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DE19644204A1 - Material for sliding machine parts - Google Patents

Material for sliding machine parts

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Publication number
DE19644204A1
DE19644204A1 DE19644204A DE19644204A DE19644204A1 DE 19644204 A1 DE19644204 A1 DE 19644204A1 DE 19644204 A DE19644204 A DE 19644204A DE 19644204 A DE19644204 A DE 19644204A DE 19644204 A1 DE19644204 A1 DE 19644204A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
plain bearing
material according
ferritic
lubricated
plain
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE19644204A
Other languages
German (de)
Inventor
Anja Dwars
Karl Gaffal
Wolfgang Prechtl
Joerg Schroepfer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Klein Schanzlin and Becker AG
KSB SE and Co KGaA
Original Assignee
Klein Schanzlin and Becker AG
KSB SE and Co KGaA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Klein Schanzlin and Becker AG, KSB SE and Co KGaA filed Critical Klein Schanzlin and Becker AG
Priority to DE19644204A priority Critical patent/DE19644204A1/en
Priority to DE59702221T priority patent/DE59702221D1/en
Priority to PCT/EP1997/005841 priority patent/WO1998017834A1/en
Priority to EP97950019A priority patent/EP0953063B1/en
Priority to AT97950019T priority patent/ATE195558T1/en
Publication of DE19644204A1 publication Critical patent/DE19644204A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C37/00Cast-iron alloys
    • C22C37/06Cast-iron alloys containing chromium
    • C22C37/08Cast-iron alloys containing chromium with nickel
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C37/00Cast-iron alloys
    • C22C37/06Cast-iron alloys containing chromium

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Sliding-Contact Bearings (AREA)
  • Lubricants (AREA)
  • Mechanical Operated Clutches (AREA)

Abstract

A material for casting friction-stressed machine parts is disclosed, in particular fluid-lubricated friction bearings. A material with a high admissible surface pressure, reduced wear and low tendency to gripping is obtained by using (a) a composition (in wt %) of 1.5-12.0 Cr; </= 5.0 Ni; </= 2.0 Mo; </= 3.0 Si; </= 1.0 Mn and 3.0-5.0 C, iron and casting impurities making up the remaining percentage, and (b) a structure composed of a ferritic, ferritic-perlitic or bainitic matrix in which chromium carbides and free carbon are also present.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Gußwerkstoff für gleitend beanspruchte Maschinenteile, insbesondere auf einen Werkstoff für fluidgeschmierte Gleitlager.The invention relates to a cast material for slidingly stressed Machine parts, in particular on a material for fluid-lubricated plain bearings.

Für fluidgeschmierte Gleitlager, zu denen beispielsweise die in Kreiselpumpen verwendeten, vom Fördermedium geschmierten Gleitlager gehören, werden die verschiedensten metallischen und nichtmetallischen Werkstoffe verwendet. So werden bei Gleitlagern, bei denen das Fördermedium Reinwasser als Schmiermittel dient, metallische Legierungen, Hartmetalle, Keramiken, Elastomere und Hartgummi, aber auch elektrographitierte Kohle mit und ohne Kunstharztränkung oder Hartkohle mit Kunstharz- bzw. Antimontränkung als Werkstoff eingesetzt. Bei den metallischen Werkstoffen verwendet man bevorzugt Nicht-Eisenbasis-Legierungen wie Aluminium- und Kupferlegierungen oder Weißmetalle auf Blei- und Zinngrundlage sowie in eingeschränktem Maß Eisenbasis-Legierungen.For fluid-lubricated plain bearings, for example those in centrifugal pumps slide bearings used, lubricated by the pumped medium various metallic and non-metallic materials used. So are used for plain bearings in which the pumped medium is pure water as a lubricant serves, metallic alloys, hard metals, ceramics, elastomers and hard rubber, but also electrographitized coal with and without resin impregnation or hard coal with resin or antimony impregnation used as the material. With the metallic Materials such as non-ferrous alloys are preferred Aluminum and copper alloys or white metals based on lead and tin and to a limited extent iron-based alloys.

Typische Vertreter für Lagerwerkstoffe auf Fe-Basis sind martensitische Chromstähle wie X 13 CrMoS 13 mit Schwefel-Zusatz oder Hartgußlegierungen wie der Werkstoff G-X 120 CrMo 29 2 (1.4318). Diese Legierungen zeichnen sich durch eine relativ gute Verschleißbeständigkeit aus, neigen jedoch bei Mischreibung zum Fressen.Typical representatives for bearing materials based on Fe are martensitic chrome steels like X 13 CrMoS 13 with added sulfur or chilled alloys like the material G-X 120 CrMo 29 2 (1.4318). These alloys are characterized by a relative good wear resistance, but tend to eat when mixed.

