PL240847B1

PL240847B1 - Żeliwo szare na odlewy motoryzacyjne

Info

Publication number: PL240847B1
Application number: PL433145A
Authority: PL
Inventors: Antoni Władysław Orłowicz; Marek Mróz; Bogdan Kupiec; Magdalena Jacek-Burek; Magdalena Radoń; Dariusz Pająk; Grzegorz Wnuk
Original assignee: Politechnika Rzeszowska Im Ignacego Lukasiewicza
Priority date: 2020-03-04
Filing date: 2020-03-04
Publication date: 2022-06-13
Also published as: PL433145A1

Abstract

Przedmiotem zgłoszenia jest żeliwo szare na odlewy motoryzacyjne zawiera w składzie chemicznym od 3,7% mas. do 3,8% mas. węgla, 2 5% mas. krzemu, od 0,14% mas. do 0,15% mas. manganu, od 0,08% mas. do 0,50% mas. miedzi, od 0,07% mas. do 0,08% mas. fosforu, od 0,011% mas. do 0,014% mas. siarki oraz od 0,030% mas. Do 0,063% mas. Magnezu. Zgłoszenie obejmuje także sposób kształtowania struktury geometrycznej powierzchni żeliwa, zwłaszcza powierzchni odlewów motoryzacyjnych z żeliwa szarego określonego, który prowadzi się tak, że żeliwo szare o składzie chemicznym zawierającym od 3,7% mas. do 3,8% mas. węgla, 2,5% mas. krzemu, od 0,14% mas. do 0,15% mas. manganu, od 0,08% mas. do 0,50% mas. miedzi, od 0,07% mas. do 0,08% mas. fosforu, od 0,011% mas. do mas. siarki oraz od 0,030% mas. do 0,063% mas. magnezu w pierwszym etapie nagrzewa się do temperatury z zakresu od 790°C do 900°C z szybkością 300°C/h w piecu oporowym z regulatorem temperatury do kontrolowania szybkości nagrzewania. Po osiągnięciu tej temperatury w drugim etapie żeliwo wymraża się w ciekłym azocie przez 1 godzinę. W trzecim etapie powierzchnię żeliwa wytrawia się kwasem azotowym (V) do utworzenia kieszeni smarnych.

Description

PL 240 847 B1

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest żeliwo szare na odlewy motoryzacyjne, zwłaszcza na tuleje silników spalinowych.

Z publikacji W. Kozaczewskiego pt.: „Konstrukcja grupy tłokowo-cylindrowej silników spalinowych”, WKŁ, Warszawa 2004, znane jest przygotowanie struktury geometrycznej powierzchni gładzi tulei cylindrowej, które uwzględnia przeciwstawne oddziaływanie wysokości jej nierówności na zużycie ścierne tulei i pierścieni tłokowych oraz na zużycie oleju silnikowego. Wzrost wysokości nierówności gładzi cylindrowej, przy jednoczesnym braku wykruszeń grafitu oraz braku zawalcowań warstwy przypowierzchniowej, podnosi odporność na zacieranie układu tuleja-pierścień tłokowy, podczas gdy obniżenie wartości nierówności powierzchni gładzi sprzyja zmniejszeniu zużycia oleju.

Dotychczas, większość znanych bloków cylindrowych silników samochodowych wykonywanych jest jako odlewy ciśnieniowe, w których stosowane są tuleje - wtopki z żeliwa szarego z grafitem płatkowym o honowanej powierzchni gładzi.

Z publikacji G. Duka pt.: „Laufflacherigestalltung von Zylinder und Zylinderlaufbuchsen”, Goetzwerke AG. Der Kolbenringe K9, wiadomo, że korzystnym, z uwagi na odporność na zużycie ścierne tulei żeliwnych, jest honowanie dwuetapowe, które polega na osełkowaniu o grubym ziarnie, celem uzyskania nierówności w zakresie od 8 μm do 10 μm, a następnie zatępieniu wierzchołków ich wzniesień osełkami drobnoziarnistymi dla uzyskania wysokości nierówności w zakresie od 2 μm do 8 μm. Efektem tego znanego sposobu, jest uzyskanie powierzchni nośnej - plateau, która stanowi od 50% do 70% powierzchni gładzi.

Znane monobloki silników wysokoprężnych odlewane są w formach piaskowych z perlitycznego żeliwa szarego. Z publikacji W. L. Guesser, I. Maserio, E. Melleras, C. Cabezas pt.: „Fatigue strength of gray iron and compacted graphite iron used for engine cylinder blocks”, SAE Brasil, 2004-01-2222, 2004, wiadomo, że dzięki wyższej wytrzymałości zmęczeniowej żeliwa z grafitem wermikularnym, w porównaniu do żeliwa szarego z grafitem płatkowym można wykonać z niego bloki cylindrowe o mniejszych rozmiarach i mniejszej masie.

Z opisu patentowego PL213037B1 znany jest sposób poprawy odporności na zużycie ścierne tulei wtopek z silnie nadeutektycznego siluminu o składzie chemicznym zapewniającym utworzenie się faz międzymetalicznych i kryształów krzemu pierwotnego, poprzez wytrawienie aluminiowej osnowy, celem uzyskania naturalnych kieszeni smarnych otaczających wyeksponowane kryształy krzemu pierwotnego oraz faz międzymetalicznych tworzących powierzchnię nośną. W kieszeniach smarnych gromadzi się olej silnikowy, a podczas pracy pary trącej również nanocząsteczki produktów zużycia kryształów krzemu i faz międzymetalicznych, tworząc ciągłą warstwę ochronną o właściwościach przeciwzatarciowych i przeciwzużyciowych.

