SE527983C2 - Nötningsbeständigt glidorgan - Google Patents

Description

20 25 30 527 983 fattning i motorganet som glidorganet samverkar med. Dessutom uppstår ett annat problem på så sätt att skrovligheten hos den varmsprutade beläggningens begynnelseyta är stor och resulterar i ett mindre kontaktomráde med det samverkande organet, varige- nom man får sämre värmeledningsförmàga, varvid nötningen i det samverkande organet ökas ännu mer.

Syftet med denna uppfinning är att lösa de ovannämnda pro- blemen. Ett màl med uppfinningen är således att åstadkomma ett nötningsbeständigt glidorgan som är utmärkt då det gäller egen- skapen att ha mindre negativ inverkan på motparten och som vida- re kan minska nötningen, speciellt begynnelsenötningen, hos det samverkande organet.

SAMNMNEATTNING AV UPPFINNINÉHN För att ovannämnda målet skall nås anordnas enligt uppfin- ningen ett nötningsbeständigt glidorgan med en varmsprutad be- läggning på sin glidyta, varvid den varmsprutade beläggningen innefattar ett slipbeständigt skikt och ett inkörningsskikt. In- körningsskiktet bildas genom att man pà den yttre omkretsytan hos det nötningsbeständiga skiktet varmsprutar ett material som är valt som ett varmsprutningsmaterial ur gruppen material som bestàr av ren koppar, mässing och brons. Den yttre omkretsytan bearbetas inte innan inkörningsskiktet anbringas på den. Efter- som ren koppar, mässing och brons samtliga har liten hårdhet och utmärkt värmeledningsförmàga möjliggör det ovan angivna arrange- manget enligt uppfinningen att man kan påföra ett inkörnings- skikt som är mjukt och som har stor värmeledningsförmåga.

Enligt en annan aspekt av uppfinningen kan såväl mässingen som bronsen som är utvalda ur den ovannämnda materialgruppen fö- reträdesvis innehàlla koppar i en omfattning av mer än 91 vikt- procent. En högre viktprocent koppar som ingår i inkörningsskik- tet gör det möjligt för kopparens ovan beskrivna egenskaper att framträda mera effektivt.

I ytterligare en aspekt av uppfinningen kan inkörningsskik- tet företrädesvis utformas med större skikttjocklek än maximi- 10 15 20 25 30 527 983 höjden hos ytojämnheterna eller den maximala ytojämnheten hos det nötningsbeständiga skiktet. Detta gör det möjligt för inkör- ningsskiktet att glida mot det samverkande organet över hela in- körningsskiktets yta när inkörningsskiktet har slitits ned med nästan den maximala ytskrovligheten hos det nötningsbeständiga skiktet.

Med det nötningsbeständiga glidorganet anordnat på det ovan beskrivna sättet uppnås enligt denna uppfinning fördelen att man får ett nötningsbeständigt glidorgan som har utmärkta egenskaper på så sätt att det inverkar mindre förstörande pà det samverkan- de organet och att det kan minska nötningen hos det samverkande organet, speciellt begynnelsenötningen.

KORT BESKRIVNING AV RITNINGARNA Fig. 1 är en i förstoring visad partiell tvärsektionsvy av en kolvring 1 som tjänstgör som ett nötningsbeständigt glidorgan enligt en utföringsform av uppfinningen inkluderande en varm- sprutad beläggning 4, fig. 2a är en i förstoring visad partiell tvärsektionsvy av den varmsprutade beläggningen 4 i fig. 1 före användning, fig. 2b är en i förstoring visad partiell tvärsek- tionsvy av den varmsprutade beläggningen 4 i fig. l efter an- vändning under en bestämd tid, fig. 3 visar schematiskt en ro- terande nötningsprovare 10 av roterande typ yta mot yta och fig. 4 är en schematisk vy av en nötningsprovare 20 av Amsler-typ.

