DE69600908T2

DE69600908T2 - Verschleissfester Stahl, Gleitbauteil für Zylinder von Brennkraftmaschinen und Ringspring

Info

Publication number: DE69600908T2
Application number: DE69600908T
Authority: DE
Inventors: Tatsuhiro C/O Mitsui Eng. & Shipbuild. Tamano Okayama Jibiki; Kenzo C/O Mitsui Eng. & Shipbuild.Co. Ltd Tamano Okayama Miura; Shinichi C/O Mitsui Eng. & Shipbuild. Co. Tamano Okayama Miyake; Hajime C/O Mitsui Eng. & Shipbuild. Co. Tamano Okayama Okamoto; Naohiro C/O Mitsui Eng. & Shipbuild. Co. Tamano Okayama Tanaka; Takao C/O Mitsui Eng. & Shipbuild.Co. Tamano Okayama Tanaka
Original assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Current assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Priority date: 1995-07-19
Filing date: 1996-07-12
Publication date: 1999-05-12
Anticipated expiration: 2016-07-13
Also published as: ATE173031T1; KR100227933B1; DE69600908D1; JPH1068049A; KR970006531A; EP0754773B1; EP0754773A1; US6048625A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf verschleißfesten Stahl, einen Gleitbauteil für einen Zylinder in einer Brennkraftmaschine und eine Ringfeder, und insbesondere auf hochleistungsfähigen verschleißfestem Stahl, einen Gleitbauteil für einen Zylinder in einer Brennkraftmaschine und eine Ringfeder, wobei der verschleißfeste Stahl eine ausgezeichnete Beständigkeit gegen Verschleiß und Abrieb besitzt, größere Festigkeit und größere Dehnung als Gußeisen und größere Zähigkeit als ultrahochfester Stahl oder harte Sinterlegierung sowie auch gute Bearbeitbarkeit besitzt.
Ein Kolbenring, der in einer Brennkraftmaschine, wie einer Dieselmaschine, verwendet wird, erfordert Eigenschaften und Charakteristiken, wie Verschleißfestigkeit und Abriebverhinderung. Im Stand der Technik sind Schuppengraphit-Gußeisen (nachfolgend als "Gußeisen" bezeichnet), wie Uballoy (Handelsmarke der JAPAN PISTON RING CO., LTD.), ultrahochfester Stahl mit größerer Härte und harte Sinterlegierung als verschleißfestes Material für einen solchen Zweck bekannt.
Das Gußeisen hat jedoch die Nachteile geringer Festigkeit und geringer Dehnung, und ultrahochfester Stahl und harte Sinterlegierung haben auch die Nachteile geringer Zähigkeit und geringer Bearbeitbarkeit.
Es wird bemerkt, daß eine Ringfeder (ring spring) für eine Streckeinrichtung einer Ausgleichsvorrichtung für gewalzte Stahlplatten verwendet wird. Da die Ringfeder verhältnismäßig hohe Festigkeit und Zähigkeit erfordert, wird üblicherweise für die Ringfeder Federstahl verwendet. Die vorveröffentlichte JP-A-633241 beschreibt verschleißfesten Stahl, der als Kolbenmaterial oder als Laufbüchsenmaterial verwendet wird.
EP 464799 A1 beschreibt einen Stahl-Gleitbauteil, wie Kolben und Zylinder, sowie ein Verfahren, bei welchem die Reibungs- und Verschleißeigenschaften durch Sulfonitrierung verbessert werden.
Es ist ein erstes Ziel der Erfindung, einen verschleißfesten Stahl mit stabiler abriebverhindernden Eigenschaften und einen Gleitbauteil für einen Zylinder aus dem verschleißfesten Stahl zu schaffen.
Eine Ringfeder aus bekanntem Material wird an seiner Gleitfläche derart beschädigt, daß ihre Lebenszeit sehr kurz ist.
Es ist ein zweites Ziel der Erfindung, die Charakteristiken und Eigenschaften der Ringfeder über eine lange Zeit ohne wesentliche Schädigung zu halten, um die Lebensdauer des Produkts zu verlängern.
Die Erfindung schafft einen verschleißfesten Stahl, der besteht aus:
Kohlenstoff: gleich oder weniger als 2,2 Gew.-%
Silizium: gleich oder weniger als 1,2 Gew.-%;
Mangan: 0,2-1,2 Gew.-%;
Chrom: gleich oder weniger als 16 Gew.-%;
Phosphor: gleich oder weniger als 0,08 Gew.-%;
Schwefel: 0,15-0,6 Gew.-%;
unvermeidbare Verunreinigungen: gleich oder weniger als 2,0 Gew.-%; wobei der Rest aus Eisen besteht und wobei die Oberfläche des Stahls durch Erhitzen (baking) mit Molybdenoxid nach dem Elektrolysieren und Sulfurisieren behandelt worden ist.
Bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen 2 bis 4 niedergelegt.
Die Zusammensetzungsbereiche bevorzugter verschleißfester Stähle (Nr. 1 bis Nr. 4) sind in der folgenden Tabelle 1 aufgeführt. Tabelle 1 (Gew.-%)
