EP0985739B1 - Verfahren zum Härten von Kolbenkronen und Kolbenkrone - Google Patents

Verfahren zum Härten von Kolbenkronen und Kolbenkrone Download PDF

Info

Publication number
EP0985739B1
EP0985739B1 EP19980117125 EP98117125A EP0985739B1 EP 0985739 B1 EP0985739 B1 EP 0985739B1 EP 19980117125 EP19980117125 EP 19980117125 EP 98117125 A EP98117125 A EP 98117125A EP 0985739 B1 EP0985739 B1 EP 0985739B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
piston
crown
zone
hardening
piston crown
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
EP19980117125
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP0985739A1 (de
Inventor
Reinke Horst
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.)
MMS Marine Motor Service
Original Assignee
MMS Marine Motor Service
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by MMS Marine Motor Service filed Critical MMS Marine Motor Service
Priority to EP19980117125 priority Critical patent/EP0985739B1/de
Priority to DE59808370T priority patent/DE59808370D1/de
Publication of EP0985739A1 publication Critical patent/EP0985739A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP0985739B1 publication Critical patent/EP0985739B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C8/00Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
    • C23C8/06Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases
    • C23C8/08Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases only one element being applied
    • C23C8/24Nitriding
    • C23C8/26Nitriding of ferrous surfaces
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B3/00Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition
    • F02B3/06Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition with compression ignition
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02FCYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F7/00Casings, e.g. crankcases or frames
    • F02F2007/0097Casings, e.g. crankcases or frames for large diesel engines
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05CINDEXING SCHEME RELATING TO MATERIALS, MATERIAL PROPERTIES OR MATERIAL CHARACTERISTICS FOR MACHINES, ENGINES OR PUMPS OTHER THAN NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES
    • F05C2201/00Metals
    • F05C2201/04Heavy metals
    • F05C2201/0433Iron group; Ferrous alloys, e.g. steel
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05CINDEXING SCHEME RELATING TO MATERIALS, MATERIAL PROPERTIES OR MATERIAL CHARACTERISTICS FOR MACHINES, ENGINES OR PUMPS OTHER THAN NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES
    • F05C2201/00Metals
    • F05C2201/04Heavy metals
    • F05C2201/0433Iron group; Ferrous alloys, e.g. steel
    • F05C2201/0448Steel