Bssmrvnmc Av m: vönznmsæm umrönmcsrommmm Ett såsom exempel tjänande nötningsbeständigt glidorgan en- ligt uppfinningen kommer nu att beskrivas med hänvisning till fig. 1 och 2.

Fig. 1 är en i förstoring visad partiell tvärsektionsvy av en kolvring 1 som utgör ett nötningsbeständigt glidorgan enligt uppfinningen. På den yttre omkretsglidytan 3 på kolvringens l basmaterial 2 är en varmsprutad beläggning 4 bildad. Den varm- sprutade beläggningen 4 består av ett nötningsbeständigt skikt 5 och ett inkörningsskikt 6. Basmaterialet 2 består av gjutjärn och dess yttre omkretsglidyta 3 är formad genom bearbetning. Den 10 15 20 25 30 527 983 yttre omkretsglidytan 3 utsätts för slip-. avfettningS“ °Ch blästringsförfaranden före varmsprutningen så att den får en slutgiltig ojämnhet på mellan 10 och 79 umRz. Pâ den yttre om- kretsglidytan 3 som är fullbordad på detta sätt bildas det nöt- ningsbeständiga skiktet 5 genom varmsprutning med några nöt- ningsbeständiga varmsprutmaterial i vilka Mo ingår som huvuddel, såsom Mo, en blandning av Mo och (NiCr), en blandning av Mo och (NiCr) och kromkarbid (Cr3C2) och en blandning av Mo och (NiCr) och kromoxid (Cr2O3). Med detta arrangemang får man en varmspru- tad beläggning som är utmärkt både då det gäller nötningsbestän- dighet och slipbeständighet.

På detta nötningsbeständiga skikt 5 framställs inkörnings- skiktet 6 genom att man varmsprutar ett varmsprutningsmaterial som är valt ur gruppen ren koppar (Cu), mässing (CuZn) och brons (CuSn), där mässingen och bronsen innehåller koppar som uppgår till mer än 91 viktprocent. Innan materialet för inkörningsskik- tet 6 varmsprutas utsätts ytan för det nötningsbeständiga skik- tet 5 aldrig för en bearbetning såsom slipning och blästring.

Varmsprutningen för att bilda inkörningsskiktet 6 utförs omedel- bart sedan det nötningsbeständiga skiktet 5 har framställts och innan det nötningsbeständiga skiktet 5 har svalnat. Inkörnings- skiktet 6 får således utmärkt vidhäftning eftersom ytskrovlighe- ten hos det slipbeständiga skiktet 5 bibehålls därför att skik- tet 5 inte har bearbetats och eftersom varmsprutning för att bilda inköningsskiktet 6 utförs omedelbart efter det att det nötningsbeständiga skiktet 5 har framställts. Tjockleken hos den på detta sätt bildade dubbelskiktade varmsprutade beläggningen 4 uppgår till 100 pm eller mera. Såsom är visat i fig. 2a får in- körningsskiktet 6 beläggningstjockleken T som är större än den maximala ytskrovligheten Ry hos det nötningsbeständiga skiktet 5. Ytan pà inkörningsskiktet 6 utsätts inte för några andra av- slutningsförlopp än bias groove-skärning.

Sedan hopmonteras den på ovan beskrivet sätt anordnade kolvringen l med ett cylinderfoder (inte visat) som samverkande 10 15 20 25 30 527 983 organ för användning. Inkörningsskiktet 6 som är mjukt och som har utmärkt värmeledningsförmåga har då formats så att det har en beläggningstjocklek som är större än den maximala ytskrovlig- heten hos det nötningsbeständiga skiktets 5 skrovlighet såsom har beskrivits ovan. Nötningsmomenten under ingreppet mellan in- körningsskiktet 6 och cylinderfodret utvecklas därefter enligt nedan. I det första momentet, dvs under begynnelseinkörningsti- den i ingreppet, slits inkörningsskiktet 6 pà ytterst kort tid ned till en nivå som ligger nära den högsta punkten hos det nöt- ningsbeständiga skiktets 5 ytskrovlighet såsom är visat i fig. 2b. Så länge som ytan på kolvringen l endast är täckt med inkör- ningsskiktet 6 kommer å andra sidan nötningen av det samverkande cylinderfodret att bli ytterst ringa eftersom inkörningsskiktet 6 är mjukt jämfört med det samverkande fodret och således slits ned snabbare än det samverkande fodret. Detta utgör en slående kontrast mot den ytterst snabba begynnelsenötningen som cylin- derfodret utsätts för då det ingriper med ett värmesprutat skikt 4 som har ett enda skikt av det nötningsbeständiga skíktet 5 men inte inkörningsskiktet 6.