Aus den folgenden Gründen sind die Zusammensetzungen des Stahls Nr. 1 begrenzt, wie in Tabelle 1 gezeigt.
C > 1,8 (bedeutet "C übersteigt 1,8 Gew.-%", und nachfolgend sind die Zeichen in der gleichen Weise verwendet), Si > 1,2, P > 0,08 oder Cr > 16 macht die mechanischen Eigenschaften (Materialfestigkeit, Dehnung) schlecht. Insbesondere C > 2,2 macht die Dehnung bemerkenswert schlecht. S < 0,15, Mn < 0,2 (weniger als 0,2 Gew.-%) macht die Gleiteigenschaften (Abriebverhinderung) schlecht.
Es wird bemerkt, daß Cr ≤ 6,0 (6,0 Gew.-% oder weniger) wie bei Stahl Nr. 2 die mechanischen Eigenschaften verbessert.
Stahl Nr. 3 und Stahl Nr. 4 bieten beide einen guten Ausgleich zwischen den mechanischen Eigenschaften und den Gleiteigenschaften derselben.
Ein Gleitbauteil für einen Zylinder in einer Brennkraftmaschine und eine Ringfeder gemäß der Erfindung sind aus dem verschleißfesten Stahl hergestellt, dessen Oberfläche durch Elektrolyse sulfurisiert und sodann mit Molybdenoxid in der oben beschriebenen Weise erhitzt wurde.
Der Gleitbauteil für einen Zylinder in der Brennkraftmaschine gemäß der Erfindung kann ein Kolbenring, eine Zylinderlaufbüchse oder ein Kolbenmantel sein, siehe Ansprüche 5 und 6.
Die erfindungsgemäße Ringfeder gemäß Anspruch 7 umfaßt innere Ringe und äußere Ringe, wobei wenigstens Gleitflächen der inneren Ringe und/oder äußeren Ringe aus dem erwähnten verschleißfesten Stahl bestehen. Die Verwendung des verschleißfesten Stahls für die Ringfeder hält die gute Federeigenschaft der Ringfeder über lange Zeit aufrecht, wodurch die Lebensdauer der Ringfeder verlängert wird.
Die Anzahl der inneren und äußeren Ringe der Ringfeder, die Innendurchmesser usw. sind nicht beschränkt. Schmiermittel (z. B. MoS&sub2;-Fett) wird vorzugsweise auf die Gleitflächen zwischen den inneren Ringen und den äußeren Ringen aufgebracht.
Der verschleißfeste Stahl, der Gleitbauteil für einen Zylinder in einer Brennkraftmaschine und die Ringfeder gemäß der Erfindung werden vor der Verwendung sulfurisiert, nachdem sie durch die folgende normale Wärmebehandlung bearbeitet sind. Es kann Laser-Wärmebehandlung oder Unternull-Behandlung neben der folgenden Wärmebehandlung angewendet werden.
Verfahren der Wärmebehandlung und Bedingungen
Erwärmen (Temperatur: 780-840ºC) → Abschrecken in Öl → Tempern (Temperatur: 200-600ºC) → Luftkühlung.
Die erfindungsgemäße Sulfurisierung wird zur Bildung einer sulfurisierten Schicht (Eisensulfid FexS) auf der Oberfläche des Stahls durch elektrochemische Reaktion (ionische Reaktion) durchgeführt, indem der Stahl in geschmolzenes Salz in einem Behälter getaucht wird, um den Stahl als Anode mit der Gegenelektrode als Kathode zu elektrolysieren.
Es genügt, eine sulfurisierte Schicht von 10 um oder weniger, normalerweise 3-9 um, vorzugsweise 5-8 um Tiefe auszubilden.
Der verschleißfeste Stahl gemäß der Erfindung hat ausgezeichnete Beständigkeit gegen Verschleiß und Abrieb, besitzt größere Festigkeit und größere Dehnung als Gußeisen und größere Zähigkeit als ultrahochfester Stahl oder harte Sinterlegierung und zeigt auch gute Bearbeitbarkeit.
Der erfindungsgemäße verschleißfeste Stahl ist besonders industriell brauchbar als Material für einen Gleitbauteil eines Zylinders in einer Brennkraftmaschine, wie eines Kolbenrings, einer Zylinderlaufbüchse oder eines Kolbenmantels, und für eine Ringfeder.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nunmehr lediglich beispielhaft mit Bezugnahme auf die Figuren beschrieben. Es zeigt:
Fig. 1 eine Abmessungsdarstellung eines für Abriebtests verwendetes Stiftes;
Fig. 2 eine Abmessungsdarstellung einer für Abriebtests verwendeten Scheibe;
Fig. 3 eine schematische Darstellung des Aufbaus einer Abriebtesteinrichtung;
Fig. 4 graphische Darstellungen der Ergebnisse der Abriebtests;
Fig. 5 graphische Darstellungen der Messungen des Reibungskoeffizienten u; und
Fig. 6 graphische Darstellungen der Ergebnisse von Ringfedertests.
Nachfolgend wird die Erfindung ausführlicher beschrieben, wobei nicht einschränkende Proben und Vergleichsbeispiele verwendet werden.

