DE10049598C2 - Process for producing a cast iron material - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Hochbruch- und verschleißfesten Gusseisenwerkstoffes für Kraftfahrzeugmotoren. Die Erfindung betrifft ins­ besondere einen neuen Gusseisenwerkstoff, der eine sphärolitische Graphitausbildung und austenitische Matrixtruktur mit einem bestimmten Anteil an Restcarbiden aufweist und insbesondere für die Herstellung von Kolbenringen und Zylinderlaufbuchsen geeignet ist.The present invention relates to a method for producing a high-break and wear-resistant cast iron material for motor vehicle engines. The invention relates to special a new cast iron material, which has a spherulitic graphite formation and austenitic matrix structure having a certain proportion of residual carbides, and is particularly suitable for the production of piston rings and cylinder liners.

Zur Herstellung hoch beanspruchter Teile von Verbrennungskraftmotoren, wie beispielsweise Kolbenringe, werden gewöhnlich Gusseisenwerkstoffe bzw. Gusseisenlegierungen verwendet. Die Kolbenringe haben die Aufgabe, den zwischen Kolbenkopf und Zylinderwand vorhandenen Spalt gegenüber dem Brennraum abzudichten. Bei der Auf- und Abbewegung des Kolbens gleitet der Kolbenring einerseits mit seiner äusseren Umfangsfläche in ständiger federnder Anlage gegen die Zylinderwand, andererseits gleitet der Kolbenring, bedingt durch die Kippbewegungen des Kolbens, oszillierend in seiner Kolbenringnut, wobei seine Flanken, d. h. die Ober- und Unterseite des Kolbenringes, wechselnd an der oberen oder unteren Nutenflanke der Kolbenring­ nut anliegen.For producing highly stressed parts of internal combustion engines, such as Piston rings, usually cast iron materials or cast iron alloys are used. The piston rings have the task of existing between the piston head and cylinder wall Gap seal against the combustion chamber. During the up and down movement of the piston slides the piston ring on the one hand with its outer peripheral surface in constant resilient system against the cylinder wall, on the other hand slides the piston ring, due to the tilting movements the piston, oscillating in its piston ring groove, its flanks, d. H. the upper and Bottom of the piston ring, alternately on the upper or lower flank of the piston ring nut abut.

In Abhängigkeit von den Materialeigenschaften der jeweils gegeneinander laufenden Gleitpartner tritt bei dem einen oder dem anderen der Gleitpartner mehr oder weniger starker Verschleiss auf, der bei einem Trockenlauf zu sogenannten Fressern, Riefenbildung und schließlich zu einer Zer­ störung des Motors führen kann. Um das Gleitverhalten von Kolbenringen gegenüber der Zylinderwand zu verbessern, wurden diese an deren Umfangsfläche mit Beschichtungen aus unterschiedlichen Materialien versehen.Depending on the material properties of the mutually sliding partners occurs more or less severe wear on one or the other of the sliding partners, in a dry run to so-called munching, scoring and finally to a Zer may cause the motor to malfunction. To the sliding behavior of piston rings opposite the Cylinder wall to improve, they were on their peripheral surface with coatings provided different materials.

So werden in dem Kolbenring-Handbuch der Goetzewerke Friedrich Goetze AG, 3. Auflage 1977, Seite 28 ff. die Bereitstellung von Verschleiss-mindernden Schichten auf den Kolben­ ringen als Laufflächenbewehrungen vorgeschlagen, die aus Chrom, Molybdän, Keramik, aus Bronzeeinlagen oder auch aus zusammengesetzten Schichten verschiedener Werkstoffe bestehen können.So in the piston ring manual of Goetzewerke Friedrich Goetze AG, 3rd edition 1977, page 28 ff. The provision of wear-reducing layers on the piston wrestling proposed as tread reinforcements, made of chrome, molybdenum, ceramics, from  Bronze inserts or consist of composite layers of different materials can.

