DK162177B - Cylinderforing til anvendelse i forbraendingsmotorer - Google Patents

Description

DK 162177 B

Den foreliggende opfindelse angår en cylinderforing til anvendelse i forbrændingsmotorer, og nærmere bestemt angår opfindelsen en forbedret cylinder foring med stor diameter til anvendelse i forbrændingsmotorer, der er 5 konstrueret specielt til skibe, og som udviser to el ler tre lag, hvor det ydre lag er af et materiale med stor styrke og smidighed (dukti1itet), og det indre lag består af et special støbejern med stor slidstyrke og modstandsdygtighed mod sammenrivning, hvorved lage-10 ne er forbundet med hinanden ved grænsefladerne gennem sammensmeltning.

En cylinderforing til anvendelse i forbrændingsmotorer skal fundamentalt have sådanne egenskaber som høj slidstyrke og en ringe tilbøjelighed til, at stemplet sæt-15 ter sig fast, eftersom foringen er i glidende kontakt med stempelringene, samtidig med, at den skal slutte lufttæt til disse.

Man forsøger sædvanligvis for at forhøje styrken af cylinderforingen (jvf. DE offentliggørelsesskrift nr.

20 2654474) at danne cylinder foringer ud fra centrifugal-stø- begods, der består af 2 koncentriske dele med forskellige glide-, smidigheds- og flydeevneegenskaber, hvorved det ydre lag består af et ferritisk grågods med høj styrke og med sfæroidt. grafit (GGG), og det indre lag 25 består af et grågods med lamellart grafit (GGL), og hvorved begge lag udviser en intim metallisk binding til hinanden. Dette støbejern omfatter et klart højt kulstofindhold på mindst 2,5 vægt-X og et højt indhold af magnesium som absolut nødvendig legeringskomponent 30 til at sikre den sfæroide grafitanordning i det ydre lag. (Se E. Nechtelberger, "Gusseisenwerkstoffe bind 1 1977, side 14. (Fadiverlag Schiele & Schon, G.m.b.H.

Berlin)). Det har dog vist sig i praksis, at magnesium ved fremstillingen af sammensatte cylinder foringer dif 2

DK 162177 B

funderede ind i det indre lag og der ændrede det indre lags materiale, hvilket førte til en forringelse af det indre lags tilstræbte egenskaber med hensyn til glideegenskaber og slidstyrke.

5 Man har yderligere forsøgt at forøge vægtykkelsen i cylinderforingerne, hvilket dog virker imod kravene om vægtreduktion i forbrændingsmotorer.

Med hensyn til cylinderforinger til anvendelse i store motorer og maskiner kan arbejdsbetingelserne og årsagerne 10 til brud på cylinderforinger analyseres som følger: a) På den indre overflade af cylinderforingen, som er i glidende kontakt med stempelringen, stilles der krav om høj modstandsdygtighed over for slid samt krav om en ringe tilbøjelighed til, at stemplet sætter sig fast.

15 b) Bruddet i cylinderforingen begynder på den ydre over flade af denne.

I en cylinderforing med en relativt høj vægtykkelse kan årsagen til et brud i foringen primært forklares på basis af de termiske spændinger, der optræder i fo-20 ringen. I særdeleshed udsættes den indre del af cylinder- foringen for betragteligt høje temperaturer under forbrændings- og eksplosionsprocessen, mens den ydre del af foringen holdes i en tilstand med lav temperatur som følge af, at cylinderen køles effektivt med vand. En 25 sådan temperaturgradient imellem de indre og de ydre dele af cylinderforingen tilvejebringer termiske spændinger, som medfører en trykspænding og en trækspænding i henholdsvis de indre og de ydre dele af foringen.

Som følge heraf er det meget sandsynligt, at et brud 30 begynder i den ydre del cylinderforingen.

3

DK 162177 B

Den ydre del af en cy11nderforing, som skal anvendes i forbrændingsmotorer til skibe, må derfor have en højere Styrke og smidighed, for at man kan undgå at forøge vægtykkelsen af foringen. På den anden side kræves det 5 almindeligvis ikke, at cylinder foringer med sædvanlige små dimensioner har høje vægtykkelser, og sådanne foringer er således fri for de problemer, der opstår som følge af temperaturforskel1 en i store cylinder foringer.

I lyset af den ovennævnte analyse og de ovenfor beskrevne 10 problemer har den foreliggende opfindelse som formål at tilvejebringe en sammensat cylinderforing, som på sin indre overflade har tilfredsstillende egenskaber med hensyn til modstandsdygtighed over for slid og med hensyn til at modvirke, at stemplet sætter sig fast, 15 og som på den ydre perifere del ligeledes har tilfreds stillende egenskaber med hensyn til styrke og smidighed.

