EP0102963A1 - Eine lauffläche aufweisender teil im brennraum einer kolbenbrennkraftmaschine sowie verfahren zur herstellung des teils - Google Patents

Eine lauffläche aufweisender teil im brennraum einer kolbenbrennkraftmaschine sowie verfahren zur herstellung des teils

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Publication number
EP0102963A1
EP0102963A1 EP83900551A EP83900551A EP0102963A1 EP 0102963 A1 EP0102963 A1 EP 0102963A1 EP 83900551 A EP83900551 A EP 83900551A EP 83900551 A EP83900551 A EP 83900551A EP 0102963 A1 EP0102963 A1 EP 0102963A1
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EP
European Patent Office
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tread
cast iron
depth
saturation
carbide
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP83900551A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Gérard BARBEZAT
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sulzer AG
Original Assignee
Sulzer AG
Gebrueder Sulzer AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Sulzer AG, Gebrueder Sulzer AG filed Critical Sulzer AG
Publication of EP0102963A1 publication Critical patent/EP0102963A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D5/00—Heat treatments of cast-iron
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/06—Surface hardening
    • C21D1/09—Surface hardening by direct application of electrical or wave energy; by particle radiation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/40—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for rings; for bearing races
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J10/00—Engine or like cylinders; Features of hollow, e.g. cylindrical, bodies in general
    • F16J10/02—Cylinders designed to receive moving pistons or plungers
    • F16J10/04—Running faces; Liners
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05C—INDEXING SCHEME RELATING TO MATERIALS, MATERIAL PROPERTIES OR MATERIAL CHARACTERISTICS FOR MACHINES, ENGINES OR PUMPS OTHER THAN NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES
    • F05C2203/00—Non-metallic inorganic materials
    • F05C2203/04—Phosphor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05C—INDEXING SCHEME RELATING TO MATERIALS, MATERIAL PROPERTIES OR MATERIAL CHARACTERISTICS FOR MACHINES, ENGINES OR PUMPS OTHER THAN NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES
    • F05C2203/00—Non-metallic inorganic materials
    • F05C2203/08—Ceramics; Oxides
    • F05C2203/0865—Oxide ceramics
    • F05C2203/0882—Carbon, e.g. graphite

Definitions

  • the invention relates to a part having a tread in the combustion chamber of a piston internal combustion engine, which part consists of cast iron with lamellar, vermicular and / or spherical graphite and has a minimum diameter of 200 mm and a minimum wall thickness of 5 mm, and a method for its manufacture.
  • the part having a tread is in particular a piston ring or a cylinder liner.
  • Piston rings and cylinder liners made of the cast iron mentioned have the advantages of higher tensile strength and greater toughness, as well as better machinability and better thermal conductivity, than those made of chilled cast iron.
  • the wear on these parts is increasing, e.g. the quality of the fuel, particularly with regard to the sulfur content and abrasive residues after combustion, has deteriorated over time. Not only does the abrasion increase, but also, due to the formation of sulfuric acid in the combustion chamber, e.g. if the operating temperature is too low, the corrosion attack.
  • the object of the present invention is therefore the abrasion resistance and the corrosion resistance
  • the tread consists of a carbide structure with a depth of at least 0.5 mm and at most 8 mm.
  • a method for producing such a tread in a cylinder liner is characterized in that the cylinder liner includes a preheating rate of a maximum of 100 C / h to a temperature between 450 and 600 C, that the preheated tread is gradually melted locally in the intended depth and progressively by rapid heating to above the liquidus temperature of the material immediately following rapid cooling below the Ar .. point of the iron-carbon diagram with the carbide structure is solidified again, and that finally the cylinder liner is cooled to ambient temperature with a maximum cooling rate of 50 ° C / h. It was surprisingly shown that the cylinder liner includes a preheating rate of a maximum of 100 C / h to a temperature between 450 and 600 C, that the preheated tread is gradually melted locally in the intended depth and progressively by rapid heating to above the liquidus temperature of the material immediately following rapid cooling below the Ar .. point of the
  • the invention is limited to parts with a diameter of 200 mm and larger for parts that serve as cylinder liners.