In der DE-OS 21 56 127 wird weiter ein elektrolytisches Aufbringen von Gleitschichten auf Kolbenringe und die Zylinderwandung offenbart, wobei Abriebsfestigkeit der Gleitschichten durch Einschluß harter, suspendierter Partikel erhöht wird. Die partikelförmigen Einlagerungen können hierbei aus Siliciumcarbid oder Diamant bestehen. Jüngere Entwicklungen nützen auch die Möglichkeit der Abscheidung dünner Schichten aus Plasma (Plasma-PVD oder CVD-Ver­ fahren)In DE-OS 21 56 127 is further on an electrolytic application of sliding layers Piston rings and the cylinder wall disclosed, wherein abrasion resistance of the sliding layers is increased by inclusion of hard, suspended particles. The particulate inclusions can be made of silicon carbide or diamond. Recent developments also benefit the possibility of depositing thin layers of plasma (plasma PVD or CVD ver drive)

Im Zuge der Energiesparmaßnahmen und dem Bedarf nach Kraftfahrzeugen mit immer geringerem Gewicht und verbesserten Abgaswerten wurden Kraftfahrzeugmotoren entwickelt, die aus den Materialien Aluminium, Magnesium oder Keramik bzw. aus einer Kombination dieser Legierungen gefertigt sind. So offenbaren beispielsweise die JP-246087/1996 und 19757/1997 Zylindereinsätze für hin- und hergehende Verbrennungsmotoren die aus einer hypereutektischen Aluminium-Silizium-Legierung bestehen. Es wurde gefunden, daß derartige Zylinder exzellente Eigenschaften hinsichtlich des Verschleisses, eines geringen Verbrauchs an Schmiermittel bzw. Öl, sowie eines geringeren Abriebs des Kolbens aufweisen.In the course of energy saving measures and the need for motor vehicles with always lighter weight and improved emissions, automotive engines have been developed made of the materials aluminum, magnesium or ceramic or of a combination These alloys are made. For example, JP-246087/1996 and US-A-5,249,364 disclose 19757/1997 Cylinder inserts for reciprocating internal combustion engines from a hypereutectic aluminum-silicon alloy. It has been found that such Cylinder excellent properties in terms of wear, low consumption Have lubricant or oil, and a lower abrasion of the piston.

In einem derartigen Aluminiumzylinder befindet sich der Kolben, der gewöhnlich mit einem Satz aus drei Kolbenringen ausgestattet ist. Diese Kolbenringe bestehen jedoch aus einem Material, das unterschiedlich ist zu den genannten Werkstoffen für den Zylinder bzw. den Kolben und folglich einen demgegenüber unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist. Dies führt jedoch dazu, daß sich bei hoher Beanspruchung des Motors, wie beispielsweise bei Vollast bei einem Dieselmotor, die unterschiedlichen Materialien verschieden ausdehnen. So werden sich die Materialien des Motors (Aluminium, Magnesium, Keramik) deutlich stärker ausdehnen als die Kolbenringe, die gewöhnlich aus Gußeisen oder Stahl gefertigt sind, so daß die Letzt­ genannten durch die massiveren Kolben aufgespreizt werden, eine Vergrößerung ihres Ausgangs­ stoßspiels erfahren und somit einen Teil ihrer Funktions-Dichtungsaufgabe verlieren bzw. ein­ büßen. Als Folge einer derartigen Beanspruchung gelangen ölhaltige Verbrennungsrückstände in den Auspuffund ins Kurbelgehäuse, wobei die heutzutage immer strenger werdenden Abgasauf­ lagen nicht mehr erfüllt werden können. In such an aluminum cylinder is the piston, usually one set made of three piston rings. However, these piston rings are made of a material that is different to the materials mentioned for the cylinder or the piston and Consequently, it has a different thermal expansion coefficient. This However, this leads to high stress of the engine, such as at full load in a diesel engine, the different materials expand differently. So be the materials of the engine (aluminum, magnesium, ceramics) expand significantly more as the piston rings, which are usually made of cast iron or steel, so that the last be spread by the more massive pistons, an increase in their output Experienced shock game and thus lose part of their functional sealing task or a atone. As a result of such stress get oil-containing combustion residues in the exhaust and the crankcase, with the now increasingly stringent exhaust gas could not be fulfilled anymore.  

Im Stand der Technik werden verschiedene Materialien für Kolbenringe angegeben.The prior art discloses various materials for piston rings.

So offenbart beispielsweise die DE 37 17 297 einen Kolbenring aus Gusseisen als einzigem Material mit in seiner äusseren Umfangsoberfläche nur in einem Bereich weisserstarrtem Gusseisen, hervorgerufen durch Beaufschlagen des Gusseisenmaterials mit einer Strahlung hoher Energiedichte und mit zwischen dem Gusseisengrundmetall und weisserstarrten Bereich ausgebildetem thermisch beaufschlagtem Zwischenbereich.For example, DE 37 17 297 discloses a piston ring made of cast iron as the only Material with in its outer peripheral surface only in one area weisserstarrtem Cast iron caused by impinging the cast iron material with a high radiation Energy density and with between the cast iron base metal and white solidified area trained thermally acted intermediate area.

