生產帶有嵌入顆粒的活塞環的方法技術

一種軸肩上具有耐磨顆粒的活塞環，其通過以下步驟生產：生產金屬材料的基材的熔體、將陶瓷顆粒加入所述熔體中、將所述熔體倒入預制模具中，以及冷卻所述熔體。在冷卻期間，所述模具被對齊以使得所述陶瓷顆粒在至少一個所述活塞環的軸肩上聚集。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術涉及一種生產活塞環的方法，其中，嵌入用于防止活塞軸肩磨損的顆粒。本專利技術還涉及一種使用本專利技術的方法生產的活塞環。
技術介紹
在內燃機中的活塞環密封存在于活塞頭和燃燒室的汽缸壁之間的間隙。在活塞向上和向下運動期間，一方面，活塞環滑動且其外周表面與汽缸壁持續彈性抵接，另一方面，由于活塞的傾斜運動，活塞環以震蕩的方式在活塞環凹槽中滑動，其中，活塞環的軸肩交替地抵接活塞環凹槽的上部或下部凹槽軸肩。根據被使用的材料，在每種情形中彼此滑動的部件中發生或多或少的磨損，磨損導致裂縫、劃痕并且最終導致在干運轉情形中的引擎的損壞。為了改善汽缸壁與活塞環之間的滑動和磨損性能，環的周表面上設置有不同材料的涂層。在動態引擎運轉期間，由于氣力、摩擦力和慣性力，活塞環在活塞凹槽中軸向運動。由于不斷與缸膛接觸，活塞環受到連續的滑動磨損，這被證實作為活塞環表面或它的涂層的磨料磨損，也作為從汽缸運轉表面到活塞運轉表面(或反之)的材料的部分轉移。這引起在活塞環的軸肩上的磨料磨損，嚴重地影響活塞環的使用性能。軸肩磨損對引擎的排放性能有直接影響。鑄鐵材料或鑄鐵合金主要用于生產活塞環。活塞環，特別是壓縮環，在高性能引擎中受到不斷增加的荷載，包括壓縮峰值壓力、燃燒溫度、EGR (排氣再循環)和潤滑膜的減少，這些對所述引擎的功能特性有至關重要的影響，例如，磨損、耐焦痕性、微型焊接和耐腐蝕性。然而，現代技術的鑄鐵材料表現出較高的斷裂風險，這意味著當使用前述材料時，頻繁地發生環的斷裂；增加的機械-動態荷載導致活塞環的服務壽命縮短；還存在在運轉表面和軸肩上的嚴重的磨損和腐蝕。由于在活塞環上的更大的機械應力和動態應力，越來越多的引擎制造商需要由高級鋼制成的活塞環和汽缸套。此時，碳的重量含量低于2.08%的鐵質材料被稱作鋼。如果碳含量更高，則稱之為鑄鐵。與鑄鐵相比，鋼材料具有更好的強度和韌性特性，因為基本結構中不存在游離石墨造成的干擾。如今的基于鑄鐵或鋼的活塞環材料構成均質材料，它自身不足以抵抗軸肩磨損。為了減少在引擎中的活塞環中的軸肩磨損，磨損保護層被施加到活塞環軸肩上。例如，與未涂覆的環或硝化的環相比，以及與帶有常見的在鑰基上離子注入硬鉻層的活塞環相比，帶有顆粒增強的硬鉻涂層的活塞環表現出顯著改善的耐磨損性。然而，由于在現代燃機中不斷增加的壓力以及溫度參數，這些涂層也接近它們的性能的極限。因此，需要具有比前面的情形中更低的磨損和更高的粘附力的新型涂層。為了滿足此需求，復合材料粉通過熱噴涂被施加到活塞環表面，復合材料粉包括在金屬基體中的陶瓷相。這樣，可以結合陶瓷良好的摩擦學性能與金屬的良好的機械特性。硬質的、有時為脆性的陶瓷顆粒在金屬基體中的強韌性和延展性的融合得到保證。通過在活塞環的表面上的適當的暴露，陶瓷顆粒呈現出摩擦學性能，而金屬基體通過變形在需要的地方吸收機械荷載并且減少應力。然而，以這樣的方式涂覆的活塞的生產是昂貴的，因為涂覆步驟必須被加入到活塞環的生產上。因此，本專利技術處理的問題是提供一種生產活塞環的方法，活塞環的軸肩上設置有陶瓷顆粒，該方法在引入這些陶瓷顆粒時不需要涂覆步驟。
技術實現思路
根據本專利技術，上述問題通過一種生產活塞環的方法被解決，所述方法包括以下步驟:a.生產金屬材料的基材的熔體；b.將陶瓷顆粒加入熔體中，其中，所述陶瓷顆粒的密度〈4.0g/cm3 ；c.將熔體倒入預制模具中，所述模具僅僅允許環的鑄造，以及d.冷卻所述熔體，其中，在達到液相線溫度之前經歷的時間> 120秒，并且模具水平地對齊，以使得陶瓷顆粒在冷卻期間聚集在至少一個活塞環軸肩上。陶瓷顆粒可，例如，通過攪拌引入金屬熔體中。為了實現陶瓷顆粒在期望 的軸肩上的聚集，陶瓷顆粒和金屬熔體顯示不同的密度。在此，重要的是，陶瓷顆粒的密度小于金屬熔體的密度。這意味著，陶瓷顆粒的密度應當〈4.0g/cm3。優選的，陶瓷顆粒的密度在1.0至〈4.0g/cm3的范圍內，更優選地,陶瓷顆粒的密度在1.8至〈3.0g/cm3的范圍內，更優選的，陶瓷顆粒的密度在2.1至〈2.8g/cm3的范圍內。