Definitions

  • the invention relates to a method for hardening at least a portion of the surface of steel piston crowns and a steel piston crown, in particular for Large diesel engines.
  • Piston systems are essential components of large diesel engines, such as those be used in the type of ship and in the power plant industry. Because of that too Large piston engines are getting ever stricter emission limits of paramount importance, since here with regard to temperature stress, force and wear extreme conditions prevail. Pistons of modern high-performance diesel engines therefore consist mainly of several components around the to take different requirements into account.
  • the piston crown, the top one, the Combustion chamber represents opposite element and the whole Passes through the combustion process, forms the most vulnerable part in such System.
  • Piston crowns are made of a special steel and are usually exchangeable after reaching the wear limit.
  • Piston crowns and especially theirs are used to extend the service life Piston ring grooves hardened, either inductively or by chrome plating.
  • the inductive Hardening results in medium wear behavior, while chrome plating is quite good Wear behavior results.
  • chrome plating is now widely used, although not everywhere due to cost reasons, there are still some principle-related ones Disadvantages with regard to the manufacture and durability of a chrome plating (for example chrome layers tend to flake off).
  • DE2144238 describes a method for hardening steel components of explosion engines due to an electrical glow discharge in which no reworking of the part is required. It is cited that conventional nitriding processes always involve a change in size cause the component so that regrinding is required and that regrinding can be circumvented by undersizing or profile correction.
  • EP0007661 discloses hardening support surfaces of piston crowns, e.g. by nitriding.
  • JP09170489 describes a piston in its entirety or also in part a "soft nitride treatment" is hardened. Post-processing is not carried out.
  • the object of the invention is to provide a method for hardening the surface of Piston crowns made of steel, in particular for large diesel engines, which a optimal wear behavior with minimal manufacturing effort allowed.
  • Nitriding as such is a well-known technical process for hardening metals on the surface and thereby improving wear behavior.
  • the process according to the invention is clearly superior to all previous processes, both in technical and in terms of cost.
  • the nitriding not only leads to increased wear resistance in the groove area, but also results in a higher resistance to hot corrosion and pitting (hole formation due to micro-movements).
  • the following comparison shows that nitriding has brought about decisive improvements that are not limited to the groove area, but at the same time have brought about greater resistance in both the mechanical and chemical sectors.
  • nitriding is carried out in a nitrogen atmosphere.
  • the pore hem preferably has a hardness of 58 to 60 Rockwell.
  • the connection zone has preferably a hardness of 78 to 82 Rockwell, and the diffusion zone preferably one Hardness from 60 to 65 Rockwell.
  • the invention also relates to a piston crown made of steel, in particular for Large diesel engines, according to claim 3.
  • the surface is preferably hardened in a nitrogen atmosphere.
  • the pore hem can have a hardness of 58 to 60 Rockwell, the connection zone a hardness of 78 to 82 Rockwell and the diffusion zone have a hardness of 60 to 65 Rockwell.
  • Fig. 1 shows in a highly schematic manner in half section one designated overall by 1 Piston, whose area facing the combustion chamber is formed by a piston crown 2 which is shown with solid lines.
  • the piston crown 2 is on its outer surface interacting with the cylinder running surface provided with a row (three in the present example) piston ring grooves 3, which in known Way to accommodate piston rings.
  • the piston rings to be used show both in relation to the respective groove base (i.e. in the radial direction) as well a certain amount of play in relation to the groove side surfaces (i.e. in the axial direction).
  • Level mating surfaces 4 serve to connect the Piston crown 2 with the remaining part of the piston 1 and in particular for transferring the considerable axial forces during the combustion phase. Because of the Large diesel engines are used in high compression ratios mentioned mating surfaces next to the piston ring grooves the most mechanical Surfaces of the piston crown 2 exposed to wear.
  • Fig. 2 shows a 6.5-fold enlarged representation of the nitrided according to the invention Structure in the area of the piston ring grooves.
  • the free cross section of the groove and the outside of the Piston crown lying area (top in Fig. 2) are shown in black during the Material of the piston crown in the hardened edge areas a three-layer structure reveals.
  • the diffusion zone 7 closes, in FIG. 2, as a line running on the outermost edge of the material recognizable, an edge zone 8, the structure of which will be explained in detail.
  • FIG. 3 shows a further metallographic structural representation of a device according to the invention hardened edge area of a piston crown in a hundredfold magnification, i.e. across from Fig. 2 enlarged about 15 times, the relatively light core structure 6, the relatively dark Diffusion zone 7 and the bright edge zone 8 are now clearly recognizable.
  • FIGS Micrographs shown in 500x magnification. Because of the strong The core structure is missing in FIGS. 4 and 5, while the diffusion zone 7 (respectively below) and the bright edge zone 8 above it can be clearly seen.
  • the edge zone 8 has a two-layer structure, namely, initially adjacent to the diffusion zone 7, a so-called connection zone 8a and one a slightly darker outermost zone lying above, which is referred to as pore hem 8b. Pore border 8b and connection zone 8a are also shown in Fig. 4 by an intermediate running dark line visibly demarcated from each other.
  • the brittle pore hem 8b which is up to 20 ⁇ m thick, has a hardness of approximately 58 to 60 Rockwell on.
  • the connecting zone 8a with a thickness of approximately 6 to 10 ⁇ m has a hardness of approximately 78 to 82 Rockwell.
  • the underlying diffusion zone which is a much greater thickness than has the two aforementioned zones, has a hardness of about 60 to 65 Rockwell.
  • the Diffusion zone hardness increases with increasing thickness or distance from the surface from because the effect of nitriding due to the diffusion processes that control it the depth decreases.
  • the core hardness of the piston crown material is in this example 290 HV 10.
  • the fitting surfaces 4 must be used to produce the required fit tolerances Hardness be ground.
  • the remaining surfaces of the piston crown, especially that of the Combustion chamber facing top and the outside of the cylinder wall after hardening no longer processed or sanded to increase the resistance of Pore hem and connection zone against any wear, including chemical, exploit.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Pistons, Piston Rings, And Cylinders (AREA)
  • Solid-Phase Diffusion Into Metallic Material Surfaces (AREA)

