FR2726035A1 - CYLINDER SHIRT FOR AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE - Google Patents

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Abstract

L'invention concerne une chemise de cylindre pour un moteur à combustion interne. Dans une chemise de cylindre pour un moteur à combustion interne, qui est formée de fonte perlitique à graphite sphéroïdal en tant qu'alliage de base, la structure de la fonte comportant des quantités de cémenti / te stéadite nettement limitées et réparties uniformément selon un réseau, du bore et/ou du phosphore sont ajoutés à l'alliage de base, ainsi qu'en outre, le cas échéant, du nickel, du molybdène, du chrome, de l'azote, de l'étain et du vanadium, dans des limites d'analyse déterminées en tant qu'éléments d'alliage. Application notamment aux gros moteurs diesel.The invention relates to a cylinder liner for an internal combustion engine. In a cylinder liner for an internal combustion engine, which is formed of pearlitic cast iron with spheroidal graphite as the base alloy, the structure of the cast iron comprising clearly limited amounts of cementitious / stearite distributed uniformly in a network , boron and / or phosphorus are added to the base alloy, as well as, in addition, where appropriate, nickel, molybdenum, chromium, nitrogen, tin and vanadium, in analysis limits determined as alloying elements. Application in particular to large diesel engines.

Description

L'invention concerne une chemise de cylindre pour un moteur à combustionThe invention relates to a cylinder liner for a combustion engine

interne, notamment pour un grosinternal, especially for a big

moteur diesel.diesel motor.

L'invention concerne une chemise de cylindre pour un moteur à combustion interne, notamment pour un gros  The invention relates to a cylinder liner for an internal combustion engine, in particular for a large

moteur diesel.diesel motor.

D'après la demande de brevet européen EP 0 525 540 A1, on connaît une chemise de cylindre, notamment pour un gros moteur diesel, qui est formée par coulée de fonte perlitique à graphite sphéroïdal en tant qu'alliage de base, et la structure de la fonte comporte des quantités de cémentite / stéadite nettement délimitées et réparties selon un réseau et qui occupent un pourcentage de surface de 3 à 8%. En outre 0,01 à 0,03 pour cent en poids de bore et/ou 0,2 à 0,4 pour cent en poids de phosphore et - le cas échéant - 0,1 à 0,3 pour cent en poids de vanadium sont ajoutés, en tant qu'éléments d'alliage, à l'alliage de base. Une telle chemise pour cylindre possède une solidité extrêmement élevée et de très bonnes caractéristiques d'usure et de fonctionnement. Ces solidités élevées sont nécessaires dans les moteurs diesel modernes de grande  According to the European patent application EP 0 525 540 A1, there is known a cylinder liner, in particular for a large diesel engine, which is formed by casting of pearlitic graphitic cast iron as a base alloy, and the structure cast iron contains clearly defined quantities of cementite / stéadite distributed in a network and occupy a surface percentage of 3 to 8%. In addition, 0.01 to 0.03 percent by weight of boron and / or 0.2 to 0.4 percent by weight of phosphorus and, if appropriate, 0.1 to 0.3 percent by weight of vanadium. are added, as alloying elements, to the base alloy. Such a cylinder liner has extremely high strength and very good wear and function characteristics. These high solidities are needed in modern large diesel engines

puissance pour éviter la formation de fissures.  power to prevent the formation of cracks.

La présente invention a pour but d'améliorer plus encore les caractéristiques positives d'une chemise de cylindre du type indiqué, comme par exemple la résistance à la chaleur, la stabilité de forme et la résistance à  The object of the present invention is to further improve the positive characteristics of a cylinder liner of the type indicated, such as, for example, heat resistance, shape stability and resistance to

l'usure à des températures accrues.  wear at increased temperatures.

Ce problème est résolu conformément à l'invention grâce au fait que la chemise est constituée par de la fonte perlitique à graphite sphéroïdal et présentant les limites d'analyse suivantes: 2,8 à 3,9 % en poids de carbone 1,5 à 3 % en poids de silicium 0,05 à 1 % en poids de manganèse moins de 0,02 % en poids de soufre 0,025 à 0, 07% en poids de magnésium 0,1 à 2 % de cuivre 0,005 à 0,03 % en poids de bore et/ou 0,1 à 0,4 % en poids de phosphore 0,1 à 2 % en poids de nickel 0,1 à 1 % en poids de molybdène 0,05 à 0,5 % en poids de chrome 0,01 à 0,05 % en poids de titane 0,002 à 0,014 % en poids d'azote 0,005 à 0,1 % en poids d'étain le reste étant formé de fer, la structure de la fonte comportant, en dehors des insertions en graphite sphéroïdal, également des quantités de cémentite / stéadite nettement délimitées, réparties uniformément selon un réseau et qui occupent un pourcentage  This problem is solved according to the invention by virtue of the fact that the jacket consists of pearlitic graphite pearlitic cast iron and having the following analysis limits: 2.8 to 3.9% by weight of carbon 1.5 to 3% by weight of silicon 0.05 to 1% by weight of manganese less than 0.02% by weight of sulfur 0.025 to 0.07% by weight of magnesium 0.1 to 2% of copper 0.005 to 0.03% by weight of boron and / or 0.1 to 0.4% by weight of phosphorus 0.1 to 2% by weight of nickel 0.1 to 1% by weight of molybdenum 0.05 to 0.5% by weight of chromium 0.01 to 0.05% by weight of titanium 0.002 to 0.014% by weight of nitrogen 0.005 to 0.1% by weight of tin, the remainder being formed of iron, the structure of the pig iron including, apart from spheroidal graphite insertions, also clearly defined quantities of cementite / stéadite, distributed uniformly over a network and occupying a percentage

de surface compris entre 3 et 8 %.surface area of between 3 and 8%.

