经涂覆的钢活塞环制造技术

活塞环由钢基板形成，钢基板由以下成分组成：碳在0.80‑0.95wt.％的范围，硅在0.30‑0.55wt.％的范围，锰在0.25‑0.5wt.％的范围，磷在最大0.04wt.％的范围，硫在最大0.04wt.％的范围，铬在17‑18wt.％的范围，钼在0.70‑1.25wt.％的范围，钒在0.05‑0.15％的范围，剩余物为铁。该环已经被穿透硬化以及回火，使得其具有的硬度为46‑54HRC。然后经由PVD或者其他合适的方法施加涂层至环表面以创建成品活塞环。

Coated steel piston rings

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】经涂覆的钢活塞环
本专利技术涉及一种活塞环，用于使用在用于内燃机的活塞中。本专利技术尤其涉及一种穿透硬化钢活塞环，其具有大致矩形或者拱顶石截面，已经经由沉积被施加涂层、电镀涂覆或者热喷涂有涂层。
技术介绍
活塞环通常经由各种沉积处理被涂覆有陶瓷或者其他涂层，诸如PVD或者热喷涂技术，以改善它们的耐磨性。这些环通常在使用氮化物或者渗碳工艺进行涂覆之前被表面硬化。这种经由热处理的处理可从环的外表面进行表面硬化一深度，同时留下未处理的环的内部为更低的硬度且接近生料线材。这导致更硬的环表面，还允许环具有足够易曲性以在活塞中起作用并且允许在表面硬化处理之前易于定型。表面硬化活塞环的一个缺陷是，它们的表面硬化降低了抗疲劳性并且导致活塞环破裂。因此，期望创建一种增加疲劳强度以及环的耐磨性的活塞环。
技术实现思路
因此本专利技术的目的是提供一种经涂覆的活塞环，其通过增加整个截面的硬度来改善横向磨损以及降低环的破裂的传播。本专利技术的另一目的是提供一种经涂覆的活塞环，其防止过度破裂以及涂层随时间的剥落。在过去，增加环的硬度会造成处理问题，因为对高硬度线材进行成型是困难的，在本专利技术的范围内可引起断裂。这些目的是通过这样的活塞环实现的：其被穿透硬化，然后经由沉积处理(诸如物理气相沉积(PVD)被施加涂层，或者热喷涂有涂层或者被电镀涂覆。穿透硬化处理这样发生：加热环至高于环材料的相变范围的温度，以及急速冷却至室温。这可以在空气或者受控环境下执行以保护环的表面。然后环被重新加热至低温以回火至期望的最终硬度范围。环的一种形式是由(AISI440B)钢制成，其是已经使Cr和Mo成合金的马氏体不锈钢。AISI440B钢为17-18％Cr并且已经被拉长、冷轧而形成一个环，然后被硬化以及回火。得到的钢是回火马氏体的高硬度基质，均匀分散分布大小复合碳化物。非金属内含物不超过2级ASTM-E-45-板1分类。如果有，脱碳不超过0.010mm。AISI440B钢具有的拉伸强度为1125至1325Mpa，线硬度为38至42HRC。已经发现AISI440B能够比其他通常使用钢更好地执行而用于本申请，这是由于像AISI9254和硬化球墨铸铁或者其他表面硬化钢一样大以及小复杂碳化物不在这种材料中。涂层能够是任何合适的涂层，诸如Cr-N、Cr-Mo或者用于活塞环的任何其他通常使用涂层。涂层能够通过任何合适的方式沉积，诸如通过PVD、电镀或者热喷涂。外径表面上的涂层起作用以由于其密封气缸壁而增加活塞环的耐磨性。此外，涂层可以提供触变性益处，可以改善运行的发动机内的环性能。在一个例子中，涂层是经PVD施加Cr-N的涂层，但是涂层能够是无定形碳的类金刚石涂层，或者公知于现有技术的通过喷涂或者电镀处理施加的各种其他材料。附图说明连同附图考虑，本专利技术的其他目的和特征从以下具体实施方式将变得明显。但是，要理解的是，附图仅仅被设计为一个示例，并不是对本专利技术的限制的定义。在附图中：图1A示出了根据本专利技术的活塞环的截面；图1B示出了根据现有技术的活塞环的截面；图2示出了根据本专利技术的活塞环的截面；图3示出了使用在根据本专利技术的活塞环中的材料的图片；图4和图5示出了对比材料的图片；以及图6示出了根据本专利技术与其他材料比较材料硬度的常见钢化合物的图形。具体实施方式如图1和图2所示根据本专利技术的活塞环1由AISI440B钢形成，AISI440B钢在滚轧和成型已经完成之后，通过加热到相变期之上以及急速淬火被穿透硬化，然后重新加热至较低温度以对环进行回火及将其在凸轮形状的塞子上进行热定形。在准备涂层时，环被重叠，对其外径表面进行磨削。环然后经由PVD或者其他合适的方法被涂覆有涂层2。正如也公知于现有技术的，涂层2位于环的外径表面上，提供用于密封气缸壁(未示出)的运行表面。