HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Technischer Bereich der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen in
Verbrennungsmotoren verwendeten Kolbenring.
Beschreibung verwandter Techniken
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Als Kolbenringe für Verbrennungsmotoren wurden bisher
Kolbenringe verwendet, die hergestellt wurden, indem die Oberfläche
eines Rings aus Gußeisen hartverchromt wurde. Es traten jedoch
die folgenden Probleme auf. Ein in seiner Axialrichtung dünner
Kolbenring ist schwer herzustellen, und nur ein schwerer
Kolbenring mit einem verhältnismäßig großen Querschnittsbereich kann
hergestellt werden. Die Verwendung eines derartigen Kolbenrings
verursacht ein hohes Trägheitsmoment, so daß die Tendenz des
Auftretens eines Flatterphänomens besteht. In jüngster Zeit
wurden, entsprechend dem Bedarf an Verbrennungsmotoren mit hoher
Leistung, hoher Drehzahl und gesteuerten Abgas, Kolbenringe aus
Stahl, die durch Schmelzen von Stahl, Herstellen eines Drahts
aus dem geschmolzenen Stahl durch Warm- und Kaltverformung und
anschließendes Biegen des Drahts in Ringform nach einer
thermischen Läuterung hergestellt wurden, zu den führenden
Kolbenringen. Die Materialien für derartige Stahlringe schließen Si-Cr-
Stahle, rostfreie Stahle des 13Cr-Typs und des 17Cr-Typs, etc.
ein. Es werden Kolbenringe verwendet, die hergestellt werden,
indem die Oberfläche der Stahlringe einer Oberflächenbehandlung,
wie einer Hartverchromung oder- einer Nitrierbehandlung
unterzoggen wird.
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Wie oben beschrieben, haben die Kolbenringe aus Stahl
beispielsweise die folgenden Vorteile, die herkömmliche Kolbenringe
aus Gußeisen nicht aufweisen können. Die Breite der Kolbenringe
aus Stahl kann in deren Axialrichtung verringert werden, so daß
ihr Kontaktbereich mit einer Zylinderwand verringert wird, was
zu einem verringerten Reibungsverlust führt. Überdies kann das
Gewicht der stählernen Kolbenringe selbst verringert werden.
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Aufgrund des in jüngster Zeit wachsenden Bedarfs an einer
höheren Leistung wurde ein Material für Kolbenringe
erforderlich, das für höhere Drehzahlen geeignet ist. Kür die Verwendung
eines Kolbenrings bei einer hohen Drehzahl ist eine weitere
Verringerung des Gewichts des Kolbenrings erforderlich.
Herkömmliche Kolbenringe aus Stahl sind dadurch nachteilig, daß ihre
Festigkeit unzureichend wird, wenn sie noch dünner gefertigt
werden, so daß die wesentliche Funktion eines
Verbrennungsmotors, für den sie verwendet werden, beeinträchtigt wird.
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Die Kolbenringe aus Stahl weisen normalerweise eine
hartverchromte Schicht auf. Die japanische Patentanmeldung Kokai Nr.
2-129467 schlug zur Verbesserung der Wärmebeständigkeit und der
Abriebfestigkeit eine Beschichtung mit einem Titannitridfilm
vor. Die japanische Patentanmeldung Kokai Nr. 2-129467 offenbart
einen Kolbenring, der einen Hauptkörper des Kolbenrings aus
Stahl, eine am Umfang des Hauptkörpers haftende Schicht aus
Titan oder einer Titanlegierung und eine zumindest am Umfang
ausgebildete Titannitridschicht umfaßt. Hierbei kann jedoch
lediglich eine geringe gewichtsverringernde Wirkung erzielt werden,
da zur Gewährleistung der Federeigenschaften Werkzeugstahl oder
rostfreier Martensitstahl für den Hauptkörper des oben
aufgeführten Kolbenrings verwendet wird. Die Hauptfunktion der als
Mantel auf dem Hauptkörper aus Stahl ausgebildeten Schicht aus
Titan oder einer Titanlegierung ist die Erzeugung der
verhältnismäßig dicken Titannitridschicht mit einer Dicke von 50 um
oder mehr mit ausreichender Haftung auf dem Umfang des
Hauptkörpers.
Dies bedeuted, daß es sich bei diesem Stand der Technik
lediglich um einen Kolbenring aus Stahl handelt.
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Zudem offenbar die japanische Patentanmeldung Kokai Nr.
1-119682 ein Motorventil und einen Verbindungsstab als Elemente,
die durch Erwärmen einer Oberflächenschicht aus reinem Titan
oder einer Titanlegierung auf eine höhere Temperatur als den
Schmelzpunkt (der bei ca. 1.700ºC oder niehr liegt) erzeugt
werden, was dem geschmolzenen Abschnitt die Absorption von
Sauerstoff zum Bilden einer Festlösung ermöglicht, wodurch ein Mantel
gebildet wird, der eine geschmolzene, mit Sauerstoff
angereicherte Schicht ist. Wird jedoch die Oberflächenschicht des
dünnen, ringförmigen Umfangs, beispielsweise des Kolbenrings, den
die Erfindung betrifft, auf eine Temperatur über dem hohen
Schmelzpunkt von ca. 1.700ºC erwärmt, treten die folgenden
Nachteile auf. Der Kolbenring wird durch den thermischen Einfluß
bzw. die Kontraktion bei der Erstarrung verformt, und seine
Zähigkeit wird durch die Bildung eines erneut erstarrten Gefüges
verschlechtert. Daher kann die in der japanischen
Patentanmeldung Nr. 1-119682 offenbarte Einrichtung nicht verwendet werden.
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Andererseits offenbart die EP-A-0388710 eine
Oberflächenbehandlung von Titan oder einer Titanlegierung durch Erwärmung bei
700 bis 1.050ºC in einer oxidierenden Atmosphäre, wodurch die
Abriebfestigkeit und die Verbrennungsbeständigkeit verbessert
werden.