Proben 1 und 2 Vergleichsbeispiele 1 bis 6

Abriebtests werden durchgeführt mit Stiften (manchmal auch als "Teststücke" bezeichnet) aus verschleißfestem Stahl mit den folgenden Zusammensetzungen. Tabelle 2
Die Stifte aus verschleißfestem Stahl werden durch Wärmebehandlung in der folgenden Weise bearbeitet.

Verfahren zur Wärmebehandlung und Bedingungen

Erhitzen (820ºC) → Abschrecken in Öl → Tempern (200- 600ºC) → Luftkühlung. Proben 1 und 2 stehen nicht in Übereinstimmung mit der Erfindung, da keine Wärmebehandlung mit Molybdenoxid angewendet wird.
Es wird bemerkt, daß als Ergebnis der Wärmebehandlung die Mikrostruktur des Stahls entweder diejenige von getemperten Troostit oder von getempertem Sorbit mit Zementit wurde.
Bei den Proben 1 und 2 werden nach der Hitzebehandlung die Stifte durch Elektrolyse in geschmolzenem Salz bei 190ºC sulfurisiert. Infolgedessen wird jeder Stift mit einer sulfurisierten Schicht versehen, die in der Oberfläche mit einer Tiefe von 8 um gebildet wurde.
In den Vergleichsbeispielen 1 und 2 werden die Stifte durch Ni-P-Plattierung mit einer Dicke von 1 um statt des Sulfurisierens der Proben 1 und 2 bearbeitet. Bei den Vergleichsbeispielen 3 und 4 werden die Stifte jeweils zur Bildung von nitrierten Schichten in den Oberflächen mit einer Tiefe von 40 um ionitriert statt der Sulfurisierung der Proben 1 und 2.
In den Vergleichsbeispielen 5 und 6 werden die Abriebtests mit Stiften durchgeführt, die lediglich durch die erwähnte Wärmebehandlung ohne jegliche Oberflächenbehandlung bearbeitet sind.
Die Einzelheiten der Abriebtests sind die folgenden.

(1) Teststück für Abriebtest

1. Stift (Spitze)

Fig. 1 zeigt die Form und Abmessungen eines Stiftes 1, der für die Abriebtests verwendet wurde (Größe der Gleitfläche = 1 cm²)

2. Scheibe

Fig. 2 zeigt die Form und Abmessungen einer Scheibe 2. Die Testscheibe war Gußeisen mit hohem Phosphorgehalt und folgender Zusammensetzung.
C: 3,23 Gew.-%
Si: 1,93 Gew.-%
Mn: 0,75 Gew.-%
P: 0,22 Gew.-%
S: 0,115 Gew.-%
B: 0,05 Gew.-%
Fe: Rest

