EP0821073A1 - Gusseisenlegierung für die Herstellung von Kolbenringen von Verbrennungskraftmaschinen - Google Patents
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- C22C37/00—Cast-iron alloys
- C22C37/10—Cast-iron alloys containing aluminium or silicon
-
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- C22C37/00—Cast-iron alloys
- C22C37/04—Cast-iron alloys containing spheroidal graphite
Definitions
- the invention relates to a cast iron alloy for the production of piston rings for Internal combustion engines with high temperature loads.
- Piston rings for internal combustion engines mainly consist of gray ones Cast iron alloys with proportions of spherical to lamellar Graphite precipitates. Especially the one in the top, the combustion chamber adjacent piston grooves are exposed to high temperatures, so that mechanical strength values of them with high temperature resistance be requested.
- DE OS 3 628 157 for example, one is used spheroidal graphite cast iron alloy with martensitic basic structure for high Piston rings exposed to temperatures, which have 1 to 15 percent by weight in the basic structure Contains copper excreted in spherical to droplet form high thermal conductivity for quick heat dissipation and thus for a reduced temperature load on the piston ring material.
- the present invention is therefore based on the object of a cast iron alloy for internal combustion engine piston rings exposed to high temperatures to find stable strength values at high temperatures.
- this object is achieved by a cast iron alloy with a pearlitic basic structure and spherical or vermicular graphite precipitates, which consists of 2.5 - 4.0 Percent by weight carbon 1.5 - 4.0 " silicon 0.2 - 2.0 " manganese Max. 0.35 " phosphorus Max. 0.03 " sulfur Max. 3.0 " chrome Max. 1.5 " Vanadium Max. 2.5 " molybdenum Max. 0.2 " nickel 1.0 - 3.5 " copper 0.02-2.5 " aluminum 0.005 - 0.04 " magnesium and iron as the rest.
- Piston rings are tested with the cast iron alloys according to the invention poured to determine the heat resistance temperatures between 500 - 700 ° C exposed to annealing for 30 minutes. It became a normal decrease in hardness values determined without the pearlitic basic structure of the Cast iron alloy has been changed significantly. The strength values were determined by this Temperature load does not change significantly, so that the material meets the required has high heat resistance.
- the cast iron alloy may contain up to 0.4 weight percent antimony, which may be added to the alloy during melting or via the inoculant. Likewise, up to a total of 4.0 percent by weight of at least one of the elements nickel, cobalt, tin, titanium, niobium, tantalum, boron and / or bismuth can be added to the alloy.
- the cast iron alloy can additionally contain up to a maximum of 300 ppm of nitrogen introduced by cored wire injection.
- the cast iron alloy can be subjected to an annealing treatment at up to 750 ° C.
- the piston rings can be subjected to a nitriding treatment over the entire surface or on the running surfaces and / or the flanking surfaces by one of the customary processes such as bath nitriding, gas nitriding, plasma nitriding or pulse plasma nitriding.
- the cast iron alloys according to the invention with contents of silicon, chromium, vanadium, molybdenum and aluminum at the upper content limit are preferably used for nitriding within the composition according to the invention, although all cast iron materials within the claimed alloy ranges are suitable for nitriding.
- the preferred cast iron alloy used without nitriding then consists of 2.5 - 4.0 Percent by weight carbon 1.5 - 2.5 " silicon 0.2 - 2.0 " manganese Max. 0.35 " phosphorus Max. 0.03 " sulfur Max. 0.3 " chrome Max. 0.2 " Vanadium Max. 0.3 " molybdenum Max. 0.2 " nickel 1.0 - 3.5 " copper Max. 0.1 " aluminum 0.005 - 0.04 " magnesium and iron as the rest.
- the cast iron alloy specially used in nitrided form then consists of 2.5 - 4.0 Percent by weight carbon 2.0 - 4.0 " silicon 0.2 - 2.0 " manganese Max. 0.35 " phosphorus Max. 0.03 " sulfur 0.2 - 3.0 " chrome Max. 1.5 " Vanadium Max. 2.5 " molybdenum Max. 0.2 " nickel 1.0 - 3.5 " copper 0.02-2.5 " aluminum 0.005 - 0.04 " magnesium and iron as the rest.
- Both alloys can be used to increase wear, to improve Pearlization and elements added to improve nitridability.
- the invention thus provides a cast iron alloy which is suitable for piston rings in internal combustion engines which are exposed to high temperature loads.
- the cast iron materials show good warming behavior and their structure shows no significant changes even with prolonged high temperature loads.
- the cast iron alloys can be used equally well for the production of piston rings of all diameters of up to 1 m in both stationary casting and in slip casting.
- the cast iron alloys can also be used for similarly loaded machine parts of, in particular, internal combustion engines such as cylinder liners, pistons, connecting rods, sealing rings in general, packing rings, gear wheels and gear rings.
- the following two cast iron alloys are preferably used, with cast iron alloy 1 preferably not nitrided and cast iron alloy 2 preferably used in nitrided form.