Les caractéristiques particulières de la structure ont été obtenues au moyen d'éléments d'alliage qui ont été ajoutés. Ainsi, la formation du graphite sphéroïdal a été obtenue de façon obtenue par addition de Mg ou de Mg plus Ce. On a obtenu une accélération de la précipitation de cémentite / stéatite dans la masse fondue solidifiée aux dépends du pourcentage de graphite, et la disposition spatiale nettement délimitée en forme de réseau des quantités de cémentite / stéadite ainsi que leur pourcentage de surface par addition de faibles quantités de bore et/ou de phosphore et - le cas échéant - de vanadium à la fonte perlitique à graphite sphéroïdal et présentant les limites d'analyse suivantes: 2,8 à 3,9 % en poids de carbone 1,5 à 3 % en poids de silicium 0,05 à 1 % en poids de manganèse moins de 0,02 % en poids de soufre 0,025 à 0,07 % en poids de magnésium 0, 1 à 2 % en poids de cuivre le reste étant formé de fer, en tant qu'alliage de base et avec les quantités suivantes en pourcentage en poids: 0,005 à 0,03 % en poids de bore, et éventuellement 0,1 à 0, 4 % en poids de phosphore 0,05 à 0,4 % en poids de vanadium. L'addition d'autres éléments de l'alliage dans les limites d'analyse ainsi indiquées ci-après favorise l'obtention d'autres caractéristiques positives comme par exemple la résistance à la chaleur, la stabilité de forme à des températures accrues, une résistance accrue à l'usure, grace à la présence de perlite en forme de fines bandes, un  The particular characteristics of the structure were obtained by means of alloying elements which were added. Thus, the formation of spheroidal graphite was obtained in a manner obtained by addition of Mg or Mg plus Ce. Acceleration of cementite / steatite precipitation in the solidified melt at the expense of the percentage of graphite was obtained, and the well-defined lattice-like spatial arrangement of cementite / stéadite quantities as well as their percentage of surface area by addition of low quantities of boron and / or phosphorus and - where appropriate - vanadium to pearlitic graphite pearlitic cast iron and having the following analysis limits: 2.8 to 3.9% by weight of carbon 1,5 to 3% by weight of silicon 0.05 to 1% by weight of manganese less than 0.02% by weight of sulfur 0.025 to 0.07% by weight of magnesium 0.1 to 2% by weight of copper the balance being formed of iron as the base alloy and with the following amounts in weight percent: 0.005 to 0.03% by weight of boron, and optionally 0.1 to 0.4% by weight of phosphorus 0.05 to 0.4 % by weight of vanadium. The addition of other elements of the alloy within the analysis limits thus indicated hereafter makes it possible to obtain other positive characteristics, such as, for example, heat resistance, shape stability at increased temperatures, increased resistance to wear, thanks to the presence of pearlite in the form of thin strips, a

autre pourcentage réduit de ferrite ainsi que des carbu-  other reduced percentage of ferrite as well as

res / nitrures spéciaux très durs: 0,1 à 2 % en poids de nickel 0, 1 à 1 % en poids de molybdène 0,05 à 0,5 % en poids de chrome 0, 01 à 0,05 % en poids de titane, 0,002 à 0,014 % en poids d'azote  res / special hard nitrides: 0.1 to 2% by weight of nickel 0.1 to 1% by weight of molybdenum 0.05 to 0.5% by weight of chromium 0.01 to 0.05% by weight of titanium, 0.002 to 0.014% by weight of nitrogen

0,005 à 0,1 % en poids d'étain.0.005 to 0.1% by weight of tin.

La forme sphéroïdale du graphite accroît la résistance à la traction et la résilience de la structure  The spheroidal shape of graphite increases the tensile strength and resilience of the structure

de la chemise de cylindre.of the cylinder liner.