(2) Verfahren des Abriebtests

Messungen der Abriebeigenschaften wurden unter Verwendung einer Abriebtesteinrichtung vom Typ Stift-auf-Scheibe durchgeführt. Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung der Testeinrichtung.
Die Abriebtests wurden mit dem festgelegten Stift 1 und der in Drehung versetzten Scheibe 2 durchgeführt. Wie in Fig. 3 gezeigt, wurde die Scheibe über einen Riemen 3 durch einen Servomotor 4 gedreht. Der Stift wurde durch eine pneumatische Last 5 belastet.
Der Durchmesser der Gleitbewegung der Scheibe in der Mitte der Testfläche betrug 120 mm und die Gleitgeschwindigkeit auf der Testfläche betrug konstant 5 m/s. Das Testschmieröl war eine Mischung von Schmieröl SAE #38 und weißem Kerosin im Verhältnis 1 : 1. Das Testschmieröl wurde auf die Gleitfläche der Drehscheibe aufgebracht, und die Scheibe wurde in unbe lastetem Zustand mit einer Geschwindigkeit von 5 m/s 30 Sekunden lang gedreht. Danach wurde die Scheibe belastet, um den Test zu beginnen. Die eingestellte Belastung wurde auf 245 N als Anfangsbelastung festgesetzt, nach 30 Minuten auf 490 N eingestellt und weiter um 98 N für jeweils 5 Minuten gesteigert.
Für den Abriebtest wurde die Zeitspanne bis zum Abrieb/Belastung gemessen. Die abriebverhindernde Eigenschaft wurde durch Vergleich der Zeitspanne bis zum Abrieb/Belastung mit einem Teststück ausgewertet, das aus Gußeisen mit hohem Phosphorgehalt oder Gußeisen mit hohem Phosphorgehalt und behandelt durch Cr-Plattierung hergestellt war, welches ein typisches Material eines DE-Kolbenrings für Schiffe ist, und es wurde die Änderung des Reibungskoeffizienten u während des Abriebtests und die Temperaturänderung der Scheibe berücksichtigt.

(3) Beobachtung des Abriebteststücks

Das Aussehen und die Klassenzugehörigkeit (familiarity) der Gleitfläche vor und nach dem Abriebtest wurden durch ein Mikroskop beobachtet. Der Oberflächenzustand der Gleitfläche vor und nach dem Abriebtest wurden durch ein Lasermikroskop (Laser Microscope lLM2l, hergestellt von Laser Tech Corporation) beobachtet, um die Oberflächenrauheit derselben zu messen.

(Ergebnisse der Abriebtests)

(1) Zeitspanne bis zum Abrieb/Belastung

Fig. 4(a), 4(b) zeigen Ergebnisse der Abriebtests von Stiften (Zeitperiode bis zum Abrieb/Belastung). Fig. 4(a) zeigt Testergebnisse des nicht behandelten Stifts, wobei der Test mit einem anfänglichen Einlaufen mit einer Belastung von 98 N bei einer Gleitgeschwindigkeit von 5 m/s für 30 Minuten durchgeführt wurde, und Fig. 4(b) zeigt Testergebnisse des nitrierten Stiftes, des Ni-P-plattierten Stiftes und des sulfurisierten Stiftes.
Wie aus den Fig. 4(a), 4(b) ersichtlich, wurde bei den Testergebnissen des nicht behandelten Stiftes auch nach dem Einlaufen (Belastung 98 N, Gleitgeschwindigkeit 5 m/s und Laufzeit 30 Minuten) eine breite Streuung beobachtet. Andererseits, wie in Fig. 4(b) gezeigt, wurde eine kleinere Streuung bei den Testergebnissen des nitrierten Stiftes, des Ni-P-plattierten Stiftes und des sulfurisierten Stiftes beobachtet, deren abriebverhindernde Eigenschaft durchwegs verhältnismäßig gut war. Die Ergebnisse zeigen, daß die Sulfurisierung die beste Oberflächenbehandlung war, um eine gute abriebverhindernde Eigenschaft zu erhalten.