Opfindelsen angår således en sammensat cy1 inder foring af de i krav l's indledning beskrevne art, og opfin-20 delsen er ejendommelig ved det i krav l's kendetegnende del anførte.

I en foretrukken udførelsesform for opfindelsen er den sammensatte cylinderforing ejendommelig ved, at der mellem det ydre lag (2) og det indre lag (3) er placeret 25 et mellemlag (4), hvorved det ydre lag (2), mellemlaget (4) og det indre lag (3) er forbundet indbyrdes med hinanden ved sammensmeltning på de mod hinanden grænsende grænseflader, og ved at materialet for mellemlaget (4) består af:

30 2,0 - 4,0 vægt-% C

0,8 - 3,0 - Si 0,4 - 1,2 - Mu

op til 0,6- P

op til 0,1- S

4

DK 162177 B

Idet resten udgøres af Fe og uundgåelige forureninger.

Opfindelsen forklares nærmere under henvisning til tegningen, hvor fig. 1 er et tværsnit af en cylinderforing med dobbelt 5 lagstruktur ifølge opfindelsen, fig. 2 er et tværsnit af en cylinderforing med tredobbelt lagstruktur ifølge opfindelsen, og fig. 3 er et kurvediagram som tydeliggør hårdhedsfordelingen i vægmaterialet for de i tabel 1 viste eksempler.

10 Opfindelsen vil i det følgende blive beskrevet i detaljer.

Fig. 1 viser strukturen af en sammensat cylinderforing ifølge opfindelsen. Foringen 1 består af et ydre lag 2 og et indre lag 3, hvoraf det ydre lag har en stor sejhed eller en høj styrke og smidighed, således som 15 det vil blive beskrevet i det følgende. Det ydre lag fremstilles af sfæroidt grafitstøbejern eller sfæroidt grafitstøbestål. Det indre lag udviser stor modstandsdygtighed over for slid, og modstandsdygtighed mod, at stemplet sætter sig fast. Dette lag fremstilles af 20 det særlige støbejern, som man konventionelt har benyt tet. Det ydre og indre lag er metallurgisk knyttet sammen ved sammensmeltning langs grænsefladerne.

Den sammensatte cylinderforing kan fremstilles ved an-anvendelse af den kendte centrifugalstøbningsproces.

25 Først hældes de smeltede materialer for det ydre lag ned i en roterende støbeform, hvor de støbes fast til det ydre lag, og derefter støbes det smeltede materiale for det indre lag under passende regulering, hvorved man opnår den ønskede cylinderforing, hvori de to lag 5

DK 162177 B

er metallurgisk knyttet sammen.

Den på fig. 1 viste cylinderforing vil i øvrigt med stor sandsynlighed danne et fusionslag (mellemliggende lag) 5, der indeholder smeltede sammensætninger fra 5 både det ydre lag 2 og det indre lag 3, når det ydre og indre lag smeltes sammen til et integreret samlet legeme. Langs grænsen imellem de sammenliggende lag vil legeringselementer fra det ydre lag uundgåeligt trænge ind i det indre lag 3, når dette indre lag 3 10 sammensmeltes med det ydre lag 2 til en dobbeltiagstruk- tur. For yderligere at forbedre egenskaberne af de ydre og indre lag kan det også være nyttigt at tilvejebringe en cylinder bestående af tre lag som vist på fig. 2, hvori et mellemliggende lag 4 er indskudt imellem det 15 ydre lag 2 og det indre lag 3. Dette vil senere blive forklaret i detaljer. En sådan cylinderforing, som indeho-der et mellemliggende lag imellem det ydre og det indre lag, kan, på samme måde som beskrevet ovenfor, fremstilles ved anvendelse af en kendt centrifugalstøbningsproces, 20 hvorved man i sekvens fra det ydre lag støber smeltede materialer under passende regulering.

Til centrifugalstøbningsprocessen kan man anvende en vandret, hældende eller opretstående støbeform af vilkårlig type.

25 i det følgende beskrives foretrukne nyttige materialer til fremstilling af det ydre lag af den sammensatte cylinderforing ifølge opfindelsen:

Det ydre lag, som har stor sejhed eller høj styrke og smidighed, fremstilles af stålstøbegods med sfæroidt 30 grafit blandt (I) sfæroidt grafitstøbejern, (II) kompakt trådformet grafitstøbejern eller pseudo-sfæroidt grafitstøbejern og (III) sfæroidt grafitstøbestål. Dis- 6

DK 162177 B

se materialer vil i det følgende blive beskrevet i detaljer hver for sig. De nedenfor angivne mængder er alle udtrykt som vægtprocent.