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Härten zumindest eines Teilbereichs der Oberfläche von Kolbenkronen aus Stahl sowie eine Kolbenkrone aus Stahl, insbesondere für Großdieselmotoren.
Kolbensysteme sind wesentliche Bestandteile von Großdieselmotoren, wie sie beispielsweise in der Schiffart und der Kraftwerksindustrie eingesetzt werden. Aufgrund der auch für Großmotoren ständig schärfer werdenden Abgasgrenzwerte kommt dem Kolbensystem eine überragende Bedeutung zu, da hier hinsichtlich Temperaturbeanspruchung, Krafteinwirkung und Verschleiß extreme Verhältnisse herrschen. Kolben moderner Hochleistungs-Dieselmotoren bestehen daher überwiegend aus mehreren Komponenten, um den unterschiedlichen Anforderungen Rechnung zu tragen. Die Kolbenkrone, die das oberste, dem Verbrennungsraum gegenüberliegende Element darstellt und den gesamten Verbrennungsablauf durchläuft, bildet das am meisten gefährdete Teil in einem solchen System. Kolbenkronen werden aus einem besonderen Stahl gefertigt und sind in der Regel nach Erreichen der Verschleißgrenze auswechselbar.
Eine besondere Rolle spielt hier die Abdichtung gegen den von oben auf die Kolbenkrone einwirkenden Verbrennungsdruck. Dies geschieht durch Kolbenringe, die im seitlichen Teil eines Kolbens in Kolbenringnuten sitzen und den Brennraum nach unten gegen das Kurbelgehäuse abdichten. Ein großes Problem in diesem Bereich ist die Lebensdauer der Kolbenringnuten. Diese bestimmt sehr stark die Wartungsintervalle und damit Betriebskosten und Betriebssicherheit des Systems.
Erschwerend kommt hinzu, daß Großdieselmotoren überwiegend mit Schweröl betrieben werden, was die bereits recht hohe Belastung der Motorenteile und insbesondere des Kolbensystems weiter erhöht. Außerdem ist in den letzten Jahren aufgrund der verfeinerten Raffinerietechniken die Qualität des Schweröls ständig gesunken, was wiederum den Verschleiß weiter beschleunigt.
Zur Verlängerung der Betriebslebensdauer werden Kolbenkronen und insbesondere deren Kolbenringnuten gehärtet, und zwar entweder induktiv oder durch Verchromen. Die induktive Härtung ergibt ein mittleres Verschleißverhalten, während eine Verchromung ein recht gutes Verschleißverhalten ergibt. Obwohl das Verchromen inzwischen weithin angewendet wird, wenn auch aus Kostengründen nicht überall, bleiben dennoch einige prinzipbedingte Nachteile hinsichtlich Fertigung und Dauerhaftigkeit einer Verchromung (beispielsweise können Chromschichten zum Abplatzen neigen).
DE2144238 beschreibt ein Verfahren zur Härtung von Stahlbauteilen von Explosionsmotoren durch eine elektrische Glimmentladung bei dem keine Nachbearbeitung des Teils erforderlich ist. Es wird zitiert, daß herkömmliche Nitrierverfahren stets eine Maßänderung des Bauteils bewirken, so daß ein Nachschleifen erforderlich ist und daß das Nachschleifen durch Untermaßfertigung oder Profilvorkorrektur umgangen werden kann.
EP0007661 offenbart, Abstützflächen von Kolbenkronen zu härten, z.B. durch Nitrieren.
JP09170489 beschreibt einen Kolben der in seiner Gesamtheit oder auch teilweise mittels eines "Soft-Nitride-Treatment" gehärtet ist. Eine Nachbearbeitung wird nicht durchgeführt.
F. Hoffmann et al. in HTM 52 (1997) 6, S. 376 ff. beschreiben eine Untersuchung zum Verschleißwiderstand von nitrierten und nitrocarburierten Stählen. Es wird u.a. schlußgefolgert, daß der Verschleißwiderstand durch mechanische Entfernung des Porensaums gesteigert werden kann, sich andererseits ein Porensaum aber bei Gleitverschleiß positiv auswirken kann und der Porensaum beim Einlaufen zu einer Geometrieanpassung mit Beanspruchungsabnahme führen kann.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Härten der Oberfläche von Kolbenkronen aus Stahl, insbesondere für Grossdieselmotoren, bereitzustellen, welches ein optimales Verschleißverhalten bei minimalem Fertigungsaufwand erlaubt.