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Abstract
Description
2,5 - 4,0 | Gewichtsprozent | Kohlenstoff |
1,5 - 4,0 | " | Silizium |
0,2 - 2,0 | " | Mangan |
max. 0,35 | " | Phosphor |
max. 0,03 | " | Schwefel |
max. 3,0 | " | Chrom |
max. 1,5 | " | Vanadium |
max. 2,5 | " | Molybdän |
max. 0,2 | " | Nickel |
1,0 - 3,5 | " | Kupfer |
0,02 - 2,5 | " | Aluminium |
0,005 - 0,04 | " | Magnesium |
und Eisen als Rest besteht. |
2,5 - 4,0 | Gewichtsprozent | Kohlenstoff |
1,5 - 2,5 | " | Silizium |
0,2 - 2,0 | " | Mangan |
max. 0,35 | " | Phosphor |
max. 0,03 | " | Schwefel |
max. 0,3 | " | Chrom |
max. 0,2 | " | Vanadium |
max. 0,3 | " | Molybdän |
max. 0,2 | " | Nickel |
1,0 - 3,5 | " | Kupfer |
max. 0,1 | " | Aluminium |
0,005 - 0,04 | " | Magnesium |
und Eisen als Rest. |
2,5 - 4,0 | Gewichtsprozent | Kohlenstoff |
2,0 - 4,0 | " | Silizium |
0,2 - 2,0 | " | Mangan |
max. 0,35 | " | Phosphor |
max. 0,03 | " | Schwefel |
0,2 - 3,0 | " | Chrom |
max. 1,5 | " | Vanadium |
max. 2,5 | " | Molybdän |
max. 0,2 | " | Nickel |
1,0 - 3,5 | " | Kupfer |
0,02 - 2,5 | " | Aluminium |
0,005 - 0,04 | " | Magnesium |
und Eisen als Rest. |
Gußeisenlegierung 1 | Gußeisenlegierung 2 | |||
Kohlenstoff | 3,76 | Gewichtsprozent | 3,78 | Gewichtsprozent |
Silizium | 2,16 | " | 2,98 | " |
Mangan | 0,88 | " | 0,86 | " |
Phosphor | 0,10 | " | 0,09 | " |
Schwefel | 0,008 | " | 0,007 | " |
Chrom | 0,04 | " | 2,04 | " |
Vanadium | 0,01 | " | 0,01 | " |
Molybdän | 0,02 | " | 0,02 | " |
Nickel | 0,05 | " | 0,05 | " |
Kupfer | 2,46 | " | 2,38 | " |
Titan | 0,01 | " | 0,01 | " |
Wolfram | 0,03 | " | 0,03 | " |
Niob | - | 0,02 | " | |
Magnesium | 0,011 | " | 0,010 | " |
Rest Eisen | Rest Eisen |
Claims (9)
- Gußeiseniegierung für die Herstellung von Kolbenringen für Verbrennungskraftmaschinen mit hoher Temperaturbelastung, dadurch gekennzeichnet, daß die Gußeisenlegierung eine perlitische Grundstruktur mit kugelförmigen oder vermikularförmigen Graphitausscheidungen besitzt und aus
2,5 - 4,0 Gewichtsprozent Kohlenstoff 1,5 - 4,0 " Silizium 0,2 - 2,0 " Mangan max. 0,35 " Phosphor max. 0,03 " Schwefel max. 3,0 " Chrom max. 1,5 " Vanadium max. 2,5 " Molybdän max. 0,2 " Nickel 1,0 - 3,5 " Kupfer 0,02 - 2,5 " Aluminium 0,005 - 0,04 " Magnesium sowie Eisen als Rest besteht. - Gußeiseniegierung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gußeisenlegierung bis zu 0,4 Gewichtsprozent Antimon enthält.
- Gußeisenlegierung nach den Patentansprüchen 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gußeisenlegierung mindestens eines der Elemente Nickel, Cobalt, Zinn, Titan, Niob, Tantal, Bor und/oder Wismuth in einer Menge von insgesamt bis zu 4,0 Gewichtsprozent enthält.
- Gußeisenlegierung nach mindestens einem oder Patentansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gußeisenlegierung mittels Fülldrahtinjektion in die Schmelze eingebrachtes Stickstoffin einer Menge von maximal 300 ppm enthält.
- Gußeisenlegierung nach mindestens einem der Patentansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die aus der Legierung gegossenen Werkstücke einer Glühbehandlung von bis zu 750 °C unterzogen sind.
- Gußeisenlegierung nach mindestens einem der Patentansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die aus der Legierung gegossenen Werkstücke einer Nitrierbehandlung nach einem der üblichen Verfahren unterzogen sind.
- Gußeisenlegierung nach mindestens einem der Patentansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Nitrierung vorgesehene Gußeisenlegierung aus
2,5 - 4,0 Gewichtsprozent Kohlenstoff 2,0 - 4,0 " Silizium 0,2 - 2,0 " Mangan max. 0,35 " Phosphor max. 0,03 " Schwefel 0,2 - 3,0 " Chrom max. 1,5 " Vanadium max. 2,5 " Molybdän max. 0,2 " Nickel 0,1 - 3,5 " Kupfer 0,02 - 2,5 " Aluminium 0,005 - 0,04 " Magnesium und Eisen als Rest besteht. - Gußeisenlegierung nach mindestens einem der Patentansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die bevorzugt nicht nitrierte Gußeisenlegierung aus
2,5 - 4,0 Gewichtsprozent Kohlenstoff 1,5 - 2,5 " Silizium 0,2 - 2,0 " Mangan max. 0,35 " Phosphor max. 0,03 " Schwefel max. 0,3 " Chrom max. 0,2 " Vanadium max. 0,3 " Molybdän max. 0,2 " Nickel 0,1 - 3,5 " Kupfer max. 0,1 " Aluminium 0,005- 0,04 " Magnesium und Eisen als Rest besteht. - Verwendung der Gußeisenlegierung nach mindestens einem der vorangegangenen Patentansprüche für die Herstellung von Zylinderlaufbüchsen, Kolben, Pleuel, Getrieberinge, Dichtungsringe generell, Zahnräder und Packungsringe.
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