  • the radial wall thickness must be at least 5 mm, since otherwise a sufficiently rapid cooling and solidification rate the melted depth range is not guaranteed.
  • the minimum depth of the melted and carbidically solidified surface area for example in the case of cylinder liners and piston rings, must be at least 0.5 mm.
  • the upper limit of 8 mm is primarily determined by the susceptibility to cracking or the prevailing cooling conditions; it also proves to be useful for economic reasons.
  • Cast iron with lamellar, spherical and / or vermicular graphite has proven to be an advantageous base material for a part, the composition of which (in% by weight) comprises the following ranges:
  • the degree of saturation of the cast iron being 0.7 to 1.1, the lower degrees of saturation of 0.7-0.95 for cylinder liners and the higher values of 0.8-1.1 for piston rings being maintained.
  • the degree of saturation is calculated in a known manner according to the relationship
  • a cast iron of the composition (in% by weight) has proven particularly useful for parts according to the invention which are cylinder liners:
  • Preheating - for example in an oven, inductively or with the help of a number of preheating burners - before melting and cooling - advantageously in an oven - after carbide solidification of the melted layer are necessary in the prescribed manner to prevent cracks, especially in the transition area between the base material and the carbide tread.
  • Electric arcs are particularly suitable as the energy source for the melting, with welding torches - especially those with a tungsten electrode - with energy
  • the melting is advantageously carried out under a protective gas atmosphere
  • the energy source used is preferably, for example, TIG welding torch.
  • OMPI IPO To achieve a structure, it is furthermore expedient to mechanically remove the cast skin from the parts before the treatment according to the invention. After the treatment, the tread is mechanically finished in the customary manner, with carbide treads then being between, for example, 0.2 to 5 mm.
  • O ⁇ FI 2 shows the same diagram for a piston ring according to Example II.
  • a TIG (tungsten inert gas) welding torch with a tungsten electrode with a diameter of 3.2 mm is permanently installed inside.
  • the melting area of the burner arc is held in a protective gas atmosphere by means of a helium diameter of 7 1 / min which emerges from the burner.
  • the cylinder liner is placed in an oven preheated to 500 ° C. and slowly cooled at a maximum cooling rate of 50 ° C./h.
  • a remelting depth of about 6 mm is achieved in this way.
  • the microhardness has been measured for various distances a (in mm) from the tread surface by a conventional method and has been plotted against this distance a.
  • the hardnesses measured are given in micro-Vickers (MV), the measuring load being 200 g.
  • Microhardness is still about half that of the carbide structure.
  • the part to be provided with a hardened running surface is a piston ring with an outside diameter of 400 mm and a wall thickness of 20 mm made of spheroidal graphite cast iron with the following chemical composition (in% by weight) C 3.4; P 0.04; S 0.005; Si 2.3; Mn 0.15; Ni 0.5; Mg 0.05; Cu 1.03 and balance Fe, which has a degree of saturation of 0.96; it is slowly preheated evenly by two gas burners with a heating rate of at most 100 C / h uniformly everywhere to a preheating temperature of about 500 C.
  • the protective gas atmosphere and the cooling conditions both when cooling the melted area under the point Ar of the iron-carbon diagram and the entire piston ring after the remelting treatment has been completed in accordance with that of Example I.
  • a remelting depth of approximately 4 mm is achieved in this way.
  • the high hardness values of the carbide structure are again given at 0-4 mm depth from the tread (area 1); Area 2, about 4 - 8 mm deep, is the heat-affected zone with a tempering structure and decreasing microhardness, while this zone finally closes into the pearlitic basic structure of the next 2 - 3 mm. Material passes over, the microhardness of which is still about half that of the carbide structure.

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Description

Eine Lauffläche aufweisender Teil im Brennraum einer Kolben- brennkraftmaschine sowie Verfahren zur Herstellung des Teiles
Die Erfindung betrifft einen eine Lauffläche aufweisenden Teil im Brennraum einer Kolbenbrennkraftmaschine, welcher Teil aus Gusseisen mit Lamellen-, Vermikular- und/oder Kugel-Graphit besteht und einen Mindestdurchmesser von 200 mm sowie eine Mindestwanddicke von 5 mm hat, sowie ein Ver¬ fahren zu seinerHerstellung.
Der eine Lauffläche aufweisende Teil ist insbesondere ein Kolbenring oder eine Zylinderlaufbüchse.
Kolbenringe und Zylinderlaufbüchsen aus den genannten Gusseisen haben gegenüber denjenigen aus Hartguss die Vor¬ teile einer höheren Zugfestigkeit und einer grösseren Zähigkeit sowie besserer Bearbeitbarkeit und besserer Wärmeleitfähigkeit. Die Verschleiεsbeanspruchungen dieser Teile werden jedoch immer grösser, da z.B. die Qualität des Brennstoffes, insbesondere bezüglich des Schwefelgehalts und bezüglich abrasiyer Rückstände nach der Verbrennung, im Laufe der Zeit immer weiter verschlechtert worden ist. Dabei wächst nicht nur die Abrasionsbeanspruchung, sondern auch, durch die Bildung von Schwefelsäure in der Ver- brennungskammer z.B. bei zu tiefen Betriebstemperaturen, der Korrosionsangriff.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, den Abrasionswiderstand sowie die Korrosionsbeständigkeit
OMFI
•^?NATIO^ gegenüber Schwefelsäure von Teilen der eingangs genannten Art, insbesondere von Kolbenringen und Zylinderlaufbüchsen für Dieselmotoren, zu erhöhen, ohne die vorteilhaften Eigenschaften des Grundmaterials ins Gewicht fallend zu beeinträchtigen. Erfindungsge äss wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass die Lauffläche aus einem karbidischen Gefüge mit einer Tiefe von mindestens 0,5 mm und höchstens 8 mm besteht, ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Lauffläche in einer Zylinderlaufbüchse ist dadurch gekenn- zeichnet, dass die Zylinderlaufbüchse mit einer Aufheiz- geschwindigkeit von maximal 100 C/h auf eine Temperatur zwischen 450 und 600 C vorgewärmt wird, dass die vorge¬ wärmte Lauffläche durch rasches Erhitzen bis über die Liquidus-Temperatur des Werkstoffes schrittweise fort- schreitend in der vorgesehenen Tiefe örtlich aufgeschmolzen und durch unmittelbar anschliessendes rasches Abkühlen unter den Ar..-Punkt des Eisen-Kohlenstoff-Diagramms mit karbidischem Gefüge wieder erstarrt wird, und dass schliess- lich die Z linderlaufbüchse mit einer maximalen Abkühlge- schwindigkeit von 50° C/h auf Umgebungstemperatur .abgekühlt wird. Völlig überraschend hat sich nämlich gezeigt, dass die
an sich bekannten Umschmelzverfahren erfolgreich auch bei Oberflächen dicker und grosser Gussstücke anwendbar sind.
Durch die rasche Erwärmung der betroffenen Bereiche des Teils mindestens bis zur Liquidus-Temperatur der verwende¬ ten Legierung, d.h. bis mindestens etwa 1200 C, und die nachfolgende rasche Erstarrung und Abkühlung bis unter den Punkt Ar, des Eisen-Kohlenstoff-Diagramms, also bis unter 730 C, entsteht auf der Lauffläche ein feines karbidisches, insbesondere ein ledeburitisches Gefüge; denn durch diese. Behandlung wird der Kohlenstoff im geschmolzenen Tiefen-
O PI bereich in Lösung gebracht. Infolge der hohen Erstarrungs¬ geschwindigkeit und Abkühlungsgeschwindigkeit liegt der Kohlenstoff dann in Form von Eisenkarbid vor (Fe3C) .