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Ähnlich offenbart die EP-A-0244253 eine
Oberflächenbehandlung von Elementen aus Titan oder einer Titanlegierung durch
Erwärmung auf eine Temperatur unter 800C, insbesondere 500 bis
800ºC, in einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre, wodurch die
Abnutzungsbeständigkeit der äußeren Oberfläche der Elemente
verbessert wird.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen neuartigen
Kolbenring, der ein geringeres Gewicht als die herkömmlichen
Kolbenringe aus Stahl und eine zur Bewältigung einer höheren
Leistung und einer höheren Drehzahl hinreichende Festigkeit
aufweist, sowie ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen
Kolbenrings zu schaffen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Da der Verringerung des Gewichts herkömmlicher Kolbenringe
aus Stahl Grenzen gesetzt sind, führten die Erfinder Titan oder
eine Titanlegierung an, die ein spezifisches Gewicht von 60 %
des spezifischen Gewichts von Stahl aufweisen. Die Erfinder
untersuchten die Verwendung von Titan bzw. der Titanlegierung für
den Hauptkörper eines Kolbenrings.
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Dies bedeutet, daß der erfindungsgemäße Kolbenring dadurch
gekennzeichnet ist, daß er im wesentlichen lediglich aus einer
Titanlegierung ohne jeglichen Stahl besteht.
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Bei Kolbenringen aus Titan oder einer Titanlegierung treten
als Faktoren, die ihre praktische Anwendung verhindern, Probleme
bei den für die Kolbenringe selbst erforderlichen Eigenschaften
und Probleme bei der Herstellung auf, die Hindernisse für die
Herstellung der Kolbenringe sind.
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Hinsichtlich der für die Kolbenringe erforderlichen
Eigenschaften sind Titan bzw. Titanlegierungen dadurch nachteilig,
daß
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(1) sie eine geringe Festigkeit und eine unzureichende
Beständigkeit hinsichtlich der Warmfestigkeit sowie eine
unzureichende Abriebbeständigkeit aufweisen und
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(2) die Tendenz zu einem Festfressen zwischen ihnen und
einem Metall besteht, auf dem sie gleiten.
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Als Verfahren zur Herstellung des Kolbenrings gibt es
beispielsweise (a) das Schaben eines Stabs, (b) das Schneiden eines
Rohrs in runde Scheiben und (c) das Stanzen eines
Plattenmaterials oder das Schneiden eines Drahts. Es wurde jedoch folgendes
festgestellt. Die Verfahren (a) und (c) verringern den
Nutzungsgrad erheblich. Zudem ergeben die Verfahren (a) und (b) ein
Fasergefüge in der Axialrichtung des Rings, während das Verfahren
(c) in bezug auf die Oberfläche des Rings ein Fasergefüge in
einer bestimmten Richtung ergibt. Dementsprechend werden die
Festigkeit und Zähigkeit der Titanlegierung weiter verringert.
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Bezüglich der oben aufgeführten Probleme hinsichtlich der
Eigenschaften und der Herstellung wurden weitere Untersuchungen
durchgeführt. Als Ergebnis wurde folgendes festgestellt.
Hinsichtlich des Problems bezüglich der Eigenschaften können, wenn
das Material für den Hauptkörper eines Kolbenrings aufgrund der
unzureichenden Festigkeit und Beständigkeit hinsichtlich der
Warmfestigkeit reinen Titans auf eine Titanlegierung beschränkt
ist, eine bestimmte hohe Festigkeit und gleichmäßige
Federeigenschaften durch Herstellung eines Kolbenrings durch Verarbeitung
der Titanlegierung zu eineyn Draht und Biegen des Drahts in eine
Ringform erzielt werden, wobei dadurch veranlaßt wird, daß die
Richtung des Fasergefüges mit der Umfangsrichtung des Rings
übereinstimmt.
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Das in der vorliegenden Beschreibung definierte
"Fasergefüge" wird im folgenden erläutert.
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Der in der vorliegenden Beschreibung verwendete Begriff
"Fasergefüge" wird allgemein und häufig als Fachbegriff
verwendet und bezeichnet anders ausgedrückt den "Metallfluß".
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Das als Fasergefüge bzw. Metallfluß bezeichnete Gefüge ist
ein durch eine plastische Verformung in einer bestimmten
Richtung gebildetes faserartiges Gefüge und wird besonders durch
eine plastische Bearbeitung, wie Walzen, ausgeprägt erzeugt. Als
Mikrostruktur ist das Fasergefüge durch die Verformung von
Carbiden, Ausscheidungen, Einschlüssen, ausgeschiedenen Phasen etc.
in Längsrichtung des Fasergefüges und ihre bevorzugte Anordnung
bzw. Ausrichtung in dieser Richtung gekennzeichnet.
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Die oben aufgeführten Verfahren zur Herstellung eines
Kolbenrings sind für die Lösung des Problems bei der Herstellung
ungeeignet. Daher wurde ein Verfahren untersucht, daß die
Verarbeitung zu einem Draht und das Biegen des Drahts in Ringform
umfaßt. Bei diesem Verfahren treten jedoch die folgenden
Probleme bei der Herstellung auf, die kennzeichnend für
Titanlegierungen sind.
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(i) Es besteht die Tendenz zu einem Festfressen zwischen
den Titanlegierungen und einer Ziehmatrize beim
Kaltziehen,
und die Querschnittsveringerung pro Durchgang
ist gering, so daß die Anzahl der Ziehvorgänge
gesteigert wird.
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(ii) Beim Glühen zur Beseitigung einer Verwindung bildet
eine geringe Menge an Sauerstoff in einem Vakuum oder
einem inerten Gas zusammen mit einem Ausgangsmaterial
eine Festlösung, wodurch eine harte und spröde, mit
Sauerstoff angereicherte Schicht auf einem
Oberflächenabschnitt des Ausgangsmaterials entsteht, so daß ein
Kaltziehen oder Kaltbiegen als anschließender Schritt
sehr schwierig werden.
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(iii) Die Titanlegierungen tendieren zu einer Absorption
von Wasserstoff, und die Zähigkeit wird insbesondere
dann verschlechtert, wenn die Dekapierbedingungen nicht
ordnungsgemäß sind.
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Die vorliegende Erfindung löst beide oben aufgeführten
Probleme hinsichtlich der für die Kolbenringe selbst erforderlichen
Eigenschaften und hinsichtlich der Herstellung.
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Im Detail betrifft der erste Aspekt der vorliegenden
Erfindung einen Kolbenring aus einer Titanlegierung gemäß Anspruch 1.
Bevorzugte Ausführungsformen des Kolbenrings sind in den
Ansprüchen 2 und 3 definiert. Ein weiterer Aspekt der vorliegenden
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines
Kolbenrings aus einer Titanlegierung gemäß Anspruch 4. Bevorzugte
Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den
Ansprüchen 5 und 6 definiert.