在两个不同的说明中，一个AISI440B钢形式的活塞环的材料具有以下成分(以重量百分比表示)：元素规格A规格BC0.80–0.950.80-0.95Si最多0.500.30–0.55Mn0.25–0.400.25–0.50P最多0.040最多0.040S最多0.040最多0.040Cr17.0–18.017.0–18.0Mo1.00–1.250.70–1.15V0.08–0.150.05–0.10AISI440B金属线材在任何热处理之前具有的硬度为HR30N是58-62、HRC是38-42以及HV是370-420。该材料具有的拉伸强度为1000-1325MPa。典型地需要较低硬度的AISI440B金属以允许对该线材进行盘绕以及定型，在这之前是表面硬化或者热处理，因为普遍较高硬度等级在定型处理期间具有破裂的问题。图3放大示出根据本专利技术的AISI440B钢成分，在穿透硬化处理之后。正如可见的，AISI440B钢具有小、大碳化物的复杂混合物，这增加总体材料的硬度。具有硬化矩阵的碳化物增加了活塞环的疲劳强度、耐磨性以及耐磨损性。此外，具有碳化物混合物的AISI440B钢允许增加耐磨性和疲劳改善，甚至无需额外电镀，没有氮化或者表面硬化处理。AISI440B使用坚硬碳化物化合物作为添加的磨损保护。已经经历硬化，相比于表面硬化材料，该环不具有软矩阵并且呈现改进的磨损表面，这是由于表面硬化表面可以被彻底磨损，可能引起环的故障。碳化物结合穿透硬化环移除环和表面硬化表面的一个故障模式。具有均匀分布的复杂碳化物的穿透硬化金属提供了一个硬化化合物，其防止磨损以及横向侧面的耐磨性。在较低HRC42-43，将存在磨损。组合增加的碳化物在本专利技术的高硬度钢马氏体矩阵内改善耐磨性并且降低表面硬化材料的疲劳断裂。图1图示了本专利技术的改进，在1000小时之后不存在横向表面的可见磨损。相反，图1B图示了现有技术的表面硬化环，磨损可见于横向侧表面上。此外，增加的硬度以及穿透硬化处理可增加疲劳强度约20％，通过表面硬化深度极大地降低由于横向磨损引起的破裂传播的可能性。作为比较，其他材料(诸如图4所示的硬化球墨铸铁)缺乏ANSI440B的碳化物粒子的复杂分配。AISI9254(图5)根本不具有碳化物。如图6所示的基本马氏体类似于AISI9254即图5示出的Cr-Si钢，其具有的硬度大致低于类似于硬化球墨铸铁(图4)的Fe3C(渗碳体)，尤其相比于复杂碳化物MC、M2C、M6C时更低，存在于本专利技术的AISISI440B钢中。穿透硬化如此形成的由富含碳化物的钢(诸如上文公开的用于AISI440B钢的成分)制成的环将得到一个环，其呈现基本硬度，可抵抗涂层的外表面的弯折或者弯曲，尤其相比于表面硬化材料时。涂层本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种活塞环，包括：/n钢基板，其由以下成分组成：/n碳在0.80-0.95wt.％的范围，/n硅在0.30-0.55wt.％的范围，/n锰在0.25-0.5wt.％的范围，/n磷在最大0.04wt.％的范围，/n硫在最大0.04wt.％的范围，/n铬在17-18wt.％的范围，/n钼在0.70-1.25wt.％的范围，/n钒在0.05-0.15％的范围，/n剩余物为铁，以及/n在钢基板上的涂层，/n其中，所述活塞环在穿透硬化和回火之后具有的硬度大于45HRC。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170526 US 15/606,0931.一种活塞环，包括：
钢基板，其由以下成分组成：
碳在0.80-0.95wt.％的范围，
硅在0.30-0.55wt.％的范围，
锰在0.25-0.5wt.％的范围，
磷在最大0.04wt.％的范围，
硫在最大0.04wt.％的范围，
铬在17-18wt.％的范围，
钼在0.70-1.25wt.％的范围，
钒在0.05-0.15％的范围，
剩余物为铁，以及
在钢基板上的涂层，
其中，所述活塞环在穿透硬化和回火之后具有的硬度大于45HRC。


2.根据权利要求1所述的活塞环，其中，所述涂层已经通过沉积处理施加。


3.根据权利要求2所述的活塞环，其中，所述涂层是Cr-N。


4.根据权利要求2所述的活塞环，其中，所述涂层通过电镀施加。


5.根据权利要求2所述的活塞环，其中，所述涂层是无定形碳。


6.根据权利要求2所述的活塞环，其中，所述涂层通过热喷涂处理施加


7.根据权利要求6所述的活塞环，其中，所述涂层是C...

【专利技术属性】
技术研发人员：亚历山大·库珀，罗伯特·皮卡德，托马斯·史密斯，托马斯·斯通，
申请(专利权)人：马勒国际有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE