EP1794336B1 - piston ring made of cast iron - Google Patents

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EP1794336B1
EP1794336B1 EP05743258A EP05743258A EP1794336B1 EP 1794336 B1 EP1794336 B1 EP 1794336B1 EP 05743258 A EP05743258 A EP 05743258A EP 05743258 A EP05743258 A EP 05743258A EP 1794336 B1 EP1794336 B1 EP 1794336B1
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piston ring
cast iron
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    • C22C37/00—Cast-iron alloys
    • C22C37/04—Cast-iron alloys containing spheroidal graphite

Definitions

  • a piston ring made of a cast iron material which has a matrix with phase fractions which are adjusted in the matrix structure such that a phase mixture comprises needle-like ferrite with portions of austenite and / or martensite and is subjected to a heat treatment.
  • the proportions of the phases comprise about 80% of needlelike cementite-containing ferrite with ⁇ 3% austenite and about 10% martensite.
  • the ferrite may be cementite-free ferrite or cemented ferrite and mixtures thereof.
  • the ferrite is needle-free cementite-free ferrite and / or needle-like cementite-free ferrite.
  • the ferrite comprises a mixture of approx. 7% of needleless cementite-free ferrite and approx. 80% of needlelike cementite-rich ferrite.
  • the piston ring lead, zinc, nitrogen and others not explicitly mentioned Containing ingredients in an amount of up to 0.1 wt .-%.
  • the ingredients are included such that the sum of all said or not explicitly mentioned starting materials, ingredients, ingredients, elements, additives in each case give 100 wt .-%.
  • the proportion of starting materials, constituents, ingredients, elements, additives can be adjusted by various methods known to the person skilled in the art.
  • the piston ring has a hardness in the range of 100 to 150 HRB, preferably 110 to 125 HRB.
  • the bending strength of piston rings of cast iron material according to the invention is greater than 2000 MPa, preferably greater than 3000 MPa.
  • the blank can be cast using methods known in the art, such as centrifugal casting, continuous casting, stamping, croning or green sand molding as a single or multiple blank.
  • methods known in the art such as centrifugal casting, continuous casting, stamping, croning or green sand molding as a single or multiple blank.
  • the person skilled in the art will choose the appropriate method based on the purpose of the blank and with the aid of its general knowledge.

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Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Kolbenringe.The present invention relates to piston rings.

Aus der GB 840490 ist bereits ein Kolbenring bekannt, der ein Grundgefüge aufweist, das komplett in Bainit umgewandelt wurde.From the GB 840490 already known is a piston ring, which has a basic structure that has been completely converted into bainite.

Gusseisenwerkstoffe können in verschiedenen Mikrostrukturen vorliegen, die durch Verwendung spezieller Zusammensetzung- und/oder Verfahrensparameter eingestellt werden können.Cast iron materials can be in various microstructures that can be adjusted by using specific composition and / or process parameters.

Ein Gusseisenwerkstoff, der ein bainitisches bis martensitisches Grundgefüge aufweist, das durch eine Wärmebehandlung erzeugt ist, wird beispielsweise in der DE 24 28 821 A beschrieben. In dem Grundgefüge sind lamellare bis knötchenförmige Graphitausscheidungen enthalten, um Notlaufeigenschaften zu gewährleisten.A cast iron material having a bainitic to martensitic base structure produced by a heat treatment is disclosed, for example, in US Pat DE 24 28 821 A described. The basic structure contains lamellar to nodular graphite precipitates to provide runflat properties.

Ein Verfahren zur Herstellung eines perlitischen und/oder ferritischen Gusseisens wird in der US 3,565,698 beschrieben. Hier wird das Ausgangsmaterial in der Schmelze mit Mischmetall versetzt und zu einem Rohling gegossen. Der Rohling wird nach dem Gießen bei einer Temperatur in einem Bereich von 900 °C und 1050 °C geglüht, um den Zementit in Lösung zu setzen, um den schwarzen Temperguss zu erzeugen. Wie in der US 3,000,770 beschrieben wird, kann die Glühzeit durch das Zugeben von Schwefel in einer bedeutenden Menge zu dem Ausgangsmaterial reduziert werden.A process for producing a pearlitic and / or ferritic cast iron is disclosed in US patent no US 3,565,698 described. Here, the starting material is mixed with molten metal in the melt and poured into a blank. The blank after annealing is annealed at a temperature in the range of 900 ° C and 1050 ° C to dissolve the cementite to produce the black malleable cast iron. Like in the US 3,000,770 described, the annealing time can be reduced by adding sulfur in a significant amount to the starting material.

Gusseisenwerkstoffe bzw. Gusseisenlegierungen werden zur Herstellung hoch beanspruchter Teile von Verbrennungskraftmotoren, wie beispielsweise Kolbenringe, verwendet Kolbenringe unterliegen in hochbeanspruchten Motoren einer zunehmenden Belastung, wie beispielsweise Kompressionsdruck, Verbrennungstemperatur, Schmierfilmreduzierung, die deren Funktionseigenschaften wie Verschleiß, Brandspurbeständigkeit, Microwelding, Korrosionsbeständigkeit maßgeblich beeinflussen.Cast iron materials or cast iron alloys are used for producing highly stressed parts of internal combustion engines, such as piston rings. In highly stressed engines, piston rings are subject to increasing loads, such as compression pressure, combustion temperature, lubricant film reduction, which significantly influence their functional properties such as wear, fire resistance, microwelding, corrosion resistance.

Kolbenringe dichten den zwischen Kolbenkopf und Zylinderwand vorhandenen Spalt gegenüber dem Brennraum ab. 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 wechselnd an der oberen oder unteren Nutenflanke der Kolbenringnut anliegen. Bei den jeweils gegeneinander laufenden Gleitpartnern tritt in Abhängigkeit des Materials ein mehr oder weniger starker Verschleiß auf, der bei einem Trockenlauf zu sogenannten Fressern, Riefenbildung und schließlich zu einer Zerstörung des Motors führen kann. Um das Gleit- und Verschleißverhalten von Kolbenringen gegenüber der Zylinderwand zu verbessern, wurden diese an deren Umfangsfläche mit Beschichtungen aus unterschiedlichen Materialien versehen.Piston rings seal the gap between the piston head and the cylinder wall with respect to the combustion chamber. During the up and down movement of the piston, the piston ring slides on the one hand with its outer peripheral surface in constant resilient engagement against the cylinder wall, on the other hand slides the piston ring, due to the tilting movements of the piston, oscillating in its piston ring groove, wherein its edges alternately bear against the upper or lower groove flank of the piston ring groove. In each case sliding against each other occurs depending on the material, a more or less severe wear that can lead to so-called munching, scoring and finally to a destruction of the engine in a dry run. In order to improve the sliding and wear behavior of piston rings against the cylinder wall, they were provided on the peripheral surface with coatings of different materials.

Kompressionsringe in hoch beanspruchten Motoren, wie beispielsweise Dieselmotoren oder 2-Takt Dieselmotoren, werden beispielsweise bevorzugt als Gusskolbenringe mit einer Laufflächenbeschichtung, beispielsweise Chrom-Keramik-Beschichtung, PVD-Schicht, thermische Spritzschicht oder Einlaufschicht, ausgelegt.Compression rings in highly stressed engines, such as diesel engines or 2-stroke diesel engines, for example, preferably as cast piston rings with a tread coating, such as chrome-ceramic coating, PVD layer, thermal spray or run-in layer designed.

Bei höheren mechanischen und dynamischen Beanspruchungen an Kolbenringen werden jedoch meist hochchromlegierte martensitische Stähle eingesetzt Der Einsatz dieser Stähle weist aber den Nachteil auf, dass die Herstellungskosten im Vergleich zu Gusseisenbauteilen signifikant höher sind.With higher mechanical and dynamic stresses on piston rings, however, usually high-chromium-alloyed martensitic steels are used. However, the use of these steels has the disadvantage that the manufacturing costs are significantly higher in comparison with cast iron components.

