleißes ist besonders wichtig bei Diesel- und Turbo-Dieselmaschinen. Die Reibverluste zumischen Kolbenringen und Zylinderlaufbahn schließlich verschlechtern die Motorleistungscharakteristik.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Zylinder gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs zu schaffen, dessen Zylinderlaufbahn ohne Notwendigkeit der Verwendung einer Zylinderlaufbuchse oder einer besonderen Gleitschicht besonders günstige Eigenschaften hinsichtlich Freßneigung, Abriebverschleiß und Reibverlusten zeigt.
Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht in den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs. Die Angabe der Graphitausbildung bezieht sich auf die im VDG Merkblatt P 441 gegebene Definition.
Wie überraschenderweise gefunden wurde, beeinflußt ein relativ hoher Titangehalt die aufgezählten Verschleißfestigkeitseigenschaften des Zylinders in erheblichem Maße, wobei jedoch für den angestrebten Zweck auch eine bestimmte Einstellung der Legierungselemente Kupfer, Zinn und Chrom wichtig ist, nämlich so, daß das Grundgefüge zumindest im Bereich der Zylinderlaufbahn rein perlitisch ist, also keine ferritischen Bestandteile enthält. Eine kritische Lunkerbildung, wie bei einem hohen P-Gehalt9 wird nicht beobachtet.
Im einzelnen läßt sich das verschleißgünstige Verhalten dieser Grauguß-Legierung wie folgt erklären: Durch den hohen Anteil an Titan kommt es in Verbindung mit Stickstoff und Kohlenstoff zur Bildung von Titan-Nitriden und Titan-Carbiden Dabei handelt es sich um sehr harte Einschlüsse, die aufgrund ihres nicht-metallischen Charakters eine bedeutende Verminderung der Adhäsionsneigung bewirken. Dadurch werden Freß- und Verschleißwiderstand erhöht, gleichzeitig wird die innere Reibung der Maschine, d.h die Reibung zwischen den Kolbenringen und der Zylinderlaufbahn, verringert. Je mehr Titan-Nitride und -Carbide vorhanden sind, je höher also der Titangehalt der Legierung ist, umso höher ist der VerschleißwiderstandO Die Titan-Einschlüsse bewirken ferner beim Honen eine spezielle Aufrauhung der Zylinderlauffläche, wodurch das Ölvolumen auf der bearbeiteten Zylinderlauffläche vergrößert und damit die Freßgefahr in der Anfangsphase des Maschinenbetriebs vermindert wird. Bei den Aufrauhungen handelt es sich um kleine Materialausbrüche, da beim Honen stellenweise Titan-Einschlüsse samt ihrer unmittelbaren Umgebung herausgelöst werden.
Die optimale Wirkung der Titan-Nitride und -Carbide ist jedoch wesentlich vom Grundgefüge der Legierung abhängig. Dieses muß insbesondere im Bereich der Zylinderlaufflächen von flächigem Ferrit frei sein, da Ferrit schmiert.
Infolge der Tatsache, daß ein höherer Titan-Gehalt ferritisierend wirkt, muß mit perlitstabilisierenden Elementen anlegiert werden. Bei der erfindungsgemäßen Legierung werden daher Mindestgehalte von Chrom, Kupfer und Zinn festgelegt. Mit steigendem Titan-Gehalt sind die Elemente Kupfer, Zinn und auch Chrom so einzustellen, daß das Grundgefüge zumindest im Bereich der Zylinderlaufbahnen vollständig ferritfrei ist.
Eine Wirkung eines höheren Titan-Gehalts besteht in einer Verschlechterung der Keimwirkung der Schmelze, wodurch größere Zellen entstehen. Da dies möglicherweise eine Festigkeitseinbuße bedeutet und eine Zugfestigkeit Rm von zumindest 220 N/mm2 angestrebt wird, ist die Impfung der Schmelze -im wesentlichen über eine Silizium-Zugabe- so auszuführen, daß sich ein Zellendurchmesser von ca. 0,8- 1,2 mm ergibt, also eine Zellenanzahl von etwa 150-200 Zellen je cm2. Diese Silizium-Zugabe ist in der oberen Bereichsgrenze von 2,5 % enthalten

Claims

PATENTANSPRUCH Aus einer Grauguß-Legierung bestehender Zylinder für eine Brennkraftmaschine, dadurch gekennzeichnet 9 daß die Legierung C Si Mn P S 3,0-3,5 1,8-2,5 0,5-1,0 0905-Os2 0,1 Ti Cr Cu Sn 0,04-0,3 0,2-0,6 0,4-1,0 0,04-0,1 Gewichts-% enthält, einen Sättigungsgrad s im Bereich 0,90-0,98 aufweist und ein c lamellares perlitisches Grundgefüge mit Graphitausbildung Form 1, Anordnung und Größe A(B) 3-5, besitzt.