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Der in der vorliegenden Beschreibung verwendete Begriff
"Kolbenring mit nicht rundem Querschnitte ist eine allgemeine
Bezeichnung für Kolbenringe, deren Querschnitt eine andere als
eine runde Form aufweist. Ein typisches Beispiel für einen
derartigen Querschnitt ist eine rechteckige Form oder eine durch
Zuspitzen einer der Seiten einer rechteckigen Form erhaltene
Form. Der Kolbenring mit einer derartigen modifizierten Form des
Querschnitts schließt Ölringe ein, die als I-förmige Ölringe
bezeichnet werden, da ihre Form der des Buchstaben I ähnelt.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Fig. 1A zeigt das MetallgefüGEe in einem Längsschnitt eines
geglühten Gefüges, der das Fasergefüge eines Drahts (2,0 mm
3,5 mm) aus einer Ti-6Al-4V-Legierung zeigt; und
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Fig. 1B zeigt das Metallgefüge in einem Längsschnitt eines
lösungsglühbehandelten und angelassenen Gefüges, das das oben
genannte Fasergefüge aufweist.
BEVORZUGTE AUS FÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
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Als erfindungsgemäß für den Hauptkörper des Kolbenrings
verwendete Titanlegierung kann jede Legierung des (α-Typs, des
α+β-Typs und des β-Typs verwendet werden, solange sie eine
Legierung auf Titanbasis, außer reinem Titan, das eine geringe
Festigkeit aufweist, ist. Unter diesen Legierungen können die
Legierungen des α+β-Typs und des β-Typs durch die Kombination
einer Lösungsbehandlung mit einer Anlaßbehandlung verfestigt
werden, obwohl sie auch lediglich nach der Verarbeitung zu einem
Draht oder nach einem Anlassen verwendet werden können.
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Der erfindungsgemäße Kolbenring aus einer Titanlegierung
ist auf einen Kolbenring mit einem Metallfluß, d.h. einem
Fasergefüge, in der Umfangsrichtung des Rings, nämlich auf einen nach
der Verarbeitung zu einem Draht durch Biegen erhaltenen
Kolbenring, beschränkt. Als Beispiele sind in den Figuren 1A und 1B
die Metallgefüge von Drähten aus einer Ti-6Al-4V-Legierung in
Längsschnitten gezeigt. Es ist festzustellen, daß der Draht,
unabhängig davon, ob in einem angelassenen oder einem
lösungsglühbehandelten und gealterten Zustand ist, ein Fasergefüge in
Längsrichtung aufweist. Daher kann der erfindungsgemäße
Kolbenring aus einer Titanlegierung eine hinreichende Festigkeit und
Zähigkeit gegen eine externe Biegebelastung gewährleisten, da
sein Fasergefüge per se eine Ringform aufweist und mit der Form
des Rings übereinstimmt. Wie oben beschrieben, kann das
Fasergefüge eines aus einem Stab, einem Rohr oder einem Plattenmaterial
erhaltenen Rings nach dem Stand der Technik, anders als die
vorliegende Erfindung, keine hohe Festigkeit und Zähigkeit ergeben.
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Da zwischen dem Kolbenring aus einer erfindungsgemäßen
Titanlegierung und einem Metall, auf dem der Kolbenring gleitet,
die Tendenz zu einem Festfressen besteht, ist es absolut
erforderlich, einen gehärteten Mantel auf zumindest einer Gleitfläche
des Rings zu erzeugen, die auf einem Zylinder gleitet. Der
gehärtete Mantel ermöglicht dem Kolbenring durch direktes Gleiten
auf dem Zylinder das Erfüllen seiner Funktion. Daher kann, trotz
der hohen Abriebbeständigkeit des Kolbenrings, die
Luftdichtigkeit nicht aufrechterhalten werden, wenn der Zylinder als
Partner anomal abgenutzt wird. Dementsprechend ist ein gehärteter
Mantel erforderlich, der nicht nur eine hohe Härte, sondern auch
niedrige Festfreßmerkmale mit dem Metall aufweist, auf dem der
Kolbenring gleitet. Als Oberflächenbehandlung(en) für die
Erzeugung des gehärteten Mantels können verschiedene
Oberflächenbehandlungen, wie eine Hartverchromung, eine poröse Verchromung,
ein Verbundüberzug, eine Besprühung mit Cr, eine Beschichtung
mit CrN durch ein physikalisches Dampfabscheidungsverfahren
(PVD-Verfahren), eine Besprühung mit Mo, eine Nitrierung, etc.,
geeigneterweise einzeln oder in einer Kombination von zwei oder
mehr derselben verwendet werden.
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Es ist ebenso eines der zusätzlichen Merkmale der
vorliegenden Erfindung, daß neben dem oben genannten gehärteten Mantel
ein aus einer nicht geschmolzenen, mit Sauerstoff angereicherten
Schicht, wie als solche aus der EP-A-0388710 und der
EP-A-0244253 bekannt, bestehender gehärteter Mantel erzeugt
werden kann. Zur Erzeugung dieses gehärteten Mantels wird ein Draht
in Ringform gebogen und anschließend bei einer Erwärmung auf
eine Temperatur von 550 bis 1.050ºC in einer sauerstoffhaltige
Atmosphäre gehalten. Lediglich durch diese Behandlung kann die
nicht geschmolzene, mit Sauerstoff angereicherte Schicht auf
einem Oberflächenabschnitt des Rings erzeugt werden. Diese
Schicht verbessert die Abriebfestigkeit und die Beständigkeit
gegen ein Festfressen des Gleitabschnitts merklich. Überdies ist
die auf anderen Oberflächenabschnitten als dem Gleitabschnitt
gebildete, mit Sauerstoff angereicherte Schicht ebenso zur
Verfestigung des Hauptkörpers des Kolbenrings wirkungsvoll.
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Die erfindungsgemäße, nicht geschmolzene, mit Sauerstoff
angereicherte Schicht ist eine mit Sauerstoff angereicherte
Schicht (die ebenso als α-Mantel bezeichnet wird), die lediglich
durch Halten des Drahts in einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre
bei einer Erwärmung auf eine Temperatur, die weit unter dem
Schmelzpunkt liegt, erzeugt wird. Sie unterscheidet sich daher
grundlegend von dem oben aufgeführten gehärteten Mantel nach der
japanischen Patentanmeldung Kokai Nr. 1-119682, der durch
Erwärmen der Oberflächenschicht auf eine Temperatur erzeugt wird, die
über dem Schmelzpunkt liegt, und dadurch dem geschmolzenen
Abschnitt die Absorption von Sauerstoff zur Bildung einer
Festlösung ermöglicht.