Diese Aufgabe wird durch die in Anspruch 1 enthaltene Kombination von technischen Elementen gelöst, bei der eine Kolbenkrone aus Stahl auf ihrer gesamten Oberfläche nitriergehärtet wird, wobei ein Porensaum, eine Verbindungszone und eine Diffusionszone gebildet werden, und anschließend von den Paßflächen der Porensaum durch Schleifen abgetragen wird, während die Nutinnenflächen der Kolbenringaufnahmenuten nicht geschliffen werden.
Nitrieren als solches ist ein bekanntes technisches Verfahren, um Metalle an der Oberfläche zu härten und dadurch das Verschleißverhalten zu verbessern. Versuche haben gezeigt, daß das erfindungsgemäße Verfahren allen bisherigen Verfahren sowohl in technischer als auch in kostenmäßiger Hinsicht deutlich überlegen ist. Die Nitrierung führt nicht nur zu einer erhöhten Verschleißfestigkeit im Nutbereich, sondern bewirkt auch einen höheren Widerstand gegen Heißkorrosion und Pitting (Lochbildung durch Mikrobewegungen). Die folgende Gegenüberstellung zeigt, daß das Nitrieren entscheidende Verbesserungen erbracht hat, die sich nicht nur auf den Nutenbereich beschränken, sondern gleichzeitig eine höhere Resistenz sowohl auf dem mechanischen wie auf dem chemischen Sektor gebracht haben.
Lebensdauer und Verschleiß unterschiedlich behandelter Kronentypen
Kolbenkrone Verschleiß Nuten Oberfläche Heißkorrosion Widerstand gegen chemische Korrosion Paßflächen; Widerstand gegen Reibungskorrosion
Krone # 1 Keine besondere Behandlung Hoch Starker Verschleiß u. Lochbildung Niedrig Niedrig
Krone # 2 Nutenbereich induktiv gehärtet Relativ hoch, nur bedingt im Schweröl-Betrieb einsetzbar Dto. Niedrig Niedrig
Krone # 3 Nutenbereich verchromt Niedrig, Kosten relativ hoch, Gefahr des Abplatzens der Chromschicht Dto. Niedrig Niedrig
Krone # 4 Nitriert Sehr niedrig, ca. 50% des Verschleißes einer verchromten Nut Erhöhter Widerstand gegen Heißkorrosion Gut Hoch wegen größerer Härte der Flächen
Erfindungsgemäß ist bevorzugt vorgesehen, daß in einer Stickstoffatmosphäre nitriert wird.
Bevorzugt hat der Porensaum eine Härte von 58 bis 60 Rockwell. Die Verbindungszone hat vorzugsweise eine Härte von 78 bis 82 Rockwell, und die Diffusionszone bevorzugt eine Härte von 60 bis 65 Rockwell.
Die Erfindung bezieht sich außerdem auf eine Kolbenkrone aus Stahl, insbesondere für Großdieselmotoren, gemäß Anspruch 3.
Bevorzugt ist hierbei die Oberfläche in einer Stickstoffatmosphäre gehärtet.
Der Porensaum kann eine Härte von 58 bis 60 Rockwell, die Verbindungszone eine Härte von 78 bis 82 Rockwell und die Diffusionszone eine Härte von 60 bis 65 Rockwell haben.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels, wobei auf eine Zeichnung Bezug genommen ist, in der
  • Fig. 1 eine schematische Querschnittsansicht einer in erfindungsgemäßer Weise gehärteten Kolbenkrone zeigt,
  • Fig. 2 eine metallographische Gefügeaufnahme im Bereich der Kolbenring-Aufnahmenuten in 6,5 facher Vergrößerung zeigt,
  • Fig. 3 eine Querschnittsansicht einer gehärteten Oberflächenzone in hundertfacher Vergrößerung zeigt,
  • Fig. 4 und 5 jeweils eine entsprechende Gefügeansicht der Härtezone in 500-facher Vergrößerung zeigen.
  • Fig. 1 zeigt in stark schematisierter Weise im Halbschnitt einen im ganzen mit 1 bezeichneten Kolben, dessen der Brennkammer zugekehrter Bereich durch eine Kolbenkrone 2 gebildet wird, die mit ausgezogenen Linien dargestellt ist.
    Die Kolbenkrone 2 ist an ihrer mit der Zylinderlauffläche zusammenwirkenden Außenfläche mit einer Reihe (im vorliegenden Beispiel drei) Kolbenringnuten 3 versehen, die in bekannter Weise zur Aufnahme von Kolbenringen dienen. Die einzusetzenden Kolbenringe weisen hierbei sowohl gegenüber dem jeweiligen Nutgrund (d.h. in radialer Richtung) als auch gegenüber den Nutseitenflächen (d.h. in axialer Richtung) ein gewisses Spiel auf.
    Ebene Paßflächen 4, von denen in Fig. 1 zwei dargestellt sind, dienen zur Verbindung der Kolbenkrone 2 mit dem übrigen Teil des Kolbens 1 und insbesondere zur Übertragung der erheblichen Axialkräfte während der Verbrennungsphase. Aufgrund der bei Großdieselmotoren verbreitet eingesetzten hohen Verdichtungsverhältnisse stellen die genannten Paßflächen neben den Kolbenringnuten die am stärksten einem mechanischen Verschleißangriff ausgesetzten Flächen der Kolbenkrone 2 dar.