Aus fabrikationstechniεchen Gründen ist die Erfindung dabei bei Teilen, die als Zylinderlaufbüchεen dienen, auf solche mit einem Durchmesser von 200 mm und grösser beschränkt. Um die richtige Umschmelztiefe - die beispielsweise durch Vorversuche ermittelt wird, bei denen an Probestücken die bei bestimmten Bedingungen erzielte Tiefe einer Gefüge¬ änderung festgestellt wird - zu erreichen, muss die radiale Wandstärke mindestens 5 mm betragen, da anderenfalls eine genügend rasche Abkühlungs- und Erstarrungsgeschwindigkeit des aufgeschmolzenen Tiefenbereichs nicht gewährleistet ist. Da die Oberfläche des oder der Teile nach der er- findungsgemässen Behandlung noch mechanisch bearbeitet werden muss, muss die Mindesttiefe des aufgeschmolzenen und karbidisch erstarrten Oberflächenbereichs beispielsweise bei Zylinderlaufbüchsen und bei Kolbenringen mindestens 0,5 mm betragen. Die obere Grenze von 8 mm ist vor allem durch die Rissanfälligkeit bzw. durch die herrschenden Abkühlungsbedingungen bestimmt; auch aus wirtschaftlichen Gründen erweist sie sich als sinnvoll.
Als vorteilhaftes Grundmaterial für einen Teil haben sich Gusseisen mit Lamellen-, Kugel- und/oder Vermikular-Graphit erwiesen, deren Zusammensetzung (in Gew.-%) folgende Be¬ reiche umfassen:
C 2,8 - 3,6 P 0,01 - 0,5
S max. 0,1 Si 0,5 - 3 Mn 0,2 - 1
wobei der Sättigungsgrad des Gusseisens 0,7 bis 1,1 beträgt, wobei bei Zylinderlaufbüchsen die niedrigeren Sättigungs¬ grade von 0,7 - 0,95 und für Kolbenringe die höheren Werte von 0,8 - 1,1 eingehalten werden. Der Sättigungsgrad errechnet sich dabei in bekannter Weise nach der Beziehung
S = gesamt
4,3 - (Si/3 + P/3)
Weiterhin hat sich als günstig herausgestellt, wenn dem vorstehend genannten Gusseisen fakultativ zusätzlich mindestens eines der nachstehenden Elemente zulegiert wird (in Gew.-%) :
Ni 0,1 - 3
Cu 0,1 - 2 Mo 0,1 - 1
Sn 0,01 - 0,2 Cr 0,01 - 0,4
Besonders bewährt für erfindungsgemässe Teile, die Zylinder¬ laufbuchen sind, hat sich ein Gusseisen der Zusammensetzung (in Gew.-%) :
C 3,1
P 0,03
S 0,02
Si 1,2 Mn 0,4
Ni 0,8
Mo 0,4
Cu 1,5;
der Sättigunsgrad dieses Gusseisens beträgt 0,79. Demgegen- über wird für Kolbenringe ein Gusseisen der gewichtsmässigen Zusammensetzung bevorzugt:
C 3,4
P 0,04
S 0,005 Si 2,3
Mn 0,15
Ni 0,50
Cu 1,03
Mg 0,05 Das Vorwärmen - beispielsweise in einem Ofen, induktiv oder mit Hilfe einer Anzahl von Vorwärmbrennern - vor dem Aufschmelzen und das Abkühlen - vorteilhafterweise in einem Ofen - nach dem karbidischen Erstarren der aufge- schmolzenen Schicht sind in der vorgeschriebenen Weise notwendig, um Risse besonders im Uebergangsbereich zwischen Grundmaterial und karbidischer Lauffläche zu vermeiden.
Als Energiequelle für das Aufschmelzen eigenen sich be¬ sonders elektrische Lichtbogen, wobei Schweissbrenner - vor allem solche mit einer Wolframelektrode - mit Energie-
2 dichten von 2 - 6 KW/cm wegen der relativ einfachen Hand¬ habung und aus wirtschaftlichen Gründen besonders geeignet sind. Da man das Aufschmelzen vorteilhafterweise unter Schutzgasatmosphäre durchführt, verwendet man als Energie- quelle vorzugsweise z.B. TIG-Schweissbrenner. Es ist jedoch auch möglich, das Aufschmelzen mit Laser- oder Elektronen¬ strahlen durchzuführen.