(2) Änderung des Reibungskoeffizienten u während der Abriebtests

Fig. 5(a) und 5(b) zeigen die erfolgten Änderungen, wie des Reibungskoeffizienten u, während der Abriebtests als Beispiele. Die Gleitgeschwindigkeit betrug konstant 5 m/s, wobei die vertikale Achse der graphischen Darstellungen den Reibungskoeffizienten u und die Belastung sowie die Abszissenachse die Zeitperioden während der Tests bezeichnen. Fig. 5(a) zeigt die Testergebnisse des nicht behandelten Stiftes (mit anfänglichem Einlaufen), Fig. 5(b) zeigt die Testergebnisse des sulfurisierten Stiftes.
Wenn beim Abriebtest der Reibungskoeffizient u plötzlich ansteigt (u ≥ 0,5), so wird dies als Auftreten des Abriebs beurteilt. Während des Abriebtests wurde eine verhältnismäßig große Änderung des Reibungskoeffizienten u des nicht behandelten Stiftes beobachtet, wie in Fig. 5(a) gezeigt. Für den Reibungskoeffizienten u des sulfurisierten Stiftes und die Gußeisenscheibe mit hohem Phosphorgehalt wurde keine wesentliche Änderung ausgenommen beim Auftreten des Abriebs beobachtet, wie in Fig. 5(b) gezeigt.
Wie oben beschrieben, zeigte der verschleißfeste Stahl als Ausgangsmaterial nicht stets einen ausreichenden Anfangsabriß (initial break) in den Charakteristiken. In gleicher Weise wurden, da der Gas-nitrierte Stift und der Ni-P-plattierte Stift nicht stets genug Klassenzuordnung zeigten, eine verhältnismäßig große Änderung auch jedes Reibungskoeffizienten u derselben während des Abriebtests beobachtet. Es wurde jedoch keine große Änderung des Reibungskoeffizienten u des sulfurisierten Teststiftes beobachtet, und die Härte der Oberfläche lag niedriger als diejenige des Ausgangsmetalls. Daher wurde angenommen, daß der Anfangsabriß in den Charakteristiken verbessert wurde. Der Verlauf der Charakteristiken des verschleißfesten Stahles nach dem Anfangsabriß in den Charakteristiken war ebenfalls gut, und, wie aus den Ergebnissen der Abriebtests gemäß Fig. 4 ersichtlich, die abriebverhindernde Eigenschaft desselben war ausgezeichnet.

(3) Aussehen der Gleitfläche

Als ein Ergebnis der Beobachtung des Aussehens der Gleitfläche nach dem Abriebtest wurde ein Phänomen beim nicht behandelten Stift beobachtet, bei dem die Zeitspanne bis zum Abrieb kurz ist, daß eine Arbeitsfläche teilweise erscheint (nachfolgend als "Teilarbeitsfläche" bezeichnet). Beim Ni-P- plattierten Teststück und beim nitrierten Teststück besteht jedoch keine Beziehung zwischen der Zeitspanne bis zum Abrieb und der Teilarbeitsfläche.
Andererseits wurde beim sulfurisierten Teststück die Gleitfläche ohne wesentliche Teilarbeitsfläche beschädigt, wodurch die Zeitspanne bis zum Abrieb verhältnismäßig lang wurde. D. h., eine der Wirkungen des Sulfurisierens ist die Verbesserung des Anfangsabrisses in den Charakteristiken an der Gleitfläche mit verhältnismäßig hoher Härte.

(4) Bild der Gleitfläche

Als ein Ergebnis der Beobachtung des Bildes der Gleitfläche vor und nach dem Abriebtest durch das Lasermikroskop war ein numerisch nicht bedeutender Unterschied zwischen vor und nach dem Abriebtest in der Oberflächenrauheit des nicht behandelten Stiftes vorhanden, wobei die Oberflächenrauheit nach dem Abriebtest leicht erhöht war, d. h. die Oberflächenrauheit betrug etwa 1,6 um und etwa 2,0 um vor bzw. nach dem Abriebtest. Stabförmige Risse, verursacht durch Fortschreiten des Abriebschadens, und Spuren des Eindringens von Schmieröl wurden auf der Oberfläche des Teststücks nach dem Abriebtest beobachtet.
Als ein Ergebnis der Beobachtung des Bildes der Gleitfläche des sulfurisierten Teststücks zeigt sich keine Spur, die durch Bearbeitung der Oberfläche des Teststücks bewirkt ist, vor dem Abriebtest infolge der Sulfurisierung. Es wird angenommen, daß das sulfurisierte Teststück mit amorphem FexS auf seiner Oberfläche versehen ist. Obwohl daher die Oberflächenrauheit des Teststücks auf etwa 14,3 um erhöht war, neigten die Oberflächenunregelmäßigkeiten zur Glättung. Nach dem Abriebtest wurde, obwohl die Oberflächenrauheit auf der Gleitfläche reduziert war (weniger als etwa 4,9 um), kein wesentlicher Abriebschaden beobachtet. Das Teststück war mit einer Aushöhlung von etwa 70 um Durchmesser und 5 um Tiefe versehen, die in seiner Oberfläche infolge der Sulfurisierung gebildet war. Es wird angenommen, daß die Oberflächenunregelmäßigkeiten für die Aufnahme von Öl wirksam waren. Nach dem Abriebtest war die Oberflächenrauheit in dem Bereich, in welchem vollständiges Gleiten stattfand, verringert (etwa 2,5 um) und die sulfurisierte Schicht verschwand. D. h., als ein Ergebnis des Abriebtests des sulfurisierten Teststücks war die Zeitspanne bis zum Abrieb verhältnismäßig lang und der verschleißfeste Stahl als Ausgangsmetall hatte verhältnismäßig große Härte. Daher wird angenommen, daß demnach, solang der Anfangsabriß in den Charakteristiken verbessert ist, der Verlauf der Charakteristiken nach demselben zufriedenstellend ist.