    Fig. 2 zeigt eine 6,5-fach vergrößerte Darstellung des erfindungsgemäß nitriergehärteten Gefüges im Bereich der Kolbenringnuten. Der freie Nutquerschnitt sowie der außerhalb der Kolbenkrone liegende Bereich (in Fig. 2 oben) sind schwarz dargestellt, während der Werkstoff der Kolbenkrone in den gehärteten Randbereichen einen dreischichtigen Aufbau erkennen läßt. Anschließend an das Kerngefüge 6, welches den überwiegenden Teil der in Fig. 2 dargestellten Materialquerschnittsfläche einnimmt, ist eine entlang des Randes verlaufende, deutlich dunkel abgesetzte Diffusionszone 7 erkennbar. An die Diffusionszone 7 schließt sich, in Fig. 2 als auf dem äußersten Rand des Materials umlaufende Linie soeben erkennbar, eine Randzone 8 an, deren Aufbau noch im einzelnen erläutert wird.
    Fig. 3 zeigt eine weitere metallographische Gefügedarstellung eines erfindungsgemäß gehärteten Randbereichs einer Kolbenkrone in hundertfacher Vergrößerung, d.h. gegenüber Fig. 2 ca. 15-fach vergrößert, wobei das relativ helle Kerngefüge 6, die relativ dunkle Diffusionszone 7 und die helle Randzone 8 nunmehr deutlich erkennbar sind.
    Um den zweischichtigen Aufbau der Randzone 8 erkennbar zu machen, sind in Fig. 4 und 5 Gefügeaufnahmen in 500-facher Vergrößerung dargestellt. Aufgrund der starken Vergrößerung fehlt in Fig. 4 und 5 das Kerngefüge, während die Diffusionszone 7 (jeweils unten) und die darüberliegende helle Randzone 8 deutlich zu erkennen sind. Wie die Darstellungen weiter zeigen, weist die Randzone 8 einen zweischichtigen Aufbau auf, nämlich zunächst angrenzend an die Diffusionszone 7 eine sog. Verbindungszone 8a und eine darüberliegende, etwas dunklere äußerste Zone, die als Porensaum 8b bezeichnet wird. Porensaum 8b und Verbindungszone 8a sind überdies in Fig. 4 durch eine dazwischen verlaufende dunkle Linie sichtbar voneinander abgegrenzt.
    Der bis zu 20 µm dicke, spröde Porensaum 8b weist eine Härte von etwa 58 bis 60 Rockwell auf. Die Verbindungszone 8a mit einer Dicke von ca. 6 bis 10 µm hat eine Härte von etwa 78 bis 82 Rockwell. Die darunterliegende Diffusionszone, die eine wesentlich größere Dicke als die beiden vorgenannten Zonen aufweist, hat eine Härte von ca. 60 bis 65 Rockwell. Die Härte der Diffusionszone nimmt mit zunehmender Dicke bzw. Entfernung von der Oberfläche ab, da die Wirkung der Nitrierhärtung aufgrund der diese steuernden Diffusionsvorgänge mit der Tiefe abnimmt. Beispielsweise wurde eine Nitrierhärtetiefe, ermittelt durch einen Härteverlauf nach DIN 50190 Teil 3, von 0,7 mm bei einer Grenzhärte von 370 HV 0,5 festgestellt (Nht 370 = 0,7 mm). Die Kernhärte des Kolbenkronenwerkstoffes beträgt in diesem Beispiel 290 HV 10.
    Versuche haben gezeigt, daß ein optimales Verschleißverhalten und damit eine größtmögliche Lebensdauer bei minimalem Fertigungsaufwand im Bereich der Kolbenringnuten dadurch erzielbar sind, daß die Nutinnenflächen (Nutflanken und Nutgrund) vor dem Nitrieren feinbearbeitet und danach nicht mehr bearbeitet werden, d.h. nicht geschliffen werden, so daß der Porensaum gewissermaßen als Einlaufzone zur Verfügung steht. Nach deren Abtragung wirken die Kolbenringe mit der sehr harten Verbindungszone zusammen, die einen erheblichen Verschleißwiderstand darstellt. Erst danach arbeitet der Kolbenring im Bereich der Diffusionszone, bis schließlich nach Abtrag von insgesamt beispielsweise ca. 0,3 mm (in jeder Nutflanke) die Verschleißgrenze der Kolbenkrone erreicht ist.
    Die Paßflächen 4 müssen zur Herstellung der erforderlichen Passungstoleranzen nach dem Härten geschliffen werden. Die übrigen Oberflächen der Kolbenkrone, insbesondere die dem Brennraum zugewandte Oberseite und die der Zylinderwand zugewandte Außenseite, werden nach dem Härten nicht mehr bearbeitet bzw. geschliffen, um die Widerstandsfähigkeit von Porensaum und Verbindungszone gegen jeglichen Verschleiß, auch chemischer Art, auszunutzen.