Sfæroidt grafitstøbestål 5 Det sfæroide grafitstøbestål, som egner sig til fremstilling af det ydre lag af den omhandlede cylinderforing, indeholder 1,0 - 2,0 % C, 0,6 - 3,0 % Si, 0,2- 1,0 % Mn, op til 0,1 % P, op til 0,1 % S og andre sædvanlige urenheder, idet resten i det væsentlige er Fe.

10 Dette støbestål har en struktur svarende til næsten sfæroidt grafit og en matrix, der i det væsentlige består af perlit (en lille mængde udkrystalliseret cemen-tit kan tillades). Udover de ovennævnte komponenter kan der, om ønsket, i støbestålet være inkorporeret 15 en eller flere bestanddele udvalgt fra gruppen bestående af op til 2,5 % Ni, op til 1,0 % Cr, op til 1,0 % Mo og op til 0,1 % i alt af metallerne Ti, Al og Zr.

Betydningen af den kemiske sammensætning af dette støbestål vil nedenfor blive beskrevet i detaljer: 20 C: 1,0 - 2,0 % Når materialet indeholder mindre end 1,0 % C, bliver de.ts smeltepunkt hø jt 5> hvorved materialet naturligvis kræver en højere temperatur til smeltning og støbning, og dette giver anledning til stigende omkostninger.

25 Når indholdet af C på den anden side overstiger 2,0 %,‘er der en sandsynlighed for, at grafitten ikke får sfæroidisk form, og dette fører til reduceret sejhed.

Si: 0,6 - 3,0 %

Tilstedeværelsen af Si er intimt knyttet til krystalli- DK 162177 8 7 sation af grafit. Når der er mindre end 0,6 % Si til stede, er det temmelig vanskeligt at bringe grafitten til at krystallisere, hvorimod et indhold af Si på over 3,0 % vil bevirke, at Si, som er indeholdt i matricen 5 i form af en fast opløsning, har en bemærkelsesværdig tendens til at gøre materialet sprødt.

Mn; 0,2 - 1,0¾ I kombination med S bidrager Mn effektivt til at modvirke de uheldige virkninger af S. Dog frembringer Mn ikke 10 denne virkning, når der er mængder på under 0,2% til stede, mens materialet bliver mere hårdt og skørt, når det indeholder mere end 1,0¾ Mn.

P: op til 0,1¾ P forøger de smeltede materialers evne til at flyde 15 let, men samtidig bevirker P, at materialet bliver sprø dere, og derfor begrænses indholdet til 0,1¾.

5: op til 0,1¾

Ligesom tilfældet er med P, bevirker S, at materialet bliver sprødere, og derfor holdes indholdet på maksimalt 20 0,1¾.

Det sfæroide grafitstøbestål, som udgør det ydre lag af den sammensatte cylinderforing ifølge opfindelsen, indeholder fundamentalt de ovennævnte komponenter samt andre nyttige urenheder, idet resten i det væsentlige 25 består af Fe.

Udover de ovennævnte komponenter kan de følgende komponenter også inkorporeres i det sfæroide grafitstøbestål, der udgør det ydre lag af cylinderforingen ifølge opfin-

DK 162177B

β delsen, således at materialets egenskaber yderligere kan forbedres:

Ni: op til 2,5¾

Et indhold af nikkel virker befordrende på grafitdannelsen 5 og forstærkende på matricen. Hvis indholdet imidler tid overstiger 2,5%, opnås der ikke nogen tilsvarende forøget virkning, og et for stort indhold er således økonomisk ufordelagtigt. Desuden er det sandsynligt, at der optræder en hærdet struktur af bainit eller mar-10 tehsit og en ikke-omdannet struktur, hvilket på uheldig måde fører til, at materialet bliver sprødt.

Cr: op til 1,0%

Cr har en effektiv forstærkende virkning på matricen, og metallet virker også stabiliserende på cementit.

15 Når indholdet af Cr imidlertid overstiger 1,0%, er det ikke sandsynligt, at grafitten vil krystallisere, hvilket medfører en forringelse af materialet med hensyn til styrke og smidighed.

Mo: op til 1,0% 20 Ligesom nikkel er molybdæn et vigtigt grundstof til at sikre styrke og smidighed hos materialet. En anvendelse af mere end 1,0% Mo gør imidlertid materialet mere hårdt og skørt.

Ti, Al og Zr: op til 0,1% i alt 25 Når et eller helst to af disse metaller inkorporeres i det sfæroide grafitstøbestål, kan dette materiale støbes uden dannelse af hulrum, hvo-rved man opnår en støbning af bedre kvalitet. Eftersom disse grundstoffer 9

DK 162177 B

alle er kraftigt virkende deoxiderende midler, vil et eventuelt overskud af et sådant grundstof bevirke en effektiv deoxidering, hvilket virker hindrende på materialets strømning i smeltet tilstand. Indholdet af 5 disse grundstoffer begrænses derfor til en samlet mængde på op til 0,1¾.