Sedan inkörningsskiktet 6 har nötts ned till en nivå nära den högsta punkten hos det nötningsbeständiga skiktets 5 yt- skrovlighet kommer i det andra momentet både kolvringens 1 varm- sprutade beläggning 4 och det samverkande cylinderfodret att nö- tas successivt. Närmare bestämt nöts de successivt på likartat sätt med den nötning som inträffar sedan begynnelsenötningsför- loppet har fullbordats då glidorganet 1 har en varmsprutad be- läggning i ett enda skikt, dvs det nötningsbeständiga skíktet 5.

Om med andra ord det varmsprutade skíktet 4 på kolvringen 1 är försett med inkörningsskiktet 6 kan omfattningen av nötning i det samverkande cylinderfodret minskas med ungefär omfattningen av begynnelsenötning som skulle ha inträffat på det samverkande cylinderfodret om glidorganets 1 varmsprutade beläggning 4 skul- le ha haft ett enda skikt bestående av det nötningsbeständiga skíktet 5. 10 15 20 527 983 Beskrivning av exempel på varmsprutade beläggningar och provning av dessa Nötningsbeständiga glidorgan enligt uppfinningen kommer att diskuteras ytterligare nedan i anslutning till flera prov som har utförts på provstycken av utföringsformer av uppfinningen (betecknade ”Utföringsform”) i tabellen nedan och konventionella prov som inte utgör utföringsformer av uppfinningen för jämfö- relse med proven enligt utföringsformen (”Jämförelse” i tabellen nedan). Såsom är visat i nedanstående tabell 1 utgör proven 4 t.o.m. 9 prov pà utföringsformer enligt uppfinningen med både ett nötningsbeständigt skikt 5 och ett inkörningsskikt 6 som den varmsprutade beläggningen 4. Proven 1, 2 och 3 är jämförelseprov med bara ett nötningsbeständigt skikt 5 som den varmsprutade be- läggningen 4 men inget inkörningsskikt 6. Inget skikt eller skikten 5, 6 hos den varmsprutade beläggningen 4 har utsatts för maskinbearbetning. Klassningen av provstycken, komponenter i de nötningsbeständiga skikten och komponenter i inkörningsskikten jämte viktprocent koppar är visade i tabell 1.

Tabell 1 Provstycke Nötningsbeständigt skikt Inkörningsskikt (vikt-% Cu) Nr 1 Jämförelse Mo Fanns ej Nr 2 Jämförelse (Mo)(NiCr) Fanns ej Nr 3 Jämförelse (Al)(Fe)(Cu) Fanns ej Nr 4 Utföringsform Mo Cu (lO0%) Nr 5 Utföringsform (Mo)(NiCr) CU (l00%) Nr 6 Utföringsform (MO)(NiCr)(Cr3C2) Cu (l00%) Nr 7 Utföringsform. (MO)(NiCr)(Cr2C3) Cu (100%) Nr 8 Utföringsform Mo CuZn (92%) Nr 9 Utföringsform Mo CuSn (92%) varmsprutade beläggningar bildas medelst plastmasprutning. Be- tingelserna för plasmasprutningen var följande: 10 15 20 25 30 527 983 Använd sprutpistol: 9MB Plasma Gun från Sulzer Metco Spänning: 60-70 V Ström: 500 A Slipprov, nötningsprov och undersökningar om ingrepp pà motparten utfördes på varje prov framställt enligt ovan.