    Claims (4)

    1. Verfahren zum Herstellen einer auf ihrer gesamten Oberfläche nitriergehärteten Kolbenkrone (2) aus Stahl, wobei beim Härten ein Porensaum (8b), eine Verbindungszone (8a) und eine Diffusionszone (7) gebildet werden, dadurch gekennzeichnet, daß Paßflächen (4), die zur festen Verbindung der Kolbenkrone mit weiteren Kolbenteilen dienen, nach dem Nitrieren geschliffen werden, wobei der Porensaum (8b) abgetragen wird, und daß Nutinnenflächen von Kolbenring-Aufnahmenuten (3) nach dem Härten nicht geschliffen werden.
    2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Stickstoffatmosphäre nitriert wird.
    3. Kolbenkrone (2) aus Stahl, insbesondere für Großdieselmotoren, deren gesamte Oberfläche durch Nitrieren gehärtet ist, wobei die gehärtete Oberfläche einen Porensaum (8b), eine Verbindungszone (8a) und eine Diffusionszone (7) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß Paßflächen (4), die zur festen Verbindung der Kolbenkrone mit weiteren Kolbenteilen dienen, nach dem Nitrieren geschliffen sind, wobei der Porensaum (8b) abgetragen ist, und daß Nutinnenflächen von Kolbenring-Aufnahmenuten (3) nach dem Härten nicht geschliffen sind.
    4. Kolbenkrone nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche in einer Stickstoffatmosphäre gehärtet ist.
    EP19980117125 1998-09-10 1998-09-10 Verfahren zum Härten von Kolbenkronen und Kolbenkrone Expired - Lifetime EP0985739B1 (de)