En podning er også effektiv for det sfæroide grafitstøbestål, idet podningen gør strukturen finere og frem-skynder grafitdannelsen. Det er passende at pode materi-10 alet med mellem 0,1 og 1,0% Si. Som eksempler på passende podningsmidler kan nævnes CaSi og FeSi. Når podningen er foretaget, justeres det samlede Si-indhold i materialet til det ovenfor anførte interval på mellem 0,6 og 3,0¾.

Mikroskopisk består strukturen af det sfæroide grafitstø-15 bestål af næsten sfæroidiseret grafit og en matrix af perlit, og endvidere kan der være indeholdt en lille mængde frit cementit i strukturen. I lyset af opfindelsens formål bør denne udfældning af cementit være så lille som muligt, eftersom cementitten er sprød. Matricen 20 bør overvejende bestå af perlit, og den kan derudover indeholde ferrit, bainit, martensit eller uomdannet austenit. Om ønsket, kan man udfælde ferrit i matricen, eftersom ferrit har gode egenskaber med hensyn til styrke og smidighed. Derimod bør man begrænse indholdet af 25 bainit, martensit eller uomdannet austenit mest muligt, eftersom disse bestanddele forringer materialets kvalitet.

I den sammensatte cylinderforing ifølge opfindelsen kan det særlige støbejern, som almindeligvis anvendes, 30 udgøre det indre lag, soro kræves af hensyn til modstands dygtigheden mod slid og til at modvirke, at stemplet sig fast.

10

DK 162177 B

Den sammensatte cylinderforing ifølge opfindelsen bør underkastes en spændingsfrigørende udglødningsbehandling i temperaturområdet fra 400 - 600 °C, således at man kan fjerne de tiloversblevne spændinger efter støbnin-5 gen. Selv om en varmebehandling ved temperaturer på over transformationspunktet er effektiv til forøgelse af styrken og smidigheden af det materiale, som udgør det ydre lag, bør en sådan varmebehandling undgås, fordi den medfører ekstra omkostninger, og fordi den kan have 10 en uheldig indvirkning på egenskaberne af det materi ale, der udgør det indre lag.

1 det følgende beskrives nogle foretrukne udførelses-former for den foreliggende opfindelse, samt endvidere 2 sammenligningseksempler.

15 Udførelsesform A

Udførelsesform A viser foretrukne eksempler, hvori der er benyttet sfæroidt grafitstøbestål som materiale for det ydre lag. Der fremstilledes cylinder foringer med to lag. Cylinder foringerne med 2 lag blev fremstillet 20 ved centrifugal støbning i en vandret støbeform under de følgende støbebetingelser: indre diameter af støbeformen 0 720 mm støbningstykkelse for det ydre lag 90 mm støbningstykkelse for det indre lag 60 mm.

25 Den kemiske sammensætning af de ydre og indre lag af cylinderforingerne er angivet i den nedenstående tabel I. Eksemplerne 1 og 2 angår cylinderforinger ifølge opfindelsen, og eksemplerne 3 og 4 er sammenligningseksempler, hvori den kemiske sammensætning af de ydre 30 lag falder uden for opfindelsens rammer. Nærmere be stemt indeholder cylinderforingen ifølge eksempel 3 en højere mængde Cr, og cylinderforingen ifølge eksempel 4 indeholder en forhøjet mængde Mn og Ni.

11

DK 162177 B

ΟΝ LA

CM ·

O O -P

r, (U

CD I O I I I o I I <*- l|— ----------o- o

O f'N jJ

cm cn cn

»\ ·* "O

I I I □ I I I CD C

=· ________ 2

-- CP

.-I O CM

A lA N"S U—

^ o O O CD

S° £ O I I i o I CD I dl ___________— cn

Dl c O) CM CM i—i CM ft)

™ CM r-i <T CD E

w Σ i I O I O I O O

•H

Dl P-

c--- 'P

il ϋ ^ CM CD lA LA la cu P H CM ΙΛ CM O Q.

