專利名稱：：耐磨往復活塞式內(nèi)燃機的制作方法
技術領域：
：本發(fā)明涉及如獨立權利要求1的特征部分前所述的往復活塞式內(nèi)燃機。本發(fā)明涉及汽缸套和活塞環(huán)，特別是低速大型柴油機的相互匹配的汽缸套和活塞環(huán)。
背景技術：
：大型柴油機通常被用作船舶的驅動單元或者用在定點作業(yè)中，例如驅動用于產(chǎn)生電能的大型發(fā)電機。在該方面，發(fā)動機通常以連續(xù)作業(yè)的方式運行相當長的時間，因而對作業(yè)可靠性和可用性存在很高的要求?；谶@一原因，長期維護周期、有限的磨損和燃料及運行材料的經(jīng)濟利用成為操作者操作機器的關鍵標準。在其他因素中，所述大型單調的低速柴油機的活塞性能是維護周期的長度、發(fā)動機的可用性的決定因素，并且因潤滑劑的消耗，也是運行成本的直接決定因素，因而是成本效益的決定因素。在往復活塞式內(nèi)燃機中，特別是在大型柴油機中，汽缸套和活塞在運行狀態(tài)下承受非常高的機械和熱負載。此外，汽缸套和活塞環(huán)，更精確地說是汽缸套的滑動表面(runningsurface)和活塞的活塞環(huán)，會在內(nèi)燃機運行過程中磨損。摩擦造成的磨損的跡象可以導致?lián)p壞，從而導致復雜且昂貴的維修。關于這一點，特別是由此導致的往復活塞式內(nèi)燃機的停機時間在商業(yè)方面是非常不利的。關于滑動表面和活塞的潤滑，為改善往復活塞式內(nèi)燃機的耐磨性正在付出大量的努力。改善往復活塞式內(nèi)燃機的耐磨性的另一途徑是優(yōu)化汽缸套的材料性質。汽缸套的材料必須具有高穩(wěn)定性，以能夠承受燃燒過程中的高熱張力和機械張力。所述材料還必須也具有充分的變形性和延伸性，以至少部分地降低機械應力峰。為保持材料的低磨損，汽缸套必須也具有高耐磨性。通常，汽缸套通過鑄造工序而制造。關于這一點，鑄造材料優(yōu)選富含硬質材料，或者鑄造工序和冷卻工序以本身已知的方式受到影響從而達到下述程度在汽缸套毛坯的鑄造和/或在汽缸套毛坯的冷卻中，鑄造基材中可以形成或析出或多或少的廣闊區(qū)域，所述區(qū)域由例如可以包含本身已知的碳化物的硬質相或本身已知的其他硬質相制得。術語“汽缸套毛坯”應當被理解為未加工的鑄造體，其在后續(xù)加工工序之后，例如成為可運行的汽缸套。硬質相以某種程度不規(guī)則分布地包埋于鑄鐵基材中，從而獲得軟鑄造材料和硬質相的組合。在這方面，鑄造基材確保了例如汽缸套的一定機械彈性和持續(xù)穩(wěn)定性，因而這可以抵抗內(nèi)燃機運行狀態(tài)中溫度負載和壓力負載的巨大變化。相較而言，硬質相為汽缸壁和/或汽缸的滑動表面提供了一定的耐受性，特別是對通過活塞環(huán)與汽缸滑動表面之間的摩擦而產(chǎn)生的過度磨損的耐受性。往復活塞式內(nèi)燃機的汽缸套，特別是大型柴油機的汽缸套，通常由其中可能包埋有硬質相的鑄鐵或其他鐵材料構成。鑄鐵是具有高碳含量(C>2.06重量％)的鐵碳合金，并且還具有如硅、錳、磷或硫等成分。關于鑄鐵，要區(qū)分灰口鑄鐵與白口鑄鐵。在灰口鑄鐵中，碳作為石墨存在，而在白口鑄鐵中，碳以滲碳體的形式存在。滲碳體是鐵和碳的化合物，其組成為!^e3C(碳化鐵)。碳化鐵作為亞穩(wěn)相出現(xiàn)在白口鑄鐵和鋼中。在冷卻非常緩慢或退火時間非常漫長的情況下，滲碳體可以分解為鐵和石m蠻O滲碳體可以作為一次滲碳體、二次滲碳體和三次滲碳體存在，所述一次滲碳體源于利用結晶作用的熔體，所述二次滲碳體通過奧氏體的析出而形成，所述三次滲碳體通過柔軟且易于腐蝕的鐵素體(體心立方晶格的鐵)的析出而獲得。