In der EP 1 384 794 A1 ist ein Gusseisenwerkstoff für Kolbenringe beschrieben, der eine spezifische chemische Zusammensetzung aufweist und einer Wärmebehandlung unterworfen wird, die eine Austenisierungsbehandlung, gefolgt von einem isothermalen Härtungsverfahren, umfasst, um eine mechanische Eigenschaften zu erreichen, die zu denen von Stählen vergleichbar sind. Durch den Einsatz von Kugelgraphit-bildenden Zusätzen wird ein sphärolitischer Werkstoff erhalten. Bei Kolbenringen muss dieser Gusseisenwerkstoff eine Matrix aus Perlit mit geringen Anteilen von Ferrit aufweisen, um eine optimale Wärmebehandlung zu erfahren, durch die die mechanischen Eigenschaften des Gusseisenwerkstoffs verbessert werden. Durch die Wärmebehandlung wird ein bainitischaustenistisches Matrixgefüge erzeugt, jedoch ergibt sich hier der Nachteil einer Entfestigung bei höheren Einsatztemperaturen, bei denen sich die bainitisch-austenitische Struktur in bainitischfeinperlitisch Strukturen umwandelt. Dieser Effekt verhindert den Einsatz dieses Materials in Verbrennungsmotoren, da somit wesentliche Funktionseigenschaften wie die Tangentialkraft negativ beeinflusst werden.In the EP 1 384 794 A1 there is described a cast iron material for piston rings which has a specific chemical composition and is subjected to a heat treatment comprising an austenizing treatment followed by an isothermal hardening process to achieve mechanical properties comparable to those of steels. Through the use of spheroidal graphite-forming additives, a spherulitic material is obtained. For piston rings, this cast iron material must have a matrix of pearlite with small amounts of ferrite in order to experience optimum heat treatment which improves the mechanical properties of the cast iron material. The heat treatment produces a bainitic-austenitic matrix structure, but this has the disadvantage of softening at higher use temperatures, where the bainitic-austenitic structure transforms into bainitic-fine-pearlitic structures. This effect prevents the use of this material in internal combustion engines, as this essential properties such as the tangential force are adversely affected.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Kolbenring bereitzustellen, der eine erhöhte Verschleißbeständigkeit aufweist, ohne dass die Herstellungskosten erhöht sind und der ein vermindertes Bruchrisiko aufweist und bei gestiegener mechanisch-dynamischer Belastung das weitere Funktionsverhalten über lange Lebensdauern garantiert.Object of the present invention is to provide a piston ring having an increased wear resistance, without the production cost is increased and has a reduced risk of breakage and increased mechanical-dynamic load, the further functional behavior over long lifetimes guaranteed.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch einen Kolbenring gemäß Anspruch 1 gelöst.According to the invention the object is achieved by a piston ring according to claim 1.

In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung enthalten.In the subclaims advantageous embodiments of the invention are included.

Erfindungsgemäß wird ein Kolbenring aus einem Gusseisenwerkstoff bereitgestellt, der eine Matrix mit Phasenanteilen aufweist, die im Matrixgefüge derart eingestellt sind, dass ein Phasengemisch nadeligen Ferrits mit Anteilen von Austenit und/oder Martensit umfasst und einer Wärmebehandlung unterzogen ist. Die Anteile der Phasen umfassen ca 80% nadeligen zementithaltigen Ferrit mit < 3 % Austenit und ca 10% Martensit. Bei dem Ferrit kann es sich dabei um zementitfreies Ferrit oder zementithaltiges Ferrit und deren Mischungen handeln. Insbesondere ist der Ferrit nadeliger zementitfreier Ferrit und/oder nadeliger zementitfreier Ferrit. Der Ferrit umfasst eine Mischung aus ca 7 % nadeligem zementitfreiem Ferrit und ca 80% nadeligem zementitreichem Ferrit.According to the invention, a piston ring made of a cast iron material is provided, which has a matrix with phase fractions which are adjusted in the matrix structure such that a phase mixture comprises needle-like ferrite with portions of austenite and / or martensite and is subjected to a heat treatment. The proportions of the phases comprise about 80% of needlelike cementite-containing ferrite with <3% austenite and about 10% martensite. The ferrite may be cementite-free ferrite or cemented ferrite and mixtures thereof. In particular, the ferrite is needle-free cementite-free ferrite and / or needle-like cementite-free ferrite. The ferrite comprises a mixture of approx. 7% of needleless cementite-free ferrite and approx. 80% of needlelike cementite-rich ferrite.

