DE861700C - Process for the production of piston rings based on iron with the addition of graphite and up to 10% lead - Google Patents
Process for the production of piston rings based on iron with the addition of graphite and up to 10% leadInfo
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Description
Verfahren zur Herstellung von Kolbenringen auf Eisengrundlage mit Zusatz von Graphit und bis 10°/o Blei Die vorliegende Erfindung betrifft die Herstellung von Kolbenringen auf Eisengrundlage für schnell laufende Brennkraftmaschinen durch Sintern. Bei der bekannten pulvermetallurgischen Herstellung anderer Körper besteht das Wesentliche darin, daß ein Metallpulver einer Pressung unterworfen und dann gesintert, d. h. bei einer Temperatur behandelt wird, die erheblich unter dem Schmelzpunkt der Metallpulvermischung liegt. Bei dieser Herstellungsart ist es schon bekannt, die Festigkeit der damit erzeugten Sinterkörper dadurch zu erhöhen, daß dem Weicheisenpulver aus den einzelnen Stoffen ein größerer Prozentsatz von Mangan, Chrom oder Silicium zugesetzt wird. Man hat auch schon versucht, die Festigkeitswerte zu erhöhen, indem die fertigen Sinterkörper kalt nachgepreßt oder einer mehrfachen Sinterung unterworfen wurden. Man hat -jedoch dadurch eine spürbare Festigkeitserhöhung nicht erzielen - können. Es war auch schon bekannt, bei der Herstellung von Sinterkörpern den Vorgang des Pressens und Sinterns in einem Vorgang der Heißpressung zu vereinigen.Process for the production of piston rings based on iron with Addition of graphite and up to 10% lead. The present invention relates to production of iron-based piston rings for high-speed internal combustion engines Sintering. In the known powder metallurgical production of other bodies the essence in that a metal powder is subjected to a compression and then sintered, d. H. treated at a temperature well below the melting point the metal powder mixture. With this type of production it is already known to increase the strength of the sintered bodies produced therewith in that the soft iron powder a larger percentage of manganese, chromium or silicon from the individual substances is added. Attempts have also been made to increase the strength values by the finished sintered bodies are re-pressed cold or subjected to multiple sintering became. However, this did not result in a noticeable increase in strength - can. It was also already known the process in the manufacture of sintered bodies of pressing and sintering to combine in one process of hot pressing.
Es ist auch schon vorgeschlagen worden, die Festigkeit solcher Sinterkörper, beispielsweise solcher, die gute Gleiteigenschaften haben sollen, dadurch zu erhöhen, daß das betreffende Werkstück, welches gepreßt und dann längere Zeit, etwa :z Stunden, bei einer Temperatur von etwa i zoQ-°-- gesintert wurde, einer nachfolgenden Heißpressung unterworfen wurde, die sich nur über einen sehn, kurzen Zeitraum erstreckte. Man erzielte dabei gänzlich andere Erscheinungen insofern, als durch die nochmalige Heißdruckbehandlung die bereits in einem längeren Sinterungsvorgang behandelte Stoffmischung, bei der schon eine weitgehende Diffusion der einzelnen Stoffteilchen eingetreten war, eine kristallinische Umwandlung erfährt, welche die Ursache für die Veränderung der Eigenschaften solcher Gleitkörper bildet. Beispielsweise erzielt man bei Anwendung dieses vorgeschlagenenVerfahrens durch die Heißpressung eine Verminderung der Porosität des Körpers auf einen Bruchteil derjenigen, die sonst bei gesinterten Gleitkörpern beobachtet wird; Durch diesen Vorschlag erzielte man beispielsweise bei Sinterkörpern auf Eisengrundlage (eines etwa 93 % Eisen enthaltenden Gleitkörpers) statt des vorher vorhandenen Porenraumes von etwa 25 °/o eine Mikroporosität von etwa 2 bis 3 °/o bei einem spezifischen Gewicht von etwa 7,5 gegenüber einem solchen von 6. Man verwendet bei diesem Verfahren Eisengemische mit Zusatz von Graphit und einem Schwermetall, in Sonderheit Blei, - wobei der Nichteisenanteil bis zu io °% betragen durfte. Dabei würde das Blei nicht- iwreinem Zustande, sondern mit anderen Elementen der Schwermetallgruppe vermischt zugesetzt. Als geeignete Schwermetalle zum Zumischen kommen Zinn, Antimon, Mangan, Chrom, Silicium, Nickel und Kupfer in Frage. Zur Vermeidung von