WO1997033010A1

WO1997033010A1 - Stahlwerkstoff mit hoher warmfestigkeit zur herstellung von motorkolbenoberteilen

Info

Publication number: WO1997033010A1
Application number: PCT/EP1996/000954
Authority: WO
Inventors: Karl Wilhelm Wegner; Heinz Werner Breuer
Original assignee: Carl Dan. Peddinghaus Gmbh & Co. Kg
Priority date: 1996-03-06
Filing date: 1996-03-06
Publication date: 1997-09-12
Also published as: EP0824602A1; CA2220255C; CA2220255A1; EP0824602B1

Abstract

Es wird ein Stahlwerkstoff bereitgestellt, der zur Herstellung von Motorkolbenoberteilen mit hoher Verschleiß-, Korrosions- und Warmfestigkeit geeignet ist. Dieser Stahl weist die folgende Zusammensetzung (Gew.-%) auf: Mn: 1,20 bis 1,50; Si: 0,50 bis 0,80; C: 0,35 bis 0,40; Mo: 0,10 bis 0,50; V: 0,08 bis 0,13; S: 0,010 bis 0,065; Al: 0,015 bis 0,050; P: ≤ 0,035; Rest Eisen und herstellungsbedingte Verunreinigungen.

Description

Stahlwerkstoff mit hoher Warmfestigkeit zur Herstellung von Motorkolbenoberteilen

Beschreibung

Die Erfindung betrifft einen Stahlwerkstoff zur Herstellung von Motorkolbenoberteilen.

Mit stahlgeschmiedeten Kolbenoberteilen lassen sich bei Dieselmotoren extrem hohe Verdichtungen bei guter Kraftstoffausnutzung, geringen Emissionen und hoher km- Laufleistung erzielen. Hierbei werden die Kolbenoberteile im allgemeinen aus dem Werkstoff 42CrMo4 in einer Spanne von 800 bis 1100 N/mm² vergütet, d.h. durch Erwärmen von Raumtemperatur auf 860°C und anschließendes Abschrecken in Hochleistungsöl gehärtet und durch erneutes Erwärmen auf ca. 480 bis 660°C angelassen mit abschließender Abkühlung im Behälter. Die Temperaturen im Härte- bzw. Anlaßofen werden entsprechend der jeweiligen Stahlanalyse und den Kundenvorschriften hinsichtlich Festigkeit eingestellt.

Nur mit dem obengenannten Stahl und dem Schmiedeverfahren können die von den Verbrauchern geforderten Verschleiß-, Korrosions- und Warmfestigkeitseigenschaften der Kolbenoberteile erzielt werden. Das Konstruktionsprinzip des Pendelschaftkolbens mit stahlgeschmiedetem Oberteil und Aluminiumhemd hat jedoch den Nachteil, daß der Motor im Vergleich zu einteilig aus Aluminium hergestellten Kolben teuerer ist, bedingt auch durch die Vergütung (Wärmebehandlung) des Kolbenoberteils auε Stahl.

Das der Erfindung zugrundeliegende Problem besteht darin, einen Werkstoff bereitzustellen, mit dem stahlgeschmiedete Kolbenoberteile ohne Vergütung und somit kostengünstiger hergestellt werden können, ohne aber die Verschleiß-, Korrosions- und Warmfestigkeitseigenschaften zu beeinträchtigen.

Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch einen Stahlwerkstoff gelöst, der die folgende Zusammensetzung (Gew.%) aufweist:

Mn: 1, 20 bis 1,50

Si: 0, 50 bis 0, 80

C: 0,35 bis 0,40

Mo: 0, 10 bis 0,50

V: 0, 08 bis 0, 13

S: 0, 010 bis 0, 065

AI: 0, 015 bis 0, 050

P: < 0,035

Rest Eisen und herstellungsbedingte Verunreinigungen

Die herstellungsbedingten Verunreinigungen können hierbei insbesondere die Elemente Ni und Cr beinhalten, die im allgemeinen jeweils in einer Menge < 0,20 Gew.% in dem Stahlwerkstoff vorliegen können.

