DE1650028B1 - Kolbenring aus grauguss - Google Patents

Description

0,35 % P
0,08% S
0,4 bis 0,7 % Cr

enthielt, wurden

0,1 bis 0,3 % W
0,3 bis 0,5 % Mo
0,1 bis 0,3 %Ti .
0,15 bis 0,25% Sn

beigegeben. Die aus dem Gußeisen hergestellten KoI-benring-Rohlinge mit den Abmessungen 170,9/ 155,1 X 3,95 mm hatten im Gußzustand eine sehr hohe Vickershärte, so daß die Anlaßtemperatur auf 530° C festgelegt werden konnte. Nach einer Glühung von 35 Minuten bei dieser Temperatur und 35 Minuten Luftabkühlung zeigten die Ringe eine Härte von 414 bis 448 kp/mm². Der Graphit war feinlamellar bis dendritisch und gleichmäßig verteilt, das Grundgefüge martensitisch-bainitisch mit feinverteilten Mischkarbiden, die Phosphidstruktur netzförmig. Der Ε-Modul der bearbeiteten Ringe schwankte zwischen 11 279 bis 12 610 kp/mm², ihre Biegefestigkeit lag zwischen 61,8 und 72,6 kp/mm² und damit um mehr als 20% höher als bei gleichen Ringen aus bekanntem Guß. Der Spannungsabfall nach 4stündiger Gluhung unter Spannung bei 0 bis 30O⁰C betrug 4,6 bis 5,3% gegenüber 27% nicht warmfest geglühter Ringe normaler Zusammensetzung.

_{Die Figuren zeigen das} Gefüge eines Kolbenringes gemäß der Erfindung (Fig. 1 und 2) und den Abfall der Tangentialkraft von Grauguß-Kolbenringen bei Temperaturen bis zu 300⁰C (Fig. 3). In Fig. 1 ist ein lOOfach und in Fig. 2 ein 500fach vergrößertes Gefügebild des erfindungsgemäßen Kolbenringes dargestellt. In Fig. 3 ist die Temperatur einer vierstündigen Glühung gespannter Kolbenringe als Abszisse, der Abfall der Tangentialkraft dieser Ringe in Gewichtsprozent, von einem gemeinsamen O-Wert ausgehend, als Ordinate aufgetragen. Die Kurve 1 ist die eines bekannten Ringes, der warmfest geglüht worden ist, die Kurve 2 die eines gleichen Ringes ohne Warmfestglühung, während die Kurve 3 den Spannungsabfall eines KoI-benringes gemäß der Erfindung mit einem Wolfram-

so gehalt im unteren Analysenbereich, die Kurve 4 den eines solchen Ringes mit mittlerem W-Gehalt und die Kurve 5 den eines solchen Ringes mit hohem W-Gehalt darstellt. Durch die Erfindung läßt sich demnach das zeitraubende und kostspielige Warmfestglühen bei

as der Herstellung von Kolbenringen sparen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

COPY

Claims (3)

1 2 wirkung von Legierungselementen hinausgehende Stei- Patentansprüche: gerung der geschilderten erwünschten Eigenschaften eines Grauguß-Kolbenringes erreicht wird, wenn man

1. Kolbenring aus Grauguß mit den üblichen dem Werkstoff in gut abgewogener Weise Wolfram in Gehalten an Kohlenstoff, Silizium, Mangan, Phos- 5 bestimmter Konzentration zusetzt, die durch eine phor, Kupfer, Nickel und Vanadium, sowie an Titanbeigabe modifiziert sein kann, und daß dann auch Chrom bis zu 0,7%. Rest Eisen und herstellungs- eine Beigabe von Zinn den Ε-Modul und die Warmbedingte Verunreinigungen, dadurch ge- und Biegefestigkeit steigert, ohne daß die Kolbenringe kennzeichnet, daß er zusätzlich während ihres Fertigungsganges noch warmfest ge-

. ίο glüht zu werden brauchen.

η ι Ü-^S η α ο/ !,,^ Erfindungsgemäß enthält ein Kolbenring der ein-

Λ* u* n*6 ^^olyMan gangs erwähnten Art 0,1 bis 1,0% Wolfram, 0,1 bis

υ,ΐ» bis u,5/₀ litan ₀₆o/ _{Molybdän und 0},05 bis 0,5% Titan, wobei die

enthält, wobei die Summe von Molybdän, Titan Summe von Molybdän, Titan und Wolfram größer

und Wolfram größer als 0,3 % ist. . 15 als 0,3 % sein muß, um dem Kolbenring beim Erstarren

2. Kolbenring nach Anspruch 1, dadurch ge- des Gusses ein nadelig-martensitisches Gefüge mit kennzeichnet, daß das Wolfram bis zu 70% durch verhältnismäßig kurzen Graphitlamellen zu sichern, gleiche Teile Molybdän ersetzt ist. deren gedrängte Gestalt zur Festigkeitssteigerung

3. Kolbenring nach Anspruch 1 oder 2, dadurch beiträgt.

gekennzeichnet, daß er 0,05 bis 0,3 % Zinn enthält. 20 Es ist bisher nur bekannt, daß Wolfram als sehr

starker Carbidbildner auch nichtrostenden Stählen mit 18% Cr und 8% Ni zugegeben werden kann, um die ä

