汽缸套和制造其的方法技术

本发明专利技术涉及一种用于生产插入到汽缸曲轴箱的热喷射、薄壁汽缸套的方法，和用所述方法制造的汽缸套。

Cylinder liner and its manufacturing method

【技术实现步骤摘要】
汽缸套和制造其的方法本申请是中国专利申请号为201380027301.7，申请日为2013年4月29日，专利技术名称为“汽缸套和制造其的方法”的分案申请。
本专利技术涉及一种方法，尤其是用于生产插入到汽缸曲轴箱的热喷射、薄壁汽缸套的方法，和用所述方法制造的汽缸套。
技术介绍
对于没有汽缸套的发动机，用于发动机缸体的材料必须满足由活塞和活塞环的摩擦的直接接触所引起的主要要求。特别的，高耐磨性和低摩擦是必要的。次要的，如低重量、低材料成本、低制造成本和高热导率,是进一步的要求。上述要求仅在无缸套发动机中难以调和，如果有。在内燃机中使用汽缸套，能使发动机缸体使用不同的材料仅满足同样关键要求。然而，汽缸套可以为耐磨性和低摩擦的要求进行特定优化。由于相比于发动机缸体，衬套材料部分相对较小，成本较高的高品质材料可以在此使用，而对总成本没有过大的负面影响。在现有技术中，制造轻质金属汽缸套以热接合由铁或轻质金属构成的汽缸曲轴箱的方法是已知的(参见例如MSI发动机服务国际有限公司、期号03/99的小册子“检修铝发动机”)。这种衬套通过例如伴随后续加工的喷射压实工艺制造。然而这些以商品名销售的衬套具有在汽缸运行面不太高的耐磨性的缺点。此外，在汽缸运行面的最终处理，露出硅晶体的复杂工艺在这种情况是必需的。以品牌名称销售的铝-硅汽缸套或由合金块组成的汽缸运行面具有高热导率。各汽缸运行面的耐磨性是由硅粒子呈现来确定，其在珩磨后向外伸出。用铸造材料，不超过约20％的硅含量可以通过该工艺来实现。较高的硅含量可以用喷射压实材料来实现，但这会导致因工艺工程原因而增加元件成本。由于新发动机(例如，具有直喷燃油的汽油发动机或现代柴油发动机)的高机械负荷，具有传统的铝-硅合金的机械强度值然而是勉强达到要求的。此外，由灰铸铁构成的滑动配合衬套作为汽缸套是已知的。衬套由旋转灰铸铁管机械制成。为达到所需的表面粗糙度和衬套形状，外径是磨过的。为插入灰铸铁衬套，衬套具有在室温下比汽缸曲轴箱中的孔较大的直径是必需的。然后这两个被接合的主体的至少一个的直径必须由热膨胀改变，以这样的方式使衬套能够牢固地插入到汽缸曲轴箱。这通常通过加热汽缸曲轴箱发生，既然由于灰铸铁的不足的热膨胀系数，单独冷却衬套是不够的。这使得插入灰铸铁衬套复杂和昂贵。喷层到汽缸的运行面是汽缸保护的另一已知形式。DE19733205A1公开了一种基于铁、铝或镁的活塞发动机的汽缸运行面的涂层，含有过共晶铝-硅合金和/或铝-硅复合材料，及制造所述涂层的方法。该涂层在这种情况是直接施加在发动机缸体的汽缸孔的内壁。为此，无论是内部燃烧器，其被连到旋转组件并绕着汽缸孔的中心轴线旋转，被引入汽缸孔并轴向移动，或内部燃烧器被引入到旋转的曲轴箱的汽缸孔并沿汽缸孔的中心轴线轴向移动，以喷射涂层到汽缸壁。汽缸面一般必须在涂布前以复杂的方式制备，例如通过用高压水枪粗糙化或通过车削加工的手段引入具有底切部分的确定外形。制造直接作用于汽缸孔的壁的涂层还或者需要具有内部燃烧器的复杂组件，其本身在孔的内部旋转以能均匀施加涂层，或者需要使具有汽缸孔的整个发动机缸体绕着不旋转的内部燃烧器旋转。这两种方法复杂、成本高。由于涂布组件的尺寸，仅具有大于80mm的孔径的汽缸孔能够被可靠地涂布。因此，本专利技术的目的是消除或至少减小上面列出的缺点，提供一种制造改进的汽缸套的更简单的方法和相应的汽缸套。
技术实现思路
根据本专利技术的第一方面，提供了一种用于制造汽缸套的方法，其包括：热喷射第一材料到模具主体，以形成耐磨损和耐腐蚀的第一层，喷射的第一材料包含至少67％的铁(Fe)、不超过3％的碳(C)、介于0和20％的铬(Cr)、介于0和10％的镍(Ni)；热喷射第二材料以形成在第一层上的第二层，第一层为内层，第二层为外层，喷射的第二材料包括铝、铝合金或者由轻质材料和铁构成的多元素材料。附图说明图1示出根据本专利技术的一个实施例的汽缸套的截面。图中10：汽缸套，2：第一层，4：第二层；12：外侧表面；8：内径斜角；6：外径斜角具体实施方式本专利技术提出了一种通过热喷射制造汽缸套的方法。在根据本专利技术的方法中，提供第一材料以在模具主体上形成第一层(内层)，所述材料含有至少67％的Fe和不大于3.0％的C作为基本成分。为提高第一层的耐蚀性，高达20％的Cr和/或10％的镍可被添加到合金中。在一个优选的实施例中，第一材料包含至少70％的Fe，优选至少80％的Fe，更优选至少90％的Fe，并更进一步优选为至少95％的Fe。碳含量应不超过3％，否则材料会太硬和脆，因此难以工作。有层剥落或裂纹形成的风险。因此，碳含量优选≤2％，甚至更优选≤1％。该材料还可含有0至30％的Cr和0至10％的Ni。这些成分通常用于增加耐腐蚀性，但也意味着更高材料成本和用于运行面后加工(例如珩磨)的更高加工费用。然而，已经发现，即使没有上述元素的存在，在当前的发动机设计中，根据本专利技术制成的汽缸套的第一层(内层)在此步中表现出不易腐蚀性。如果可能，所使用的材料只需含有少量的上述元素。对于所述组分优选的范围是0到19％，更优选为0至5％，还更优选为0至3％，甚至更优选为0至1％的Cr。类似地，Ni的范围优选为0至5％，更优选为0至3％，还更优选为0至2％，甚至更优选为0至1％。该材料在涂布过程之前作为固体或药芯焊丝呈现并通过已知的线-涂布方法(例如电弧丝喷射或线材火焰喷射或其他)熔化和施加到旋转模具主体。该材料被施加到旋转模具主体的外表面，其大致为圆柱形。在圆柱形的情况下，模具主体的进一步的形状，特别是其尺寸，仅受限于预期使用领域。例如，鉴于汽缸套的不同直径，特定模具主体的外径范围可为约20mm至约1000mm，优选60mm至约100mm用于汽车领域。模具主体的长度向上是无限制的，因为汽缸套所希望长度可以通过后加工最初获得的工件生成。模具主体仅必须具有所需汽缸套的长度，因此可以是从约50mm至约5m。对于汽车领域的汽缸套的生产，模具主体的长度是从约100mm至约400mm，因此一个模具主体一次能够生产2-4个汽缸套。模具主体可由在施加工艺条件下尺寸保持稳定的任何材料构成，即可承受熔化和施加材料的特定温度，例如对铁温度约1400℃，并允许应用后第一层(内层)分离。模具主体的外表面可以任选地设置有薄的、无机的分离层。在进一步的步骤中，第二层(外层)被施加到第一层(内层)，其仍可在模具主体上，或可从模具主体预先被去除，即以袖的形式作为自由体存在。所述第一层的外径是“喷射的”，即，在施加第二层之前它不加工。在第一步中可以使用相同或不同的热喷射方法。这选择取决于在生产中所使用的材料和其他普遍条件。在第二步中施加的材料一般选择为使得它的热膨胀系数尽可能地相似于汽缸曲轴箱的热膨胀系数。例如该材料选自铝或铝合金(包含Al和Si或Al和Mn或Al和Mg)或包含铝合金和铁的多元素层。这是特别有利的，因为在应用中这样的组合以点形式被分布在表面上，这为随后的加工步骤提供了更低的表面粗糙度，特别是研磨过程。根据本专利技术的方法可以获得的具有孔隙率<8％(体积)，优选为<5％(体积)，更优选<3％(体积)的层，并且孔径<15μm，优选<10μm，更优选<8μm的层。相比于现有技术中的内本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种生产汽缸套的方法，包括：热喷射第一材料到旋转的圆柱形的模具主体的外表面，以形成所述汽缸套的耐磨损和耐腐蚀的第一层，喷射的所述第一材料包含：0.8～1％的碳(C)；至少95％的铁(Fe)；剩余为锰(Mn)、铬(Cr)、镍(Ni)；和热喷射第二材料以形成在第一层上的第二层，第一层为内层，第二层为所述汽缸套的外层，喷射的所述第二材料包括由铝合金构成的多元素材料；和移除所述模具主体以显现出成形的汽缸套，其中移除所述模具主体在热喷射第二材料之前或之后。

【技术特征摘要】
2012.08.03 DE 102012015405.41.一种生产汽缸套的方法，包括：热喷射第一材料到旋转的圆柱形的模具主体的外表面，以形成所述汽缸套的耐磨损和耐腐蚀的第一层，喷射的所述第一材料包含：0.8～1％的碳(C)；至少95％的铁(Fe)；剩余为锰(Mn)、铬(Cr)、镍(Ni)；和热喷射第二材料以形成在第一层上的第二层，第一层为内层，第二层为所述汽缸套的外层，喷射的所述第二材料包括由铝合金构成的多元素材料；和移除所述模具主体以显现出成形的汽缸套，其中移除所述模具主体在热喷射第二材料之前或之后。2.如权利要求1所述的方法，还包括：通过研磨或精细或超精细车削加工所述外层。3.如权利要求1或2所述的方法，其中所述汽缸套...

【专利技术属性】
技术研发人员：彼得·哥德尔，沃尔克·舍雷尔，迈克尔·布赫曼，
申请(专利权)人：联邦摩高布尔沙伊德公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE