NO332017B1

NO332017B1 - Fremgangsmate til fremstilling av et beskyttelsesbelegg og en maskin med minst en komponent pafort et beskyttelsesbelegg

Info

Publication number: NO332017B1
Application number: NO20013427A
Authority: NO
Inventors: Lech Moczulski; Erling Bredal Andersen
Original assignee: Man B & W Diesel As
Priority date: 1999-01-13
Filing date: 2001-07-10
Publication date: 2012-05-29
Also published as: DE19900942C2; PL350447A1; DE50000216D1; KR20010093259A; CN1336969A; DE19900942A1; RU2235805C2; EP1151148B1; ATE219167T1; NO20013427D0; WO2000042238A1; EP1151148A1; ES2178630T3; CN1153846C; JP3877528B2; NO20013427L; PL192366B1; KR100537764B1; AU2435400A; JP2002535484A

Abstract

Oppfinnelsen angår en fremgangsmåte til fremstilling av et beskyttelsesbelegg på overflaten av komponenter som er laget av støpejern som fungerer som basis- materiale. Beskyttelsesbelegget består av et sammen- ligningsvis mykt yttersjikt (9) og et slitasjefast bæresjikt (8) som er vesentlig hardere enn yttersjiktet og som er plassert derunder. Hensikten med oppfinnelsen er at man lett skal være i stand til å fremstille et beskyttelsesbelegg med et bæresjiktet (8) som sammenligningsvis har en høy hardhetsgrad. For å oppnå dette smeltes ett lag (7) bestående av en aluminium-bronse som danner tosjikts-beskyttelses- belegget oppå basismaterialet (6) bestående av støpejern.

Description

Fremgangsmåte til fremstilling av et beskyttelsesbelegg

og en maskin med minst en komponent påført et beskyttelsesbelegg

Oppfinnelsen angår en fremgangsmåte til fremstilling av et beskyttelsesbelegg som består av aluminium-bronse med et sammenligningsvis mykt slitesjikt og hvor det derunder befinner seg et vesentlig hardere og mer slitasjefast bæresjikt på overflaten av komponenter bestående av støpejern som basismateriale. Oppfinnelsen angår også en maskin med minst en komponent bestående av støpejern som på sin overflate er påført et beskyttelsesbelegg som nevnt ovenfor.

Fra WO-A-98/25017 er det kjent en fremgangsmåte til fremstilling av et beskyttelsesbelegg som består av en aluminium-bronse på overflaten av komponenter bestående av stål, støpestål eller støpejern. Beskyttelsesbelegget påsprøytes i form av flere lag som er lagt over hverandre i termosprøyteprosess, hvorved et komplett lag danner slitesjiktet og minst et ytterligere, komplett lag danner bæresjiktet. Bæresjiktet og slitesjiktet sprøytes tilsvarende etter hverandre og befinner seg i to forskjellige lag som er sprøytet etter hverandre. For fremstilling av bæresjikt- eller slitesjiktkvaliteter anvendes spesielle betingelser, som f.eks bruk av forskjellige sprøytetyper. Den kjente fremgangsmåten viser seg derfor til sammenligning å være kostbar. Teknikkens stand er også tilkjennegjort i JP 59-215274A og JP 59-215275A.

Det er derfor en gjenstand med foreliggende oppfinnelsen å tilveiebringe en fremgangsmåte av den tidligere nevnte art, som for komponenter bestående av støpejern som basismateriale enkelt muliggjør produksjonen av et sammenligningsvis mykt slitesjikt og et sammenligningsvis hardt bæresjikt.

Denne gjenstanden løses ifølge oppfinnelsen ved de trekk som angitt i krav 1 eller 2.

