EP0525540A1 - Zylinderlaufbuchse für eine Brennkraftmaschine - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a cylinder liner for an internal combustion engine, in particular for a large diesel engine.
- Cylinder liners of internal combustion engines which are shaped by casting, generally consist of cast iron with lamellar graphite.
- typical gray cast iron alloys for cylinder liners can be found in DE-AS 2 146 153.
- the gray cast iron is characterized by its good castability and a low price. Its mechanical and physical properties are particularly dependent on the structure of the structure.
- the structure consists of a metallic matrix with lamellar graphite inclusions. These break the structural cohesion less, the finer and shorter they are.
- the graphite formation can be refined by modification in a known manner. Appropriate germ introduction (inoculation) and / or increased cooling rate can be used to achieve fine lamellae in high-quality cast iron with fine-streaked pearlite.
- a cylinder liner made of this gray cast iron, alloyed with phosphorus and / or boron, has on its surface due to its advantageous heterogeneous structure and the reticulated arrangement of very hard steadite / cementite caused by phosphorus and / or boron addition, which keeps the lubricating film on the surface , very favorable sliding properties, so that the piston rings of the piston can run well in the cylinder liner.
- the cylinder liner is cast from a pearlitic cast iron with spheroidal graphite, with its structure similar to today's customary, correspondingly alloyed bushings made from cast iron with flake graphite, clearly defined, network-like, evenly distributed cementite / steadite parts, which have a surface area between 3 and 8%.
- the spherical shape of the graphite increases the tensile strength and the impact strength of the structure of the cylinder liner.
- the surface of the cylinder liner - as with appropriately alloyed cast iron with lamellar graphite - has a microscopic, net-like relief that ensures good adhesion for a lubricating film. This ensures good running behavior of the piston rings on the cylinder liner surface.
- the boron, phosphorus, vanadium content is to be set within the above-mentioned limits in such a way that the desired properties for the cast part are achieved and special properties are optimized according to the specific need.
- phosphorus increases wear resistance, but it also has an embrittling effect, but of the three alloying elements boron, phosphorus or vanadium provides the best network-like distribution of the cementite / steadite proportions.
- Boron best promotes the wear resistance of the structure, but provides a not quite as good network-like distribution of the cementite / steadite parts as phosphorus, while vanadium supports the tensile and wear resistance, but hardly causes a network-like distribution of the cementite / steadite parts and thus as additional alloying element would be unsuitable without boron and / or phosphorus.
- a comparatively inexpensive cylinder liner to be produced in a casting process which not only meets the demands placed on it in terms of tensile and wear resistance, but at the same time has the surface property required to achieve a sufficient lubricating effect.
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Abstract
Bei einer Zylinderlaufbuchse für eine Brennkraftmaschine, insbesondere für einen Großdieselmotor, die aus perlitischem Gußeisen mit Kugelgraphit als Basislegierung gegossen ist, weist das Gefüge des Gußeisens auch klar eingegrenzte, netzförmig gleichmäßig verteilte Zementit-/Steaditanteile auf, die einen Flächenanteil von 3 bis 8 % einnehmen. Der Basislegierung sind zusätzlich Bor mit 0,01 bis 0,03 und/oder Phosphor mit 0,2 bis 0,4 und - bei Bedarf - Vanadium mit 0,1 bis 0,3 Gewichtsprozent als Legierungselemente beigegeben.
Description
- Die Erfindung betrifft eine Zylinderlaufbuchse für eine Brennkraftmaschine, insbesondere für einen Großdieselmotor.
- Die Weiterentwicklung der Brennkraftmaschine, insbesondere der Großdieselmotoren zu immer höheren spezifischen Leistungen hin, erfordert höhere Belastbarkeit auch der Zylinderbuchsen. Die Zylinderlaufbuchse unterliegt beim Betrieb der Brennkraftmaschine insbesondere in ihrem oberen Bereich, dem Zünd-und Explosionsbereich, durch hohen Druck und hohe Temperatur einem hohen Verschleiß und einer hohen Bruchgefahr.
- Zylinderlaufbuchsen von Brennkraftmaschinen, deren Formgebung durch Gießen erfolgt, bestehen im allgemeinen aus Gußeisen mit Lamellengraphit. Zum Beispiel sind typische Graugußeisen-Legierungen für Zylinderlaufbuchsen der DE-AS 2 146 153 zu entnehmen. Der Grauguß zeichnet sich durch seine gute Gießbarkeit und einen niedrigen Preis aus. Seine mechanischen und physikalischen Eigenschaften sind besonders deutlich vom Gefügeaufbau abhängig. Das Gefüge besteht aus metallischer Grundmasse mit lamellenförmigen Graphiteinlagerungen. Diese unterbrechen den Gefügezusammenhalt umso weniger, je feiner und kürzer sie sind. Durch Modifizierung in bekannter Weise kann die Graphitausbildung verfeinert werden. Durch eine entsprechende Keimeinbringung (Impfung) und/oder erhöhte Abkühlungsgeschwindigkeit können feine Lamellen in einem hochwertigen Gußeisen mit feinstreifigem Perlit erzielt werden. Eine Zylinderlaufbuchse aus diesem Grauguß, mit Phosphor und/oder Bor legiert, besitzt an ihrer Oberfläche aufgrund ihres vorteilhaften heterogenen Gefügebaus und der durch Phosphor und/oder Bor-Zusatz hervorgerufenen netzförmigen Anordnung von sehr hartem Steadit/Zementit, die den Schmierfilm auf der Oberfläche hält, sehr günstige Gleiteigenschaften, so daß die Kolbenringe des Kolbens in der Zylinderlaufbuchse gut laufen können.