Sligprcv Kritiska anläggningstryck då det gällde slipning uppmättes på varje prov ll med användning av en slipprovare 10 av roteran- de typ yta mot yta såsom är visat i fig. 3. Varje provstycke 11 bland jämförelse- och utföringsformprovstycken hölls i kontakt med ett specificerat anliggningstryck P1 under en bestämd tid mot en roterande yta pà ett roterande provstycke av det samverkande materialet 12 som roterade med konstant hastighet. Anliggnings- trycket uppmättes då som ett kritiskt anliggningstryck då slip- ning inträffade. Trycket pålades på så sätt att ett initialtryck inställdes till 2,5 MPa och höjdes till 5 MPa efter en begynnel- seperiod pà 30 min och sedan höjdes ytterligare successivt med 1 MPa för varje 5 minut därefter.

Provbetingelserna var följande: Omkretshastighet: 5 m/s, Smörjolja: SAE30 + fotogen (white kerosene) (1:1), Mängd tillförd smörjolja: ingen smörjning efter begynnelseapplicering Samverkande material: Tarkalloy (ett borgjutjärn med detta handelsnamn och ägt av Nippon Piston Ring Co., Ltd.) Slipprov och prov md ingrepp på samverkande material Omfattningen av nötning av varje provstycke 21 och det sam- verkande materialet mättes med användning av en nötningsprovare 20 av Amsler-typ såsom är visat i fig. 4. Närmare bestämt upp- mättes omfattningen av begynnelsenötning medan varje provstycke 21 hölls i kontakt under ett bestämt yttryck P2 under en bestämd tid mot den yttre omkretsytan på det samverkande materialet 22 som roterade med konstant hastighet. 10 15 20 527 983 Provningsbetingelserna var följande: Omkretshastighet: 1 m/s Belastning: 441 N Smörjoljaz lagerolja (känt under varunamn tillhörande Nippon Mitsubishi Oil Corporation) Oljetemperaturz 80i10°C Mängd tillförd smörjolja: 10'%m3/min Provningens varaktighet: 7 timmar Samverkande material: Tarkalloy borgjutjärn (känt un- der varunamn ägt av Nippon Piston Ring Co., Ltd.) Mätresultaten från varje provstycke är visade i tabell 2 uttryckta som mätningar på (1) kritiskt lagertryck för slipning, (2) omfattning av provstyckenas 21 nötning, och (3) omfattning av det samverkande materialets 22 nötning. För jämförelse är re- sultaten visade såsom värden i förhållande till mätningarna på provstycke Nr 1, vilka är inställda till det nominella värdet 100.

Tabell 2 Provstycke (1) Kritiskt (2) Nötning av (3) Nötning av tryck för slipn. provstycken samverkande del Nr 1 Jämför. 100 100 100 Nr 2 Jämför. 130 83 120 Nr 3 Jämför. 104 198 66 Nr 4 Utför.form 110 730 33 Nr 5 Utför.form 135 680 35 Nr 6 Utför.form 120 650 48 Nr 7 Utför.form 120 660 45 Nr 8 Utför.form 110 700 40 Nr 9 Utför.form 112 690 42 Som man ser av resultaten ovan har det bekräftats att om- fattningen av nötning av det samverkande materialet i ingrepp med provstyckena 4-9 i utföringsformen är betydligt mindre än fallet med de jämförande provstyckena 1-3. När man jämför resul- 10 15 20 25 30 527 983 taten fràn provstycket i utföringsform 4 med resultaten från jämförelseprovstycket 1 och jämför resultaten från provstycket i utföringsform 5 med dem från jämförelseprovstycket 2 blir närma- re bestämt den enda skillnaden mellan dessa provstycken närvaron av ett inkörningsskikt 6 av Cu (l00%) på det nötningsbeständiga skiktet 5. Denna enda skillnad åstadkommer den märkliga skillna- den i omfattningen av nötning som det samverkande materialet ut- sätts för. Härigenom visas således klart att bara genom att ett inkörningsskikt 6 av Cu (100%) förekommer kan omfattningen av det samverkande materialets nötning reduceras i hög grad, samti- digt som det kritiska lagertrycket för slipning ökas. Även vid jämförelse med provstycket 3 för jämförelse, vilket innehåller Cu i det nötningsbeständiga skiktet, ser man att omfattningen av nötning av det samverkande materialet för provstyckena i utfö- ringsformerna 4-9 minskas i märklig grad, varjämte de kritiska lagertrycken för slipning ökas. Provstyckena enligt utförings- formerna 4-9 är således helt klart överlägsna då det gäller egenskaperna med mindre ingrepp mot de samverkande delarna resp slipbeständigheten.