Die rasche Erstarrungsabkühlung auf Temperaturen unter
730 C erfolgt an ruhender Luft, wobei - wie bereits erwähnt die geforderte radiale Mindestwandstärke des Teiles eine genügend rasche Wärmeabfuhr gewährleistet. Das schrittweise fortschreitende örtliche Aufschmelzen erreicht man am einfachsten durch eine rotierende und/oder longitudinale Relativbewegung zwischen dem Brenner und dem vorgewärmten Teil. Dabei hat es sich als zweckmässig erwiesen, Zylinder¬ laufbüchsen in axialer Richtung zeilenweise fortschreitend um einen feststehenden Brenner in ihrem Innern rotieren zu lassen, während Kolbenringe zweckmässigerweise an einem aussen liegenden Brenner vorbeilaufen.
Um eine fehlerfreie Lauffläche mit karbidisch erstarrtem
OMPI IPO Gefüge zu erreichen, ist es weiterhin zweckmässig, die Teile vor der erfindungsgemässen Behandlung mechanisch von der Gusshaut zu befreien. Nach der Behandlung wird die Lauffläche mechanisch in üblicher Weise fertig bearbeitet, wobei dann karbidiεche Laufflächen zwischen beispielsweise 0,2 bis 5 mm vorhanden sind.
Verschleiss- und Korroεionsverεuche haben ergeben, dass die Verschleissfestigkeit und die Korrosionsbeständigkeit der neuen Teile deutlich höher sind als bei bisherigen Teilen dieser Art aus Gusseisen mit Lamellen-, Vermikular- und/oder Kugelgraphit. Beispielsweise ist die Korrosions¬ beständigkeit gegenüber 80 % H-SO. (bei 170 C) um einen Faktor 5 bis 10 verbessert. Um bei Teilen, die als Kolben¬ ring dienen, Ausbrüche der Kanten bei der Bearbeitung und im Betrieb zu verhindern, ist es vorteilhaft, wenn das Erhitzen über die Liquidus-Temperatur auf den zentralen Bereich der Kolbenring-Lauffläche begrenzt wird. Auf diese Weise werden die Kanten des Kolbenrings nicht aufgeschmolze sondern weisen infolge des Wärmeeinflusses der naheliegende umgeschmolzenen Zone ein Vergütungsgefüge auf. Das bedeutet, dass die verschleissfeste Schicht beidseitig von einer Zone von beispielsweise mindestens 1 mm mit Vergütungsgefüge gegen Ausbrüche, die durch Schläge verursacht werden können, geschützt ist.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbei- spielen näher erläutert, wobei
Fig. 1 in einem Diagramm die Mikrohärte in
Abhängigkeit vom Abstand a vom Rand, d.h. von der Oberfläche, der Lauffläche für eine Zylinderlaufbüchse gemäss Beispiel I wiedergibt, während
-*£ Γ EA"
Oϊ FI Fig. 2 das gleiche Diagramm für einen Kolben¬ ring gemäss Beispiel II darstellt.
Beispiel I:
Ein Zylinder von 400 mm Innendurchmesser und 80 mm Wand- dicke aus Gusseisen mit Lamellengraphit folgender chemische chemischer Zusammensetzung (in Gew.-%) C 3,1; P 0,03; S 0,02; Si 1,2; Mn 0,4; Ni 0,8; Mo 0,4; Cu 1,5 und Rest Fe, das einen Sättigungsgrad von 0,79 hat, wird langsam rotierend zunächst durch zwei Gasbrenner mit einer Auf- heizgeschwindigkeit von höchstens 100 C/h überall gleich- massig auf eine Vorwärmtemperatur von 500 C vorgewärmt. In ihrem Innern ist ein TIG(Tungsten-Inert-Gas)-Schweiss- brenner mit einer Wolframelektrode von 3,2 mm Durchmesser fest montiert. An dieser Elektrode wird die Zylinderlauf- fläche mit einer Vorschubgeschwindigkeit von 15 cm/min vorbeigeführt, wobei von der Elektrode zum Werkstück auf¬ grund einer Spannung U = 20,5 V ein Lichtbogen gezogen ist, in dem eine Stromstärke von I *= 200 A herrscht. Durch einen HeliuπBtrcm von 7 1/min, der aus dem Brenner austritt, wird der Aufschmelzbereich des Brennerliehtbogens in einer Schutzgasatmoεphäre gehalten.