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Der gehärtete Mantel aus der nicht geschmolzenen, mit
Sauerstoff angereicherten Schicht kann die Abriebbeständigkeit des
Kolbenrings selbst verbessern und ein Fest fressen zwischen dem
Kolbenring und dem Metall, aus dem der Zylinder besteht, in
hohem Naße unterdrücken. Eine größere Wirkung kann im Bedarfsfall
durch die Erzeugung eines Verbundmantels durch eine geeignete
Kombination verschiedener Oberflächenbehandlungen, wie einer
Hartverchromung, einer porösen Verchromung, einem
Verbundüberzug, einer Besprühung mit Cr, einer Beschichtung mit CrN durch
ein physikalisches Dampfabscheidungsverfahren (PVD-Verfahren)
einer Besprühung mit Mo, einer Nitrierung, etc., erzielt werden.
Da die oben genannten Oberflächenbehandlungen zum Ausgleich des
Festigkeitsdefizits der Titanlegierung, d.h. des
Ausgangsmaterials für den Kolbenring, wirkungsvoll sind, kann der oben
genannte gehärtete Mantel bei Bedarf nicht lediglich auf einer
Gleitfläche erzeugt werden, die auf einer Zylinderwand gleitet,
sondern auch auf weiteren Oberflächenabschnitten.
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Um nach dem erfindungsgemäßen Verfahren einen Draht aus der
Titanlegierung herzustellen, werden Oberflächendefekte und
Zunder durch Abschaben einer Spule aus heißgewalztem Draht durch
Schälen bzw. Abschälen entfernt. Anschließend erfolgt ein
Strangziehen bei einer kurzzeitigen Erwärmung auf einen
Temperaturbereich von 400 - 750ºC vor der Ziehmatrize. Dieser Schritt
ist ein wesentlicher Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens
und ermöglicht eine Steigerung der Querschnittsveringerung pro
Durchgang bis ca. 30%. Überdies ist während des Ziehens kein
Glühen erforderlich, oder die Anzahl der Glühvorgänge kann
erheblich verringert werden. Zudem kann die Anzahl der
Dekapiervorgänge, die normalerweise bei jedem Glühen zum Entfernen eines
Schmiermittels und zum Entzundern ausgeführt werden, erheblich
verringert werden. Dadurch kann die Verunreinigung des Drahts
mit Wasserstoff aufgrund einer Wasserstoffabsorption verhindert
werden. Als geeignetes Mittel für die Erwärmung kann eine
indirekte Erwärmung mit einem Brenner, eine Induktionserwärmung,
eine Widerstandserwärmung, etc. gewählt werden. Die Atmosphäre
für die Erwärmung kann Luft sein, da sämtliche oben aufgeführten
Erwärmungseinrichtungen die Erwärmung in einer kurzen Zeitspanne
erzielen können. Bei höheren Temperaturen erfolgt jedoch die
Erwärmung vorzugsweise in einer Stickstoffgasatmosphäre oder in
einer inerten Gasatmosphäre.
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Ist die Erwärmungstemperatur geringer als 400ºC, ist die
Dehnbarkeit gering und der Widerstand gegen eine Verformung
hoch. Daher kann die Querschnittsveringerung pro Durchgang
nicht gesteigert werden, und überdies wird eine Verwindung in
dem Draht akkumuliert, was zu einer gesteigerten Anzahl an
Glühvorgängen führt. Andererseits wird bei einer
Erwärmungstemperatur über 750ºC selbst bei einer kurzzeitigen Erwärmung eine mit
Sauerstoff angereicherte Schicht an einem Oberflächenabschnitt
erzeugt und verringert die Bearbeitbarkeit nach der Erwärmung
erheblich. Dementsprechend ist der Bereich einer
Erwärmungstemperatur bei der Warmverformung auf 400 bis 750ºC begrenzt. Bei
der Erwärmung in Luft liegt der Temperaturbereich vorzugsweise
bei 500 - 650ºC. Das Warmziehen in dem oben aufgeführten
Temperaturbereich wird normalerweise mehrmals wiederholt, bis die zum
Warmwalzen als anschließendem Schritt erforderlichen Abmessungen
erreicht sind.
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Der durch das Warmziehen dünner gewordene Draht wird
gewalzt, um ihm eine modifizierte Form, d.h. eine nicht runde
Querschnittsform, zu verleihen. Hierbei kann die
Querschnittsverringerung pro Durchgang durch Ausführen eines Warmwalzens
unter den gleichen Erwärmungsbedingungen (400 - 750ºC) wie bei
dem oben dargelegten Warmziehen gesteigert werden. Überdies ist
beim Warmwalzen kein Glühen erforderlich, oder die Anzahl der
Glühvorgänge kann verringert werden. Es ist zum Unterdrücken
bzw. Verhindern der Bildung einer mit Sauerstoff angereicherten
Schicht an einem Oberflächenabschnitt der Titanlegierung
wesentlich, den oben genannten Temperaturbereich für das Warmziehen
und das Warmwalzen zu verwenden. Der warmgewalzte Draht mit der
rechteckigen Querschnittsform kann im Bedarfsfall zur Steigerung
der Genauigkeit der Abmessungen einem abschließenden Kaltwalzen
unterzogen werden.
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Eines der Merkmale des erfindungsgemäßen
Herstellungsverfahrens ist die Kombination des Warmziehens bei 400 - 750ºC und
des Warmwalzens. Dieses Verfahren ermöglicht erstmalig die
Herstellung eines Kolbenrings aus einer Titanlegierung mit einem
nicht runden Querschnitt.
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Aus dem dadurch erhaltenen Draht werden durch Kaltbiegen
Kolbenringe erzeugt. Da die Titanlegierung eine sehr hohe
Rückfederung und eine geringe Verarbeitbarkeit beim Biegen aufweist,
ist es vorzuziehen, den Draht bei einer Erwärmung warmzubiegen.
Die Erwärmungstemperatur ist hierbei vorzugsweise geeignet hoch.
Sie liegt im Hinblick auf das Verhindern der Verunreinigung der
Oberfläche der Titanlegierung aufgrund einer hohen Temperatur
vorzugsweise bei 200 - 400ºC.