Såsom har beskrivits ovan är det nötningsbeständiga glidor- ganet enligt uppfinningen ett nötningsbeständigt glidorgan med en varmsprutad beläggning bildad på sin glidyta, varvid den varmsprutade beläggningen innefattar ett nötningsbeständigt skikt och ett inkörningsskikt. Inkörningsskiktet är bildat på det nötningsbeständiga skiktets yttre omkretsyta genom varm- sprutning av ett material som är valt som ett varmsprutningsma- terial i gruppen material som består av ren koppar, mässing och brons. Den yttre omkretsytan bearbetas inte innan inkörnings- skiktet bildas.

Det pá detta sätt anordnade nötningsbeständiga glidorganet enligt uppfinningen har således en tydlig och enastående fördel på så sätt att det gör det möjligt för det samverkande materia- let få sin nötning, särskilt begynnelsenötning, minskad i särde- les hög grad. Detta innebär att det nötningsbeständiga glidorga- 10 527 983 10 net enligt uppfinningen har en avgörande överlägsenhet då det gäller egenskaper med mindre ingrepp i det samverkande materia- let.

Följaktligen har det nötningsbeständiga glidorganet enligt uppfinningen utmärkt tillämpbarhet på nötningsbeständiga glidor- gan under ytterst svåra arbetsbetingelser, exempelvis kolvringar för användning i en marindieselmotor med höga prestanda.

Ehuru fundamentala nya särdrag hos uppfinningen har visats och beskrivits tillämpade på föredragna utföringsformer skall det förstås att skilda modifikationer och ändringar i sådana ut- föringsformer kan utföras av fackmannen inom uppfinningens ram.

Det är således vår avsikt att uppfinningen endast skall begrän- sas av innehàllet i de bifogade patentkraven.

Claims (2)

10 15 527 983 ll PATENTKRAV

1. Nötningsbeständigt glidorgan (l) pà vars glidyta är anbragt en varmsprutad beläggning (4), kännetncknat därav, att nämnda varmsprutade beläggning (4) pà glidorganet (1) innefattar (A) ett nötningsbeständigt skikt (5) och (B) ett inkörningsskikt (6), varvid nämnda inkörningsskikt (6) är bildat på den yttre omkretsytan hos det nötningsbeständiga skiktet genom varmsprut- ning av ett material som är valt som ett varmsprutningsmaterial bland gruppen material som består av ren koppar, mässing och brons, varvid nämnda yttre omkretsyta inte är bearbetad innan nämnda inköringsskikt (6) är bildat pà den, varvid nämnda inkör- ningsskikt (6) är bildat med en skikttjocklek (T) som är större än den maximala ytskrovligheten (Ry) hos nämnda nötningsbestän- diga skikt (5).

2. Nötningsbeständigt glidorgan (1) enligt krav 1, känneteck- nat därav, att både nämnda mässing och brons valda ur nämnda grupp material innehåller mer än 91 viktprocent koppar.