- Jedoch ist die Grenzbelastung für eine Zylinderlaufbuchse aus Gußeisen mit Lamellengraphit als Basislegierung bei den leistungsstärksten Brennkraftmaschinen bereits überschritten. Deshalb schlägt die nicht vorveröffentlichte ältere deutsche Anmeldung P 41 09 308.9-24 eine spezifische Konstruktion vor, bei der ein vergleichsweise voluminöser Stahlring, der die Funktion eines Stützringes hat, an seiner Innenoberfläche mit einer üblichen Graugußlaufschicht versehen wird und löst somit die Aufgabe, die Bruchfestigkeit einer Zylinderlaufbuchse zu erhöhen, ohne das Laufverhalten der Kolbenringe auf der Zylinderoberfläche gegenüber den mit Grauguß mit Lamellengraphit erzielbaren Laufeigenschaften zu verschlechtern. Diese Zylinderlaufbuchse ist jedoch zu teuer und zu aufwendig herzustellen.
- Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es nun, eine kostengünstige, in einem Gießvorgang herstellbare Zylinderlaufbuchse für eine Brennkraftmaschine mit einer höheren Zugfestigkeit und Dehnung, als der des üblicherweise verwendeten Graugußeisens zu schaffen, ohne das Laufverhalten der Kolbenringe auf der Zylinderlaufbuchsenoberfläche und die Verschleißbeständigkeit gegenüber den mit Gußeisen mit Lamellengraphit erzielbaren Lauf- und Verschleißeigenschaften zu verschlechtern.
- Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Zylinderlaufbuchse aus einem perlitischen Gußeisen mit Kugelgraphit gegossen ist, wobei Ihr Gefüge ähnlich wie bei heute üblichen, entsprechend legierten Buchsen aus Gußeisen mit Lamellengraphit, klar eingegrenzte, netzförmig gleichmäßig verteilte Zementit-/Steaditanteile, die einen Flächenanteil zwischen 3 bis 8 % einnehmen, aufweist.
- Die speziellen Eigenschaften des Gefüges sind mittels beigefügter Legierungselemente erzielt worden. So ist die Ausbildung des Kugelgraphits in bekannter Weise durch Zusatz von Mg oder Mg plus Ce bewirkt worden. Die Förderung der Zementit-/Steaditausscheidung in der erstarrenden Schmelze auf Kosten des Graphitanteils und ihre räumliche, klar eingegrenzte, netzförmige Anordnung, sowie ihr Flächenanteil durch Zusatz von geringen Mengen an Bor und/oder Phosphor und - bei Bedarf - an Vanadium zum perlitischen Gußeisen mit Kugelgraphit und den Analysegrenzen
- Durch die kugelige Ausbildung des Graphits wird die Zugfestigkeit und die Schlagfähigkeit des Gefüges der Zylinderlaufbuchse erhöht.
- Durch die spezielle räumliche Anordnung der klar eingegrenzten Zementit-/Steaditanteile im Gefüge weist die Oberfläche der Zylinderlaufbuchse - wie bei entsprechend legiertem Gußeisen mit Lamellengraphit - ein mikroskopisch feines, netzförmiges Relief auf, das eine gute Haftung für einen Schmierfilm gewährleistet. Damit ist ein gutes Laufverhalten der Kolbenringe auf der Zylinderlaufbuchsenoberfläche sichergestellt.
- Der Bor-, Phosphor-, Vanadium-Gehalt ist in den oben genannten Grenzen so einzustellen, daß die gewünschten Eigenschaften für das Gußteil erreicht werden und spezielle Eigenschaften je nach dem speziellen Bedarfsfall optimiert werden. Zum Beispiel steigert Phosphor die Verschleißfestigkeit, wirkt allerdings auch versprödend, liefert jedoch von den drei Legierungselementen Bor, Phosphor oder Vanadium die beste netzförmige Verteilung der Zementit-/ Steaditanteile. Bor fördert am besten die Verschleißfestigkeit des Gefüges, liefert allerdings eine nicht ganz so gute netzförmige Verteilung der Zementit-/Steaditanteile wie Phosphor, während Vanadium unterstützend für die Zug- und Verschleißfestigkeit wirkt, allerdings kaum netzartige Verteilung der Zementit-/Steaditanteile bewirkt und somit als zusätzliches Legierungselement ohne Bor und/oder Phosphor wenig tauglich wäre.
- Somit ist eine vergleichsweise günstige, in einem Gießvorgang herzustellende Zylinderlaufbuchse angegeben worden, die nicht nur den an sie gestellten Forderungen in Bezug auf die Zug- und Verschleißfestigkeit genügt, sondern gleichzeitig die zur Erzielung einer ausreichenden Schmierwirkung erforderliche Oberflächeneigenschaft aufweist.
Claims (2)
1. Zylinderlaufbuchse für eine Brennkraftmaschine, insbesondere für einen Großdieselmotor, dadurch gekennzeichnet, daß diese aus perlitischem Gußeisen mit Kugelgraphit und den Analysegrenzen
als Basislegierung gegossen ist, wobei der Basislegierung Zusätze von
als Legierungselemente beigegeben sind und das Gefüge des Gußeisens neben den kugelförmigen Graphiteinlagerungen auch klar eingegrenzte, netzförmig gleichmäßig verteilte Zementit-/Steaditanteile, die einen Flächenanteil von 3 bis 8 % einnehmen, aufweist.
2. Zylinderlaufbuchse für eine Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gefüge des Gußeisens zusätzlich einen Zusatz von Vanadium mit 0,1 bis 0,3 Gewichtsprozent als Legierungselement beinhaltet.
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