陶瓷顆粒的密度在2.1至〈2.6g/cm3的范圍內是非常合適的。陶瓷顆粒的密度可以以本領域的技術人員所知的方式通過生產過程影響或調整。此外，模具應當僅僅允許鑄造環。單獨的鑄造方法導致材料在環的冷卻期間從外部凝固。為了確保陶瓷顆粒聚集在期望的軸肩上，模具應當水平地被布置，以便于促進借助重力分離。或者，可通過使用離心機加快金屬鑄造材料從陶瓷顆粒上的部分分離，其中，由鑄模限定的平面的垂直線在離心機平面中。換言之，模具平行于離心機的旋轉軸線，以使得陶瓷顆粒在旋轉的軸線方向上聚集。已經發現，在金屬鑄造材料中的陶瓷顆粒的有利分布能夠首先通過借助重力的分離而實現。為了確保陶瓷顆粒借助重力的充分聚集，在到達液相線溫度前應當經歷的時間彡120秒。在到達液相線溫度前經歷的時間優選地> 180秒，更優選地，在180和300秒之間，最優選地，在180和210秒之間。為了保持期望的冷卻速度，例如，可從外部提供熱量。這因此可涉及可加熱的鑄模。或者，可在熔體中添加發熱添加劑。還有一種可能涉及選擇活塞環坯料的具體的體積-表面積比V/0=>0.5cm。陶瓷顆粒優選地選自A1203、Cr2O3> Fe3O4, TiO2, ZrO2顆粒或其混合物。一方面，為了使得陶瓷顆粒更容易地聚集在期望的活塞環軸肩上，另一方面，為了保證活塞環的良好的摩擦學性能，根據活塞環的截面選擇陶瓷顆粒的平均直徑。陶瓷顆粒的平均直徑可為0.1至100 μ m。陶瓷顆粒的平均直徑優選地為0.5至80 μ m，更優選的平均直徑為0.5至40 μ m，更優選的平均直徑為1.0至25 μ m，更優選的平均直徑為5.0至25 μ m。最優選的平均直徑為5.0至15 μ m。金屬鑄造材料優選地為鑄鐵或鑄鋼材料，例如V4鋼。用于活塞環的適合的材料及其生產，例如鋼壓鍛，是本領域技術人員已知的。如果金屬鑄造材料為鑄鐵，它優選地包含以下元素，這些元素相對于100%鑄鐵成分的重量的含量為:c，2.0 - 3.8wt% ；Si 和 / 或 Al，1.0 - 4.0wt% ；Mn, 0.05 - 1.5wt% ；P，0 - 0.7wt% ;S，0 - 0.lwt% ；Cr,0.05 - 1.5wt% ;Cu，0.05 - 2.5wt% ;Sn，0 - 2.5wt% ;N，0-0.08wt% ;余量的 Fe。如果金屬鑄造材料為鋼材料，它優選地包含以下元素，這些元素相對于100%鋼材料成分的重量的含量為:c, 2.00 - 4.00wt% ;Si，至多0.10wt% ；P,至多0.10wt% ；S,至多0.20wt% ；Mn,至多 1.30wt% ；Cu,至多 0.50wt% ；Cr, 1.7-5.00wt% ；Ni 和鑭系元素，0.10 -2.00wt% ；Mo,0.l%-2.0wt% ;Co，至多 0.20wt%,以及至多 1.5wt% 的選自 T1、V 和 Nb 的組中的至少一種元素，余量的Fe。在適當時，活塞環可回火處理，其包括以下步驟:e.活塞環在其Ac3溫度以上奧氏體化；f.活塞環在適當的淬火介質中淬火，以及g.在可控氣氛爐中在400至700°C本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】2010.10.13 DE 102010042402.11.一種生產活塞環的方法，包括以下步驟: a.生產金屬材料的基材的熔體； b.將陶瓷顆粒加入所述熔體中，其中，所述陶瓷顆粒的密度〈4.0g/cm3 ； c.將所述熔體倒入預制模具中，其中，所述模具僅僅允許環的鑄造，以及 d.冷卻所述熔體，其中，在達到液相線溫度之前經歷的時間>120秒，并且所述模具水平地對齊，以使得所述陶瓷顆粒在冷卻期間聚集在至少一個所述活塞環的軸肩上。2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述陶瓷顆粒的密度小于所述熔體的密度。3.根據權利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述陶瓷顆粒選自Al2...

【專利技術屬性】
技術研發人員：理查德·梅特勒，拉茲羅·佩索伊克茲，
申請(專利權)人：聯邦摩高布爾沙伊德公司，
類型：
國別省市：