Diffusionsvorgängen. innerhalb der Mischkristallreihen Fe-Pb-Sn, Fe-Pb-Si und Fe-Pb-Sb-Sn wurde das Verhältnis von-Zinn und Antimon zur zugesetzten Bleimenge . entsprechend gewählt. Durch die erzielten Mischkristalle entsteht im Gegensatz zu den binären Fe-C-Phasen eine aus mehreren Komponenten bestehende Mischkristallphase, die dem Gleitkörper außer den Festigkeitswerten des Stahles ähnliche elastische Eigenschaften verleiht, wie solche bei Spezialgußeisen vorhanden sind. Hierbei wurden die Gleitkörper, die aus Eisenpulver in Verbindung mit den genannten anderen Stoffen durch Pressen und nachfolgendes Sintern erzeugt wurden, einer weiteren Behandlung durch -Pressen, Schmieden oder Walzen -bei einem Drück -über- 3 t/cm2 und einer-Temperatur über 80o° unterworfen. Werden -nachdem früheren Vorschlage die gesinterten Rohlinge einer Heißpressung bei 6 t/cm2 und iooo°C unterworfen, wobei das Pressen durch Schmieden oder. Walzen ersetzt werden kann, so lassen sich nach dem bereits vorgeschlagenen Verfahren die Eigenschaften eireichen, die für Kolbenringe erforderlich sind; d. h. die erzeugten Körper haben eine hohe Streckgrenze und einen hohen Elastizitätsmodul, Eigenschaften, wie sie für Kolbenringe erforderlich sind, die beim Aufziehen auf den Kolben zunächst aufgespannt werden müssen, ohne, daß eine Verformung zurückbleibt, und die nach dem Aufziehen noch ihre ursprüngliche Federungskraft behalten.It has also been suggested to increase the strength of such sintered bodies, for example those that should have good sliding properties by increasing, that the workpiece in question, which is pressed and then for a longer time, approximately: z hours, was sintered at a temperature of about i zoQ- ° - a subsequent hot pressing was subjected, which only extended over a long, short period of time. Man achieved completely different appearances insofar as through the repeated Hot pressure treatment the mixture of substances which has already been treated in a longer sintering process, at which an extensive diffusion of the individual particles has already occurred was, a crystalline Conversion learns which is the cause for changing the properties of such sliding bodies. For example is achieved using this proposed method by hot pressing a reduction in the porosity of the body to a fraction of that which otherwise observed in sintered sliding bodies; Achieved by this proposal For example, in the case of sintered bodies based on iron (one containing about 93% iron Slider) instead of the previously existing pore space of about 25% a microporosity from about 2 to 3% with a specific gravity of about 7.5 versus one those of 6. Iron mixtures with the addition of graphite are used in this process and a heavy metal, in particular lead, - with the non-ferrous content up to io °%. The lead would not be in its pure state, but with it mixed with other elements of the heavy metal group. As suitable heavy metals tin, antimony, manganese, chromium, silicon, nickel and copper are added to the mix Question. To avoid diffusion processes. within the mixed crystal rows Fe-Pb-Sn, Fe-Pb-Si and Fe-Pb-Sb-Sn became the ratio of -tin and antimony added amount of lead. chosen accordingly. Due to the mixed crystals obtained In contrast to the binary Fe-C phases, one consisting of several components is created Mixed crystal phase, which the sliding body apart from the strength values of the steel gives elastic properties similar to those found in special cast iron are. The sliding bodies, which are made of iron powder in conjunction with the the other substances mentioned were produced by pressing and subsequent sintering, a further treatment by pressing, forging or rolling with one push -above- 3 t / cm2 and a-temperature over 80o °. Will -after the earlier I propose to subject the sintered blanks to hot pressing at 6 t / cm2 and 100 ° C, being pressed by forging or. Rollers can be replaced so can according to the method already proposed, the properties that are necessary for Piston rings are required; d. H. the bodies produced have a high yield strength and a high modulus of elasticity, properties required for piston rings which have to be clamped when pulling on the piston, without, that a deformation remains, and that still its original shape after it has been pulled up Maintain suspension force.