    Priority Applications (2)

    Application Number Priority Date Filing Date Title
    EP19980117125 EP0985739B1 (de) 1998-09-10 1998-09-10 Verfahren zum Härten von Kolbenkronen und Kolbenkrone
    DE59808370T DE59808370D1 (de) 1998-09-10 1998-09-10 Verfahren zum Härten von Kolbenkronen und Kolbenkrone

    Applications Claiming Priority (1)

    Application Number Priority Date Filing Date Title
    EP19980117125 EP0985739B1 (de) 1998-09-10 1998-09-10 Verfahren zum Härten von Kolbenkronen und Kolbenkrone

    Publications (2)

    Publication Number Publication Date
    EP0985739A1 EP0985739A1 (de) 2000-03-15
    EP0985739B1 true EP0985739B1 (de) 2003-05-14

    Family

    ID=8232606

    Family Applications (1)

    Application Number Title Priority Date Filing Date
    EP19980117125 Expired - Lifetime EP0985739B1 (de) 1998-09-10 1998-09-10 Verfahren zum Härten von Kolbenkronen und Kolbenkrone

    Country Status (2)

    Country Link
    EP (1) EP0985739B1 (de)
    DE (1) DE59808370D1 (de)

    Families Citing this family (2)

    * Cited by examiner, † Cited by third party
    Publication number Priority date Publication date Assignee Title
    DE10214623A1 (de) * 2002-04-02 2003-11-13 Winergy Ag Verfahren zur Behandlung von Verzahnungen
    DE102010033881A1 (de) 2010-08-10 2012-02-16 Mahle International Gmbh Kolben für einen Verbrennungsmotor und Verfahren zu seiner Herstellung

    Family Cites Families (8)

    * Cited by examiner, † Cited by third party
    Publication number Priority date Publication date Assignee Title
    CH545859A (de) * 1970-09-08 1974-02-15
    DE2832970A1 (de) * 1978-07-27 1980-02-07 Schmidt Gmbh Karl Gebauter, fluessigkeitsgekuehlter kolben fuer brennkraftmaschinen
    JPS5528379A (en) * 1978-08-23 1980-02-28 Nippon Piston Ring Co Ltd Wear resistant sliding material for internal combustion engine
    DE3212338C2 (de) * 1981-04-03 1983-02-24 M.A.N. Maschinenfabrik Augsburg-Nürnberg AG, 8900 Augsburg Verfahren zur Herstellung von hochbelastbaren Maschinenteilen, insbesondere Brennkraftmaschinenteilen
    US4643079A (en) * 1985-03-28 1987-02-17 General Motors Corporation Iron piston having selectively hardened ring groove
    JP2786873B2 (ja) * 1988-02-18 1998-08-13 三洋電機株式会社 ピストンの製造方法
    JPH05148612A (ja) * 1991-11-25 1993-06-15 Nippon Piston Ring Co Ltd ピストンリングの製造方法
    JP3846811B2 (ja) * 1995-12-19 2006-11-15 株式会社小松製作所 内燃機関用ピストン

    Also Published As

    Publication number Publication date
    DE59808370D1 (de) 2003-06-18
    EP0985739A1 (de) 2000-03-15