Aluminium-bronsen smeltet direkte oppå støpejernet viser i dens støpejernsnære område seg overraskende å være vesentlig hardere enn i dens støpejernsfjerne område. Det fremkommer derfor automatisk innenfor et og samme lag et basismaterialnært, sammenligningsvis hardt bæresjikt og et basismateralfjernt, sammenligningsvis mykt slitesjikt som ofte kan fungere som innløpssjikt og som under innløpsfasen forsvinner av seg selv, slik at bæresjiktet deretter kan komme til anvendelse. Ved forsøk med et lag av aluminium-bronse smeltet direkte oppå støpejernet ble den ønskede hardhet og fargen til aluminium-bronse funnet i det ytre slitesjiktsområdet. I det støpejernsnære området som ligger derunder, kunne det imidlertid registreres en fire ganger større hardhet sammenlignet med det ytre. Da det myke slitesjiktet og det harde bæresjiktet kan fremstilles samtidig ved hjelp av et strøk, er det på fordelaktig måte sikret en gunstig økonomi.

Når to lag av en aluminium-bronse påsmeltes, hvor ved første laget smeltes direkte oppå støpejernet som danner basismateriale og det andre laget smeltes direkte oppå det første laget, fremkommer det i hvert lag to sjikt i form av et sammenligningsvis mykt, støpejernsfjerntsjikt og en på en annen side, et hardere støpejernsnærtsjikt, hvor hardhetsgraden til sjiktene av det ytre laget er høyere enn hardhetsgraden til de tilsvarende sjiktene av det laget som befinner seg derunder. Denne løsningen er derfor spesielt foretrukket når en spesielt høy hardhetsgrad er ønsket.

Fordelaktige utviklinger av den ovennevnte fremgangsmåten er angitt i de uselvstendig patentkravene. Således fremkommer det som spesielt hensiktsmessig når basismaterialet forvarmes før påsmeltingen av laget som danner tosjikts-beskyttelsesbelegget. Herved kan tykkelsen av det harde bæresjiktet økes. Hensiktsmessig påsmeltes aluminium-bronsen på de respektive underlag ved sveising. Dette fremkommer som en enkelt og billig løsning.

Aluminium-bronsen som anvendes kan med hensyn til sin sammensetning tilpasses de enkelte behov. Såfremt det skal oppnås et spesielt mykt slitesjikt, viser det seg å være spesielt hensiktsmessig med en aluminium-bronse med 8-11% Al, 4-6% Ni, 3-5% Fe, 1-2% Mn og resten Cu. Såfremt det skal oppnås et hardere slitesjikt, kan det hensiktsmessig anvendes en aluminium-bronse med 13-16% Al, 4-5% Fe, 0,2-0,8% Si, 1-2% Mn, høyest 0,2% C og resten Cu.

For maskiner med minst en komponent bestående av støpejern, som på sin overflate har et beskyttelsesbelegg med et sammenligningsvis mykt innløpssjikt som kan slites under innløpsfasen og et bæresjikt som befinner seg derunder og som er vesentlig hardere og mer slitasjefast, lar det seg enkelt oppnå en lang levetid ved anvendelse av den oppfinneriske fremgangsmåten. Derved fremkommer det et beskyttelsesbelegg som har et lag som består av aluminium-bronse, som inneholder to soner i form av et innløpssjikt (9) og et bæresjikt (8), hvorved hardheten og fargen til sonen som danner innløpssjiktet (9) tilsvarer den normale hardheten og fargen til den anvendte aluminium-bronsen, og sonen som danner bæresjiktet (8) som ligger derunder har en i forhold til det ytre fire ganger større hardhet.

Ytterligere hensiktsmessige forhold fremkommer ved den etterfølgende beskrivelsen ved hjelp av tegningen.

I den etterfølgende beskrevne tegningen viser:

fig. 1 et detaljbilde av en sylinder av en totaktsdieselmotor i snitt, og fig. 2 en forstørret fremstilling av et utsnitt påført et beskyttelsesbelegg av anordningen ifølge figur 1.

Den foreliggende oppfinnelsen kan fremfor alt anvendes hvor det er nødvendig med et beskyttelsesbelegg på overflaten av en komponent bestående av støpejern, fortrinnsvis av støpegods med flate-, vermikulær- eller kulegrafitt, som har et ytre, sammenligningsvis mykt slitesjikt og et bæresjikt som befinner seg derunder og som er vesentlig hardere. Dette er for eksempel tilfelle for forskjellige deler av motorer, som stempler, stempelringer, stempelringspor, stempelskjørt, sylinder-gliderflater, osv., da det for disse delene er nødvendig med et ytre, mykt innløps-sjikt, som forsvinner under innløpsfasen, og et indre, hardere bæresjikt, som i forbindelse med innløpsfasen kommer til anvendelse og skal oppvise en lang levetid.