Demgegenüber haben die Werkstoffe Grau- und Sphäroguß aufgrund des eingelagerten Graphits, welcher als Schmiermittel wirkt, sehr gute Notlaufeigenschaften. Die zulässige spezifische Flächenpressung dieser Werkstoffe ist jedoch ebenso wie die Verschleißbeständigkeit sehr niedrig, so daß die Einsatzbereiche solcher Lager stark eingeschränkt sind.In contrast, the materials gray and nodular cast iron due to the embedded graphite, which acts as a lubricant, very good Emergency running properties. The permissible specific surface pressure of these materials  However, like the wear resistance, it is very low, so that the Areas of application of such bearings are severely restricted.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine metallische Legierung auf Eisen- Basis zu schaffen, die eine hohe zulässige spezifische Flächenpressung besitzt, dabei sehr verschleißbeständig ist und deren Neigung zum Fressen gering ist.The invention has for its object to provide a metallic alloy on iron To create a basis that has a high permissible specific surface pressure, is very wear-resistant and its tendency to eat is low.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Gußwerkstoff, der die im Patentanspruch 1 genannte Zusammensetzung und einen Gefügeaufbau mit ferritischer, ferritisch-perlitischer oder bainitischer Matrix bei gleichzeitiger Anwesenheit von Chromcarbiden und freiem Kohlenstoff besitzt. Von besonderem Vorteil ist eine globulare Ausbildung des freien Kohlenstoffs.The object is achieved according to the invention by a cast material which the composition mentioned in claim 1 and a structure with ferritic, ferritic-pearlitic or bainitic matrix with simultaneous Presence of chromium carbides and free carbon. Of special The advantage is a global formation of free carbon.

Eine Verwendung dieses Werkstoffs ist vor allem für fluidgeschmierte Gleitlager, insbesondere für in Kreiselpumpen einzusetzende, durch die Förderflüssigkeit geschmierte Gleitlager zu empfehlen.This material is primarily used for fluid-lubricated plain bearings, especially for those to be used in centrifugal pumps, due to the pumped liquid lubricated plain bearings recommended.

Die Oberflächenhärtung eines aus dem erfindungsgemäßen Gußwerkstoff hergestellten Maschinenteils, wie z. B. eine Nitrierung, wirkt sich günstig auf die Standzeit aus.The surface hardening of a cast material according to the invention manufactured machine part, such as. B. nitriding, has a beneficial effect on the Downtime.

In fluidgeschmierten Gleitlagern ist die Eigenpaarung mit dieser Legierung möglich; als Gleitpartner kommen aber auch harte Werkstoffe, wie Metalle und Keramiken, und weiche Werkstoffe, wie Kohle und CFC, in Frage.In fluid-lubricated plain bearings, self-mating with this alloy is possible; hard materials such as metals and ceramics also come as sliding partners, and soft materials such as coal and CFC.

Der erfindungsgemäße Gußwerkstoff mit ausgeschiedenen Chromcarbiden und freiem Kohlenstoff zeigt ein günstiges Reibverhalten besonders bei Misch- und Trockenreibung.The casting material according to the invention with deposited chromium carbides and Free carbon shows a favorable friction behavior, especially when mixing and Dry friction.

Die im Gefüge eingelagerten Chromcarbide erhöhen aufgrund ihrer hohen Härte die Verschleißfestigkeit, wodurch eine höhere Beständigkeit erreicht wird als bei hartphasenfreien Werkstoffen und auch bei kohlenstoffarmen, martensitischen Stählen. Zu achten ist auf einen ausgewogenen Carbidgehalt, da bei einem zu niedrigen Carbidgehalt die Verschleißbeständigkeit und die Lebensdauer des Maschinenteiles verringert würden, während bei einem zu hohen Carbidgehalt und einer daraus resultierenden hohen Sprödigkeit - insbesondere im Falle eines zusammenhängenden Carbidnetzes - der Energieeintrag bei Misch- und Trockenreibung zu Wärmespannungsrissen führen könnte.The chromium carbides embedded in the structure increase the hardness Wear resistance, which results in a higher resistance than with hard phase-free materials and also for low-carbon, martensitic Steels. It is important to pay attention to a balanced carbide content, since one too low carbide content the wear resistance and the life of the Machine part would be reduced, while at too high a carbide content and  a resulting high brittleness - especially in the case of a connected carbide network - the energy input in mixing and Dry friction could lead to thermal stress cracks.

