DE19644204A1 - Werkstoff für gleitend beanspruchte Maschinenteile - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Gußwerkstoff für gleitend beanspruchte Maschinenteile, insbesondere auf einen Werkstoff für fluidgeschmierte Gleitlager.

Für fluidgeschmierte Gleitlager, zu denen beispielsweise die in Kreiselpumpen verwendeten, vom Fördermedium geschmierten Gleitlager gehören, werden die verschiedensten metallischen und nichtmetallischen Werkstoffe verwendet. So werden bei Gleitlagern, bei denen das Fördermedium Reinwasser als Schmiermittel dient, metallische Legierungen, Hartmetalle, Keramiken, Elastomere und Hartgummi, aber auch elektrographitierte Kohle mit und ohne Kunstharztränkung oder Hartkohle mit Kunstharz- bzw. Antimontränkung als Werkstoff eingesetzt. Bei den metallischen Werkstoffen verwendet man bevorzugt Nicht-Eisenbasis-Legierungen wie Aluminium- und Kupferlegierungen oder Weißmetalle auf Blei- und Zinngrundlage sowie in eingeschränktem Maß Eisenbasis-Legierungen.

Typische Vertreter für Lagerwerkstoffe auf Fe-Basis sind martensitische Chromstähle wie X 13 CrMoS 13 mit Schwefel-Zusatz oder Hartgußlegierungen wie der Werkstoff G-X 120 CrMo 29 2 (1.4318). Diese Legierungen zeichnen sich durch eine relativ gute Verschleißbeständigkeit aus, neigen jedoch bei Mischreibung zum Fressen.

Demgegenüber haben die Werkstoffe Grau- und Sphäroguß aufgrund des eingelagerten Graphits, welcher als Schmiermittel wirkt, sehr gute Notlaufeigenschaften. Die zulässige spezifische Flächenpressung dieser Werkstoffe ist jedoch ebenso wie die Verschleißbeständigkeit sehr niedrig, so daß die Einsatzbereiche solcher Lager stark eingeschränkt sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine metallische Legierung auf Eisen- Basis zu schaffen, die eine hohe zulässige spezifische Flächenpressung besitzt, dabei sehr verschleißbeständig ist und deren Neigung zum Fressen gering ist.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Gußwerkstoff, der die im Patentanspruch 1 genannte Zusammensetzung und einen Gefügeaufbau mit ferritischer, ferritisch-perlitischer oder bainitischer Matrix bei gleichzeitiger Anwesenheit von Chromcarbiden und freiem Kohlenstoff besitzt. Von besonderem Vorteil ist eine globulare Ausbildung des freien Kohlenstoffs.

Eine Verwendung dieses Werkstoffs ist vor allem für fluidgeschmierte Gleitlager, insbesondere für in Kreiselpumpen einzusetzende, durch die Förderflüssigkeit geschmierte Gleitlager zu empfehlen.

Die Oberflächenhärtung eines aus dem erfindungsgemäßen Gußwerkstoff hergestellten Maschinenteils, wie z. B. eine Nitrierung, wirkt sich günstig auf die Standzeit aus.

In fluidgeschmierten Gleitlagern ist die Eigenpaarung mit dieser Legierung möglich; als Gleitpartner kommen aber auch harte Werkstoffe, wie Metalle und Keramiken, und weiche Werkstoffe, wie Kohle und CFC, in Frage.

Der erfindungsgemäße Gußwerkstoff mit ausgeschiedenen Chromcarbiden und freiem Kohlenstoff zeigt ein günstiges Reibverhalten besonders bei Misch- und Trockenreibung.

Die im Gefüge eingelagerten Chromcarbide erhöhen aufgrund ihrer hohen Härte die Verschleißfestigkeit, wodurch eine höhere Beständigkeit erreicht wird als bei hartphasenfreien Werkstoffen und auch bei kohlenstoffarmen, martensitischen Stählen. Zu achten ist auf einen ausgewogenen Carbidgehalt, da bei einem zu niedrigen Carbidgehalt die Verschleißbeständigkeit und die Lebensdauer des Maschinenteiles verringert würden, während bei einem zu hohen Carbidgehalt und einer daraus resultierenden hohen Sprödigkeit - insbesondere im Falle eines zusammenhängenden Carbidnetzes - der Energieeintrag bei Misch- und Trockenreibung zu Wärmespannungsrissen führen könnte.

Die Wirkung von Kohlenstoff als Trockenschmiermittel zur Verbesserung der Notlaufeigenschaften von Gleitlagern ist bekannt. Im Gegensatz zu Hartgußsorten ist daher beim erfindungsgemäßen Werkstoff der Chrom- und Kohlenstoffgehalt so eingestellt, daß nach Bildung der Carbide noch ein für Schmierzwecke ausreichender, nicht abgebundener Anteil an freiem Kohlenstoff im Gefüge vorhanden ist. Ist dieser freie Kohlenstoff globular ausgebildet, liegt er also in Form von Sphärolithen vor, so entstehen nach dessen an der Oberfläche des Maschinenteils erfolgten Verbrauch Poren, welche Fluid aufnehmen und somit als Schmiertaschen wirken.

Durch die Vermeidung des für Grauguß charakteristischen zusammenhängenden Graphitnetzwerks ist die Legierung spongiosebeständig.

Claims (8)

1. Gußwerkstoff für gleitend beanspruchte Maschinenteile, insbesondere für fluidgeschmierte Gleitlager, gekennzeichnet durch

• a) eine Zusammensetzung in Gewichts-% von
  1,5-12,0 Cr
  ≦ 5,0 Ni
  ≦ 2,0 Mo
  ≦ 3,0 Si
  ≦ 1,0 Mn
  3,0-5,0 C
  Rest: Fe und erschmelzungsbedingte Verunreinigungen
• b) einen Gefügeaufbau mit ferritischer, ferritisch-perlitischer oder bainitischer Matrix bei gleichzeitiger Anwesenheit von Chromcarbiden und freiem Kohlenstoff.

2. Gußwerkstoff nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine globulare Ausbildung des freien Kohlenstoffs.

3. Verwendung des Werkstoffs nach Anspruch 1 oder 2 für fluidgeschmierte Gleitlager, insbesondere für in Kreiselpumpen einzusetzende, durch die Förderflüssigkeit geschmierte Gleitlager.

4. Maschinenteil aus einem Werkstoff gemäß Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine gehärtete Oberfläche.

5. Maschinenteil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß dessen Oberfläche durch Nitrierung gehärtet ist.

6. Gleitlagerung mit einem Gleitlager aus einem Werkstoff gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gleitlager Gleitpartner eines aus einem artgleichen Werkstoff bestehenden Teils ist.

7. Gleitlagerung mit einem Gleitlager aus einem Werkstoff gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gleitlager Gleitpartner eines aus einem harten Werkstoff, insbesondere aus Metall oder Keramik bestehenden Teils ist.

8. Gleitlagerung mit einem Gleitlager aus einem Werkstoff gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gleitlager Gleitpartner eines aus einem weichen Werkstoff, insbesondere aus Kohle oder CFC bestehenden Teils ist.