Der erfindungsgemäße Kolbenring zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass der Tangentialkraftverlust maximal 10 %, bevorzugt maximal 5%, besonders bevorzugt max. 3 %, beträgt. Der Tangentialkraftverlust wird nach DIN ISO 6621, Teil 5 ermittelt.The piston ring according to the invention is characterized in particular by the fact that the tangential force loss is not more than 10%, preferably not more than 5%, particularly preferably max. 3%. The tangential force loss is determined according to DIN ISO 6621, Part 5.

Der erfindungsgemäße Kolbenring weist die folgende chemische Zusammensetzung in Gew.-% auf: Kohlenstoff 3,0 bis 4,2; Silizium 2,0 bis 3,5; Mangan max. 1,0; Phosphor max. 0,4; Schwefel max. 0,05; Chrom max. 0,5; Kupfer max. 3,0; Magnesium max. 0,1; Zinn max. 0,3; Vanadium max. 1,0; Molybdän max. 1,0; Nickel max. 3,0; Rest Eisen und herstellungsbedingte Verunreinigungen. Dieser Gusseisenwerkstoff zeichnet sich insbesondere durch eine hohe Verschleißbeständigkeit und Biegebruchfestigkeit aus. Gleichzeitig verfügt der erfindungsgemäße Gusseisenwerkstoff über eine hervorragende Zähigkeit, was sich insbesondere positiv auf die Bruchneigung auswirkt.The piston ring according to the invention has the following chemical composition in wt .-%: carbon 3.0 to 4.2; Silicon 2.0 to 3.5; Manganese max. 1.0; Phosphorus max. 0.4; Sulfur max. 0.05; Chrome max. 0.5; Copper max. 3,0; Magnesium max. 0.1; Tin max. 0.3; Vanadium max. 1.0; Molybdenum max. 1.0; Nickel max. 3.0; Remaining iron and manufacturing impurities. This cast iron material is characterized in particular by a high wear resistance and bending strength. At the same time, the cast iron material according to the invention has excellent toughness, which has a particularly positive effect on the tendency to fracture.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist der Gusseisenwerkstoff die folgende Zusammensetzung in Gew.-% auf Kohlenstoff 3,0 bis 3,5; Silizium 2,5 bis 3,0; Mangan max. 1,0; Phosphor max. 0,3; Schwefel max. 0,05; Chrom max. 0,5; Kupfer 0,5 bis 3,0; Magnesium max. 0,08; Zinn max. 0,25; Vanadium max. 1,0; Molybdän max. 0,08; Nickel 1,0 bis 2,5; Rest Eisen und herstellungsbedingte Verunreinigungen.In a preferred embodiment, the cast iron material has the following composition in wt% on carbon 3.0 to 3.5; Silicon 2.5 to 3.0; Manganese max. 1.0; Phosphorus max. 0.3; Sulfur max. 0.05; Chrome max. 0.5; Copper 0.5 to 3.0; Magnesium max. 0.08; Tin max. 0.25; Vanadium max. 1.0; Molybdenum max. 0.08; Nickel 1.0 to 2.5; Remaining iron and manufacturing impurities.

Der Kolbenring weist bevorzugt eine sphärolitische bzw. "kugelförmige" Graphitausbildung aus. Derartige Kolbenringe werden auch als GJS bezeichnet. Bei diesem Werkstoff ist der Hauptanteil des Kohlenstoffs im Gusszustand in Form von Kugelgraphit ausgeschieden.The piston ring preferably has a spherulitic or "spherical" graphite formation. Such piston rings are also referred to as GJS. In this material, the majority of the carbon in the casting state in the form of nodular graphite precipitated.