Celem wynalazku było opracowanie nowego żeliwa szarego na odlewy motoryzacyjne.

Żeliwo szare na odlewy motoryzacyjne zawierające grafit, według wynalazku charakteryzuje się tym, że zawiera w składzie chemicznym od 3,7% do 3,8% mas. węgla, 2,5% mas. krzemu, od 0,14% do 0,15% mas. manganu, od 0,08% do 0,50% mas. miedzi, od 0,07% do 0,08% mas. fosforu, od 0,011% do 0,014% mas. siarki oraz od 0,030% do 0,063% mas. magnezu, reszta żelazo.

Korzystnie, posiada ono wydzielenia grafitu sferoidalnego i/lub posiada ono wydzielenia grafitu wermikularnego, przy czym wydzielenia grafitu wermikularnego stanowią 85% a wydzielenia grafitu sferoidalnego stawią 15%, zaś grafit sferoidalny ma wielkość z zakresu od 15 μm do 55 μm.

Dalsze korzyści uzyskiwane są, jeżeli posiada ono dwufazową osnowę martenzytyczno-ferrytyczną, przy czym osnowa martenzytyczno-ferrytyczna zawiera od 30% do 50% mas. ferrytu, lub też posiada ono dwufazową osnowę bainityczno-ferrytyczną, przy czym osnowa bainityczno-ferrytyczna zawiera od 30% do 50% mas. ferrytu.

Żeliwo szare na odlewy motoryzacyjne, będące przedmiotem wynalazku, ma znacznie większą odporność na zużycie ścierne w porównaniu do dotychczas znanych rozwiązań.

Przedmiot wynalazku pokazano w przykładach realizacji.

Żeliwo szare na odlewy motoryzacyjne, według wynalazku, w pierwszym przykładzie wykonania zawiera w swoim składzie chemicznym 3,70% mas. C, 2,50% mas. Si, 0,15% mas. Mn, 0,50% mas. Cu, 0,08% mas. P, 0,014% mas. S, 0,063% mas. Mg, zaś resztę stanowi żelazo. Dzięki zawartości magnezu, żeliwo posiada wydzielenia grafitu sferoidalnego, które mają rozmiary w zakresie od 15 μm do 50 μm. Ponadto żeliwo posiada osnowę martenzytyczno-ferrytyczną o 30% zawartości ferrytu.

Claims

PL 240 847 B1

Żeliwo szare na odlewy motoryzacyjne, według wynalazku, w drugim przykładzie wykonania zawiera w swoim składzie chemicznym 3,80% mas. C, 2,50% mas. Si, 0,14% mas. Mn, 0,08% mas. Cu, 0,07% mas. P, 0,011% mas. S, 0,030% mas. Mg, zaś resztę stanowi żelazo. Dzięki zawartości magnezu, żeliwo posiada wydzielenia grafitu, które w 85% są wydzieleniami grafitu wermikularnego, zaś w 15% są wydzieleniami grafitu sferoidalnego. Wydzielenia mają rozmiary w zakresie od 15 μm do 55 μm. Ponadto żeliwo posiada osnowę bainityczno-ferrytyczną o 50% zawartości ferrytu.

Zastrzeżenia patentowe

1. Żeliwo szare na odlewy motoryzacyjne zawierające grafit, znamienne tym, że zawiera w składzie chemicznym od 3,7% do 3,8% mas. węgla, 2,5% mas. krzemu, od 0,14% do 0,15% mas. manganu, od 0,08% do 0,50% mas. miedzi, od 0,07% do 0,08% mas. fosforu, od 0,011% do 0,014% mas. siarki oraz od 0,030% do 0,063% mas. magnezu, reszta żelazo.
2. Żeliwo szare według zastrz. 1, znamienne tym, że posiada ono wydzielenia grafitu sferoidalnego.
3. Żeliwo szare według zastrz. 1 albo 2, znamienne tym, że posiada ono wydzielenia grafitu wermikularnego.
4. Żeliwo szare według zastrz. 3, znamienne tym, że wydzielenia grafitu wermikularnego stanowią 85% a wydzielenia grafitu sferoidalnego stanowią 15%.
5. Żeliwo szare według zastrz. 2 albo 4, znamienne tym, że grafit sferoidalny ma wielkość z zakresu od 15 μm do 55 μm.
6. Żeliwo szare według jednego z zastrz. od 1 do 5, znamienne tym, że posiada ono dwufazową osnowę martenzytyczno-ferrytyczną.
7. Żeliwo szare według zastrz. 6, znamienne tym, że osnowa martenzytyczno-ferrytyczna zawiera od 30% do 50% mas. ferrytu.
8. Żeliwo szare według jednego z zastrz. od 1 do 5, znamienne tym, że posiada ono dwufazową osnowę bainityczno-ferrytyczną.
9. Żeliwo szare według zastrz. 8, znamienne tym, że osnowa bainityczno-ferrytyczna zawiera od 30% do 50% mas. ferrytu.