Sylinderen av en totaktsdieselmotor som vist i fig. 1 inneholder en sylinderforing 1, som er utstyrt med ikke viste innsugningsåpninger, hvorpå det er avsatt et ikke nærmere vist sylindertoppstykke (topplokk) utstyrt med en utløpsanordning. Innersiden av sylinderforingen 1 er utformet som glideflate som virker sammen med et stempel 4 utstyrt med stempelringer 3 anordnet tilordnede stempelringspor 2. Sylinderforingene 1, stemplene 4 og stempelringene 3 består av støpejern, oftest støpegods, som inneholder flate-, vermikulær- eller kulegrafitt. I området til glideflaten av sylinderforingen 1, periferiflaten til stempelring 3 og flanken til stempelringspor 2 er det i det viste eksempel antydet et beskyttelsesbelegg 5, som har bedre bæregenskaper enn basismaterialet bestående av støpejern og som tilsvarende øker levetiden.

Et slikt beskyttelsesbelegg 5 kan selvfølgelig også være tilordnet andre komponenter utsatt for lignende belastningsforhold, hos en totaktsdieselmotor som f.eks. krysshodelagrene og krysshodeføringene.

Beskyttelsesbelegget 5 dannes, som det kan sees i fig. 2, ved et lag 7 av en egnet aluminium-bronse smeltet oppå basismaterialet 6 hensiktsmessig ved sveising. Derved dannes, som det på overraskende måte har vist seg, to sjikt 8, 9 indikert ved en stiplet skillelinje. Derved innehar det ytre, basismaterialfjerne sjiktet 9 den forventet farge og hardhet av den anvendte aluminium-bronsen. Dette ytre slitesjiktet er sammenligningsvis tilsvarende mykt og er derfor egnet som innløpssjikt, som forsvinner av seg selv under innløpsfasen. Det basismaterialnære sjiktet 8 som ligger derunder innehar i forhold til dette en vesentlig større hardhet og kan derfor fungere som slitasjefast bæresjikt, som kommer til anvendelse når innløpssjiktet er forsvunnet.

Ved forsøk med en aluminium-bronse som normalt har en hardhet på 200 HV, ble den forventede hardheten på 200HV fastslått i det ytre sjiktet, og i det indre sjiktet ble det fastslått en fire ganger høyere hardhet på 800 HV. Tykkelsen av laget 7 som inneholdt begge sjiktene 8, 9 var ca. 2,5 mm, hvorved det indre, harde bæresjiktet hadde en tykkelse på ca. 1,5 mm og det ytre, myke slitesjiktet hadde en tykkelse på ca. 1 mm. Ved en forvarming av basismaterialet 6 på ca. 400°C kunne bredden av det harde bæresjiktet 8 økes.

Som materiale til dannelse av laget 7 kan det anvendes en aluminium-bronse som inneholder 8-25% Al, minst en av komponentene Sb, Co, Be, Cr, Sn, Mn, Si, Cd, Zn, Fe, Ni, Pb, C og Fe med resp. 0,2-10% og resten Cu. Såfremt det skal oppnås et sammenligningsvis mykt slitesjikt, kan det anvendes en aluminium-bronse som inneholder 8-11% Al, 4-6% Ni, 3-5% Fe, 1-2% Mn og resten Cu. Ved anvendelse av en slik aluminium-bronse har det i området av det ytre slitesjiktet 9 blitt fastslått en hardhet på ca. 200 HV. En slik aluminium-bronse lå til grunn for det nevnte eksempelet. I mange tilfeller skal det ytre bæresjiktet 9 ha en noe større hardhet. Her viser det seg å være hensiktsmessig med en aluminium-bronse med 13-16% Al, 4-5% Fe, 0,2-0,8% Si, 1-2% Mn, maks. 0,2% C og resten Cu. Ved anvendelse av en slik aluminium-bronse kan det oppnås en hardhet av slitesjiktet 9 på ca. 350 HV. Hardheten av det indre bæresjiktet 8 var i alle tilfellene vesentlig større enn hardheten av det ytre slitesjiktet 9. Her kunne det oppnås en hardhet på ca. 900 HV.