Ein sphärolitischer Kolbenring weist den Vorteil einer deutlich geminderten Kerbwirkung und deutlich höheren Zugfestigkeit und Duktilität ion Vergleich zu einem vermiculargraphitischen oder lamellargraphitischen Kolbenring auf. Ein sphärolitischer Kolbenring kann beispielsweise durch Zusatz von Kugelgraphit-bildenden Zusätzen zu dem Gusseisenwerkstoff oder dessen Schmelze spezifisch erzeugt werden. Eine Möglichkeit zur Herstellung eines spärolitischen Kolbenrings ist eine Graphtüberführung ist beispielsweise durch eine Mg-Behandlung, wie aus dem Stand der Technik bekannt ist. Beispiele für Modifikationsverfahren sind GF(Georg-Fischer)-Konverter, Sandwich, Durchfluss, Fülldraht-Injektionsbehandlung.A spherulitic piston ring has the advantage of a significantly reduced notch effect and significantly higher tensile strength and ductility compared to a vermiculargraphitischen or lamellargraphitischen piston ring. A spherulitic piston ring can be specifically produced, for example, by adding spheroidal graphite-forming additives to the cast iron material or its melt. One way of making a sparolitic piston ring is by graph transfer, for example, by a Mg treatment, as known in the art. Examples of modification methods are GF (Georg Fischer) converter, sandwich, flow, cored wire injection treatment.

Der Kolbenring kann weiterhin Elemente enthalten, die ausgewählt sind aus der Gruppe, bestehend aus Titan, Niob, Tantal, Wolfram, Bor, Tellur oder Bismut oder deren Kombinationen, insbesondere in einer Menge von bis zu 0,1 Gew.%. Derartige Elemente bilden leicht Karbide und verbessern so die Verschleißbeständigkeit.The piston ring may further contain elements selected from the group consisting of titanium, niobium, tantalum, tungsten, boron, tellurium or bismuth or combinations thereof, in particular in an amount of up to 0.1 wt.%. Such elements easily form carbides and thus improve wear resistance.

Weiterhin kann der Kolbenring einen Zusatzstoff enthalten, der ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Kobalt, Antimon, Calcium, Strontium, Aluminium, Lanthan, Cer, Seltenerdmetallen oder deren Kombinationen, bevorzugt in einer Menge von bis zu 0,1 Gew.%. Seltenerdmetalle, die als Kugelgraphit-keimbildende Zusätze, wie auch NiMg, NiSiMg, FeMg oder FeSiMg, wirken, werden bevorzugt. Seltenerdmetalle umfassen Gemische aus Lanthanoiden mit Oxiden anderer Metalle. Diese Elemente und Zusatzstoffe können herstellungsbedingte Verunreinigungen sein oder während des Verfahrens zur Herstellung des erfindungsgemäßen Gusseisenwerkstoffs zu der Schmelze zugegeben werden.Furthermore, the piston ring may contain an additive which is selected from the group consisting of cobalt, antimony, calcium, strontium, aluminum, lanthanum, cerium, rare earth metals or combinations thereof, preferably in an amount of up to 0.1 wt.%. Rare earth metals which act as spheroidal graphite nucleating additives, as well as NiMg, NiSiMg, FeMg or FeSiMg, are preferred. Rare earth metals include mixtures of lanthanides with oxides of other metals. These elements and additives can be impurities due to production or can be added to the melt during the process for producing the cast iron material according to the invention.

Weiterhin kann der Kolbenring Blei, Zink, Stickstoff und weitere nicht explizit genannte Inhaltsstoffe in einer Menge von bis zu 0,1 Gew.-% enthalten. Die Inhaltsstoffe sind derart enthalten, dass die Summe aller genannten oder nicht explizit genannten Ausgangsmaterialien, Bestandteile, Inhaltstoffe, Elemente, Zusatzstoffe in jedem Fall 100 Gew.-% ergeben. Der Anteil an Ausgangsmaterialien, Bestandteilen, Inhaltstoffen, Elementen, Zusatzstoffen kann durch verschiedene, dem Fachmann bekannte Verfahren eingestellt werden.Furthermore, the piston ring lead, zinc, nitrogen and others not explicitly mentioned Containing ingredients in an amount of up to 0.1 wt .-%. The ingredients are included such that the sum of all said or not explicitly mentioned starting materials, ingredients, ingredients, elements, additives in each case give 100 wt .-%. The proportion of starting materials, constituents, ingredients, elements, additives can be adjusted by various methods known to the person skilled in the art.