Beständigkeit gegen interkristalline Korrosion zu ver- ™

bessern und die Bildung von Schweißnahtrissen zu 25 verhindern, wobei einige chrom-nickellegierte hitze-

Gegenstand der Erfindung ist ein Kolbenring aus beständige Stähle bis zu 3 % W zur Verbesserung der Grauguß mit den üblichen Gehalten an Kohlenstoff, Warmfestigkeit enthalten. - Bekannt ist es auch, daß Silizium, Mangan und Phosphor, Kupfer, Nickel und 1 % W die Festigkeit von Gußeisen verbessert, aber seine Vanadium, sowie an Chrom bis zu 0,7%, der 0,1 bis Härte vermindert (vgl. »Legierungselemente«, Düssel-1,0% Wolfram, 0,1 bis 0,6% Molybdän und 0,05 bis 30 dorf 1962, S. 71,74, 83). Wegen einer schwach graphiti-0,5 % Titan enthält, wobei die Summe von Molybdän, sierenden Wirkung von Wolfram im Guß schrieb man Titan und Wolfram größer als 0,3 % ist. einem Wolframgehalt von 0,1 bis 1 % eine leichte »Ver-

AIs Kolbenringwerkstoff ist Grauguß wegen seiner besserung« des Gußeisens zu (vgl. »Gußeisen« von guten Verschleißbeständigkeit bekannt. Gemäß E. Piwowarsky, 2. Auflage 1951, S. 803), ohne aber C.Englisch,Kolbenringe,Bd. 1,1958Springer-Verlag- 35 auf die spezifischen Eigenschaften eines für Kolben-Wien, Tabellen der S. 199 bis 244, enthält der Grau- ringe bestimmten Gußeisens einzugehen und zu finden, guß für Kolbenringe üblicherweise daß seine Elastizität und Biegefestigkeit bei der Ver-

2 0 bis 4 04% Kohlenstoff arbeitung zu Kolbenringen des bei Brennkraftmaschi-05 bis 330% Silizium ^nen üblichen Querschnittes oder auch von größeren

03 bis 12TV Mangan ⁴° Querschnitten bis zu 300 mm² höher ist als die von 009 bis lOOy Phosphor bisher bekannten Graugußwerkstoffen und auch in

003 bis 115/ Chrom ^der Betriebswärme bestehenbleibt, wobei es sich 002 bis 2 50% Kupfer empfiehlt, bei größeren Querschnitten, also auch bei Λ

004 bis 200% Nickel Kolbenring-Büchsenguß, den Wolframgehalt näher " o'o5 bis 040% Vanadium ^{45 der} Obergrenze des angegebenen Bereiches zu wählen,

' ' und umgekehrt. Während für Hartguß-Walzen u. dgl. als Legierungselemente. Insbesondere wenn er bis zu ein hochfestes Gußeisen mit 0,25 bis 10 % W neben Cr, 0,7 % Chrom enthält, ist Grauguß dem Temperguß, V und Ni schon bekannt ist (vgl. britische Patentschrift Sphäroguß und Stahl in dieser Hinsicht überlegen. Er 421 104), hat man für Kolbenringe nur V-Ti-Cu-legiererschwert aber infolge seines niedrigen Elastizitäts- 50 tem Grauguß entwickelt, wobei Wolfram unterschiedsmoduls die Herstellung von Kolbenringen mit hoher los neben Ni, Co, Cr, Mo und Si als mögliches Legie-Tangentialkraft. Auch seine Festigkeit, insbesondere rungselement erwähnt worden ist (vgl. britische Patentseine Warmfestigkeit, reicht mitunter nicht über hin- schrift 507 225). Nur für aus Draht gewickelte Kolbenreichend lange Standzeiten aus. Man hat deswegen ringe kennt man Stahllegierungen mit 1 bis 10% W schon Kolbenringwerkstoffe aus legiertem Grauguß 55 (vgl. deutsche Auslegeschrift 228 067).
entwickelt, die Molybdän, Vanadium, Titan, Kupfer In dem Kolbenring gemäß der Erfindung können, und Nickel enthalten, wodurch ein geringfügiger An- wie Versuche gezeigt haben, bis zu 70 % des Wolframs stieg des Ε-Moduls und ein beachtlicher Anstieg der durch gleiche Teile Molybdän ersetzt sein,
statischen Festigkeit erzielt wurde (vgl. deutsche Pa- Eine weitere Steigerung und Festigkeit der Biegetentschrift 1 172 049). Durch die verschärften Betriebs- 60 und Warmfestigkeit des Kolbenringes gemäß der Erbedingungen der weiterentwickelten Motoren, insbe- findung zeigt sich, wenn er 0,05 bis 0,3 % Zinn erhält, sondere solcher mit verchromten Zylinderlauf büchsen,

sind aber Kolbenringe mit höherer Tangentialkraft, Beispiel

noch höherer Verschleißbeständigkeit und vor allen .

Dingen höherer Ausgangshärte bei besonders guter 6₅ ^tmem Fußeisen, das

Warmfestigkeit notwendig geworden. 3,4 bis 3,8 % C

Die Erfindung beruht nun auf der überraschenden 2,5 bis 3,2 % Si

Erkenntnis, daß eine über die bloße Summierungs- 0,7 bis 1,0 % Mn