DE2618775A1

DE2618775A1 - Reibend beanspruchte maschinenteile aus gusseisen mit ledeburitischer laufflaeche und ihr herstellungsverfahren

Info

Publication number: DE2618775A1
Application number: DE19762618775
Authority: DE
Inventors: Horst Dr Ing Beyer; Hans Ochen Dr Neuhaeuser; Hans-Juergen Veutgen
Original assignee: Goetzewerke Friedrich Goetze AG
Current assignee: Goetzewerke Friedrich Goetze AG
Priority date: 1976-04-29
Filing date: 1976-04-29
Publication date: 1977-11-17
Also published as: FR2353643A1; US4153477A; ES458297A1; JPS52133019A; GB1569444A

Description

GOETZEWERKE kurscheid, d. 12.04.1976

Friedrich Goetze AG ZBT 329/Lö. /Mo. ( 1574 )

Reibend beanspruchte Maschinenteile aus Gußeisen mit ledeburitischer Lauffläche und ihr Herstellungsverfahren

Die Erfindung betrifft reibend beanspruchte Maschinenteile aus Gußeisen mit ledeburitischer Lauffläche, und zwar insbesondere Dichtleisten für Kreiskolbenmotoren mit ledeburitischer Laufkuppe und ihr Herstellungsverfahren.

Auf gleitende Reibung beanspruchte Maschinenteile aus Gußeisen werden zur Erhöhung ihrer Verschleißfestigkeit im Bereich der Laufflächen gehärtet. Bei Dichtleisten für Kreiskolbenmotoren geschieht dies unter anderem auch durch Umschmelzen der Laufkuppe entweder durch induktive Erwärmung ( DT - GM 1.898.216 ) oder durch Einwirkung von energiereichen Elektronenstrahlen ( DT - AS 2. 045. 125 ), und bei dem angeschlossenen Abschreckvorgang entsteht dann in den umgeschmolzenen Zonen ledeburitisches Gußeisen mit hohen karbidischen Anteilen und dementsprechend einer hohen Härte.

Bei Dichtleisten von Rotationskolbenmotoren ist jedoch für eine gute Verschleißfestigkeit nicht nur allein die Härte des Laufflächenwerkstoffes verantwortlich. Wesentlich ist die Verträglichkeit zwischen Dichtleistenkuppe und Trochoidenlaufbahn, und es darf auf beiden Laufflächen weder zu Rattermarken -, Riefen - oder Brandspur-

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Reibend beanspruchte Maschinenteile aus Gußeisen mit ledeburitischer Lauffläche und ihr Herstellungsverfahren ( 1574 )

bildung kommen. Die bisher bekannten Dichtleisten, sei es aus ledeburitischem Vollhartguß oder grauem Gußeisen, mit nach obigem Verfahren hergestellten ledeburitischen Laufkuppen zeigen jedoch noch nicht ganz die gewünschte Verträglichkeit. Sie sind sehr hart, und es kommt immer wieder zu Riefen - und Brandspurbildungen in den Trochoidenbahnen und gegebenenfalls auch zum Ausfall des ganzen Systemes Dichtleiste - Trochoide.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Dichtleisten mit ledeburitischer Laufkuppe herzustellen, die eine verbesserte Verträglichkeit mit der Trochoidenlauffläche aufweisen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, indem dafür gesorgt wird, daß in den ledeburitischen Laufflächenzonen auch elementarer Graphit abgeschieden ist. Und zwar liegt ja in den nach obigem Verfahren hergestellten ledeburitischen Laufkuppen der Kohlenstoff fast ausschließlich karbidisch gebunden vor; es fehlt der schmierend wirkende Graphit fast völlig, und die Verträglichkeit zwischen Laufkuppe und Trochoidenlaufbahn ist somit im Notlauf, aber auch im normalen Betrieb herabgesetzt. Gemäß den erfinderischen Überlegungen muß daher zusätzlich zur Verbesserung freier Graphit im ledeburitischen Gefüge vorliegen.