Im Unterschuss vorhandene Element (Spurenelemente), die beispielsweise in elementarer oder oxidischer Form vorliegen, können beispielsweise in geeigneten Mengen den Ausgangsmaterialien vor Gewinnung der Schmelze zugesetzt werden. Alternativ kann eine Anreicherung mit dem (oder den jeweiligen) im Unterschuss vorhandenen Element(en) auch nach Gewinnung der Schmelze erfolgen, wobei die jeweiligen Elemente oder Eisenlegierungen der jeweiligen Elemente der Schmelze in fester oder flüssiger Form zugesetzt werden.Excess element (trace elements), for example present in elemental or oxidic form, may be added, for example, in suitable amounts to the starting materials prior to recovery of the melt. Alternatively, an enrichment with the (or the respective) present in the depletion element (s) also take place after recovery of the melt, wherein the respective elements or iron alloys of the respective elements of the melt are added in solid or liquid form.

Der Kolbenring weist eine Härte im Bereich von 100 bis 150 HRB, bevorzugt 110 bis 125 HRB, auf. Die Biegebruchfestigkeit von Kolbenringen aus erfindungsgemäßen Gusseisenwerkstoff ist größer als 2000 MPa, bevorzugt größer als 3000 MPa.The piston ring has a hardness in the range of 100 to 150 HRB, preferably 110 to 125 HRB. The bending strength of piston rings of cast iron material according to the invention is greater than 2000 MPa, preferably greater than 3000 MPa.

Aufgrund des Tangentialkraftverlustes von maximal 10% ist der Kolbenring gemäß der vorliegenden Erfindung insbesondere geeignet. Zur Verbesserung der Verschleißfestigkeit können die Kolbenringe ebenfalls teil- oder ganzflächig, an ihren Laufflächen und/oder ihren Flankenflächen beschichtet sein.Due to the tangential force loss of at most 10%, the piston ring according to the present invention is particularly suitable. To improve wear resistance, the piston rings may also be partially or fully coated on their running surfaces and / or their flank surfaces.

Wie dem Fachmann klar sein wird, kann der erfindungsgemäße Kolbenring für ähnlich belastete Teile wie die Vorstehenden verwendet werden.As will be apparent to those skilled in the art, the piston ring of the present invention may be used for similarly loaded parts as the above.

Bei dem Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Kolbenrings wird zuerst eine Schmelze hergestellt. Die Schmelze weist bevorzugt die folgende Zusammensetzung in Gew.-% auf: Kohlenstoff 3,0 bis 4,2; Silizium 2,0 bis 3,5; Mangan max. 1,0; Phosphor max. 0,4; Schwefel max. 0,05; Chrom max. 0,5; Kupfer max. 3,0; Magnesium max. 0,1; Zinn max. 0,3; Molybdän max. 1,0; Nickel max. 3,0; Rest Eisen und herstellungsbedingte Verunreinigungen.In the method for producing the piston ring according to the invention, a melt is first produced. The melt preferably has the following composition in weight percent: carbon 3.0 to 4.2; Silicon 2.0 to 3.5; Manganese max. 1.0; Phosphorus max. 0.4; Sulfur max. 0.05; Chrome max. 0.5; Copper max. 3.0; Magnesium max. 0.1; Tin max. 0.3; Molybdenum max. 1.0; Nickel max. 3,0; Remaining iron and manufacturing impurities.

Anschließend wird ein Rohling unter Erstarrung der Schmelze hergestelltSubsequently, a blank is produced with solidification of the melt

Der Rohling kann dabei mit im Stand der Technik bekannte Methoden gegossen werden, wie beispielsweise Schleuderguss, Strangguss, Stempelpressverfahren, Croning oder Grünsandformen als Einzel- oder Mehrfachrohling. Der Fachmann wird aufgrund der Zweckbestimmung des Rohlings und unter Zuhilfenahme seines allgemeinen Fachwissens die geeignete Methode wählen.The blank can be cast using methods known in the art, such as centrifugal casting, continuous casting, stamping, croning or green sand molding as a single or multiple blank. The person skilled in the art will choose the appropriate method based on the purpose of the blank and with the aid of its general knowledge.

Das Verfahren zur Herstellung des Gusseisenwerkstoffs umfasst weiterhin eine Wärmebehandlung, bestehend aus einer Austenitisierung mit nachfolgender isothermer oder kontinuierlicher Abkühlung und Anlassbehandlung bei max. 550 °C.
Fig. 1 zeigt die Gussstruktur eines erfindungsgemäßen Gusseisenwerkstoffs in einer Vergrößerung von 1000:1 zeigt, der mit Nital 2% geätzt worden ist.The method for producing the cast iron material further comprises a heat treatment consisting of austenitization with subsequent isothermal or continuous cooling and tempering treatment at max. 550 ° C.
Fig. 1 shows the cast structure of a cast iron material according to the invention in a magnification of 1000: 1, which has been etched with Nital 2%.

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

Beispielexample

Aus einem Ausgangsmaterial mit der vorstehend angegeben chemischen Zusammensetzung wurde eine Schmelze hergestellt. Unter Erstarrung der Schmelze wurde ein Rohling hergestellt, das einer Wärmebehandlung unterzogen wurde.From a starting material having the above chemical composition, a melt was prepared. Upon solidification of the melt, a blank was prepared, which was subjected to a heat treatment.

Das Grundgefüge bzw. die Matrix des erhaltenen Rohlings besteht aus ca. 80 % nadeligem zementreichem Ferrit, ca. 7 % nadeligem zementitfreiem Ferrit, ca. 10 % Martensit und <3 % Austenit. Die mechanischen Eigenschaften des Kolbenrings sind wie folgt: Die Härte ist 113,1 HRB, die Biegebruchfestigkeit ist >1600 MPa und die Tangentialkraftverlust ist ca. 3%.The basic structure or matrix of the blank obtained consists of about 80% needle-like cement-rich ferrite, about 7% of needleless cementite-free ferrite, about 10% martensite and <3% austenite. The mechanical properties of the piston ring are as follows: The hardness is 113.1 HRB, the flexural strength is> 1600 MPa and the tangential force loss is about 3%.

Der Tangentialkraftverlust wurde nach DIN ISO 6621, Teil 5 ermittelt.The tangential force loss was determined according to DIN ISO 6621, part 5.

Die Gussstruktur des in dem Beispiel aufgezeigten Gusswerkstoffs, der mit Nital 2% geätzt worden ist, ist in Fig. 1 in einer Vergrößerung von 1000:1 gezeigt.The cast structure of the cast material shown in the example, which has been etched with Nital 2%, is in Fig. 1 shown in a magnification of 1000: 1.

Claims (8)

  1. A piston ring comprising a cast iron material as the base body, characterised by a matrix made up of a mixed structure consisting of acicular ferrite with parts of austenite and/or martensite, which is made up of approximately 80% acicular, cementite-bearing ferrite, approx. 7% acicular, cementite-free ferrite, < 3% austenite and roughly 10% martensite, with the following composition in % by weight: C: 3.0 to 4.2 Si: 2.0 to 3.5 Mn: max. 1.0 P: max. 0.4 S: max. 0.05 Cr: max. 0.5 Cu: max. 3.0 Mg: max. 0.1 Sn: max. 0.3 Mo: max. 1.0 V: max. 1.0 Ni: max. 3.0 Remainder: Fe and production-based impurities
  2. The piston ring according to claim 1, characterised in that the cast iron material is spherolitic or vermicular.
  3. The piston ring according to any one of the preceding claims 1 to 2, characterised in that the tangential loss of power of the cast iron material with an open round body is maximum 10%, preferably maximum 5%, particularly preferably max. 3%.
  4. The piston ring according to one of the preceding claims 1 to 3, wherein the cast iron material further contains an element selected from the group comprising Ti, Nb, Ta, W, Mo, B or a combination of these.
  5. The piston ring according to claim 4, characterised in that the element is contained in a quantity of up to 0.1% by weight.
  6. The piston ring according to any one of the preceding claims 1 to 5, wherein the cast iron material furthermore contains an additive selected from the group comprising Ni, Co, Sb, Ca, Ce, Ta, Sr, Al, La, Ce, rare earth metals or combinations of these.
  7. The piston ring according to claim 6, characterised in that the additive is contained in a quantity of up to 0.1% by weight.
  8. The piston ring according to any one of the preceding claims 1 to 7, characterised in that it is furthermore coated on the flank and/or running surfaces.
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