[發明專利]表面具有萊氏體金相組織的滑環

有效

• 申請號: 201480052824.1
• 申請日: 2014-07-03
• 公開（公告）號: CN105659010B
• 公開（公告）日: 2017-07-07
• 發明（設計）人: 克里斯托弗·布拉德爾;馬克-曼紐爾·馬茲;安德里亞斯·登格勒;安德里亞斯·庫普夫米勒
• 申請（專利權）人: 聯邦摩高弗里德貝格公司
• 主分類號: F16J15/34
• 分類號: F16J15/34;C21D1/09;C21D1/40;C21D9/40
• 代理公司: 廣州三環專利商標代理有限公司44202
• 代理人: 王基才

技術領域

本發明涉及具有萊氏體金相組織的功能表面的滑環，以及制造該滑環的方法。

背景技術

由于要求耐磨性，金屬滑動密封環通常由盡可能硬和耐磨的材料制成。這包括，例如，具有高鉻含量的萊氏體冷硬鑄鐵或鑄鋼。這些材料通常具有高硬度(50-64洛氏硬度)以及對磨損有非常好的耐磨性。然而，這里的一個缺點是該材料的鑄造和后續的機械加工只有以巨大的努力和高成本才可能。此外，這些材料是非常脆的，從而導致在沖擊載荷下斷裂。另外，熱傳導率通常較低。

在鑄鐵的生產中，可分為灰口和白口鑄鐵。當液態鑄鐵在熱力學平衡中凝固，這稱為穩定的凝固。然后金相組織(microstructure)主要包括鐵和游離石墨，被指定為灰口鑄鐵。然而，當系統在亞穩定平衡中凝固，生成了鐵和碳化鐵(白口鑄鐵)的所謂的萊氏體金相組織。

因此，盡可能尋求生產具有耐磨表面的滑環的方法，不管如何，這具有成本效益和簡化生產。

發明內容

根據本發明，灰口鑄鐵的滑環被處理使得功能表面的金相組織與剩余的金相組織不同。為此，滑環的表面用高能輻射處理，使得表面的至少一部分區域重熔，并在部件冷卻時萊氏體金相組織形成在表面上，在其上全部的碳基本上轉化為碳化鐵。萊氏體金相組織比原來的灰口鑄鐵顯出更大的硬度和耐磨性。優選具有馬氏體金相組織(硬化金相組織)和游離石墨的過渡區域在基體材料的方向上與萊氏體金相組織鄰接。高能輻射可以是，例如，激光束或電子束或電弧焊的電弧、等離子焊或鎢惰性氣體焊。

在示例實施例中，具有萊氏體金相組織的部分區域和具有硬化金相組織的其他部分區域的圖案可以產生在功能表面上。因此，具有游離石墨的區域與無游離石墨的區域交替，其中，石墨可以改善潤滑特性。硬化金相組織可以包括馬氏體和/或貝氏體金相組織。

取決于實施例，萊氏體金相組織可以出現在功能表面上，達到1.5mm的深度。此處的功能表面可以是，例如，滑環的滑動表面和/或彈性體接觸面，或其他另一部件的接觸面。在示例實施例中，此外，功能表面的表面可以具有凹陷和/或孔結構。

此外，提出了一種用于生產滑環的方法，包括由灰口鑄鐵制造滑環；通過用高能輻射照射加熱功能表面；實施照射使得被照射的表面的至少一部分重熔；選擇照射的參數使得功能表面的至少一部分在冷卻后具有萊氏體金相組織。

優選地，實施重熔使得具有馬氏體金相組織的過渡區域產生在萊氏體金相組織和灰口鑄鐵之間。重熔區域的冷卻可以僅通過例如自淬火來實現。

在示例實施例中，照射可以包括下述方法之一：用激光束或電子束、電弧焊、等離子焊、鎢惰性氣體焊等照射。

取決于實施例，在由灰口鑄鐵制造滑環過程中，至少一選自釩、鉻、鎢、鉬和硅中的碳化物形成元素添加到鑄鐵材料中。

可選地，實施照射使得表面的局部的重熔的部分區域和非重熔的部分區域形成不同金相組織的預設圖案。

附圖說明

下面將結合附圖及實施例對本發明作進一步說明，附圖中：

圖1示出了根據本發明的具有不同金相組織區域的滑環的截面圖；

圖2示出了作為概述的不同圖案，其可以出現在根據本發明的滑環的重熔區域。

具體實施方式

在圖1中示出了一示例滑環的截面，根據本發明其具有功能表面。在該例子中，功能表面是滑環的滑動表面4，其在運行時緊靠并在相對面上滑動。在另一示例中，根據本發明，額外的或可替代的功能表面也可以存在，例如彈性體和滑環之間的接觸表面。滑環的基體材料2可以是，例如，灰口鑄鐵，例如具有層狀石墨(EN-GJL)、蠕狀石墨(EN-GJV)或球狀石墨(EN-GJS)的鑄鐵。

在功能表面4上，重熔區域6可以在截面中看到，例如，其可以垂直該表面延伸大約1.5毫米的深度。在該區域，基體材料2是由高能輻射重熔，例如激光束。在接近表面的區域的該區域6的重熔和隨后通過在加熱邊緣區域和鄰接材料體積之間的快速溫度均衡的自淬火，導致在該區域6中的萊氏體金相組織的形成。在這里，因此，隨后的鐵和鐵碳化物的亞穩態金相組織出現，其基本上分別不含游離碳或石墨。

替代激光束，該表面也可以分別由其他高能量輻射或熱效應進行處理。例如，以類似的方式，可以用電子束。其他可能的在表面上生成萊氏體金相組織的方法是電弧焊的方法，如鎢惰性氣體焊(TIG)和等離子焊。專業人員可以理解的是，其他等效的方法也可以使用，其可以在短時間內在表面局部地形成重熔。