Es hat sich nun gezeigt, daß nach dem früher vorgeschlagenen Verfahren hergestellte Kolbenringe dann den Ansprüchen nicht immer genügen, wenn sie für schnell: laufende Verbrennungskraftmaschinen benutzt werden sollen, weil bei diesen bedeutend höhere thermische und mechanische Beanspruchungen in Frage kommen. Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind ein derartiger Kolbenring - und verschiedene Verfahren zu seiner Herstellung, der bei hochbelasteten,schnell laufenden Brennkraftnaschinen Verwendung finden soll, bei denen die Kolbenringe thermisch hoch beansprucht werden: Bei der Herstellung solcher Kolbenringe wird ebenfalls von einem pulvermetallurgischen Verfahren ausgegangen und insbesondere von der Eisengrundlage mit Zusatz von Graphit und Zusatz von Blei; der Bleizusatz kann dabei bis =o °/o betragen, gegebenenfalls können andere Schwermetalle noch zugesetzt werden. Bei Verwendung weiterer geeigneter Schwermetallzusätze wie Zinn, Antimon, Mangan, Chrom, Silicium, Nickel und Kupfer ist 'ebenfalls, wie bezüglich des früher vorgeschlagenen Verfahrens bereits erläutert wurde, das Verhältnis der Zusätze zur Bleimenge so zu regeln, daß Diffusionsvorgänge innerhalb der schon genannten Mischkristallreihen vermieden werden.It has now been shown that according to the previously proposed method Manufactured piston rings do not always meet the requirements if they are quickly: running internal combustion engines should be used because they are significant higher thermal and mechanical stresses come into question. Subject of The present invention is one such piston ring and various methods for its production, in the case of highly loaded, high-speed internal combustion engines Should be used where the piston rings are subject to high thermal loads: In the manufacture of such piston rings, a powder metallurgy is also used Process assumed and in particular from the iron base with the addition of graphite and addition of lead; the addition of lead can be up to = o%, if necessary other heavy metals can also be added. When using other suitable Heavy metal additives such as tin, antimony, manganese, chromium, silicon, nickel and copper is' also, as already explained with regard to the previously proposed method was to regulate the ratio of additives to the amount of lead so that diffusion processes be avoided within the already mentioned rows of mixed crystals.
Nach dem neuen Herstellungsverfahren werden verschiedenartige Verfahrensvorgänge angewendet. Es wird einmal angestrebt, ein Gefüge mit körnigem Perlit bzw. Sorbit zu erreichen, was insbesondere für thermisch höher beanspruchte Kolbenringe in hochbelasteten schnell laufenden Brennkraftmaschinen (beispielsweise solchen mit Kolbenringbetriebstemperaturen bis etwa 3oo°C) in Frage kommt, während nach einem weiteren Verfahren ein feinlamellarperlitisches Gefüge erzielt werden soll, und zwar dann, wenn es sich um geringe thermische Beanspruchungen für Kolbenringe schnell laufender Brennkraftmaschinen handelt, nämlich bei Ringtemperaturen bis etwa 20o° C.According to the new manufacturing process, various types of process operations are required applied. The aim is to achieve a structure with granular perlite or sorbitol to achieve what is particularly important for thermally more highly stressed piston rings in highly loaded high-speed internal combustion engines (for example those with piston ring operating temperatures up to about 300 ° C) is possible, while according to a further process a fine lamellar pearlitic Structure is to be achieved, and then when it comes to low thermal loads for piston rings of high-speed internal combustion engines, namely at ring temperatures up to about 20o ° C.