Die Wirkung von Kohlenstoff als Trockenschmiermittel zur Verbesserung der Notlaufeigenschaften von Gleitlagern ist bekannt. Im Gegensatz zu Hartgußsorten ist daher beim erfindungsgemäßen Werkstoff der Chrom- und Kohlenstoffgehalt so eingestellt, daß nach Bildung der Carbide noch ein für Schmierzwecke ausreichender, nicht abgebundener Anteil an freiem Kohlenstoff im Gefüge vorhanden ist. Ist dieser freie Kohlenstoff globular ausgebildet, liegt er also in Form von Sphärolithen vor, so entstehen nach dessen an der Oberfläche des Maschinenteils erfolgten Verbrauch Poren, welche Fluid aufnehmen und somit als Schmiertaschen wirken.The effect of carbon as a dry lubricant to improve the Emergency running properties of plain bearings are known. In contrast to chilled cast iron grades therefore the chromium and carbon content in the material according to the invention set that after formation of the carbide another one for lubrication purposes sufficient, not set part of free carbon in the structure is available. If this free carbon is globular, it is in shape of spherulites before, then arise on the surface of the Part of the machine consumed pores, which absorb fluid and thus as Lubrication pockets work.

Durch die Vermeidung des für Grauguß charakteristischen zusammenhängenden Graphitnetzwerks ist die Legierung spongiosebeständig.By avoiding the coherent characteristic of gray cast iron The graphite network is resistant to cancellous bone.

Claims (8)

1. Gußwerkstoff für gleitend beanspruchte Maschinenteile, insbesondere für fluidgeschmierte Gleitlager, gekennzeichnet durch
  • a) eine Zusammensetzung in Gewichts-% von
    1,5-12,0 Cr
    ≦ 5,0 Ni
    ≦ 2,0 Mo
    ≦ 3,0 Si
    ≦ 1,0 Mn
    3,0-5,0 C
    Rest: Fe und erschmelzungsbedingte Verunreinigungen
  • b) einen Gefügeaufbau mit ferritischer, ferritisch-perlitischer oder bainitischer Matrix bei gleichzeitiger Anwesenheit von Chromcarbiden und freiem Kohlenstoff.
1. Casting material for sliding machine parts, in particular for fluid-lubricated plain bearings, characterized by
  • a) a composition in% by weight of
    1.5-12.0 cr
    ≦ 5.0 Ni
    ≦ 2.0 months
    ≦ 3.0 Si
    ≦ 1.0 Mn
    3.0-5.0 C
    Rest: Fe and impurities due to melting
  • b) a structure with a ferritic, ferritic-pearlitic or bainitic matrix with simultaneous presence of chromium carbides and free carbon.
2. Gußwerkstoff nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine globulare Ausbildung des freien Kohlenstoffs.2. Casting material according to claim 1, characterized by a globular Formation of free carbon. 3. Verwendung des Werkstoffs nach Anspruch 1 oder 2 für fluidgeschmierte Gleitlager, insbesondere für in Kreiselpumpen einzusetzende, durch die Förderflüssigkeit geschmierte Gleitlager.3. Use of the material according to claim 1 or 2 for fluid-lubricated Plain bearings, especially for those used in centrifugal pumps, by the Liquid lubricated slide bearings. 4. Maschinenteil aus einem Werkstoff gemäß Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine gehärtete Oberfläche.4. Machine part made of a material according to claim 1 or 2, characterized through a hardened surface. 5. Maschinenteil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß dessen Oberfläche durch Nitrierung gehärtet ist.5. Machine part according to claim 4, characterized in that its Surface is hardened by nitriding. 6. Gleitlagerung mit einem Gleitlager aus einem Werkstoff gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gleitlager Gleitpartner eines aus einem artgleichen Werkstoff bestehenden Teils ist. 6. plain bearing with a plain bearing made of a material according to claim 1 or 2, characterized in that the plain bearing sliding partner one of a similar material existing part.   7. Gleitlagerung mit einem Gleitlager aus einem Werkstoff gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gleitlager Gleitpartner eines aus einem harten Werkstoff, insbesondere aus Metall oder Keramik bestehenden Teils ist.7. plain bearing with a plain bearing made of a material according to claim 1 or 2, characterized in that the plain bearing sliding partner one of a hard material, especially made of metal or ceramic Is part. 8. Gleitlagerung mit einem Gleitlager aus einem Werkstoff gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gleitlager Gleitpartner eines aus einem weichen Werkstoff, insbesondere aus Kohle oder CFC bestehenden Teils ist.8. plain bearing with a plain bearing made of a material according to claim 1 or 2, characterized in that the plain bearing sliding partner one of a soft material, especially made of coal or CFC Is part.
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