Laget 7 bestående av en aluminium-bronse kan, som allerede nevnte ovenfor, smeltes ved et sveiseforløp oppå basismaterialet 6.1 denne forbindelse kunne det anvendes en elektrisk lysbue eller flammer eller laserstråler.

Ytterligere forsøk har vist at man kan påføre flere lag, fortrinnsvis to lag, oppå hverandre, hvorved lagenes hardhetsgrad øker med avstanden fra basismaterialet 6, dvs. det ytre lagets hardhetsgrad er større enn det underliggende lags hardhetsgrad. Således ble det f.eks. ved forsøk med to lag av den samme aluminium-bronse inneholdende 13-16% Al, 4-5% Fe, 0,2-0,8% Si, 1-2% Mn, mindre enn 0,2 C og resten Cu fastslått en hardhet på ca. 400 HV i det øvre sjiktområdet av det første laget og en hardhet på ca. 600 HV i yttersjiktområdet av det andre laget.

Således gjelder foreliggende oppfinnelse dermed en fremgangsmåte til fremstilling av et beskyttelsesbelegg, som består av aluminium-bronse med et sammenligningsvis mykt slitesjikt og et derunderliggende bæresjikt som er vesentlig hardere og mer slitasjefast, på overflaten av komponenter bestående av støpejern som basismateriale, kjennetegnet ved at aluminium-bronsen smeltes direkte oppå basismaterialet (6) bestående av støpejern, hvorved det skaffes et sådan dannet lag (7) bestående av aluminium-bronse som har to sjikt i form av et sammenligningsvis mykt, støpejernsfjernt sjikt (9) og et i forhold til dette hardere, støpejernsnært sjikt (8).

Videre gjelder oppfinnelsen en fremgangsmåte til fremstilling av et beskyttelsesbelegg, som består av en aluminium-bronse med et sammenligningsvis mykt slitesjikt og et derunderliggende bæresjikt som er vesentlig hardere og mer slitasjefast, på overflaten av komponenter bestående av støpejern som basismateriale, kjennetegnet ved at aluminium-bronsen smeltes direkte oppå det tilordnete underlaget, idet det på et første lag (7) bestående av aluminium-bronse, som er smeltet direkte oppå basismaterialet bestående av støpejern, smeltes direkte et minst ytterligere lag (7) bestående av aluminium-bronse og som overdekker det første laget, idet hvert av disse lag (7) har to sjikt i form av et sammenligningsvis mykt, støpejernsfjernt sjikt (9) og et i forhold til dette hardere, støpejernsnært sjikt (8).

Dernest vedrører foreliggende oppfinnelse en maskin, spesielt stempelslagmaskin, med minst en komponent bestående av støpejern, fortrinnsvis flate-, vermikulær-eller kulegrafittinnholdende støpejern, som på sin overflate er påført et beskyttelsesbelegg bestående av aluminium-bronse med et sammenligningsvis mykt innløpssjikt (9) som slites under innløpsfasen og et derunderliggende bæresjikt (8) som er vesentlig hardere og slitasjefast, kjennetegnet ved at beskyttelsesbelegget har et lag (7) bestående av aluminium-bronse som inneholder to soner i form av et innløpssjikt (9) og et bæresjikt (8) hvorved hardheten og fargen til sonen som danner innløpssjiktet (9) tilsvarer den normale hardheten og fargen til anvendt aluminium-bronse og sonen som danner det derunderliggende bæresjiktet (8) har en fire ganger større hardhet i forhold til sjiktet utenpå.