Das lamellar perlitische Gefüge ergibt sich darin, wenn bei der Herstellung der Kolbenringrohling auf Eisengrundlage mit Schwermetall- (Blei-) Zusatz in der Größenordnung von i bis =o %, vorzugsweise bis etwa 5 °/o, zunächst gepreßt wird, wobei er ein spezifisches Gewicht von etwa 6,3 bis 6,5 erhält, wenn darauf bei iooo bis z2oo° etwa i bis 2 Stunden gesintert wird; wenn dann bei etwa goo bis iooo° eine Verdichtung mit 6 bis 7 t/cm2 und schließlich eine langsame Abkühlung, beispielsweise in Luft oder Schutzgas; erfolgt.The lamellar pearlitic structure results when it is manufactured the piston ring blank based on iron with heavy metal (lead) additive in the Order of magnitude of i to = o%, preferably up to about 5%, is initially pressed, obtaining a specific gravity of about 6.3 to 6.5 when on at iooo until z2oo ° is sintered for about 1 to 2 hours; if then at about goo to iooo ° a compression of 6 to 7 t / cm2 and finally a slow cooling, for example in air or protective gas; he follows.
Lamellar perlitisches Gefüge ergibt sich auch dann, wenn zunächst die genannten Ausgangsstoffe gepreßt werden (spezifisches Gewicht 6,3 bis 6,5) dann bei iooo bis i2oo° i bis 2 Stunden gesintert werden, darauf ein stufenweises Kaltverdichten bis =o t/cm2 (auf ein spezifisches Gewicht von 7,6 bis 7,7) vorgenommen wird und schließlich - nach Erwärmung auf 85o bis goo° während etwa i Stunde (Nachsintern) langsames Abkühlen erfolgt. Diese lamellar-perlitischen Gefüge sind für Kolbenringe von schnell laufenden Brennkraftmaschinen thermisch belasteter Art, beispielsweise 20o°, bestimmt.Lamellar pearlitic structure also results when initially the starting materials mentioned are then pressed (specific gravity 6.3 to 6.5) sintered at iooo to i2oo ° i for up to 2 hours, then a gradual cold compaction to = o t / cm2 (to a specific weight of 7.6 to 7.7) and finally - after heating to 85o to goo ° for about 1 hour (re-sintering) slow cooling takes place. These lamellar-pearlitic structures are used for piston rings of high-speed internal combustion engines thermally loaded type, for example 20o °, definitely.
Für Kolbenringe von schnell laufenden Brennkraftmaschinen mit thermisch höherer Beanspruchung von beispielsweise 300°C soll durch die nachstehend genannten Verfahrensgänge dem Kolbenringrohling ein körnig perlitisches bzw. sorbitisches Gefüge gegeben werden. Es wird zunächst gepreßt, wobei sich ein spezifisches Gewicht von 6,3 bis 6,5 ergibt, darauf etwa i bis 2 Stunden bei iooo bis i2oo° gesintert und danach bei etwa goo bis iooo° mit 6 bis 7 t/cmg warm verdichtet, wobei das spezifische Gewicht auf 7;6 bis 7,7 erhöht wird. Es folgt eine Wärmenachbehandlung bei 80o bis 85o° mit schnellem Abschrecken, beispielsweise in 01. Nach einem anderen Verfahrensgang zur Erzielung von derartigen Kolbenringen mit körnig perlitischem Gefüge wird zunächst gepreßt (spezifisches Gewicht 6,3 bis 6,5), darauf bei iooo bis i2oo° i bis 2 Stunden lang gesintert, worauf ein stufenweises Kaltverdichten bis 10 t/cm2 (spezifisches Gewicht 7,6 bis 7,7) erfolgt. Nach sich anschließender Erwärmung auf 85o bis goo° etwa i Stunde lang (Nachsintern) erfolgt dann schnelles Abschrecken, beispielsweise in 01.For piston rings of high-speed internal combustion engines with higher thermal loads of, for example, 300 ° C., the following process steps are intended to give the piston ring blank a granular, pearlitic or sorbitic structure. It is first pressed, resulting in a specific weight