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Bei den Titanlegierungen kann die Festigkeit von
Legierungen des α+β-Typs oder des β-Typs durch Ausführen einer
Wärmebehandlung als Anlaßbehandlung nach einer Lösungsglühbehandlung
gesteigert werden. Der erfindungsgemäße Kolbenring kann der oben
aufgeführten Wärmebehandlung unterzogen werden, und die
Wärmebehandlung wird vorzugsweise nach dem Biegen ausgeführt. Die
Oberflächenhärtungsbehandlung erfolgt nach dem Biegen oder der oben
aufgeführten Wärmebehandlung als Anlaßbehandlung.
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Zur Erzeugung des gehärteten Mantels aus einer nicht
geschmolzenen, mit Sauerstoff angereicherten Schicht wird durch
Ausführen einer Warmverformung oder einer Kombination einer
Warmverformung und einer Kaltverformung nach der Warmverformung
und das anschließende Biegen zu einer Ringform ein Draht mit
einem nicht runden Querschnitt erzeugt.
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Der derart erzeugte Ring wird bei einer Erwärmung auf eine
Temperatur von 550 - 1.05000 in einer sauerstoffhaltigen
Atmosphäre gehalten, um eine mit Sauerstoff angereicherte Schicht
auf einem Oberflächenabschnitt der Titanlegierung zu erzeugen.
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Als sauerstoffhaltige Atmosphäre können nicht nur Luft,
sondern auch gemischte Gase aus Sauerstoff und Stickstoff, etc.
und ein Vakuum mit auf ca. 1,33 10&supmin;³ mbar (10&supmin;³ Torr)
verringertem Druck verwendet werden, das eine sehr geringe
Sauerstoffmenge enthält.
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Wenn die Erwärmungstemperatur geringer als 550ºC ist, kann
kein Sauerstoff als Festlösung aufgenommen und in die Matrix der
Titanlegierung dispergiert werden. Ist die Erwärmungstemperatur
höher als 1.050ºC, werden Körner des Hauptkörpers aus der
Titanlegierung vergröbert, so daß die Zähigkeit verschlechtert wird.
Überdies wird übermäßig Sauerstoff als Fest lösung aufgenommen,
so daß eine spröde, mit Sauerstoff angereicherte Schicht
gebildet wird. Bei der Verwendung weist ein Kolbenring mit einer
spröden, mit Sauerstoff angereicherten Schicht die Tendenz zum
Splittern oder Brechen auf. Daher ist der Temperaturbereich für
die Erwärmung in der sauerstoffhaltigen Atmosphäre auf 550 bis
1.050ºC begrenzt.
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Wird beispielsweise ein Draht aus Ti-6al-4V-Legierung,
einer typischen Titanlegierung, zu einer Ringform gebogen und
anschließend eine Stunde lang in Luft erwärmt, kann bei 800ºC bzw.
900ºC jeweils eine Tiefe der mit Sauerstoff angereicherten
Schicht von 20 um oder mehr bzw. 40 um oder mehr erzielt werden.
Ein durch Entfernen der am äußersten Oberflächenabschnitt
gebildeten Oxidbeschichtung erhaltenes Erzeugnis kann als Kolbenring
verwendet werden.
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Zudem sind Titanlegierungen des α+β-Typs und des β-Typs
wirkungsvoller, wenn der Hauptkörper des Kolbenrings durch eine
Lösungsglühbehandlung und ein Anlassen verfestigt und der
Kolbenring nach der Bildung einer mit Sauerstoff angereicherten
Schicht an einem Oberflächenabschnitt des Rings verwentet wird.
Wenn die mit Sauerstoff angereicherte Schicht durch Ausführen
der Lösungsglühbehandlung durch Erwärmen und rasches Abkühlen in
einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre nach dem Biegen zu einem
Ring erzeugt wird, erübrigt sich hierbei eine Behandlung zur
Erzeugung einer mit Sauerstoff angereicherten Schicht nach der
Lösungsglühbehandlung.
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Der erfindungsgemäße, aus einer Titanlegierung gefertigte
Kolbenring weist ein Fasergefüge in der Umfangsrichtung des
Kolbenrings und damit eine hinreichende Festigkeit und Zähigkeit
gegen eine in der Richtung quer zu dem Ring einwirkende externe
Belastung auf.
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Da die Titanlegierung eine mäßige Abriebfestigkeit und
Beständigkeit gegen ein Festfressen aufweist, ist es andererseits
wesentlich, zumindest an einer Gleitfläche des Rings, die an
einer Zylinderwand gleitet, einen gehärteten Mantel zu erzeugen.
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Ein gehärteter Mantel, dessen Oberflächenabschnitt mit
Sauerstoff angereichert wurde, ist zur Verbesserung der
Abriebbeständigkeit und der Beständigkeit gegen ein Festfressen
wirkungsvoll.
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Bei dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren kann die
Verarbeitung zu einem dünnen Draht bei einer Minimierung der
Oberflächenverunreinigung erfolgen, da die Warmverformung in
einem festgelegten Temperaturbereich ausgeführt wird. Überdies
kann wirkungsvoll ein Kolbenring mit einer hohen Genauigkeit der
Abmessung hergestellt werden. Zudem kann bei dem
erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren die durch die nach dem Biegen in eine
Ringform wahlweise ausgeführte Lösungsglühbehandlung erzeugte,
mit Sauerstoff angereicherte Schicht unverändert verwendet
werden, wodurch der Wirkungsgrad der Herstellung gesteigert werden
kann.
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Der im Vorhergehenden dargelegte Kolbenring aus einer
Titanlegierung weist ein Gewicht von ca. 60 % des Gewichts eines
Kolbenrings aus einem rostfreien Stahl des 17Cr-Typs, einem
herkömmlichen
Material, auf und kann daher die Steigerung der
Leistung und der Drehzahl von Verbrennungsmotoren bewältigen.
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Im folgenden werden Beispiele, für die die vorliegende
Erfindung angewendet wurde, genau beschrieben.
Beispiel 1
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Eine Spule eines auf einen Drahtdurchmesser von 6,0 mm
heißgewalzten Drahts aus 6Al-4V-Ti-Legierung wurde unter
Verwendung einer Schälmaschine durch ein Schneidwerkzeug über ihren
Umfang und ihre Länge spanabhebend bearbeitet, um einen
Drahtdurchmesser von 5,7 mm zu erhalten. Die Spule derart behandelten
Drahts wurde bei 550ºC in einem Vakuumglühofen des Schubtyps
angelassen. Anschließend wurde ein Schmiermittel für das Ziehen
auf die Oberfläche der Drahtspule aufgebracht, worauf ein
Warmziehen durch eine Ziehmatrize ausgeführt wurde, um einen dünnen
Draht mit einem Durchmesser von 1,7 mm zu erhalten. Hierbei
wurde bei einer Drahterwärmungstemperatur von 600ºC eine
Widerstandserwärmung ausgeführt, und Argongas wurde in einen Heizofen
eingeleitet, um die Oxidation der Drahtobertläche und die
Bildung einer mit Sauerstoff angereicherten Schicht zu verhindern.