En raison de la disposition spatiale particulière des quantités de cémentite / stéadite nettement délimitées dans la structure, la surface de la chemise de cylindre possède - comme dans le cas de la fonte alliée de façon correspondante et contenant du graphite lamellaire - un relief réticulaire présentant une finesse microscopique et qui garantit une bonne adhérence pour une pellicule de lubrifiant. Ceci garantit un bon comportement de glissement des segments de piston sur la surface de la chemise du cylindre. Il faut régler la teneur en bore, phosphore et vanadium dans les limites indiquées précédemment de manière à obtenir les caractéristiques désirées pour la fonte et des caractéristiques particulières optimisées en fonction du cas particulier. Par exemple, le phosphore accroît la résistance à l'usure tout en agissant également en la fragilisant, mais on obtient, avec les trois éléments d'alliage que sont le bore, le phosphore et le vanadium, la meilleure répartition selon un réseau réticulaire des quantités de cémentite / stéadite. Le bore favorise au maximum la résistance à l'usure de la structure et fournit d'une manière générale une répartition selon un réseau des quantités de cémentite / stéadite pas aussi bonne que ce que fournit le phosphore, tandis que le vanadium favorise la résistance à la traction et à l'usure, en conduisant en général à peine à une répartition selon un réseau des quantités de cémentite / stéadite et par conséquent conviendrait peu en tant qu'élément supplémentaire  Due to the particular spatial arrangement of the clearly defined amounts of cementite / stéadite in the structure, the surface of the cylinder liner has - as in the case of the corresponding alloy cast and containing lamellar graphite - a reticular microscopic fineness and which guarantees a good adhesion for a film of lubricant. This ensures good sliding behavior of the piston rings on the surface of the cylinder liner. The boron, phosphorus and vanadium content must be adjusted within the limits indicated above so as to obtain the characteristics desired for the melting and particular characteristics optimized according to the particular case. For example, phosphorus increases the wear resistance while also acting by weakening it, but with the three alloying elements boron, phosphorus and vanadium, the best distribution according to a lattice network is obtained. amounts of cementite / stéadite. Boron maximizes the wear resistance of the structure and generally provides a network distribution of cementite / stéadite amounts not as good as that provided by phosphorus, while vanadium promotes resistance to traction and wear, usually leading to a network distribution of cementite / stéadite quantities and therefore would be of little value as an additional element

d'alliage, sans bore et/ou sans phosphore.  alloy, without boron and / or without phosphorus.

Par conséquent, on a indiqué une chemise de cylindre, qui est comparativement appropriée et peut être fabriquée au moyen d'une opération de coulée et qui non seulement satisfait aux exigences, qui lui sont imposées en matière de résistance à la traction et à l'usure, mais possède simultanément la caractéristique de surface nécessaire pour l'obtention d'une action suffisante de lubrification.  Therefore, a cylinder liner, which is comparatively suitable and can be made by means of a casting operation, has been indicated which not only meets the requirements imposed on it in terms of tensile strength and strength. wear, but at the same time has the surface characteristic necessary for obtaining a sufficient lubrication action.

Claims (2)

REVENDICATIONS 1. Chemise de cylindre pour un moteur à combustion interne, notamment pour un gros moteur diesel, caractérisée en ce qu'elle est réalisée en fonte perlitique à graphite sphéroïdal, avec les limites d'analyse suivan- tes: 2,8 à 3,9 % en poids de carbone 1,5 à 3 % en poids de silicium 0,05 à 1 % en poids de manganèse moins de 0, 02 % en poids de soufre 0,025 à 0,07% en poids de magnésium 0,1 à 2 % de cuivre 0,005 à 0,03 % en poids de bore et/ou 0,1 à 0,4 % en poids de phosphore 0,1 à 2 % en poids de nickel 0,1 à 1 % en poids de molybdène 0,05 à 0,5 % en poids de chrome 0,01 à 0,05 % en poids de titane 0,002 à 0,014 % en poids d'azote 0,005 à 0,1 % en poids d'étain le reste étant formé de fer, que la structure de la fonte comportant, en dehors des insertions en graphite sphéroïdal, également des quantités de cémentite / stéadite nettement limitées, réparties uniformément selon un réseau et qui occupent un pourcentage  Cylinder liner for an internal combustion engine, especially for a large diesel engine, characterized in that it is made of pearlitic graphitic cast iron, with the following analysis limits: 2.8 to 3, 9% by weight of carbon 1.5 to 3% by weight of silicon 0.05 to 1% by weight of manganese less than 0.02% by weight of sulfur 0.025 to 0.07% by weight of magnesium 0.1 to 2% copper 0.005 to 0.03% by weight of boron and / or 0.1 to 0.4% by weight of phosphorus 0.1 to 2% by weight of nickel 0.1 to 1% by weight of molybdenum 0 0.5 to 0.5% by weight of chromium 0.01 to 0.05% by weight of titanium 0.002 to 0.014% by weight of nitrogen 0.005 to 0.1% by weight of tin, the remainder being formed of iron, whereas, apart from the spheroidal graphite inserts, the structure of the cast iron also contains significantly smaller quantities of cementite / stéadite, distributed evenly over a network and occupying a percentage de surface compris entre 3 et 8 %.surface area of between 3 and 8%. 2. Chemise de cylindre pour un moteur à combustion interne selon la revendication 1, caractériséeen ce que la fonte contient un additif de 0,05 à 0,4 % en poids de vanadium, en tant qu'élément d'alliage aux dépends  Cylinder liner for an internal combustion engine according to claim 1, characterized in that the cast iron contains an additive of 0.05 to 0.4% by weight of vanadium, as an alloying element at the expense of de l'élément résiduel formé de fer.  of the residual element formed of iron.
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