    Similar Documents

    Publication Publication Date Title
    DE69204515T2 (de) Zusammengesetzer Ölring.
    DE10238252B4 (de) Nockenstößel mit Rolle
    DE60021325T2 (de) Hartstoffschicht, damit beschichtetes Gleitteil und Verfahren zu dessen Herstellung
    DE69215452T2 (de) Metalldichtung und Verfahren zu deren Herstellung
    DE102005041408A1 (de) Verfahren zur Herstellung eines Kolbenrings für Verbrennungsmotoren sowie einen derartigen Kolbenring
    DE3502143C2 (de)
    DE4142600C2 (de) Zylinderkopfdichtung
    DE10221800B4 (de) Verfahren zur Erzeugung von Verschleißschichten an Strahlkolbenringen
    DE102006003480B3 (de) Kolbenring
    DE10207078A1 (de) Kolbenring mit einer PVD-Beschichtung
    DE4311507C2 (de) Roll-/Gleitteil und Nockenstößelvorrichtung für Motoren
    WO2000042238A1 (de) Verfahren zur erzeugung eines schutzbelags sowie maschine mit wenigstens einem mit einem schutzbelag versehenen bauteil
    DE3501823C2 (de)
    DE3215709C2 (de)
    DE102005013087B3 (de) Kolben für eine Hubkolbenbrennkraftmaschine mit gehärteten Kolbenringnuten
    WO2009000245A1 (de) Kolbenring
    DE19833825C1 (de) Kolben für eine Hubkolbenbrennkraftmaschine
    EP0985739B1 (de) Verfahren zum Härten von Kolbenkronen und Kolbenkrone
    DE3501822A1 (de) Rissbestaendiger kolbenring und verfahren zu seiner herstellung
    EP3601629B1 (de) Kolbenring mit kugelgestrahlter einlaufschicht und verfahren zur herstellung
    DE69120634T2 (de) Verfahren zum Herstellen der Seitenleiste eines zusammengesetzten Ölrings
    DE102016108088B4 (de) Beschichteter Kolbenring mit Schutzschicht
    DE19905518A1 (de) Kolbenringkombination zur Verwendung bei Verbrennungskraftmotoren
    DE3318325C2 (de) Kolbenring für einen Kolben einer Hubkolben-Brenn-Kraftmaschine
    EP1045175B1 (de) Stopfbuchsenring

    Legal Events

    Date Code Title Description
    PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

    Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

    17P Request for examination filed

    Effective date: 20000107

    AK Designated contracting states

    Kind code of ref document: A1

    Designated state(s): DE FI NL

    AX Request for extension of the european patent

    Free format text: AL;LT;LV;MK;RO;SI

    RIN1 Information on inventor provided before grant (corrected)

    Inventor name: HORST, REINKE

    AKX Designation fees paid

    Free format text: DE FI NL

    17Q First examination report despatched

    Effective date: 20010628

    GRAH Despatch of communication of intention to grant a patent

    Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOS IGRA

    GRAH Despatch of communication of intention to grant a patent

    Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOS IGRA

    GRAA (expected) grant

    Free format text: ORIGINAL CODE: 0009210

    AK Designated contracting states

    Designated state(s): DE FI NL

    REF Corresponds to:

    Ref document number: 59808370

    Country of ref document: DE

    Date of ref document: 20030618

    Kind code of ref document: P

    PLBE No opposition filed within time limit

    Free format text: ORIGINAL CODE: 0009261

    STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

    Free format text: STATUS: NO OPPOSITION FILED WITHIN TIME LIMIT

    26N No opposition filed

    Effective date: 20040217

    PGFP Annual fee paid to national office [announced via postgrant information from national office to epo]

    Ref country code: FI

    Payment date: 20170926

    Year of fee payment: 20

    PGFP Annual fee paid to national office [announced via postgrant information from national office to epo]

    Ref country code: NL

    Payment date: 20170913

    Year of fee payment: 20

    PGFP Annual fee paid to national office [announced via postgrant information from national office to epo]

    Ref country code: DE

    Payment date: 20171108

    Year of fee payment: 20

    REG Reference to a national code

    Ref country code: DE

    Ref legal event code: R071

    Ref document number: 59808370

    Country of ref document: DE

    REG Reference to a national code

    Ref country code: NL

    Ref legal event code: MK

    Effective date: 20180909