DE747930C - Hochbeanspruchbare Kolbenringe in schnellaufenden Verbrennungskraftmaschinen - Google Patents

Description

• Hochbeanspruchbare Kolbenringe in schnellaufenden Verbrennungskraftmaschinen Die Erfindung betrifft hochbeanspruchbare Kolbenringe mit guten Gleiteigenschaften für schnellaufende Verbrennungskraftmaschinen. Die bisher v erwendeten Kolbenringe wurden hauptsächlich aus einem Gußeisen mit geringen Gehalten an Kohlenstoff, Silicium, Mangan, Phosphor und Schwefel hergestellt und wiesen vorwiegend perlitisches Gefüge auf. Den steigenden Beanspruchungen. die mit der ständig wachsenden Literleistung der Motoren verbunden sind, genügen die aus diesem Werkstoff hergestellten Kolbenringe nicht. Es hat sich gezeigt, daß bei hoher Beanspruchung, d. h. bei hoher Gleitgeschwindigkeit, hoher Flächenpressung, hoher Temperatur und dünner Schmierfilmbildung das perlitische Gefüge u. a. infolge oberflächlicher Verformnung versagt, wodurch die Gleitflächen der Kolbenringe zerstört werden.
• Es ist bekannt, daß die Härte und die Verschleißfestigkeit des Gußeisens mit wachsendem P-Gehalt sich erhöhen. Man hatte auch schon erkannt, daß für diesen Zweck ein hoher Phosphorgehalt dann günstig ist, wenn er möglichst gleichmäßig über die ganze Fläche des Gußkörpers verteilt ist, d. h. wenn so viel Phosphor in dem Material vorhanden ist, daß das Phosphideutektikum vorzugswveise in Netzform auftritt. Man war aber in der irrigen Auffassung befangen, daß Verschleißfestigerschleißfestigkeit gleichbedeutend sei mit guten Gleiteigenschaften, d. h. ein Gußeisen von der höchsten Verschleißfestigkeit auch gute Gleiteigenschaften besitze. Die V erschleißfestigheit wurde dabei, wie üblich, nach demn Gewichtsverlust aufeinandergleitender Gußeisenstücke bei trockener Reibung beurteilt. Dabei ergab sich, daß die geringsten Verluste, also die höchste Verschleißfestigkeit, ein Gußeisen nmit hohem Phosphorgehalt besitzt, wobei das Phosphideutektikum beim Gießen von größeren Stücken, z. B. von einem Motorzylinder, in weitmaschiger Netzform auftritt. Da es aber außerdem bekannt war, daß bei zunehmendem P-Gehalt die Sprödigkeit und Brüchigkeit von Gußeisen rasch zuniinint, so daß von wissenschaftlicher Seite sogar vor Überschreitung eines P-Gehaltes des Gußeisens vnn o,6 °/o bei mechanisch beanspruchten Teilen gewarnt wurde; so erklärt sich daraus die Tatsache ungezwungen, daß man wohl die Herstellung von Motorzylindern aus solchem Gußeisen vorgeschlagen und ausgeführt hat, niemals aber bisher die von Kolbenringen aus solchem Gußeisen. Wenn man empfahl, die Härte von Kolbenringen zu steigern, so suchte man dafür andere Wege.
• Durch Versuche ist nun bewiesen, daß aus solchem Gußeisen hergestellte Kolbenring keine guten Gleiteigenschaften besitzen und bei hoher Beanspruchung in kurzer Zeit versagen, daß also die Auffassung der guten Gleiteigenschaften als Folge oder Begleiterscheinung der Verschleißfestigkeit unrichtig ist.
• Der Erfindungsgegenstand beruht auf der Erkenntnis, daß bei jedem normalen grauen Gußeisen Verschleißfestigkeit nicht gleichbedeutend mit Gleiteigenschaften ist, daß vielmehr ein solches Gußeisen von maximal2r Verschleißfestigkeit keine guten Gleiteigenschaften zu besitzen braucht, und daß umgekehrt ein Gußeisen, dessen Verschleiß als trockener Abrieb erheblich unter dem Maximum der Verschleißfestigkeit liegt, ausgezeichnete Gleiteigenschaften aufweisen kann. Die Erfindung besteht darin, die hochbeanspruchten Kolbenringe aus einem Gußeisen herzustellen, das neben den üblichen Gehalten an Kohlenstoff, Silicium, Mangan und Schwefel einen an sieh bekannten hohen P-Gehalt, etwa von o,8 bis I,2%, besitzt, und den Guß so zu leiten, daß die Erstarrung des Gußeisens so erfolgt, daß das Bruchgefüge grau ist und die Grundmasse aus Perlit und/oder Ferrit besteht, daß ferner das Phosphideutektikum in engmaschiger Wabenform von etwa Iooooo my2 und weniger Flächeninhalt je durchschnittlicher Maschengröße die Gefügegrundmasse gleichmäßig durchsetzt und daß gleichzeitig der Graphit in sehr feiner Form und Verteilung vorliegt. Dieser Wabenkörper aus dem außerordentlich harten engmaschigen Phosphideutektikum gibt dem Gefüge eine große Starrheit und Härte. Er ist der Träger der Festigkeit, der einer plastischen Verformung hohen Widerstand leistet. Nach dem Einlaufen der beiden Teile steht er etwas erhaben über der übrigen, erheblich weicheren Gefügegrundmasse, und er allein gleitet durch Vermittlung des Ölfilms auf der Gegenfläche. Je feiner das Wabennetz ausgebildet ist, desto gleichmäßiger trägt es und desto besser ist seine mechanische Haltbarkeit. Die an der Oberfläche etwas tiefer liegende Gefügegrundmasse übernimmt die Rolle von kleinen Ölnäpfchen innerhalb der netzförmigen Lauffläche und vermittelt im Verein mit den fein verteilten Graphitnarben die gleichmäßige Verteilung des Öles und das Festhalten des Ölfilms an der Oberfläche selbst bei sehr hoher Flächenpressung und hoher Temperatur. Dadurch wird eine außerordentlich wichtige Aufgabe für die Flächen aufeinandergleitender Maschinenteile erfüllt.
• Gußeisen mit dem beschriebenen Gefüge hat sich als Kolbenringwerkstoff für schnelllaufende Verbrennungskraftmaschinen, in denen an die Kolbenringe die höchsten Anforderungen gestellt werden, gut bewährt. Die Ringe mit diesem Gefüge sind im Betrieb den bisher benutzten Ringen weit überlegen.
• Werkstücke mit dem beschriebenen Gefüge werden bekanntlich dadurch erhalten, daß die Gießtemperatur dem Querschnitt des Gußstückes derart angepaßt wird, daß es noch soeben grau erstarrt. Das Höchstmaß der Gefügeverfeinerung wird dadurch erreicht, daß man die Gußstücke unter geeigneten Gießbedingungen so rasch zum Erstarren bringt, daß das Bruchgefüge nach dem Guß weiß bzw. meliert ist, und daß man dann durch eine nachfolgende Glühung bei Rotglut von nur wenigen Minuten dieses nicht graue Gefüge in ein graues Gefüge von äußerster Feinheit umwandelt.
• Man hat bereits vorgeschlägen, Kolbenringe aus Gußeisen mit einem Phosphorgehalt von o,I bis I,o% im Schleudergußverfabren herzustellen. Es ist ferner bekannt, daß beim Schleudern von Eisen und Stahl Phosphor als zuletzt erstarrender Bestandteil von der Drehachse weg in Richtung der größten Abkühlungsgeschwindigkeit nach außen wandert. Die Folge hiervon ist, daß Kolbenringe mit dem erfindungsgemäß gleichmäßig ausgebildeten Phosphidnetzwerk im Schleudergußverfahren nicht hergestellt werden können.

