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Verfahren zur Herstellung von; Kolbenringen aus Sintereisen Es ist
bereits. bekannt, daß Kolbenringe aus einem Gußeisen mit .dem verhältnismäßig hohen
Phosphorgehalt von etwa 0,7 bis i,2 % vorzügliche Laufeigenschaften bei gleichzeitig
hoher Verschleißfestigkeit aufweisen, . wenn das im Gefüge gebildete ternäre Eisen-Phosphideutektikum
die Gefügegrundmasse in der Form eines engmaschigen Netzes gleichmäßig durchsetzt.
Das. harte Phosphideutektikum bildet hierbei einen tragenden Körper in der weicheren
Grundmasse und hält in seinen Vertiefungen Öl fest, so daß die Aufrechterhaltung
eines ununterbrochenen Schmierfilms selbst bei zeitweiligem Aussetzen der Schmiermi.ttelzufuhr
gesichert ist. Dieser Ölfilm im Verein mit einer feinlamellaren Graphitausbildung
gewährleistet Kolbenringen, insbesondere solchen, die in schnell laufenden Brennkraftmaschinen
höchstenBeanspruchungen durch Hitze und große Gleitgeschwindigkeiten ausgesetzt
sind, die erforderlichen guten Laufeigenschaften selbst an Stellen, wo, wie, in
den oberen Totpunkten .der Kolbenlaufbahn, der Schmiermittelfilm auf der Zylinderwand
zeitweilig weggebrannt sein kann.
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Ob sich diese Erfahrungen auf die ganz andersartigen Bedingungen und
Gefügebilder eines aus Eisenpulver gesinterten, Kolbenringes übertragen lassen,
war bisher noch nicht bekannt. Zwar gibt es bereits Kolbenringe, die durch Mischen
von Graphitpulver und Metallpulver, Pressen des Gemisches und Sintern des Preßkörpers
hergestellt werden und durch den verhältnismäßig hohen Graphitanteil selbstschmierende
Eigenschaften erhalten sollten. Das poröse Gefüge eines solchen Sinterkörpers mag
zwar für die Ölaufnahme vorteilhaft
sein, erweist sich aber für
die Spannungsgebung selbstfedernder Kolbenringe als nachteilig. Voraussetzung dafür,
daß selbstfedernde Kolbenringe sich auf die erforderliche hohe Tangentialspannung
bringen, lassen, ohne im Betrieb. oder bei der . Spannungsgebung zu brechen und
ohne ihre hohe Anfangsspannung zu verlieren, ist ein dichtes, nicht durch Poren
und Hohlräume unterbrochenes Gefüge des Metalls. Die Erfindung geht nun von der
Erkenntnis aus, daß beim Sintern eines hochpho,sphidhaltigen Eisenpulvers bei einer
Temperatur, die in der Nähe oder über dem Schmelzpunkt des ternären Eisen-Phosphideutektikums
liegt, also bei oder über etwa 9'5o°, dieses Eutektikum_ schmilzt, in die Hohlräume
zwischen -den Eisenkörnern und gegebenenfalls Graphitkörnern eindringt und diese
ausfüllt, so daß sich einvöllig dichtes Gefüge ergibt.
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Zwar ist es bereits bekannt, aus einem Eisen mit 3J50/0 Kohlenstoff,
1,130/0 Silicium und r,150/° Phosphor Sinterkörper herzustellen, wobei sich das
Sintern in einem Temperaturbereich von 400 bis 11°o° vollzog, hierbei war.auch schon
festgestellt worden, daß das Phosphideutektikum bei 95o. bis 9d0° schmolz, und es
war vermutet worden, daß es unter dem gleichzeitigen Einfluß von hohem Druck den
Oxydfilm um die Eisenkörner durchbricht und! damit zu einer Verfestigung des Werkstoffes
führt. Die Möglichkeit, daß- das geschmolzene Phosphideutektikum Hohlräume und Poren:
ausfüllt und: daß erst dadurch die besonders schwierige Spannung selbstfedernder
Kolbenringe __ aus S.intereisen ermöglicht werden kann, war dabei jedoch nicht erkannt
worden.
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Erfindungsgemäß wird daher vorgeschlagen, Kolbenringe aus Sintereisen
dadurch herzustellen, daß ein Eisenpulver mit hohem Phosphidgehalt bei oder über
-dem Schmelzpunkt -des Phosphideutektikums, also etwa 950°, in die Form eines geschlossenen
Ringes, gepreßt, gesintert und darauf in an sich bekannter Weise durch Schlitzen
und Spannen zu einem selbstfedernden Kolbenring verarbeitet wird.
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Hierbei kann als Pulver ein. Gemisch von Eisen und Graphit, mit Vorteil
aber auch das Produkt der Zermahlung eines Gußeisens mit 3,o bis 3,8°/0-Kohlenstoff,
0,7 bis, i,2 % Phosphor, o,o bis 3,2% Silicium, o,o bis o,60/9 Mangan, Rest Eisen
verwendet werden. Weiß erstarrende Legierungen mit niedrigem Siliciumgehalt..sind
wegen der leichteren Zerkleinerung vorzuziehen; die Graphitisiierung ist durch nachträgliches
Glühen leicht zu
erreichen. Vorteilhaft kann es ferner sein, wenn man eine
besondere hoch eisenphosphidhaltige Vorlegierung schmilzt, insbesondere eine solche,
in der der Phosphor in eutektischer Zusammensetzung enthalten ist, und diese getrennt
pulverisiert und dem Eisensinterpulver zumischt. Die Korngröße des Grundwerkstoffs
kann dann so gewählt werden, daß sich gute Laufeigenschaften und hohe Verschleißfestigkeit
ergeben. Der Kohlenstoff kann in Form von Graphitpulver getrennt zugesetzt werden
oder in dem zerkleinerten Grundmaterial bereits enthalten sein. Die getrennte Zugabe
schafft die Möglichkeit, den Gehalt des fertigen. Sinterkörpers an freiem Kohlenstoff
weit über die angegebenen Grenzen sowie über die Grenzen der Kohlensto,ffaufnahme
in Eisenschmelzen hinaus: zu steigern und dadurch dein Kolbenring besonders gute
Laufeigenschaften zu sichern, während der bisherige Nachteil der Porosität gesinterter
Graphit-Eisen-Gemische entfällt. Da durch das beim Sintern flüssige Phosphideutektikum
alle Poren ausgefüllt werden, kann der entstehende feste: Körper mehr Graphit enthalten
als ein durch Porosität geschwächter.
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Falls durch Verpressen und, Sintern eines Pulvers der angegebenen
Zusammensetzung der Erfolg einer völligen Schließung der Poren wegen ungünstiger
Gestalt des Preßlings noch nicht erreicht ist, kann durch nachträgliches Warmpressen
bei 95o' oder darüber das Phosphideutektikum nachträglich in die noch vorhandenen
Poren eingepreßt werden, um ein dichteres Material zu bekommen. Möglich ist es auch,
die Oberflächenporen eines bereits fertig gesinterten Kolbenringes durch nachträgliches
Einpressen der hochphosphidhaltigen Vorlegierung zu schließen.