Unmittelbar hinter dem Brenner kühlt der aufgeschmolzene Bereich sofort wieder unter den Punkt Ar. des Eisen-Kohlen¬ stoff-Diagramms ab.
Nach Abschluss der Umschmelzbehandlung wird die Laufbüchse - in einen auf 500° C vorgeheizten Ofen gebracht und langsam mit einer maximalen Abkühlungsgeschwindigkeit von 50 C/h abgekühlt.
Im vorliegenden Beispiel erreicht man auf diese Weise eine Umschmelztiefe von etwa 6 mm.
OMPI - y -
In Fig. 1 sind für verschiedene Abstände a (in mm) von der Laufflächen-Oberfläche die Mikrohärte nach einem üblichen Verfahren gemessen und gegen diesen Abstand a aufgetragen worden. Die gemessenen Härten sind dabei in Mikro-Vickers (MV) angegeben, wobei die Messbelastung 200 g beträgt.
Fig. 1 zeigt den schraffierten Streubereich der gemessenen Härtewerte. Im Abstand a von 0 - 6 mm von der Lauffläche (Bereich 1) ergeben sich die hohen Härtewerte des karbi- dischen Gefüges; daran schliesst im Bereich 2, der in etwa 6 - 12 mm Tiefe oder Abstand a von der Oberfläche verläuft, eine wärmebeeinflusste Zone mit einem Vergütungsgefüge und abnehmender Mikrohärte an. Diese Zone geht auf den nächsten 2 - 3 mm des Abstandes a schliesεlich in das perlitische Grundgefüge des Werkstoffeε über, dessen
Mikrohärte noch etwa die Hälfte derjenigen des karbidischen Gefüges beträgt.
Beispiel II:
Statt der Zylinderlaufbüchse ist der mit einer gehärteten Lauffläche zu versehene Teil ein Kolbenring von 400 mm Aussendurchmesser und 20 mm Wanddicke aus Gusseisen mit Kugelgraphit folgender chemischer Zusammensetzung (in Gew.-%) C 3,4; P 0,04; S 0,005; Si 2,3; Mn 0,15; Ni 0,5; Mg 0,05; Cu 1,03 und Rest Fe, der einen Sättigungsgrad von 0,96 hat; er wird langsam rotierend ebenfalls zunächst durch zwei Gasbrenner mit einer Aufheizgeschwindigkeit von höchstens 100 C/h überall gleichmässig auf eine Vorwärm¬ temperatur von etwa 500 C vorgewärmt. Ein TIG (Tungsten- Inert-Gas)-Schweiεsb,renner mit einer Wolframelektrode von gleichfalls 3,2 mm Durchmesser ist fest ausserhalb des Kolbenrings an seiner Peripherie montiert. Während die Vorschubgeschwindigkeit, mit der der Kolben- - ring an dem Brenner vorbeigeführt wird, gleich derjenigen des Beispiels I ist, wird aufgrund einer Spannung U = 20 V ein Lichtbogen mit einer Stromstärke von I = 150 A zwischen Elektrode und Kolbenring erzeugt. Die Schutzgasatmosphäre sowie die Abkühlungsbedingungen sowohl bei der Abkühlung des aufgeschmolzenen Bereichs unter den Punkt Ar des Eisen-Kohlenstoff-Diagramms als auch des ganzen Kolbenrings nach Abschluss der Umschmelzbehandlung entsprechend den- jenigen des Beiεpiels I.
Im vorliegenden Beispiel erreicht man auf diese Weise eine Umschmelztiefe von etwa 4 mm.
Wie Fig. 2 zeigt, sind in 0-4 mm Tiefe von der Lauffläche (Bereich 1) wiederum die hohen Härtewerte des karbidischen Gefüges gegeben; Bereich 2, von etwa 4 - 8 mm Tiefe, ist die wärmebeeinfluεεte Zone mit einem Vergütungsgefüge und abnehmender Mikrohärte, während diese Zone auf den nächsten 2 - 3 mm schliesslic in das perlitische Grundgefüge des . Werkstoffes übergeht, dessen Mikrohärte wiederum noch etwa die Hälfte derjenigen des karbidischen Gefüges beträgt.