In der EP 0 821 073 wird weiter eine Gusseisenlegierung mit perlitischer Grundstruktur und kugelförmigen oder vermikularförmigen Graphitausscheidungen offenbart, die aufgrund der auch bei hohen Temperaturen beständigen Festigkeitswerte insbesondere zur Anwendung in Kolbenringen einsetzbar ist.In EP 0 821 073 a cast iron alloy with perlitic basic structure and spherical or vermicular graphite precipitates disclosed due to the Stable strength values at high temperatures, in particular for use in Piston rings can be used.

In der DE-OS 26 46 276 werden austenitische Gusseisenlegierungen offenbart, wobei die Gussstücke aus einer Schmelze mit einer grossen Brinellhärte oberhalb von 300 kp/cm² gegossen werden und nachfolgend durch eine Wärmebehandlung bei 550°C-850°C über ¼ bis 2 Std. in den gewünschten Brinellhärtebereich oberhalb 250 kp/cm² weichgegüht werden.In DE-OS 26 46 276 austenitic cast iron alloys are disclosed, the castings are cast from a melt with a high Brinellhärte above 300 kp / cm ² and subsequently by a heat treatment at 550 ° C-850 ° C for ¼ to 2 hours are softened to the desired Brinell hardness range above 250 kp / cm ² .

In der DE-OS-42 21 448 wird weiter ein austenitisches Gusseisen mit überwiegend vermicu­ larer und/oder globularer Graphitausbildung als intermetallisch in dem Aluminiumgrund­ material eines Kolbens gebundenes Bewehrungsmaterial beschrieben.In DE-OS 42 21 448 an austenitic cast iron is still predominantly vermicu larer and / or globular graphite formation as intermetallic in the aluminum base described material of a piston bound reinforcing material.

Obwohl die im Stand der Technik bekannten Kolbenringen bzw. Materialien vielen der bestehenden Anforderungen genügen besteht immer noch ein Bedarf nach einem Material für Kolbenringe, die für den Einsatz in mit modernen Werkstoffen, wie Aluminium, Magnesium oder Keramik, hergestellten Motoren geeignet sind und insbesondere die Gefahr des erhöhten Verschleisses bei Vollast mindern.Although known in the art piston rings or materials many of the meet existing requirements, there is still a need for a material for Piston rings suitable for use in with modern materials, such as aluminum, magnesium or ceramics, manufactured engines are suitable and in particular the risk of increased Reduce wear at full load.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin ein neuartiges Material bzw. ein Verfahren zu dessen Herstellung zur Verfügung zu stellen, das zum Einsatz in Motoren der neuen Generation, wie beispielsweise Aluminiummotoren, geeignet ist und insbesondere verbesserte Eigenschaften hinsichtlich eines Verschleisses bei Vollast im Motor zeigt, jedoch gleichzeitig die weiteren, für Kolbenringe erforderlichen Eigenschaften aufweist.An object of the present invention is therefore a novel material or a To provide a method for its production, which is suitable for use in engines of the new generation, such as aluminum engines, is suitable and in particular However, improved characteristics of wear at full load in the engine shows at the same time has the other, necessary for piston rings properties.

In den langwierigen Untersuchungen, die zu der vorliegenden Erfindung führten, versuchten die Erfinder Gusseisen mit einer austenitischen Matrix, die als solche zwar einen einer Aluminium­ legierung nahekommenden Ausdehnungskoeffizienten aufweist, jedoch aufgrund ihrer Weichheit für Kolbenringe, insbesondere für den an Brennraum unmittelbar angrenzenden Kolbenring, nicht geeignet ist, derart zu modifizieren, daß der Werkstoff die für derartige Kolbenringe Kolbenringe erforderlichen Eigenschaften, wie beispielsweise keine bleibende Verformung sondern die geforderte, elastische Verformbarkeit usw. aufweist.In the lengthy investigations that led to the present invention, the Inventor of cast iron with an austenitic matrix, as such, although one of aluminum alloy has close coefficients of expansion, but because of their softness for piston rings, in particular for the piston ring immediately adjacent to the combustion chamber, is not suitable to modify such that the material for such piston rings  Piston rings required properties, such as no permanent deformation but the required, elastic deformability, etc. has.