of 6.3 to 6.5, then sintered for about 1 to 2 hours at 100 to 1200 ° and then hot compacted at about goo to 100 ° with 6 to 7 t / cmg, the specific gravity being increased to 7; 6 to 7.7. This is followed by a heat treatment at 80o to 85o ° with rapid quenching, for example in 01. After another process step to achieve such piston rings with a granular pearlitic structure, pressing is carried out first (specific gravity 6.3 to 6.5), then at 10,000 to 1200 Sintered for up to 2 hours, followed by gradual cold compaction up to 10 t / cm2 (specific weight 7.6 to 7.7). After the subsequent heating to 85o to goo ° for about 1 hour (re-sintering), rapid quenching then takes place, for example in 01.
Dies letztgenannte Verfahren kann noch dadurch abgewandelt werden, daß die Kaltverdichtung bis zu Drücken von 15 t/cm2, gesteigert wird und auf das schnelle Abschrecken, beispielsweise in 01, ein Anlassen folgt auf eine Temperatur von etwa 5oo bis 65o°, jedenfalls eine solche, die unterhalb des Umwandlungspunktes (720'C) liegt. Zur Erläuterung sei folgendes bemerkt: Durch die Kaltverdichtung werden der bei der Sinterung nach dem Pressen entstandene Zementit sowie der noch vorhandene freie Graphit und die Mischkristalle der Fe-C-Schwermetallgruppe zertrümmert. Hierdurch wird bei der anschließenden Erwärmung auf 76o bis 82o° und dem anschließenden schnellen Abschrecken eine rasche Umwandlung in Martensit erzielt. Bei dem anschließenden Anlassen bei Temperaturen bis zu etwa 65o° ergibt sich ein Gefügeaufbau, dessen besonderes Kennzeichen der Anlaßsorbit ist; dieser gibt dem Werkstoff die für den ,Kolbenring wertvollen Eigenschaften, nämlich eine hohe Streckgrenze, Festigkeit und Federung sowie hervorragende und bisher noch nicht erreichte Lauf-und Verschleißeigenschaften. Die Dauer des Anlassens muß dem Querschnitt des Rohlings und der gewünschten Festigkeit angepaßt werden; die Zeitdauer muß länger sein bei größerem Querschnitt und zur Erzielung höherer Festigkeit. Ausführungsbeispiel i Es wurden gemischt: 9304 Eisenpulver, 1,50/0 Graphit mit einem Aschengehalt von 15041 4,5% Spezialbleipulver (mit Zusätzen).This last-mentioned method can be modified in that the cold compression is increased to pressures of 15 t / cm2 and the rapid quenching, for example in 01, is followed by tempering at a temperature of about 50 to 65o °, at least one that which is below the transition point (720'C) . The following should be noted by way of explanation: The cold compression shattered the cementite formed during sintering after pressing, as well as the free graphite still present and the mixed crystals of the Fe-C heavy metal group. As a result, during the subsequent heating to 76o to 82o ° and the subsequent rapid quenching, a rapid transformation into martensite is achieved. The subsequent tempering at temperatures of up to about 65o ° results in a structure, the special characteristic of which is the tempering sorbitol; this gives the material the properties that are valuable for the piston ring, namely a high yield point, strength and resilience as well as excellent and hitherto unattained running and wear properties. The duration of the tempering must be adapted to the cross-section of the blank and the desired strength; the time must be longer with a larger cross-section and to achieve higher strength. Embodiment i The following were mixed: 9304 iron powder, 1.50 / 0 graphite with an ash content of 15041 4.5% special lead powder (with additives).