Die erfindungsgemäßen Stähle lassen sich hierbei in üblicher Weise in einem Elektroofen erzeugen, wobei man als Ausgangsmaterial Schrott einsetzt. Dieser Schrott wird im Elektroofen eingeschmolzen, und die Schmelze wird anschließend zur Reduzierung des Phosphorgehaltes gefrischt. Der Stahl wird in eine Pfanne zur sekundärmetallurgisehen Behandlung abgestochen. Dies bedeutet, daß Zuschlagstoffe wie FeSi, FeCr, MnCr oder FeMo, in Abhängigkeit der Analyse des aus dem Elektroofen gewonnenen Stahls, hinzugefügt werden, um die Bereiche der einzelnen Elemente in dem erfindungsgemäßen Stahl einzustellen. Hierbei wird auch Aluminium zur Beruhigung zugegeben. Im Pfannenofen erfolgt dann die Homogenisierung der Schmelze und ihre Einstellung auf die jeweils gewünschte Temperatur. Anschließend erfolgt durch Zugabe der bereits oben genannten Zuschlagstoffe die Feineinstellung der Gewichtsmengen der einzelnen Elemente in dem beanspruchten Stahl. Anschließend werden in der Schmelze gelöste Gase, wie z.B. Wasserstoff, durch Entgasen entfernt. Nötigenfalls werden hier noch Korrekturen bezüglich des Aluminiumgehalts vorgenommen, der dann üblicherweise in Drahtform eingespult wird. Im Anschluß an die Vakuumbehandlung wird dann die Schmelze im Strang oder Block abgegossen.

Mit dem erfindungsgemäßen Stahl können Kolbenoberteile stahlgeschmiedet werden, die nicht mehr vergütet werden müssen, um die gewünschten hohen Warmfestigkeitseigenschaften zu erzielen. Die Kolbenoberteile werden aus der Umformwärme geregelt abgekühlt (BY-Behandlung = BEST YIELD) .

Beispiel

Gemäß dem oben dargestellten Verfahrensweg wurde ein erfindungsgemäßer Stahlwerkstoff hergestellt, der die folgende Zusammensetzung aufweist:

Mn: 1,31

Si: 0,57

C: 0,38

MO: 0,43

V: 0,11

S: 0,046

AI: 0,024

P: 0,011

Cr: 0,17

Ni: 0,03

Rest Eisen

Der Stahl der obigen Zusammensetzung wurde hinsichtlich seiner mechanischen Eigenschaften mit dem Stahl 42CrMo4 (Standardanalyse nach Norm EN 10083) verglichen. Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle dargestellt.

Tabelle;

Vergleich von Warmzugproben

42CrMo4 Raumtemperatur 500°C

Zugfestigkeit Rm (N/mm²) 930 630

Streckgrenze Rp 0,2 (N/mm²) 480

Einschnürung Z (%) 75

Dehnung A5 (%) 25

Stahl gemäß Beispiel Raumtemperatur 500°C

Zugfestigkeit Rm (N/mm²) 1020 810

Streckgrenze Rp 0,2 (N/mm²) 605

Einschnürung Z (%) 58

Dehnung A5 (%) 14,5

Die Werte der obigen Tabelle legen die vorteilhaften mechanischen Eigenschaften des erfindungsgemäßen Stahles dar

Claims

Patentansprüche

1. Stahlwerkstoff mit folgender Zusammensetzung (Gew.%) :

Mn: 1,20 bis 1,50

Si: 0, 50 bis 0, 80

C: 0,35 bis 0,40

MO: 0, 10 bis 0,50

V: 0,08 bis 0,13

S: 0, 010 bis 0, 065

AI: 0,015 bis 0,050

P: < 0,035

Rest Eisen und herstellungsbedingte Verunreinigungen

2. Verwendung eines Stahlwerkstoffs gemäß Anspruch 1 zur Herstellung von Motorkolbenoberteilen.