Erfindungsgemäß wird nun ein Verfahren zur Herstellung eines Werkstoffes bereitgestellt, bei dem eine Schmelze hergestellt wird aus den Materialien (in Gew.-%): Kohlenstoff 1,5-3,5%, Silizium 1,0-5,0%, Mangan 4-18%, Phosphor < 0,5%, Schwefel < 0,05%, Crom 1,0-5%, Nickel 1,0-10%, Kupfer ≦ 1,0%, wobei der Rest Eisen ist einschließlich herstellungsbedingter Verunreinigungen. In einem nachfolgenden Schritt wird durch Zugabe einer oder mehreren von NiMg, NiSiMg, FeMg oder FeSiMg, Ce, La oder der anderen Seltenerdenmetallen in einer Menge von < 0,5%, mit der Maßgabe, daß unter (a) angegebenen Mengen an Nickel bzw. Silizium nicht überschritten werden, ein Rohling mit weisser Gußstruktur hergestellt, der anschließend für eine Zeitspanne wärme-be-han-delt wird, bis der Anteil an Restcarbiden in dem so erhaltenen Werkstoff < 30% beträgt.According to the invention, a method for producing a material is now provided in in which a melt is produced from the materials (in% by weight): carbon 1.5-3.5%, Silicon 1.0-5.0%, Manganese 4-18%, Phosphorus <0.5%, Sulfur <0.05%, Crom 1.0-5%, Nickel 1.0-10%, copper ≦ 1.0%, with the remainder being iron including manufacturing Impurities. In a subsequent step, adding one or more of NiMg, NiSiMg, FeMg or FeSiMg, Ce, La or the other rare earth metals in one Amount of <0.5%, with the proviso that under (a) indicated amounts of nickel or Silicon are not exceeded, a blank made with white cast structure, the then heat-treated for a period of time until the proportion of residual carbides in the thus obtained material <30%.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht, daß die austenitischen Gusseisen statt in üblicher Weise vollständig grau, durch gezielte, Kugelgraphit-keimbildende Zusätze vollständig weisser­ starrend-zemenitisch-ledeburitisch gegossen werden können. Durch die Wärmebehandlung des Gusses gehen die Fe3C- und Cr-Mischcarbide darüber hinaus soweit in Lösung, daß gezielt prozentuale Restcarbide in der austenitischen Matrix verbleiben. Es wurde nun gefunden, daß diese in den erfindungsgemäßen Mengen eingestellten Restcarbide in der mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erhältlichen sphärolithischen Ausbildung als stabilisierendes Korsett wirken und die ursprünglich weiche austenitische Matrix dahingehend stützen bzw. verstärken, daß deren Elastizität und auch Verschleißbeständigkeit erhöht wird. Die erfindungs­ gemäß erhältlichen Werkstoffe weisen daher alle für Kolbenringe erforderlichen Eigenschaften auf, wie Hochbrucheigenschaft sowie ausgezeichnete Verschleissbeständigkeit. Darüber hinaus behält der so hergestellte Werkstoff trotz Modifizierung die ursprüngliche, einem Al/Mg/Keramikwerkstoff nahekommende Wärmeausdehnung der austenitischen Matrix, so daß diese auch in Motoren der neueren Generation aus den genannten Materialien eingesetzt werden können. Die Hochbruchfestigkeit und die hohe Verschleißfestigkeit zusammen mit der den modernen Motormaterialien vergleichbaren Wärmeausdehnung machen den Werkstoff für die Herstellung des ersten Kolbenrings in einem Kraftfahrzeugmotor äußerst geeignet, wobei sogar das Erfordernis des in der ersten Nut mit Kolbenmaterial umschlossene Niresist-Ringträgers wegfallen kann.The inventive method allows the austenitic cast iron instead of in the usual Fully gray, completely white due to targeted nodular nucleating additives can be poured staring-zemenitisch-ledeburitisch. By the heat treatment of the In addition, the Fe3C and Cr mixed carbides go far enough in solution that targeted percent residual carbides remain in the austenitic matrix. It has now been found that these set in the amounts of the invention residual carbides in the with the According to the invention obtainable spherulitic training as stabilizing Corset and support the originally soft austenitic matrix to this effect or reinforce that their elasticity and wear resistance is increased. The invention According to available materials therefore have all the properties required for piston rings such as high-breakability and excellent wear resistance. Furthermore retains the material thus produced, despite modification of the original one Al / Mg / ceramic material close thermal expansion of the austenitic matrix, so that These are also used in engines of the newer generation of the materials mentioned can. The high breaking strength and the high wear resistance together with the modern engine materials comparable thermal expansion make the material for the Manufacture of the first piston ring in an automotive engine extremely suitable, even the requirement of the Niresist ring carrier enclosed in the first groove with piston material  can fall away.