Claims (2)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. HochbeanspruchbareKolbenringe finit guten Gleiteigenschaften in schnellaufenden Verbrennungskraftmaschinen, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einem Gußeisen mit den üblichen Gehalten aus Kohlenstoff, Silicium, Mangan und Schwefel, jedoch mit o,8 bis i,a % Phosphor bestehen und so zur Erstarrung gebracht sind, daß das Bruchgefüge grau ist, daß die Gefügegrundmasse neben Graphit aus Perlit und/oder Ferrit besteht, daß das Phosphideutektikum in engmaschiger- Wabenform (etwa 10000o my2 und weniger) die Gefügegrundmasse gleichmäßig durchsetzt und daß gleichzeitig der Graphit in sehr feiner Form und Verteilung vorliegt.
2. 2. Verfahren zur Herstellung von hochbeanspruchbaren Kolbenringen, die hinsichtlich der legierungstechnischen Zusammensetzung und des Gefügeaufbaus den Bedingungen des Anspruchs i entsprechen, dadurch gekennzeichnet, daß die Gußstücke weiß oder meliert zur Erstarrung gebracht und zur Erzeugung eines grauen Bruchgefüges wenige Minuten bei Rotglut geglüht und dann abgekühlt werden. Zur Abgrenzung des Anmeldungsgegenstands vom Stand der Technik sind im Ertei-Iungsverfahren folgende Druckschriften in Betracht gezogen worden: französische Patentschrift Nr. 75I 533 USA.-Patentschriften I 527 I65 , und I59, 598 Werkstoffhandbuch »Stahl und Eisen(,, I927, . Blatt L r i bis 9 (vorletzter Absatz); Piwowarsy, Hochwertiger Grauguß, I929, S.I8I/87; Zeitschrift »Die Gießerei«, I9,27, S.743, und I934, S.2I7/I8; Mitteilungen aus den Forschungsanstalten der Konzernstelle der Gute Hoffnungsbütte, AG., B. I, I930, S. I8 und 24, und I93 I, S. 80/92; Autmobiltechnische Zeitschrift, I935, Heft I I, S.4; Zeitschrift »Stahl und Eisen«, 1929, S. I34; Archiv für das Eisenhüttenwesen, I932/33, Heft 6, S. 502/03; Geiger, Handbuch der Eisen- und Stahlgießerei, Bd. IV, I93I, S.485; Oberhoffer, Das technische Eisen, 2. Aufl., I925 S. 565; Vieth, Der Schleuderguß, I934, S.24 bis 28 und 71I74.