O (_, « ~ ~ Cn U- u CD I I O r-i i o o ^

Cj i Cl ®---------^ gi

Ό m o LA MD CO O

C CM CM CN CD -P C

ϋΐ -H O I I I o I O “ -P

- z ___> -5 2

U -; --- P O

CD VO CN i—INOCMOOON -p x y Ct— CDhAr-HLAOi-H—ir^ £01 co m oaooooocD £ -o

< •s··»·****'*''**' v+*“ C

i- „cn oooaoooo r ·η c-------- p

H CMON^HOO^-ILA<rcA "P CD

r rHO-vffACMO^r^· “ Γ1 CDIACDCNCD<iCDCN ^d) W CDCDOCDCDOOCD w Jsi cn ή c-------- rn ^4 _ rH CnJ Ή CT\ <T ΙΌ CO 0

~ lOQ'NLn'OfOOOM/CO “O

CO ^ CDOCDOOi-H·—ICD -P

CO CO

-*--------- J

OD i—I CN CN CO O CN O CO CD

H CMIACDC'NVOVOIAO' ό E ·Η λ*'·'*'·'*'*'*' ai LO CM>—I*—1'—1'—1'—1CM1—I -p *--------- 5 rAOCAONCMOOCDCO -^v

r^CACMON'OON'sl·^ I

'wP

CJ i—ΙΓΑι—1CM1—1CM'—ΙΪΆ

-P

ω i — i '" " 1 1 r—i

O

XI

CJi Dl CD Dl E

. ro di co di ro di co >» p Di^-tro·—i co ή ro •-i cn c ro i—i ·—1 1—1

.—1 CD CD CD CD

r-Η PdlPCDPdJP

<D ωτορ-DP-DP-D

Q. PCOCTOCTIC

E T3 ·Η >» ·Ρ >» ·Η >* -P

ω >> cn

JX

LU i—I CM CA_

i Hl. ' ! I. — — · I I

12

DK 162177 B

Hårdhedsfordelingerne i den sammensatte cylinderforing med en kemisk sammensætning svarende til eksemplerne 1 og 2 i tabel I er vist på fig. 3.

De mekaniske egenskaber af det ydre lag af den sammen-5 satte cylinderforing ifølge eksemplerne 1 - 4 er vist i den nedenstående tabel II.

TABEL II

Eksempel nr. Trækstyrke Brudforlængelse _(kq/mm^)_(_%)_ 1 56,2 1,22 2 62,9 2,03 3 40,6 0,32 4 62,8 0,40

Tabel II viser, at cylinderforingerne ifølge sammenligningseksemplerne 3 og 4 er ringere end cylinderforingerne ifølge opfindelsen fra eksempel 1 og 2, i særde-10 leshed med hensyn til brudforlængelsen. Produktet iføl ge eksempel 4 indeholder en forøget mængde bainit og martensit i matricen. Det ydre''lag af produktet ifølge eksempel 4 har derfor en høj hårdhed, men en lav brudforlængelse, hvilket fører til sprødhed i materialet.

15 På den anden side udviser det materiale, som konventionelt har været anvendt som cylind-erforing med et enkelt lag, 2 en trækstyrke på 18 - 25 kg/mm og en brudforlængelse på 0,2 - 0,8¾. Det betyder, at det ydre lag af den sammensatte cylinderforing ifølge opfindelsen er langt bedre 20 end den ydre del af en konventionel cylinder foring med en enkelt lagkonstruktion, hvad angår styrke og smidighed.

13

DK 162177 B

Som beskrevet i detaljer ovenfor er der med den foreliggende opfindelse tilvejebragt en sammensat cylinderforing omfattende et ydre lag og et indre lag, hvori det ydre lag skal have en høj styrke og smidighed, efter-5 som et brud på cylinderforingen begynder på den ydre overflade af denne. Samtidig skal det indre lag have en høj modstandsdygtighed imod slid samt kunne modvirke, at stemplet sætter sig fast. Det ydre lag er fremstillet af et materiale valgt blandt sfæroidt grafitstøbe-10 stål, mens det indre lag er fremstillet af den særlige type støbejern, som hidtil har været anvendt til opnåelse af de ønskede egenskaber. Det ydre lag og det indre lag knyttes sammen ved sammensmeltning i form af en dobbelt lagstruktur. Det betyder, at den omhandlede 15 cylinder foring har en ønsket styrke i den ydre del, uden at dette påvirker egenskaberne af cylinderforingens indre overflade i ugunstig retning.

I cylinder foringen med to lag kan egenskaberne af det indre lag blive påvirket af materialet, der udgør det 20 ydre lag, fordi legeringselementerne i materialet, der udgør det ydre lag, i et vist omfang bliver blandet med legeringselementerne i materialet, der udgør det indre lag, og disse legeringselementer undergår endvidere en diffusion med hinanden. Selv om der ikke opstår nogen 25 bestemte problemer under den praktiske anvendelse af cylinder foringen, kan man indskyde et mellemliggende lag som illustreret på fig. 2 imellem det ydre og det indre lag, således at man kan frembringe en cylinderforing, hvis indre lag er mindre udsat for påvirkning 30 fra det ydre lag, og som har forbedrede egenskaber med hensyn til styrke og varmeledningsevne omkring sammensmeltningslaget. Man foretrækker endvidere at tilvejebringe et ekstra mellemliggende lag af hensyn til tætheden i betydningen frihed for lunker og/eller andre 35 fejl af materialet i det indre lag, men det er økonomisk

DK 162177B

14 uhensigtsmæssigt at indskyde et sådant ekstra mellemliggende lag. Tilstedeværelsen eller fraværet af det mellemliggende lag eller det ekstra mellemliggende lag bør bestemmes ud fra et samlet synspunkt, hvor der ta-5 ges hensyn til forskellige faktorer, herunder økonomien og cylinderforingens kvalitet.