Claims

1. Fremgangsmåte til fremstilling av et beskyttelsesbelegg, som består av aluminium-bronse med et sammenligningsvis mykt slitesjikt og et derunderliggende bæresjikt som er vesentlig hardere og mer slitasjefast, på overflaten av komponenter bestående av støpejern som basismateriale, karakterisert vedat aluminium-bronsen smeltes direkte oppå basismaterialet (6) bestående av støpejern, hvorved det skaffes et sådan dannet lag (7) bestående av aluminium-bronse som har to sjikt i form av et sammenligningsvis mykt, støpejernsfjernt sjikt (9) og et i forhold til dette hardere, støpejernsnært sjikt (8).

2. Fremgangsmåte til fremstilling av et beskyttelsesbelegg, som består av en aluminium-bronse med et sammenligningsvis mykt slitesjikt og et derunderliggende bæresjikt som er vesentlig hardere og mer slitasjefast, på overflaten av komponenter bestående av støpejern som basismateriale, karakterisert vedat aluminium-bronsen smeltes direkte oppå det tilordnete underlaget, idet det på et første lag (7) bestående av aluminium-bronse, som er smeltet direkte oppå basismaterialet bestående av støpejern, smeltes direkte et minst ytterligere lag (7) bestående av aluminium-bronse og som overdekker det første laget, idet hvert av disse lag (7) har to sjikt i form av et sammenligningsvis mykt, støpejernsfjernt sjikt (9) og et i forhold til dette hardere, støpejernsnært sjikt (8).

3. Fremgangsmåte som angitt i krav 1 eller 2, karakterisert vedat basismaterialet (6) forvarmes før påsmeltingen av et lag (7).

4. Fremgangsmåte som angitt i krav 3, karakterisert vedat basismaterialet (6) forvarmes ved en temperatur opptil 400°C.

5. Fremgangsmåte som angitt i en av de foregående krav,karakterisert vedat aluminium-bronsen som anvendes til dannelse av det minst ene laget (7) inneholder 8-25 % Al, minst en av komponentene Sb, Co, Be, Cr, Sn, Mn, Si, Cd, Zn, Fe, Ni, Pb og C med resp. 0,2-10 % og resten Cu.

6. Fremgangsmåte som angitt i krav 5, karakterisert vedat aluminium-bronsen som anvendes til dannelse av det minst ene laget (7) til dannelse av et sammenligningsvis mykt slitesjikt (9) inneholder 8-11 % Al, 4-6% Ni, 3-5 % Fe, 1-2 % Mn og resten Cu.

7. Fremgangsmåte som angitt i krav 5, karakterisert vedat aluminium-bronsen som anvendes til dannelse av det minst ene laget (7) til dannelse av et sammenligningsvis hardt slitesjikt (9) inneholder 13-16 % Al, 4-5 % Fe, 0,2-0,8 % Si, 1-2 % Mn, mindre enn 0,2 % C og resten Cu.

8. Fremgangsmåte som angitt i et av de foregående krav,karakterisert vedat det påførte lag (7) til dannelse av tosjikts-beskyttelseslaget har en tykkelse på 2-3 mm, fortrinnsvis 2,5 mm.

9. Fremgangsmåte som angitt i et av de foregående krav,karakterisert vedat basismaterialet (6), hvorpå det minst ene laget (7) av aluminium-bronse som danner tosjikts-beskyttelseslaget påføres, består av grafitt-innholdende støpejern.

10. Maskin, spesielt stempelslagmaskin, med minst en komponent bestående av støpejern, fortrinnsvis flate-, vermikulær- eller kulegrafittinnholdende støpejern, som på sin overflate er påført et beskyttelsesbelegg bestående av aluminium-bronse med et sammenligningsvis mykt innløpssjikt (9) som slites under innløpsfasen og et derunderliggende bæresjikt (8) som er vesentlig hardere og slitasjefast,karakterisert vedat beskyttelsesbelegget har et lag (7) bestående av aluminium-bronse som inneholder to soner i form av et innløpssjikt (9) og et bæresjikt (8) hvorved hardheten og fargen til sonen som danner innløpssjiktet (9) tilsvarer den normale hardheten og fargen til anvendt aluminium-bronse og sonen som danner det derunderliggende bæresjiktet (8) har en fire ganger større hardhet i forhold til sjiktet utenpå.