(5) Zusammenfassung

Folgendes geht aus Probe 1 und Vergleichsbeispielen 1 bis 3 gemäß der obigen Beschreibung hervor.
1. Eine breite Streuung wurde im Ergebnis des Abriebtests des nicht behandelten Stiftes beobachtet, und der verschleißfeste Stahl als das Ausgangsmetall desselben zeigte nicht stets ausreichenden Anfangsabriß in den Charakteristiken.
Die Streuung im Testergebnis wurde durch Nitrierung, Ni-P- Plattierung oder Sulfurisierung des Stiftes verringert, und die Abriebverhinderung desselben ist verbessert. Die Ergebnisse zeigen, daß die Sulfurisierung die beste Oberflächenbehandlung zur Erzielung einer guten abriebverhindernden Eigenschaft war.
2. Während des Abriebtests wurde keine wesentliche Änderung des Reibungskoeffizienten u des sulfurisierten Stiftes ausgenommen beim Eintreten des Abriebs beobachtet.
3. Eine Teilarbeitsfläche wurde beim nicht behandelten Stift beobachtet, und es wurden stabförmige Risse, verursacht durch das Fortschreiten des Abriebschadens sowie Spuren des Eindringens von Schmieröl auf der Oberfläche des Teststücks nach dem Abriebtest beobachtet. Es bestand numerisch kein wesentlicher Unterschied zwischen vor und nach dem Abriebtest in der Oberflächenrauheit des nicht behandelten Stiftes, d. h. etwa 1,6 um und etwa 2,0 um vor bzw. nach dem Abriebtest.
4. Infolge der Sulfurisierung ist das sulfurisierte Teststück mit amorphem FexS auf seiner Oberfläche versehen, die Oberflächenrauheit des Teststücks war verstärkt (Oberflächenrauheit = etwa 14,3 um), und die Oberflächenunregelmäßigkeiten neigten zur Glättung. Die Oberflächenunregelmäßigkeiten waren wirksam bei der Aufnahme von Öl.
Nach dem Abriebtest war die Oberflächenrauheit verringert (etwa 2,5 um), und die sulfurisierte Schicht verschwunden. Es wird jedoch angenommen, daß, solange der Anfangsabriß in den Charakteristiken verbessert ist, der Verlauf in den Charakteristiken danach für den verschleißfesten Stahl zufriedenstellend ist.
Nachfolgend wird nun eine Beschreibung der Proben und Vergleichsbeispiele der Ringfeder gegeben.

(Proben)

Eine Ringfeder, die aus einer Kombination von vier inneren Ringen aus verschleißfestem Stahl mit den Zusammensetzungen der Probe 1 gemäß Tabelle 1 und fünf äußeren Ringen aus SUP10-Stahl bestand, wurde hergestellt. Der Außendurchmesser jedes äußeren Rings betrug 100 mm und der Innendurchmesser jedes inneren Rings betrug 60 mm. Die Gleitflächen zwischen den inneren Ringen und den äußeren Ringen werden mit MoS&sub2;-Fett versehen.
Die Ringfeder wurde mit einer veränderlichen Druckbelastung zwischen minimal 1 t und maximal 10 t bei 0,4 Hz belastet und die Hübe (strokes) derselben wurden gemessen. Das Ergebnis ist in Fig. 6 dargestellt.
Eine Ringfeder wurde in der gleichen Weise, jedoch unter Benützung von verschleißfestem Stahl mit den Zusammensetzungen der Probe 2 hergestellt. Das Ergebnis der Messung der Hübe desselben war das gleiche wie im obigen Fall.