Erfindungsgemäß geschieht dies daher dadurch, daß die bekannten

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Verfahren zur Erzeugung von ledeburitischen Gußeisenzonen so gesteuert werden, daß auch, zusätzlich freier Graphit im Gefüge entsteht. Nach bekannten Verfahren werden ledeburitisehe Zonen im Gußeisen durch Gießen des Werkstückes gegen Abschreckplatten hergestellt, und zum anderen werden die entsprechenden Zonen mit beispielsweise dem Lichtbogen, induktiver Erwärmung, Elektronen -, Plasma - oder Laserstrahlen aufgeschmolzen und abgeschreckt. Nach den erfindungsgemäßen Überlegungen kann dabei die Abkühlungs geschwindigkeit des geschmolzenen Gußeisens so verlangsamt werden, daß das Gußeisen in den gewünschten Bereichen meliert erstarrt, das heißt ein Gemisch von Ledeburit und eutektischen Zellen im Gefüge mit Graphitausscheidungen bildet.

Zum anderen jedoch wird das gußeiserne Werkstück mit bereits erstarrter ledeburitischer Laufkuppe nachträglich einer an sich bekannten Temperbehandlung durch mehrstündiges Erhitzen auf

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über 700 C. , beschleunigte Abkühlung auf unterhalb 500 C. und anschließendes Anlassen bis zu einer Temperatur von bis zu 700 C. unterzogen. Gefügeuntersuchungen zeigen, daß jetzt neben dem Ledeburit freier Kohlenstoff als vorwiegend knötchenförmig ausgebildeter Graphit in fein verteilter Form entstanden ist.

Als Gußeisensorten kommen für obige Anwendungen insbesondere

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Graugußsorten mit Lamellengraphit in Betracht. Diese können unlegiert sein, gegebenenfalls können sie jedoch auch insbesondere mit den bekannten karbidbildenden Elementen legiert sein, so daß die Gußeisensorten durch eingelagerte Sonderkarbide noch verschleißfester werden. In anderen Fällen kann jedoch auch Gußeisen mit Kugelgraphit eingesetzt werden. Gegebenenfalls können auch auf die Dichtleistenkuppe vor dem Aufschmelzen die Elemente Bor, Zirkon, Wismuth, Tellur, die Lanthaniden, Magnesium, Strontium, Zinn, Antimon, Aluminium und / oder Blei legiert, verbunden und / oder gemischt in Pulverform aufgestreut werden. Durch den Aufschmelzvorgang lösen sich diese Substanzen dann im geschmolzenen Eisen, und es entstehen beim Abkühlen in diesen Zonen Legierungen mit erhöhter Verschleißfestigkeit, die auch gleichzeitig die Ausbildung von Temperkohle fördern.

Die so hergestellten Dichtleisten werden in handelsüblichen Rotationskolbenmotoren gegen Trochoidenlaufflachen getestet, die aus Chrom - oder Nickeldispersionsschichten bestehen. Gegenüber den bekannten Dichtleisten mit ledeburitischer Laufkuppe zeigten sie jetzt eine verbesserte Verträglichkeit, und zwar insbesondere im Hinblick auf das Einlauf - und Notlaufverhalten, und gleichzeitig war die Brandspur - und Riefenbildung in der Trochoidenlaufbahn geringer.

Während in unseren Versuchen die erfindungs gemäß abgewandel-

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Reibend beanspruchte Maschinenteile aus Gußeisen -^

mit ledeburitischer Lauffläche und ihr Herstellungsverfahren ( 1574 )

ten Verfahren speziell zur Verbesserung von ledeburitischen Dichtleisten eingesetzt werden, ist es jedoch auch im Sinne der Erfindung, diese ganz allgemein zur Verbesserung der Laufflächen von reibend beanspruchten Maschinenteilen einzusetzen. Insbesondere sollen hierbei die Laufflächen von öldichtringen für Rotationskolbenmotoren, von Kolbenringen und Ventilsitzringen von Hubkolbenmotoren verbessert werden.

Die Erfindung sei anhand eines Ausführungsbeispieles und der dazugehörigen Abbildungen 1-3 näher erläutert. Und zwar zeigen :

Fig. 1 eine Querschnittsübersichtsauf

nahme durch eine normale Dichtleiste mit ledeburitischer Laufkuppe in 10 - fächer Vergrößerung

Fig. 2 ein Schliffbild aus dem Bereich der

Laufkuppe vor einer Temperung in 100 - fächer Vergrößerung

Fig. 3 ein Schliffbild im Bereich der Lauf

kuppe nach einer Temperung

Ein Dichtleistenrohling aus schwach legiertem Graugußeisen mit

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Lamellengraphit und den Abmessungen 6, 5 χ 12 χ 70 mm wird mit einem Lichtbogen im Bereich der Laufkuppe bis zu einer Tiefe von 2,5 mm aufgeschmolzen und abgeschreckt. Die Figur 1 zeigt diese Dichtleiste im Querschnitt, und es ist dabei deutlich zu erkennen, daß der Bereich der Laufkuppe ledeburitisch nahezu ohne Graphitausscheidung erstarrt ist, während der untere, nicht umgeschmolzene Bereich ein Graugußgefüge mit Nestern von lamellarem Graphit aufweist. Die Figur 2 zeigt ein Schliffbild aus dem Bereich der Laufkuppe mit einem sehr geringen Anteil an Graphit.