在這方面，由鐵制得的面心立方混合晶體被定義為奧氏體。在亞穩(wěn)態(tài)固化中，鑄鐵含有由滲碳體和奧氏體制得的共晶體，即所謂的萊氏體。二次滲碳體聚集在首先析出的滲碳體上，其在進一步冷卻時由后者析出。發(fā)生完全奧氏體轉化之后，上述萊氏體包含滲碳體和珠光體的微細混合物。在鑄鐵熔體冷卻時，形成粗針狀的過多的一次滲碳體(FeC3)。在熔體冷卻時，過多的二次滲碳體開始作為晶界或分層滲碳體而在奧氏體或后來的珠光體周圍析出。鑄鐵可以作為具有薄片狀石墨的鑄鐵存在，其中，石墨具有薄而不規(guī)則地形成的薄片形狀。具有薄片狀石墨的鑄鐵具有較低的拉伸強度和非常低的彈性。鑄鐵的耐腐蝕性可以通過硅、鉻、鎳或鋁的合金化來提高。鑄鐵也可以作為具有球狀石墨的球墨鑄鐵、退火鑄鐵或作為具有蠕蟲狀石墨的鑄鐵存在。在后者中，石墨既不以薄片狀形式存在，也不以球狀形式存在，也不作為蠕蟲狀(蠕蟲形式)存在。蠕蟲狀石墨鑄鐵的機械性質介于具有薄片狀石墨的鑄鐵與具有球狀石墨的鑄鐵之間。例如，EP-A-O525540描述了一種由具有球狀石墨的珠光體鑄鐵制得的內(nèi)燃機用汽缸套，與由具有薄片狀結構的鑄鐵制得的汽缸套相比，所述汽缸套具有較高的拉伸強度和較優(yōu)的延伸性。關于這一點，將硼、磷和釩(根據(jù)需要)添加物添加至具有球狀石墨的鑄鐵的基體合金中，由此使鑄鐵網(wǎng)狀結構除包含球狀石墨之外也具有以網(wǎng)狀分布的非常硬質的滲碳體部分和/或斯氏體部分。EP-A-0-872567描述了一種往復活塞式內(nèi)燃機的汽缸套所用的具有蠕蟲狀石墨的鑄鐵合金，與具有球狀石墨的鑄鐵相比，所述鑄鐵合金具有高穩(wěn)定性和延伸性，以及改善的導熱性。具有蠕蟲狀石墨的鑄鐵合金，即具有蠕蟲狀形式的石墨包含物的鑄鐵合金還具有硬質相，所述硬質相為滲碳體/斯氏體比例在空間上嚴格受限的形式，其均勻地分布在網(wǎng)狀鑄鐵結構中，并占據(jù)2%20%、特別是4%10%的體積比。合金的性質通過各結構組分的性質提供?；诖嗽颍６戎?，結構組分的相對量比對于合金的評估也很重要。已經(jīng)開發(fā)了不同的程序，以在金相切片檢測的幫助下，評估結構組分的量的比例。關于這一點需要考慮到，在切片檢測中，被認為與體積比成正比的表面積比變得很明顯，而且不是質量比。如果需要，可以進行體積百分比向質量百分比的轉換。在簡單的情形下，定量分析通過主觀猜測來進行。在約900°C的緩慢冷卻之后，C含量為0%和0.8%的所有鐵-碳合金都含有量的比例變化的結構組分鐵素體和珠光體。純鐵包含100%的鐵素體，而具有0.8%C的鋼則包含100%的珠光體。因此，在各自具有0.C時，珠光體表面積比例增加0.1/0.8X100%=12.5%。實踐中，可以以此方式，在金相切片檢測的幫助下評估緩慢冷卻的鋼的碳含量。當需要更加精確時，則必須測量各結構組分。這可以借助求積儀(即用于確定表面積比的機械工具)來進行。在稱重過程中，測量人員從影印件上切下各結構組分，并在分析天平上稱量各圖像組分的重量。假定紙張品質均一，則紙的重量與相關結構組分基本一致。例如，在線性截斷法中，可以繪制1020條截斷直線，并以毫米為單位度量位于各結構組分處的長度，也即由此估計各結構組分的線性比例。各結構組分的體積與線性部分基本一致。通過對所有直線的平均化來計算體積比。