Das Ausmaß des Warmziehens durch die Ziehmatrize pro Durchgang
wurde auf ca. 30 % oder weniger eingestellt, und das Ziehen
wurde wiederholt, bis der Drahtdurchmesser 1,7 mm betrug.
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Von der durch Warmziehen durch die Ziehmatrize erhaltenen
Drahtspule mit einem Durchmesser von 1,7 mm wurde das
Schmiermittel durch Entzundern in einem Salzbad und mit Salpeter-
Fluorwasserstoffsäure entfernt.
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Die von dem Schmiermittel befreite Spule aus Draht mit
einem Durchmesser von 1,7 mm wurde in einer Argongasatmosphäre
durch einen Widerstandserwärmungsofen mit 610ºC geführt und
durch einen Durchgang unter Verwendung eines Paars von
Antriebswalzen, d.h. einer oberen Walze und einer unteren Walze, zu
einem flachen Draht von 0,85 mm 2,3 mm verarbeitet.
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Danach wurde der flache Draht duch Kaltwalzen auf jeder
Seite zu einem Material für Kolbenringe von 0,82 mm 2,25 mm
fertiggestellt.
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Die Spule aus durch das Fertigwalzen erhaltenem Draht wurde
in einer Argongasatmosphäre durch einen auf 700ºC eingestellten
Durchlaufglühofen geführt, um Verwindungen aufgrund der
Kaltverformung zu entfernen.
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Die dadurch erhaltene Drahtspule für Kolbenringe aus
6al-4V-Ti-Legierung wurde durch einen auf 350ºC eingestellten
Heizofen geführt und durch Drei-Punkt-Biegen durchgehend zu
Ringen mit einem Außendurchmesser von 50 mm geformt. Anschließend
wurden die Ringe abgeschnitten, um 150 Ringe zu erhalten.
Fünfzig dieser Kolbenringe wurden einer Gasnitrierbehandlung bei
850ºC unterzogen, und die Oberflächenhärte der nitrierten
Kolbenringe wurde gemessen. Sie betrug HV1.000 - 1.200.
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Die verbleibenden 100 Kolbenringe wurden einer
Lösungsglühbehandlung (einer Wasserkühlung nach einer Erwärmung auf 950ºC
in einem Vakuumofen für 30 Minuten) und einer Anlaßbehandlung
(einem Stehen zum Auskühlen nach einer Erwärmung auf 538ºC für 4
Stunden) unterzogen. Anschließend wurden fünfzig von ihnen
hartverchromt. Auf den restlichen 50 Kolbenringen wurde durch ein
PVD-Verfahren ein gehärteter CrN-Mantel erzeugt.
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Zur Überprüfung der Festigkeit des Hauptkörpers des auf die
oben beschriebene Weise hergestellten Kolbenrings aus 6al-4V-Ti
wurden sechs Stäbe mit einer Länge von 150 mm aus dem
warmgezogenen Draht mit einem Durchmesser von 5 mm hergestellt. Drei von
ihnen wurden bei 700ºC eine Stunde lang angelassen, und die
verbleibenden drei Stäbe wurden einer Lösungsglühbehandlung (einer
Wasserkühlung nach einer Erwärmung auf 950ºC für 30 Minuten) und
einer Anlaßbehandlung (einer Luftkühlung nach einer Erwärmung
auf 538ºC für 4 Stunden) unterzogen. Daraufhin wurden die sechs
Stäbe einzeln einer Zugfestigkeitsprüfung unterzogen. Zum
Vergleich wurden drei Stäbe mit einer Länge von 150 mm aus einem
gezogenen Material aus rostfreiem Stahl des 13cr-Typs (0,64
C -0,28 Si - 0,75 Mn - 13,05 Cr - Rest Fe), einem der herkömmlichen
Materialien, mit einem Durchmesser von 5 mm hergestellt. Sie
wurden abgeschreckt und anschließend getempert, um die Härte auf
HRC41 einzustellen, und dann der Zugfestigkeitsprüfung
unterzogen.
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Als Ergebnis der Zugfestigkeitsprüfung wurde festgestellt,
daß die durchschnittliche Zugfestigkeit der angelassenen
Erzeugnisse aus 6al-4V-Ti-Legierung bei 106,3 kgf/mm² (1
kgf/mm² -9,81 N/mm²), die der lösungsglühbehandelten und angelassenen
Erzeugnisse aus dieser Legierung bei 127,1 kgf/mm und die der
abgeschreckten und getemperten Erzeugnisse aus dem rostfreien
Stahl des 13cr-Typs bei 125,6 kgf/mm² lag.
Beispiel 2
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Eine Spule aus zum Erhalten eines Drahtdurchmessers von 6,0
mm warmgewalztem Draht aus 8Al-1Mo-1V-Ti-Legierung wurde unter
den gleichen Bedingungen wie im Beispiel 1 einem Warmziehen
durch eine Warmziehmatrize, einem Warmwalzen und einem
Kaltwalzen zur Fertigstellung unterzogen und anschließend bei
Raumtemperatur gebogen. Die dadurch erhaltenen Ringe wurden nach dem
Glühen mit Molybdan besprüht, um Kolbenringe zu erzeugen. Als
man die Richtung der Fasern der Kolbenringe im Hinblick auf ihre
Mikrostruktur untersuchte, wurde bestätigt, daß die Richtung der
Fasern mit der Umfangsrichtung der Kolbenringe übereinstimmte.
Drei Stäbe mit einer Länge von 150 mm wurden aus dem
warmgezogenen Draht mit einem Durchmesser von 5 mm hergestellt und eine
Stunde lang bei 700ºC angelassen und danach einer
Zugfestigkeitsprüfung unterzogen.
