[发明专利]表面具有莱氏体金相组织的滑环

说明书

技术领域

本发明涉及具有莱氏体金相组织的功能表面的滑环，以及制造该滑环的方法。

背景技术

由于要求耐磨性，金属滑动密封环通常由尽可能硬和耐磨的材料制成。这包括，例如，具有高铬含量的莱氏体冷硬铸铁或铸钢。这些材料通常具有高硬度(50-64洛氏硬度)以及对磨损有非常好的耐磨性。然而，这里的一个缺点是该材料的铸造和后续的机械加工只有以巨大的努力和高成本才可能。此外，这些材料是非常脆的，从而导致在冲击载荷下断裂。另外，热传导率通常较低。

在铸铁的生产中，可分为灰口和白口铸铁。当液态铸铁在热力学平衡中凝固，这称为稳定的凝固。然后金相组织(microstructure)主要包括铁和游离石墨，被指定为灰口铸铁。然而，当系统在亚稳定平衡中凝固，生成了铁和碳化铁(白口铸铁)的所谓的莱氏体金相组织。

因此，尽可能寻求生产具有耐磨表面的滑环的方法，不管如何，这具有成本效益和简化生产。

发明内容

根据本发明，灰口铸铁的滑环被处理使得功能表面的金相组织与剩余的金相组织不同。为此，滑环的表面用高能辐射处理，使得表面的至少一部分区域重熔，并在部件冷却时莱氏体金相组织形成在表面上，在其上全部的碳基本上转化为碳化铁。莱氏体金相组织比原来的灰口铸铁显出更大的硬度和耐磨性。优选具有马氏体金相组织(硬化金相组织)和游离石墨的过渡区域在基体材料的方向上与莱氏体金相组织邻接。高能辐射可以是，例如，激光束或电子束或电弧焊的电弧、等离子焊或钨惰性气体焊。

在示例实施例中，具有莱氏体金相组织的部分区域和具有硬化金相组织的其他部分区域的图案可以产生在功能表面上。因此，具有游离石墨的区域与无游离石墨的区域交替，其中，石墨可以改善润滑特性。硬化金相组织可以包括马氏体和/或贝氏体金相组织。

取决于实施例，莱氏体金相组织可以出现在功能表面上，达到1.5mm的深度。此处的功能表面可以是，例如，滑环的滑动表面和/或弹性体接触面，或其他另一部件的接触面。在示例实施例中，此外，功能表面的表面可以具有凹陷和/或孔结构。

此外，提出了一种用于生产滑环的方法，包括由灰口铸铁制造滑环；通过用高能辐射照射加热功能表面；实施照射使得被照射的表面的至少一部分重熔；选择照射的参数使得功能表面的至少一部分在冷却后具有莱氏体金相组织。

优选地，实施重熔使得具有马氏体金相组织的过渡区域产生在莱氏体金相组织和灰口铸铁之间。重熔区域的冷却可以仅通过例如自淬火来实现。

在示例实施例中，照射可以包括下述方法之一：用激光束或电子束、电弧焊、等离子焊、钨惰性气体焊等照射。

取决于实施例，在由灰口铸铁制造滑环过程中，至少一选自钒、铬、钨、钼和硅中的碳化物形成元素添加到铸铁材料中。

可选地，实施照射使得表面的局部的重熔的部分区域和非重熔的部分区域形成不同金相组织的预设图案。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1示出了根据本发明的具有不同金相组织区域的滑环的截面图；

图2示出了作为概述的不同图案，其可以出现在根据本发明的滑环的重熔区域。

具体实施方式

在图1中示出了一示例滑环的截面，根据本发明其具有功能表面。在该例子中，功能表面是滑环的滑动表面4，其在运行时紧靠并在相对面上滑动。在另一示例中，根据本发明，额外的或可替代的功能表面也可以存在，例如弹性体和滑环之间的接触表面。滑环的基体材料2可以是，例如，灰口铸铁，例如具有层状石墨(EN-GJL)、蠕状石墨(EN-GJV)或球状石墨(EN-GJS)的铸铁。

在功能表面4上，重熔区域6可以在截面中看到，例如，其可以垂直该表面延伸大约1.5毫米的深度。在该区域，基体材料2是由高能辐射重熔，例如激光束。在接近表面的区域的该区域6的重熔和随后通过在加热边缘区域和邻接材料体积之间的快速温度均衡的自淬火，导致在该区域6中的莱氏体金相组织的形成。在这里，因此，随后的铁和铁碳化物的亚稳态金相组织出现，其基本上分别不含游离碳或石墨。

替代激光束，该表面也可以分别由其他高能量辐射或热效应进行处理。例如，以类似的方式，可以用电子束。其他可能的在表面上生成莱氏体金相组织的方法是电弧焊的方法，如钨惰性气体焊(TIG)和等离子焊。专业人员可以理解的是，其他等效的方法也可以使用，其可以在短时间内在表面局部地形成重熔。