Det foretrækkes endvidere, at man som mellemliggende lag anvender et materiale, som har en kemisk sammensætning, der i praksis ligger tæt på sammensætningen 10 af det indre lag, eftersom materialet i det mellemliggende lag også tjener til at gøre materialet i det indre lag tættere til undgåelse af lunker og fejl.

Tykkelsen af det mellemliggende lag er fortrinsvis mellem 5 og 50 mm, som både er den givne tykkelse ved støbnings-15 processen og den endelige tykkelse af den færdige cylin derforing. Dette kan kort forklares ved, at den inderste del af det ydre lag smelter til en udstrækning af 10 - 30 mm ved støbningen af det mellemliggende materiale, og derefter smelter den inderste del af det mellemlig-20 gende lag til en udstrækning af 10 - 30 mm ved støbningen af det indre lag. Det mellemliggende lag bevirker ikke nogen specifikke fordele, når dets tykkelse er under 5 mm. Tilsvarende er det ikke nødvendigt at tilvejebringe et mellemliggende lag med en tykkelse, der over-25 stiger 50 mm. I det tilfælde, hvor cylinderforingen skal anvendes i forbrændingsmotorer til skibe, er vægtykkelsen af det mellemliggende lag generelt begrænset til 50 mm, hvilket skal sammenholdes med, at den maximale tykkelse af det indre lag af cylinderforingen er 80 30 mm. Som anført i det foregående foretrækkes det, at materialet, der udgør det mellemliggende lag, har en kemisk sammensætning, der ligger så tæt som muligt på sammensætningen af det indre lag, men i praksis er det ikke muligt at opnå et mellemliggende lag, der har nøj- 15

DK 162177 B

agtig det samme kemiske indhold som det indre lag, selv om man anvender det samme materiale ved støbningen af det indre lag og ved støbningen af det mellemliggende lag. Dette skyldes, at legeringselementer fra det mel-5 lemliggende lag uundgåeligt blandes med legeringselementer fra det ydre lag.

Materialet, som egner sig til fremstilling af det mellemliggende lag af ;cyUnderforingen ifølge opfindelsen, indeholder 2,0 - 4,0¾ C, 0,8 - 3,0¾ Si, 0,4 - 1,2¾ Mn, 10 op til 0,6¾ P og op til 0,1¾ S og andre urenheder, der sædvanligvis ikke kan undgås, idet resten i det væsentlige består af Fe. Udover de ovennævnte komponenter kan materialet, om ønsket, indeholde et eller flere elementer udvalgt fra gruppen bestående af op til 2,5¾ 15 Ni, op til 1,0¾ Cr, op til 1,0¾ Mo, og op til i alt 0,1¾ af metallerne Ti, Al og Zr kan eventuelt inkorporeres.

Betydningen af de enkelte kemiske bestanddele af dette materiale vil nedenfor blive beskrevet i detaljer.

20 C: 2,0 - 4,0 % Når indholdet af C er mindre end 2,0 %, er grafitdannelsen i materialet ikke tilstrækkelig, hvilket fører til forringede egenskaber med hensyn til såvel varme-ledningsevnen som til sejheden. Når der derimod er mere 25 end 4,0 % C til stede, sker der en overdreven grafit- dannelse, som fører til sprødhed af materialet.

Si: 0,8 - 3,0 % Når indholdet af Si er mindre end 0,8 ?£, opnår man ikke en tilstrækkelig grafitdannelse, og materialet må derfor 30 formodes at ville frembyde problemer med hensyn til 16

DK 162177 B

varmeledningsevne og sejhed. Hvis Si-indholdet overskrider 3,0%, vil resultatet blive en stor mængde udfældet ferrit og en forringet materialestyrke, og endvidere vil det Si, der er indeholdt i ferritten i form af en 5 fast opløsning, gøre materialet sprødt.

Mn; 0,4 - 1,2%

Mn kombinerer sig med S, hvor de uheldige virkninger af S elimineres, og samtidig sker der en stabilisering af perlitten i matricen, hvorved materialets styrke 10 forøges. Der opnås ikke nogen favorabel virkning, hvis indholdet er under 0,4%, men en anvendelse af mere end 1,2¾ Mn vil føre til, at materialet bliver uhensigtsmæssigt skørt.

P; op til 0,6 % 15 P gør smelten mere letflydende, men danner samtidig phosphoreutektika i materialet, hvorved dette bliver sprødt. Selv om materialet således bliver lettere flydende, når P-indholdet stiger, er det maximale indhold begrænset til 0,6 %, hvilken værdi generelt opfattes 20 som værende inden for det harmløse interval for materialet, som skal anvendes som mellemliggende lag.

S: op til 0,1 % S danner svovlforbindelser langs korngrænserne, hvorved materialet bliver sprødere. Den øvre grænse er som følge 25 heraf sat til 0,1 %, eftersom et svovlindhold på op til 0,1 % ligger inden for de grænser, der generelt anses for harmløse for det mellemliggende lags materiale.

Materialet, som kan udgøre det mellemliggende lag af den sammensatte cylinderforing, indeholder fundamentalt 17

DK 162177 B

de foregående bestanddele samt andre urenheder, idet resten i det væsentlige består af fe.

Udover de ovenfor anførte komponenter kan materialet, som udgør det mellemliggende lag, også indeholde de 5 følgende komponenter, idet materialet herved kan opnå yderligere forbedrerJe egenskaber..

Ni: op til 2., 5%

Et indhold af nikkel er nyttigt til at fremskynde grafit-dannelsen og forstærke imatricen. Når mængden oversti-10 ger 2,5%, stiger den favorable virkning imidlertid ikke i takt med den stigende mængde Ni, hvorfor mængder over 2,5% er uøkonomiske. Desuden er det sandsynligt, at der optræder en hærdet eller ikke-transformeret struktur, som har tendens til at gøre materialet sprødt.

15 Cr; op til 1,0 %

Et indhold af Cr er nyttigt til forstærkning af matricen og stabilisering af cementit. Når Cr er til stede i en mængde på over 1,0 %, vil en forøget mængde cementit imidlertid gøre materialet sprødt.

20 Mo: op til 1,0 %

Mo virker forstærkende på matricer. Når indholdet af Mo overstiger 1,0 %, aftager denne virkning imidlertid, hvorfor et større indhold er ufavorabelt af økonomiske hensyn. En anvendelse af mere end 1,0 % Mo medfører 25 endvidere en sandsynlighed for, at materialet bliver mere hårdt og sprødt.

18

DK 162177 B

Ti, Al og Zr; op til 0,1?ό i alt

Et eller flere af disse grundstoffer kan være inkorporeret i materialet i det mellemliggende lag, når materialet i det ydre lag indeholder Ti, Al og Zn.

5 Nedenfor beskrives foretrukne udførelsesformer for en cylinderforing ifølge opfindelsen med en tredobbelt lagstruktur.

Udførelsesform B

Udførelsesform B angiver foretrukne eksempler på en 10 sammensat cylinderforing med en struktur bestående af tre lag, hvori et mellemliggende lag er indskudt mellem det ydre og det indre lag. Disse cylinderforinger fremstilledes ved centrifugalstøbning under følgende støbningsbetingelser: 15 Indre diameter af støbeformen: 0 1040 mm

Støbningstykkelse af ydre lag: 70 mm

Støbningstykkelse af det mellemliggende lag: 25 mm

Støbningstykkelse af det indre lag: 50 mm.

20 De kemiske sammensætninger af de ydre, de mellemliggende og de indre lag af cylinderforingerne ifølge opfindelsen er anført i den efterfølgende tabel II.

19

DK 162177 B

co ·

CM -U

O 03 n Ct- co I I O I II c*- o

4J

cm o cn □ fA T>

t—1 CM C

- 3 3= I I I I O O t-t ' cn so a a cm *- ; o cd co H i O □ I I I I 0) η- "σ

CP

'C

EH

E

>o u * —C

, s: i iii ii -η

-t> *H

CJ1 CJ

ai CM so CM h-s CD

” i—i o o 03 o_ -5 O ·> nnu.Cn

^ Σ. I I I CO CO CO

cn c CJl Ή 03 r > cn cn o

CM i—i SO SO SO C C

u O O CM CM CM Ή

O ti ** η η η n ti -U

Cl- c_) CO CO I CO O O 4-J "O

r. ti i—I

I £5

^ CM CM CM O

c vo o c TJ

-H η n * (D C

·· ( Ή i—I Oli I O J-> ·Η •-i z cn HH 11 h O t. ω . o oo o cm so o ^

—1 ti_ LA CO O O i—I O

UJ (π ααοοοσ CD *s rs »s »s r. .Jfc «c — tnoooooco ή C u H «Cj· O A >*H O CO 03 r O O CD A CM O Ό