In den Figuren sindIn the figures are

Fig. 1 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt eines mit dem erfindungsgemäßen Verfahren her-ge­ stell-ten Werkstoffes bei unterschiedlichen Zeiten der Carbidglühung; FIG. 1 shows an enlarged detail of a material produced with the method according to the invention at different carbide annealing times; FIG.

Fig. 2 zeigt vergrößerte Ausschnitte von erfindungsgemäß hergestellten Werkstoffen, bei einer Carbidglühungsdauer von 20 Minuten; Fig. 2 shows enlarged sections of materials according to the invention, with a Carbidglühungsdauer of 20 minutes;

Fig. 3 zeigt vergrößerte Ausschnitte von erfindungsgemäß hergestellten Werkstoffen, bei einer Carbidglühungsdauer von 40 Minuten; und Fig. 3 shows enlarged sections of materials according to the invention, with a Carbidglühungsdauer of 40 minutes; and

Fig. 4 zeigt vergrößerte Ausschnitte von erfindungsgemäß hergestellten Werkstoffen, bei einer Carbidglühungsdauer von 60 Minuten. Fig. 4 shows enlarged details of the present invention produced materials at a Carbidglühungsdauer of 60 minutes.

In einem ersten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Schmelze in beispielsweise einer herkömmlichen Behandlungs- bzw. Vergießpfanne hergestellt, was gewöhnlich durch Erhitzen der vorstehenden Stoffe in den angegebenen Mengen auf eine Temperatur im Bereich von etwa 1450 Grad Celsius und mehr, d. h. bis zur völligen Verflüssigung der Stoffe erfolgt.In a first step of the method according to the invention, the melt in example a conventional treatment or Vergießpfanne made what is usually by Heating the above materials in the specified amounts to a temperature in the range from about 1450 degrees Celsius and more, d. H. until complete liquefaction of the substances.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform enthält die Schmelze Kohlenstoff 2,09%, Silizium 1,25%, Mangan 0,52%, Phosphor 0,25%, Schwefel 0,009%, Chrom 2,17%, Nickel 15,4%, Kupfer 4,47%, Mg 0,014%, wobei der Rest, wie vorstehend Eisen mit den verfahrensbedingten Verunreinigungen ist. According to a preferred embodiment, the melt contains carbon 2.09%, Silicon 1.25%, manganese 0.52%, phosphorus 0.25%, sulfur 0.009%, chromium 2.17%, nickel 15.4%, copper 4.47%, Mg 0.014%, with the remainder iron as described above process-related contamination is.  

Zu Steigerung der Verschleißbeständigkeit des Werkstoffes können den Schmelzen weiter die Elemente Co, V, Ti, Nb, Ta, W, Mo, B, Pb, Sn, Al oder Gemische davon in einer Menge bis zu 20% zugesetzt werden. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird der Stickstoffgehalt der Schmelze auf bis zu 800 ppm eingestellt, was durch Zusetzen von hochstick­ stoffhaltigen Legierungen, beispielsweise FeMnN oder FeCrN oder über Fülldrahtinjektion erfolgen kann. Der Stickstoff verfestigt die austenitische Matrix weiter und trägt zusätzlich zur schnellen, gleichmäßigen Schichtbildung beim Nitrierprozess bei.To increase the wear resistance of the material, the melts can continue to Elements Co, V, Ti, Nb, Ta, W, Mo, B, Pb, Sn, Al or mixtures thereof in an amount up to 20% are added. According to a further preferred embodiment of the Nitrogen content of the melt adjusted to up to 800 ppm, which by adding hochstick containing alloys, such as FeMnN or FeCrN or via Fülldrahtinjektion can be done. The nitrogen further solidifies the austenitic matrix and adds to the rapid, uniform layer formation in the nitriding process.