OMFI

Claims

Patentanεprüche
1. Eine Lauffläche aufweiεender Teil im Brennraum einer Kolbenbrennkraftmaεchine, welcher Teil auε Gusεeiεen mit Lamellen-, Kugel- und/oder Vermikular-Graphit besteht und einen Mindestdurchmesser von 200 mm und eine Mindestwand- stärke von 5 mm hat, dadurch gekennzeichnet, dass die Lauf¬ fläche aus einem karbidischen Grundgefüge (Matrix) mit einer Tiefe von mindestens 0,5 und höchstens 8 mm besteht.
2. Teil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Tiefe des karbidischen Gefüges höchstens 20 % der radialen Wandstärke des Teils beträgt.
3. Teil nach Anspruch 1 mit einem perlitischen Gefüge, gekennzeichnet durch nachstehende Zusammensetzung (in Gew.-%)
C 2 , 8 - 3 , 6
P 0, 01 - 0 , 5
S max . o,ι
Si 0, 5 - 3
Mn 0,2 - 1 wobei der Sättigungsgrad des Gusseisens 0,7 bis 1,1 beträgt.
4. Teil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Guεseisen zusätzlich mindestens eines der nachstehenden Elemente enthält (in Gew.-%) .
Ni 0,1 - 3 Cu 0,1 - 2 Mo 0,1 - 1 Sn 0,01 - 0,2
Cr 0,01 - 0,4 5. Teil nach Anspruch 3 und 4, der eine Zylinderlaufbüchse ist, gekennzeichnet durch nachstehende Zusammenεetzung
(in Gew.-%) :
C 3,1 P 0,03
S 0,02
Si 1,2
Mn 0,4
Ni 0,8 " Mo 0,4"
Cu 1,
5 wobei der Sättigungsgrad 0,79 beträgt.
6. Teil nach Anspruch 3 und 4, der ein Kolbenring ist, gekennzeichnet durch nachstehende Zusammensetzung (in Gew.-%) :
C 3,4
P 0,04
S 0,005
Si 2,3 Mn 0,15
Ni 0,50
Cu 1,03
Mg 0,05 wobei der Sättigungsgrad 0,96 beträgt.
7. Verfahren zur Herstellung eines Teils nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dasε der Teil mit einer Aufheiz¬ geschwindigkeit von maximal 100 C/h auf eine Temperatur zwischen 450 und 600 C vorgewärmt wird, dass die vorge¬ wärmte Lauffläche durch rasches Erhitzen bis über die Liquidus-Temperatur des Werkstoffes schrittweise fort- schreitend in der vorgesehenen Tiefe örtlich aufgeschmolzen und durch unmittelbar anschliessendes rasches Abkühlen unter den Ar -Punkt des Eisen-Kohlenstoff-Diagramms mit karbidi¬ schem Gefüge wieder erstarrt wird, und daεs schliesslich der Teil mit einer maximalen Abkühlungsgeschwindigkeit von 50 C/h auf Umgebungstemperatur abgekühlt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufschmelzen der Lauffläche unter einer Schutzgaε- atmoεphäre erfolgt.
9. Verfahren nach Anspruch 7 , dadurch gekennzeichnet, daεs die Abkühlung des Werkstücks in einem Ofen vorgenommen wird.
10. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufschmelzen der Lauffläche mit einem Metall-Inertgas- Schweissbrenner durchgeführt wird.
11. Verfahren nach Anspruch 7 für die Herstellung eines als Kolbenring dienenden Teils, dadurch gekennzeichnet, daεs das Erhitzen über die Liquidus-Temperatur auf den zentralen Bereich der Lauffläche begrenzt wird.
EP83900551A 1982-03-11 1983-02-16 Eine lauffläche aufweisender teil im brennraum einer kolbenbrennkraftmaschine sowie verfahren zur herstellung des teils Withdrawn EP0102963A1 (de)

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CH1494/82 1982-03-11
CH1494/82A CH659300A5 (de) 1982-03-11 1982-03-11 Zylinderlaufbuechse.

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