J, O CM <r O r-l CM

"Jr Q_ n r, η n ·, 4-) w α □ o o o o cn cn c ni C-i c: O CM SO CM 00 CO 03 Ξ cM so O ht* A SO Ό E C·' η η n ·, n

cn s; o o >-i o coo 4J

cn ω

JO

21 ^

m A O CM LA CM OS I

•H tA Os A OS Os 00 s-y £ -H ^ nr,

(U CD CM ι-H ^ C3 COCO 4J

O

SO CM O 00 OS O JO

hH o sf cd SO cm E

r, rs r. *s «s »s

C_J i—I CM ΙΑ —I CMIA CD

r cn i cn i cn cr t< cncncncp enen co c Η Ή H CD CP Ή i I 1—1 i—t H CO 1-1 i—I QJ E 03 ι-H ED 0) ω ti CD Ό 03 03 "CJ ti

Q. -Di-ICtiQJrHC TO ε >, -H 0) TO t H 03 C

ω 03 CT C "D 03 CP ·Η cn ε ή >, ε 2ί UJ A so

DK 162177 B

20

Cylinderforingerne med tredobbelt lagstruktur, som anført i eksemplerne 5 - 6, er fremragende, hvad angår de samlede egenskaber.

Som følge heraf kan de sammensatte cylinderforinger ifølge 5 opfindelsen, som består af to eller tre lag, og som har stor hårdhed eller høj styrke og sejhed i området omkring det ydre lag, anvendes i lange tidsrum, uden at der er sandsynlighed for brud eller andre uheld, og de omhandlede cylinderforinger har høj modstandsdygtighed overfor slid 10 på den indre overflade, som er i glidende kontakt med stem pelringene, og de besidder ligeledes en god modstandsdygtighed over for sammenrivning.

Cylinder foringerne ifølge opfindelsen kan let fremstilles ved anvendelse af den kendte centrifugalstøbningsproces, 15 og de herved opnåede foringer vil imødekomme de stillede krav.

Claims (6)

1. Sammensat cylinderforing med stor diameter til anvendelse i forbrændingsmotorer omfattende to eller tre lag, hvor det ydre lag er af et materiale med stor styrke og smidighed og det indre lag er af et specialstøbejern med 5 høj slidstyrke og modstandsdygtighed mod sammenrivning, hvorved lagene er 'forbundet med hinanden ved grænsefladerne gennem sammensmeltning., kendetegne t ved, at det ydre lag (2) består af et stålstøbegods med sfæroidt grafit med stor styrke og smidighed, der efter vægt i hovedsagen 10 består af: 1,0 - 2,0 % C 0,6 - 3,0 % Si 0,2 - 1,0 % Mn op til 0,1 % P 15 optil 0,1 % S, idet resten udgøres af Fe og uundgåelige forureninger, og som udviser en struktur med sfærisk grafit og en matrix overvejende bestående af perlit.

2. Sammensat cylinderforing ifølge krav 1, kende- 20 tegnet ved, at stålstøbegodset indeholdende sfæroidt grafit yderligere indeholder et eller flere grundstoffer valgt blandt: op til 2,5 % Ni, op til 1,0 % Cr og 25 op til 1,0 S Ho.

3. Sammensat cy1 inderforing ifølge krav 1 eller 2, k e n-d e t e g n e t ved, at stålstøbegodset indeholdende sfæroidt grafit yderligere indeholder et eller flere grundstoffer valgt blandt Ti, Al og Zr i en samlet mængde på DK 162177 B op til 0,1 %.

4. Sammensat cylinderforing ifølge ethvert af kravene 1-3, kendetegnet ved, at der yderligere er indskudt et mellemliggende lag (4) imellem det ydre lag (2) og det 5 indre lag (3), hvorved det ydre lag (2), det mellemliggende lag (4) og det indre lag (3) er forbundet ved sammensmeltning af de mod hinanden liggende grænseflader, og at materialet i det mellemliggende lag (4) efter vægt består af: 2,0 - 4,0 % C 10 0,8 - 3,0 % Si 0,4 - 1,2 % Mn optil 0,6 % P optil 0,1 % S, idet resten udgøres af Fe og uundgåelige forureninger.

5. Sammensat cylinder foring ifølge krav 4, kendeteg net ved, at materialet i det mellemliggende lag yderligere indeholder et eller flere grundstoffer valgt blandt: op til 2,5 % Ni op til 1,0 % Cr og 20 op til 1,0 5ό Mo.

6. Sammensat cylinderforing ifølge krav 4 eller 5, k e n-detegnet ved, at materialet i det mellemliggende lag (4) yderligere indeholder et eller flere grundstoffer valgt blandt Ti, Al og Zr i en samlet mængde på op til 25 0,1 8.