Nach Herstellung der Schmelze wird dieser Kugelgraphit-keimbildende Zusätze beigefügt, wie NiMg, NiSiMg, FeMg, FeSiMg, Ce, La oder die weiteren seltenen Erdmetalle, oder Gemische davon. Diese werden in einer Menge von maximal 0,5% zugesetzt, mit der Maßgabe, daß die vorstehend angegeben Grenzwerte für die jeweiligen Elemente nicht überschritten werden. Es wurde gefunden, dass diese Zusätze zur Modifizierung der Guss-Weisserstarrung der Schmelze dienen und ermöglichen, daß der Werkstoff weisserstarrend-zemenitisch-ledeburitisch erstarrt.After production of the melt, this nodular graphite nucleating additive is added, such as NiMg, NiSiMg, FeMg, FeSiMg, Ce, La or the other rare earth metals, or mixtures from that. These are added in an amount of not more than 0.5%, with the proviso that the above specified limits for the respective elements are not exceeded. It It has been found that these additives modify the cast-white solidification of the melt serve and allow the material solidifies white-solid-Zemenitisch-ledeburitic.

Der Rohling kann dabei mit im Stand der Technik bekannte Methoden gegossen werden, wie beispielsweise Schleuderguss, Strangguss als rundes oder unrundes Rohr mit/ohne Zentrierkerbe, Stempelpressverfahren, Croning oder Grünsandformen als Einzel oder Mehrfahrohling. Der Fachmann wird aufgrund der Zweckbestimmung des Rohlings und unter Zuhilfenahme seines allgemeinen Fachwissens die geeignete Methode wählen.The blank can be cast with methods known in the art, such as for example, centrifugal casting, continuous casting as a round or non-circular tube with / without centering notch, Stamping, Croning or Grünsand forms as single or Mehrfahrohling. The The expert is due to the purpose of the blank and with the help of his general knowledge, choose the appropriate method.

Falls die Carbidbildung des Vorlegierungsmaterials nicht ausreicht, so können diesem zusätzlich in Kombination die Stoffe Tellur, Bor, oder Wismuth zugesetzt werden. Der so erhaltene Werkstoff stellt sich als eine Guss-Gefügestuktur dar, die in einer vollständig karbidischen, zemenitisch-ledeburitischen Ausscheidung ohne jegliche D-Graphitnester vorliegt.If the carbide formation of the master alloy material is not sufficient, then this can additionally in combination the substances tellurium, boron, or bismuth can be added. The thus obtained Material presents itself as a cast structure which is in a completely carbidic, Zeminitic-ledeburitic excretion without any D-Graphitnester is present.

Die Gussteile werden dann bei einer Temperatur von über 750°C, vorzugsweise bei einer Temperatur im Bereich von 900 bis 1050°C für eine Zeitspanne gehalten, die ausreichend ist, damit der Gehalt an Restcarbiden bei ≦ 30% liegt.The castings are then at a temperature of about 750 ° C, preferably at a Temperature in the range of 900 to 1050 ° C for a period of time which is sufficient so that the content of residual carbides is ≦ 30%.

Die Erfindung betrifft weiter die mit dem Verfahren erhältlichen Werkstoffe, die die in den An­ sprüchen angegeben Inhaltsstoffe aufweisen, wobei der Rest Eisen und die während des Verfahrens zugesetzten Stoffe ist. Aufgrund der sphärolithischen bis temperkohleartigen Graphitausbildung ist der Werkstoff ein hochfestes, verschleissbeständiges Gusseisen mit gezielt vorliegenden Restcarbiden in einer austenitischen Matrixstruktur. Das Gusseisen zeigt die folgenden Eigenschaftswerte:
Elastizitätsmodul < 140.000 Mpa
Biegefestigkeit < 600 Mpa (Rm ca < 400 Mpa)
Härte-HRB < 90-110 (variierend je nach Restcarbidanteilen)The invention further relates to the materials obtainable by the process, which have the ingredients specified in the claims, the remainder being iron and the added during the process substances. Due to the spherulitic to tempered carbon-like graphite formation, the material is a high-strength, wear-resistant cast iron with deliberately present residual carbides in an austenitic matrix structure. The cast iron shows the following property values:
Young's modulus <140,000 MPa
Bending strength <600 Mpa (Rm ca <400 Mpa)
Hardness HRB <90-110 (varying depending on the residual carbide content)

Der erfindungsgemäße Werkstoff eignet sich daher als schwachmagnetisierendes, korrosionsbe­ ständiges Gußeisen aufgrund seiner hervorragenden Eigenschaften insbesondere für die Herstellung von Kolbenringen im automotiven und LB-Bereich, bzw. für Ventilsitzringe und Führungen. Darüber hinaus können damit Laufwerkdichtungen (LWD's), Trägerplatten für Bremsbeläge von Scheibenbremsen (Black Plates) sowie Ringe für Kühlaggregate, Pumpdüsen, sowie Zylinderlaufbuchsen (Liner) und Schonbuchsen bzw. Teile für die chemische Industrie hergestellt werden.The material according to the invention is therefore suitable as weakly magnetizing, corrosionsbe Permanent cast iron due to its excellent properties, in particular for the Manufacture of piston rings in the automotive and LB range, or for valve seat inserts and Guides. In addition, so can drive seals (LWDs), carrier plates for Brake pads of disc brakes (Black Plates) and rings for cooling units, pump nozzles, and cylinder liners (liners) and protective bushes or parts for the chemical industry getting produced.

Das folgende Beispiel erläutert die Erfindung ohne sie zu beschränken.The following example illustrates the invention without limiting it.

Ausführungsbeispielembodiment

Unter Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens wurde ein Werkstoff hergestellt, der die folgende Zusammensetzung aufwies:
Using the method according to the invention, a material was produced which had the following composition:

Kohlenstoffcarbon 2,090%2.090% Siliziumsilicon 1,250%1.250% Manganmanganese 0,520%0.520% Phosphorphosphorus 0,250%0.250% Schwefelsulfur 0,009%0.009% Chromchrome 2,170%2.170% Vanadiumvanadium 0,030%0.030% Molybdänmolybdenum 0,010%0.010% Nickelnickel 15,400%15.400% Kupfercopper 4,470%4.470% Titantitanium 0,010%0.010% Wolframtungsten 0,030%0.030% Niobniobium 0,010%0.010% Zinntin 0,020%0.020% Aluminiumaluminum 0,006%0.006% Magnesiummagnesium 0,014%0.014%

Dabei wurde Schritt (c) bei 950°C für 20, 40 und 60 Minuten an Luft durchgeführt. Die Ergeb­ nisse hinsichtlich des Restcarbidanteils und dessen Verteilung sind in den Fig. 1 bis 4 gezeigt. Wie daraus ersichtlich
Variante Nr. 1-02, Teil 1, Prüfattest 2000-10, Karbidglühung: 950 Grad Celsius, 20 min.
Variante Nr. 1-02, Teil 2, Prüfattest 2000-11, Karbidglühung: 950 Grad Celsius, 40 min.
Variante Nr. 1-02, Teil 3, Prüfattest 2000-12, Karbidglühung: 950 Grad Celsius, 60 min.Step (c) was carried out at 950 ° C for 20, 40 and 60 minutes in air. The results concerning the residual carbide content and its distribution are shown in FIGS . 1 to 4. As can be seen
Variant no. 1-02, part 1, test certificate 2000-10, carbide annealing: 950 degrees Celsius, 20 min.
Variant no. 1-02, part 2, test certificate 2000-11, carbide annealing: 950 degrees Celsius, 40 min.
Variant no. 1-02, part 3, test certificate 2000-12, carbide annealing: 950 degrees Celsius, 60 min.

Die obigen Werkstoffatteste enthalten die jeweilige spährolitische Graphitausbildung und das in der austenitischen Matrixstruktur befindliche sog. Karbid-Korsett. Bildtafel Nr. 2000-1 zeigt die prozentualen Karbidanteile im Werkstoff entsprechend der Glühzeiten.The above material certificates contain the respective spährolitische Graphitausbildung and in The austenitic matrix structure so-called. Carbide corset. Picture plate No. 2000-1 shows the percentage of carbide in the material according to the annealing times.

Claims (10)

1. Verfahren zur Herstellung eines Werkstoffes, welches die Schritte umfaßt:

• a) Herstellen einer Schmelze welche die folgenden Inhaltsstoffe aufweist:
  Kohlenstoff 1,5-3,5% Silizium 1,0-5,0% Mangan 4,0-18,0% Phosphor < 0,5% Schwefel < 0,05% Chrom 1,0-5,0% Nickel 1,0-10% Kupfer < 1,0%
• b) Herstellen eines Rohlings mit weisser Gußstruktur durch Zugabe einer oder mehreren von NiMg, NiSiMg, FeMg oder FeSiMg oder der Seltenerdenmetallen in einer Menge von < 0,5%, mit der Maßgabe, daß unter (a) angegebenen Mengen an Nickel und/oder Silizium nicht überschritten werden, und
• c) Halten des Rohlings bei erhöhten Temperaturen, bis der Anteil an Restcarbiden < 30% beträgt.

A method of making a material comprising the steps of:

• a) producing a melt which has the following ingredients:
  carbon 1.5-3.5% silicon 1.0-5.0% manganese 4.0 to 18.0% phosphorus <0.5% sulfur <0.05% chrome 1.0-5.0% nickel 1.0-10% copper <1.0%
• b) producing a blank having a white cast structure by adding one or more of NiMg, NiSiMg, FeMg or FeSiMg or the rare earth metals in an amount of <0.5%, with the proviso that under (a) indicated amounts of nickel and / or Silicon can not be exceeded, and
• c) holding the blank at elevated temperatures until the proportion of residual carbides is <30%.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Schmelze die folgenden Inhaltsstoffe aufweist:
Kohlenstoff 2,090% Silizium 1,250% Mangan 0,520% Phosphor 0,250% Schwefel 0,009% Crom 2,170% Nickel 15,400% Kupfer 4,470% Magnesium 0,014% 2. The method of claim 1, wherein the melt comprises the following ingredients:
carbon 2.090% silicon 1.250% manganese 0.520% phosphorus 0.250% sulfur 0.009% Crom 2.170% nickel 15.400% copper 4.470% magnesium 0.014% 3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schmelze weiter V, Ti, Co, Nb, Ta, W, Mo, B, Pb, Sn, Al oder Gemische davon in einer Menge bis zu 20% enthält. 3. The method according to any one of the preceding claims, wherein the melt further V, Ti, Co, Nb, Ta, W, Mo, B, Pb, Sn, Al or mixtures thereof in an amount up to 20%.   4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schmelze einen Stickstoffgehalt von bis zu 800 ppm aufweist.4. The method according to any one of the preceding claims, wherein the melt a Nitrogen content of up to 800 ppm. 5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Schmelze weiter Te, B und/oder Bi zugegeben wird ≦ 3%5. The method according to any one of the preceding claims, wherein the melt further Te, B and / or Bi is added ≦ 3% 6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Schritt (c) bei einer Temperatur von < 750°C durchgeführt wird.6. The method according to any one of the preceding claims, wherein step (c) at a Temperature of <750 ° C is performed. 7. Gußeisenwerkstoff mit zemenitisch-ledeburitischer Struktur und sphärolithischer Graphit­ ausbildung ohne D-Graphitnester, welche die folgenden Inhaltsstoffe aufweist:
Kohlenstoff 1,5-3,5% Silizium 1,0-5,0% Mangan 4,0-18,0% Phosphor < 0,5% Schwefel < 0,05% Chrom 1,0-5,0% Nickel 1,0-10% Kupfer < 1,0% AL=L<oder Kohlenstoff 2,09% Silizium 1,25% Mangan 0,52% Phosphor < 0,25% Schwefel 0,009% Chrom 2,17% Nickel 15,4% Kupfer 4,47% Magnesium 0,014% 7. cast iron material with zemenitisch-ledeburitic structure and spherulitic graphite formation without D-graphite nests, which has the following ingredients:
carbon 1.5-3.5% silicon 1.0-5.0% manganese 4.0 to 18.0% phosphorus <0.5% sulfur <0.05% chrome 1.0-5.0% nickel 1.0-10% copper <1.0% AL = L "or carbon 2.09% silicon 1.25% manganese 0.52% phosphorus <0.25% sulfur 0.009% chrome 2.17% nickel 15.4% copper 4.47% magnesium 0.014% 8. Gußeisenwerkstoff nach Anspruch 7, welcher einen Stickstoffgehalt von maximal 800 ppm aufweist. 8. cast iron material according to claim 7, which has a nitrogen content of maximum 800 ppm.   9. Gußeisenwerkstoff nach einem der Ansprüche 7 oder 8, welcher Co, V, Ti, Nb, Ta, W, Mo, B, Pb, Sn, Al oder Gemische davon in einer Menge bis zu 20% enthält.9. cast iron material according to one of claims 7 or 8, which Co, V, Ti, Nb, Ta, W, Mo, B, Pb, Sn, Al or mixtures thereof in an amount up to 20%. 10. Verwendung eines Gußeisenwerkstoffes nach einem der Ansprüche 7 bis 9 zur Her­ stellung von Kolbenringen, Zylinderlaufbuchsen, Ventilsitzen und Schonbuchsen, Laufwerks­ dichtungen, Trägerplatten für Bremsbeläge, Ringe für Kühlaggregate oder Pumpendüsen.10. Use of a cast iron material according to one of claims 7 to 9 for Her Position of piston rings, cylinder liners, valve seats and Schonbuchsen, drive seals, backing plates for brake linings, rings for cooling units or pump nozzles.