Das gemischte Pulver hatte etwa folgende. Korngrößenverteilung
2 Stunden bei einer Temperatur von etwa iioo°. Die gesinterten Rohlinge hatten einen Porengehalt von etwa 23 0/0, die Zerreißfestigkeit lag zwischen io und 12 kg/mm2. Diese Rohlinge wurden bei einem Druck von 7 t/cm' und einer Temperatur von iooo° verdichtet; ihre allmähliche Erwärmung erfolgte in Schutzgas.2 hours at a temperature of about 100 °. The sintered blanks had a pore content of about 23%, the tensile strength was between io and 12 kg / mm2. These blanks were produced at a pressure of 7 t / cm 'and a temperature compressed by iooo °; they were gradually heated in protective gas.
Die Rohlinge hatten ein ausgesprochen feinlamel= lares perlitisches
Gefüge. Sie hatten folgende technologischen Werte
Ausführungsbeispiel 2 Die gleiche Mischung von Eisenpulver und Spezialbleipulver wurde in der gleichen Weise gepreßt und gesintert wie beim Ausführungsbeispiel i. .Embodiment 2 The same mixture of iron powder and special lead powder was pressed and sintered in the same way as in embodiment i. .
Die Rohlinge wurden nunmehr kalt verdichtet, und zwar stufenweise bis zu einem Höchstdruck von 9,8 t/cm2. Darauf wurden die Rohlinge erwärmt und während i Stunde auf einer Temperatur von 85o° gehalten. (Die Wirkung dieser Erwärmung läßt sich auch in kürzerer Zeit unter Anwendung einer höheren, immer aber unter der Sintertemperatur erreichen). Nach Abschluß der Erwärmung wurden die Rohlinge in 01 abgeschreckt.The blanks were then compacted cold, in stages up to a maximum pressure of 9.8 t / cm2. The blanks were then heated and kept at a temperature of 85o ° for 1 hour. (The effect of this heating can also be achieved in a shorter time using a higher temperature, but always below the sintering temperature). After completion of the heating, the blanks were quenched in 01.
Die fertigen Rohlinge hatten ein ausgesprochen körnig perlitisches
Gefüge. Ihre technologischen Werte waren folgende
Claims (7)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DEK944A DE861700C (en) | 1949-12-13 | 1949-12-13 | Process for the production of piston rings based on iron with the addition of graphite and up to 10% lead |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DEK944A DE861700C (en) | 1949-12-13 | 1949-12-13 | Process for the production of piston rings based on iron with the addition of graphite and up to 10% lead |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE861700C true DE861700C (en) | 1953-01-05 |
Family
ID=7208673
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DEK944A Expired DE861700C (en) | 1949-12-13 | 1949-12-13 | Process for the production of piston rings based on iron with the addition of graphite and up to 10% lead |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE861700C (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE974037C (en) * | 1950-04-09 | 1960-08-25 | Alois Dr-Ing Gabriel | Sintered goods for structural parts and processes for their production |
DE1200549B (en) * | 1956-09-25 | 1965-09-09 | Cosid Werke Veb | Process for the production of iron graphite composites |
DE1200550B (en) * | 1958-05-07 | 1965-09-09 | Zd Prvni Petiletky Narodni Pod | Process for the powder metallurgical production of piston rings |
-
1949
- 1949-12-13 DE DEK944A patent/DE861700C/en not_active Expired
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE974037C (en) * | 1950-04-09 | 1960-08-25 | Alois Dr-Ing Gabriel | Sintered goods for structural parts and processes for their production |
DE1200549B (en) * | 1956-09-25 | 1965-09-09 | Cosid Werke Veb | Process for the production of iron graphite composites |
DE1200550B (en) * | 1958-05-07 | 1965-09-09 | Zd Prvni Petiletky Narodni Pod | Process for the powder metallurgical production of piston rings |
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