(Vergleichsbeispiele)

Eine Ringfeder wurde in der gleichen Weise, jedoch unter Verwendung von SUP10-Stahl sowohl für äußere Ringe als auch innere Ringe hergestellt, und der Belastungstest wurde mit der Ringfeder unter der gleichen Bedingung durchgeführt. Das Ergebnis der Messung der Hübe desselben ist in Fig. 6 dargestellt.
Aus Fig. 6 ist ersichtlich, daß der Hub für eine lange Zeit auf einem hohen Wert gehalten werden kann.
Wie oben beschrieben, kann die vorliegende Erfindung verschleißfesten Stahl mit ausgezeichneter Beständigkeit gegen Verschleiß und Abrieb schaffen, welcher hohe Festigkeit und bedeutende Verlängerung sowie hohe Zähigkeit und ferner gute Bearbeitbarkeit zeigt. Dieser verschleißfeste Stahl gemäß der Erfindung ist insbesondere brauchbar als Material eines Gleitbauteils für einen Zylinder in einer Brennkraftmaschine, wie einen Kolbenring, eine Zylinderlaufbuchse oder einen Kolbenmantel einer Brennkraftmaschine, sowie für eine Ringfeder.
Der Gleitbauteil und die Ringfeder gemäß der Erfindung haben ausgezeichnete Verschleißfestigkeit und hohe Dauerhaftigkeit.

Claims

1. Verschleißfester Stahl, der besteht aus:

Kohlenstoff: gleich oder weniger als 2,2 Gew.-%;

Silizium: gleich oder weniger als 1,2 Gew.-%;

Mangan: 0,2-1,2 Gew.-%;

Chrom: gleich oder weniger als 16 Gew.-%;

Phosphor: gleich oder weniger als 0,08 Gew.-%;

Schwefel: 0,15-0,6 Gew.-%;

unvermeidbare Verunreinigungen: gleich oder weniger als 2,0 Gew.-%; wobei der Rest aus Eisen besteht und wobei die Oberfläche des Stahls durch Erhitzen (baking) mit Molybdenoxid nach dem Elektrolysieren und Sulfurisieren behandelt worden ist.

2. Verschleißfester Stahl nach Anspruch 1, bei welchem der Chromgehalt gleich oder weniger als 6,0 Gew.-% beträgt.

3. Verschleißfester Stahl nach Anspruch 2, welcher besteht aus:

Kohlenstoff: 0,25-2,0 Gew.-%;

Silizium: 0,20-1,20 Gew.-%;

Mangan: 0,40-1,20 Gew.-%;

Chrom: 0,80-5,50 Gew.-%;

Phosphor: gleich oder weniger als 0,05 Gew.-%;

Schwefel: 0,20-0,50 Gew.-%;

unvermeidbare Verunreinigungen: gleich oder weniger als 1,0 Gew.-%; wobei der Rest aus Eisen besteht.

4. Verschleißfester Stahl nach Anspruch 1, welcher besteht aus:

Kohlenstoff: 0,60-2,0 Gew.-%;

Silizium: 0,10-0,40 Gew.-%;

Mangan: 0,40-1,0 Gew.-%;

Chrom: 11,0-15,0 Gew.-%;

Phosphor: gleich oder weniger als 0,05 Gew.-%;

Schwefel: 0,20-0,60 Gew.-%;

5. Gleitbauteil für einen Zylinder, aus verschleißfestem Stahl nach einem der Ansprüche 1 bis 4.

6. Gleitbauteil für einen Zylinder nach Anspruch 5, bei welchem der Gleitbauteil ein Kolbenring, eine Zylinderlaufbuchse oder ein Kolbenmantel einer Brennkraftmaschine ist.

7. Ringfeder, die aus inneren Ringen und äußeren Ringen besteht, wobei wenigstens Gleitflächen der inneren Ringe und/oder äußeren Ringe aus verschleißfestem Stahl nach einem der Ansprüche 1 bis 4 bestehen.