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Der Durchschnittswert der Testergebnisse lag bei 107,1
kgf/mm² (1 kgf/mm² = 9,81 N/mm²)
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Wie oben beschrieben, kann ein Kolbenring mit sehr genauen
Abmessungen wirkungsvoll erzeugt werden, indem ein heißgewalzter
Draht aus einer Titanlegierung einem Warmziehen, einem
Warmwalzen und einem abschließenden Kaltwalzen unterzogen, der derart
behandelte Draht in eine Ringform gebogen und danach einer
Oberflächenhärtungsbehandlung unterzogen wird, wie in Beispiel 1 und
2, und überdies können Merkmale erzielt werden, die denen der
Kolbenringe aus dem rostfreien Stahl des 13Cr-Typs ähneln oder
mit diesen übereinstimmen.
Beispiel 3
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Ti-5Al-2,5Sn-Legierung, eine Titanlegierung des α-Typs,
wurde zu einem rechteckigen Draht mit Querschnittsabmessungen
von 2,0 mm 3,5 mm verarbeitet. Danach wurde der Draht durch
Drei-Punkt-Biegen durchgehend zu Ringen mit einem
Außendurchmesser von 50 mm verarbeitet, so daß die kürzeren Seiten des
Rechtecks jeweils die Außen- und Innenseiten der Ringe bilden
konnten. Anschließend wurde der Draht geschnitten, um 60 Ringe zu
erhalten. Zwanzig dieser Ringe wurden eine Stunde lang in Luft
auf 780ºC erwärmt, und die verbleibenden 40 Ringe wurden eine
Stunde lang in Luft auf 840ºC erwärmt. Von zwanzig dieser 40
Ringe wurde die Oxidbeschichtung am Umfangsabschnitt durch
Schleifen dünn entfernt, und die derart behandelten Ringe wurden
bei 580ºC 6 Stunden lang in einer Ammonolysegasatmosphäre einer
Gasnitrokarburierungsbehandlung unterzogen.
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Nach der oben dargelegten Oberflächenhärtungsbehandlung
wurde die Härte der Abschnitte gemessen. Hierbei lag die
Oberflächenhärte der auf 780ºC erwärmten Erzeugnisse, im Gegensatz
zu der Härte des Ausgangsmaterials für die behandelten Produkte
mit HV318 - 330, im Durchschnitt bei HV527, und die Tiefe ihres
gehärteten Mantelabschnitts mit einer Oberflächenhärte von HV450
oder mehr lag bei ca. 25 um. Die Oberflächenhärte der auf 840ºC
erwärmten Erzeugnisse lag im Durchschnitt bei HV519, und die
Tiefe ihres gehärteten Mantelabschnitts mit einer
Oberflächenhärte von HV450 oder mehr lag bei ca. 30 um oder mehr.
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Die durchschnittliche Oberflächenhärte der durch die
Behandlung zur Anreicherung mit Sauerstoff, der die
Nitrokarburisierungsbehandlung folgte, erhaltenen Erzeugnisse lag bei
HV1250.
Beispiel 4
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Ti-6al-4V-Legierung, eine Titanlegierung des (α+β-Typs,
wurde zu einem rechteckigen Draht mit Querschnittsabmessungen von
2,0 mm 3,5 mm verarbeitet. Dieser Draht wurde durchgehend
durch spiralförmiges und dichtes Wickeln desselben um eine Säule
aus einem wärmebeständigen Stahl derart geformt, daß die
kürzeren Rechteckseiten jeweils die äußeren und inneren Seiten des
entstandenen Rings bildeten und der Außendurchmesser 50 mm
betrug. Danach wurde der durch die enge Wicklung um die Säule aus
wärmebeständigem Stahl gehaltene Draht in einen auf 920ºC
eingestellten Ofen zur Vakuum-Wärmebehandlung angeordnet, wobei die
Behandlung auf eine Stunde eingestellt wurde. Anschließend
erfolgten ein Abbruch und eine unverzügliche Wasserkühlung. Auf
diese Weise wurde eine Lösungsglühbehandlung ausgeführt. Der
Grad des Vakuums in dem Ofen zur Vakuum-Wärmebehandlung war
während der Behandlung des Drahts durch die Erwärmung auf 1,33
10&supmin;² mbar (10&supmin;² Torr) eingestellt.
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Nach der Lösungsglühbehandlung wurde der spiralförmig
gewickelte Draht in der Axialrichtung geschnitten, um in einzelne
Ringe geteilt zu werden. Daraufhin wurden die einzelnen Ringe
nebeneinander auf einer flachen Stahlplatte angeordnet, und eine
ebensolche flache Stahlplatte wurde darauf angeordnet. Die
dadurch erhaltene Anordnung wurde in einem Heizofen mit 538ºC
angeordnet und vier Stunden lang angelassen.
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Nach der Lösungsglühbehandlung und der Anlaßbehandlung
wurden Abschnitte einiger der Ringe mit einer Lösung aus 0,5 cc
Fluorwasserstoffsäure in 100 cc Wasser korrodiert. Anschließend
wurden die Proben unter einem optischen Mikroskop untersucht.
Dabei wurde eine weiße, mit Sauerstoff angereicherte Schicht an
dem Oberflächenabschnitt festgestellt, deren Tiefe 65 um betrug.
Als Ergebnis einer Messung der Härte wurde festgestellt, daß die
Härte des Ausgangsmaterials bei HV397 lag und die
Oberflächenhärte durchschnittlich HV532 betrug.
Beispiel 5
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Eine nicht geschmolzene, mit Sauerstoff angereicherte
Schicht, die eines der zusätzlichen Merkmale der vorliegenden
Erfindung ist, wurde an einem Oberflächenabschnitt einer
Titanlegierung erzeugt, und der im folgenden beschriebene Fabry-
Perét-Versuch wurde ausgeführt, um zu bestätigen, daß die
Schicht zum Verhindern eines Festfressens zwischen der
Titanlegierung und einem Metall, auf dem die Legierung glitt, wirksam
war. Bei dem Fabry-Perét-Versuch wurde eine Probe mit einem
Durchmesser von 6,5 mm und einer Länge von 40 mm mit 300
Umdrehungen pro Minute gedreht, wobei die gedrehte Probe zwischen
zwei Blöcken aus dem oben beschriebenen Metall gehalten, eine
allmählich gesteigerte Last als Haltedruck angelegt, ein
Festfressen anhand der Änderung des Drehmoments eines am oberen Teil
der Probe vorgesehenen Stifts erfaßt und eine Last, bei der das
Festfressen erfaßt wurde, gemessen wurde. Bei diesem Versuch
wurde, als das im Vorhergehenden aufgeführte Metall, FC25
verwendet, das in JIS definierte Gußeisen, das ein Material für den
Zylinder eines Verbrennungsmotors ist. Es wurde ein Naßverfahren
verwendet, bei dem während des Versuchs ein Schmieröl
aufgetropft wurde. Die Last wurde mit einer Steigerungsrate von 78,5
N/s (8 kgf/s) angelegt. Es wurde durch Erfahrung bestätigt, daß
der oben dargelegte Versuchsverfahren eine zuverlässige
Simulation des Grads des Festfressens bei einem Versuch ermöglicht,
bei dem tatsächliche Kolbenringe verwendet werden.