Anschließend wird die Dichtleiste zwei Stunden in Luft bei 950 C.

getempert, in Luft auf 450 C. beschleunigt abgekühlt und für eine Stunde bei 630 C. angelassen. Die Figur 3 zeigt jetzt ein Schliffbild entsprechend Figur 2, aber nach der "Wärmebehandlung. Deutlich ist die verstärkte knötchenförmige Graphitausbildung zu erkennen.

Testversuche in Rotationskolbenmotoren mit Trochoidenlaufflächen aus Chrom - und Nickeldispersionsschichten zeigten ein ausgezeichnetes Laufverhalten der so hergestellten Dichtleiste.

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Claims

GOETZEWERKE Burscheid, d. 12.04.1976

Friedrich Goetze AG ZBT 329/Lö./Mo. ( 1574 )

PATENTANSPRÜCHE

Reibend beanspruchte Maschinenteile aus Gußeisen mit ledeburitischer Lauffläche, und zwar insbesondere von Dichtleisten für Rotationskolbenmotoren mit ledeburitischer Laufkuppe, dadurch gekennzeichnet, daß in den ledeburitischen Bereichen 0, 1 bis 10 Flächenprozent vorwiegend knötchenförmiger Graphit vorhanden ist.
2. ) Verfahren zur Herstellung der Maschinenteile nach

Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Maschinenteile durch Gießen gegen Abschreckplatten unter melierter Erstarrung im Bereich der Lauffläche gegossen werden.
3. ) Verfahren zur Herstellung der Maschinenteile nach

Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Laufflächen der Maschinenteile mit vorzugsweise Lichtbogen, Induktion, Laser -, Plasma - und / oder Elektronenstrahl aufgeschmolzen und unter melierter Erstarrung abgeschreckt werden.
4. ) Verfahren zur Herstellung der Maschinenteile nach

Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Maschinenteile gegen Abschreckplatten unter lede-

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Roibr.nc] Ijf-.m.spriichti· M;i schifirnt.c i Ir »ium fiußri sen mit l<-il«:!)U ril i:i t Ik: r L.iul H.'ith«· und ihr I Ic rst.fl verfahren ( Patentansprüche / 1574 )

buritischer Erstarrung im Bereich der Lauffläche gegossen und nach dem Erstarren einer Temperbehandlung ausgesetzt werden.
5. ) Verfahren zur Herstellung der Maschinenteile nach

Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Laufflächen der Maschinenteile mit vorzugsweise Lichtbogen, Induktion, Laser -, Plasma - und / oder Elektronenstrahl aufgeschmolzen und ledeburitisch abgeschreckt werden, und daß die Maschinenteile anschließend einer Temperbehandlung ausgesetzt werden.
6. ) Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umschmelzung unter gleichzeitiger Einwirkung der Elemente Bor, Zirkon, Wismuth, Tellur, den Lanthaniden, Magnesium, Strontium, Zinn, Antimon, Aluminium und / oder Blei erfolgt.
7. ) Verfahren nach den Patentansprüchen 4 bis 6, dadurch

gekennzeichnet, daß zur Temperbehandlung das Werk-

stück 15 Minuten bis 2 Stunden oberhalb 700 C. erhitzt, daß anschließend auf unterhalb 500 C. abgeschreckt und

daß danach für 30 Minuten bis 2 Stunden auf bis zu 700 C.

angelassen wird.

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ORIGINAL

Reibend beanspruchte Maschinenteile aus Gußeisen
mit ledeburitischer Lauffläche und ihr Herstellungsverfahren ( Patentansprüche / 1574 )
8. ) Verfahren nach den Patentansprüchen 1 bis 7, dadurch

gekennzeichnet, daß als Gußeisen legiertes oder unlegiertes Gußeisen mit Lamellengraphit eingesetzt wird.
9. ) Verfahren nach den Patentansprüchen 1 bis 7, dadurch

gekennzeichnet, daß als Gußeisen legiertes oder unlegiertes Gußeisen mit Kugelgraphit eingesetzt wird.

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