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Ti-13V-11cr-3Al-Legierung, eine Titanlegierung des β-Typs,
wurde zu Stangen mit einem Durchmesser von 8 mm warmverformt.
Die Stangen wurden in zwei Gruppen aufgeteilt, und die erste
Gruppe wurde unverändert und die zweite nach einem Aufrauhen zu
einer vorbestimmten Form einer Lösungsglühbehandlung und einem
Anlassen in Luft unterzogen.
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Anschließend wurden die Stangen der ersten Gruppe auf einen
Durchmesser von 6,5 mm geschnitten, um die bei der oben
angegebenen Wärmebehandlung auf dem Oberflächenbereich gebildete, mit
Sauerstoff angereicherte Schicht vollständig zu entfernen, und
die derart behandelten Stangen wurden als Referenzstangen
verwendet.
Bei der zweiten Gruppe wurde lediglich die bei der oben
aufgeführten Wärmebehandlung auf der äußersten Oberfläche
erzeugte Oxidbeschichtung durch Schleifen von den Stangen
entfernt, und die derart behandelten Stangen wurden als
erfindungsgemäße Stangen verwendet.
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Außerdem wurde ein herkömmliches Material, 0,87 % C - 0,47
% Si - 0,43 % Mn - 17,12 % Cr - 1,20 % Mo - 0,30 % V -
Fe - Stahl (17Cr-Stahl, der gegenwärtig ein Material mit der höchsten
Beständigkeit gegen ein Fest fressen und der höchsten
Abriebbeständigkeit für Stahlringe ist, die nach einer Nitrierung
verwendet werden) zu einer vorbestimmten Form roh verarbeitet,
durch Abschrecken und Tempern auf HRC40 getempert und danach
einer Endverformung unterzogen. Anschließend wurde es bei 540ºC
20 Stunden lang einer Gasnitrierbehandlung unterzogen. Da durch
die Gasnitrierbehandlung an der äußersten Oberfläche einer
stickstoffdiffundierten Schicht ein sprödes Nitrid erzeugt
wurde, wurde das Nitrid durch Schleifen entfernt.
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Der Fabry-Perét-Versuch wurde auf die oben beschriebene
Weise ausgeführt, und die einzelnen Meßergebnisse wurden in Form
von Induzierungen ausgedrückt, wobei als 100 eine Last
angenommen wurde, bei der sich die Probe festfraß, die erzeugt wurde,
indem das herkömmliche Material der Nitrierbehandlung unterzogen
wurde. Die Ergebnisse werden in Tabelle 1 als Beständigkeit
gegen das Festfressen bewertet.
Nummer der
Probe
Legierung
gehärteter
Mantel
Beständigkeit
gegen ein
Festfressen
Bemerkungen
Stahl
mit Sauerstoff
angereicherte Schicht
nicht vorhan-den
nitrierte Schicht
erfindungsgemäße Probe
Referenz-probe
herkömmliche Probe
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Aus Tabelle 1 kann ersehen werden, daß die erfindungsgemäße
Probe, d.h. die Probe Nr. 1, die hergestellt wird, indem auf der
Titanlegierung eine mit Sauerstoff angereicherte Schicht erzeugt
wird, eine Bestängigkeit gegen ein Festfressen aufweist, die im
wesentlichen mit der der herkömmlichen Probe, d.h. der durch
eine Nitrierung von l7Cr-Stahl erzeugten Probe Nr. 3,
übereinstimmt.
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Andererseits ist zu erkennen, daß sich die Referenzprobe,
d.h. die ohne eine Oberflächenhärtungsbehandlung hergestellte
Probe Nr. 2, leicht festfrißt.
Beispiel 6
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Aus einem angelassenen runden Stab aus 6Al-4V-Ti-Legierung
mit einem Durchmesser von 65 mm wurden in der radialen Richtung
winzige Zugproben hergestellt.
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Andererseits wurde ein bei dem Warmziehen nach Beispiel 2
erzeugter Draht mit einem Durchmesser von 4,8 mm 2 Stunden lang
bei 704ºC angelassen, und winzige Zugproben mit den gleichen
Abmessungen wie denen der oben aufgeführten Proben wurden aus
dem angelassenen Draht hergestellt.
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Die zuerst genannten Zugproben wurden als Beispiele für
durch eine spanabhebende Bearbeitung aus einem Stab erzeugte
Kolbenringe verwendet, und die zuletzt genannten Zugproben
wurden als Beispiele für Kolbenringe mit einem Fasergefüge in der
Umfangsrichtung verwendet, die dem erfindungsgemäßen Kolbenring
entsprechen. Die mechanischen Eigenschaften der beiden Arten von
Zugproben wurden bewertet.
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Bei Raumtemperatur wurde eine Zugfestigkeitsprüfung
vorgenommen. Die erhaltenen Ergebnisse sind in Tabelle 2 aufgeführt.
Zugfestigkeit
Streckung
Querschnitts-verkleinerung
Referenz-probe
erfingungs-gemäße Probe
Radialrichtung
des Rundstabs
mit einem
Durchmesser von 65 mm
Längsrichtung
eines Drahts
mit einem
Durchmesser
von 4,8 mm
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* 1 kgf/mm² = 9,81 N/mm²
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Wie in Tabelle 2 dargestellt, waren bei einem Vergleich der
Merkmale des Rundstabs in der Radialrichtung mit den Merkmalen
des Drahts sowohl die Zugfestigkeit und die Streckung als auch
die Querschnittsveringerung des zuerst genannten geringer als
die des Drahts. Selbst wenn die beiden Materialien aus
Titanlegierung mit der gleichen Zusammensetzung derart verglichen
werden, kann daher erkannt werden, daß die Kolbenringe mit einem
Fasergefüge in der Umfangsrichtung, d.h. die erfindungsgemäßen
Kolbenringe, überlegen sind.