所謂整合部分(integrationstitches)也可以用于復雜組合結構的精確測量，其中關于這一點其必須是交叉表(cross-table)。除此之外，測量方法與線性截斷法一致。在大型柴油機的汽缸套的灰口鑄鐵中，硬質相比例的確定優(yōu)選通過枚舉法進行。關于這一點，對于汽缸套的滑動表面測量硬質相比例，優(yōu)選在活塞環(huán)的上止點上方，即通常在活塞套上端以下60mmIOOmm進行。有利的是，使用碳化硅砂紙打磨20mmX30mm的區(qū)域，以制造硬質相印跡。在后續(xù)蝕刻工序之前，使用例如乙醇清潔表面，然后干燥。之后，使用3%5%的硝酸和乙醇或水的混合物來蝕刻表面3分鐘5分鐘。以此方式使結構條件變得很清晰，用于確定硬質相。然而，并不是僅將復印件用于結構條件的評價。優(yōu)選利用復制法制造的結構條件的印跡也被用于硬質相的量的確定。在復制法中，在擬檢驗的表面得到全面清潔之后，制作擬檢驗區(qū)域的復制品，其中，打磨并淺淺地蝕刻表面的該區(qū)域(即，擬進行檢驗的表面的負拷貝或鏡像拷貝)是有利的。為此，將雙組分聚合物，例如肌(^08討或乂1~仙1·'sRepliSet涂布于所制備的區(qū)域。可以對再現(xiàn)表面的聚合物的背側應用稱為“背紙”的硬板，以使聚合物便于操作且穩(wěn)定。作為另外一種選擇，可以首先將雙組分聚合物涂布在具有“背紙”的板上，然后將其應用于汽缸襯套上預先準備的位置。為實現(xiàn)此目的可以使用不同的雙組分聚合物，其中使用某種雙組分聚合物需根據(jù)擬檢驗的汽缸表面和/或當時的環(huán)境溫度而定，其中相應的預定固化時間必須得到遵守和堅持。然后將硬化的復制品從表面上取下，其中所述復制品含有擬檢驗的結構的非常詳細的印跡。為進行評價，可以直接在顯微鏡下檢驗和評價帶有復制品的板。按照表面的上述相應制備，也可以制作Triafol印跡，其中，有利的是滑動表面的表面溫度為5°C30°C。關于這一點，將一片Triafol箔(Triafol是一種塑料箔的產(chǎn)品名)浸在丙酮中約4秒鐘，然后應用于所制備的表面，并在該處干燥約10分鐘。然后，該箔會顯示擬檢驗的滑動表面的結構的印跡。為進行評價，將該箔應用于載玻片上并使用碳蒸汽涂布，以提高對比度。印跡的微結構例如對應于如圖2所示的圖像，其中硬質相作為顆粒在由石墨和珠光體制得的基體中是可見的。然后利用整合板來進行硬質相比例的計量，所述整合板通常具有例如100個點，即具有100個交點的以直角彼此交叉的直線的線條圖案。關于這一點，放大率為1001。在這些條件下，對于每測量區(qū)域計量Imm2的面積。為確定硬質相，數(shù)出16個彼此直接相鄰的這種測量區(qū)域，其中，在每個所觀察的正方形中數(shù)出整合板的那些與硬質相重合的點。通過覆蓋有硬質相的點的數(shù)量與總點數(shù)之間的關系確定硬質相比例，即硬質相比例[<%]=100%X硬質相點/總點數(shù)在此計算方法中，將位于硬質相邊界處的點視作半個點。硬質相比例由此對應于在擬檢驗的表面上硬質相的面積比與合金(=其中包埋有硬質相的基體)的面積比之比。在本說明書中，若未另行說明，則硬質相的百分比的詳細情況始終與面積百分比相關，即與單位面積的擬檢驗的合金表面上的硬質相面積比相關，其中，面積百分比特別是通過上述測量方法確定，所述測量方法用于確定大型柴油機的汽缸套的灰口鑄鐵中的硬質相比例。硬質相顆粒通常會提高汽缸套的滑動表面的耐磨性。當前的汽缸套有利的是硬質相比例為3%7%的鑄鐵，其中，過去也使用硬質相比例高得多的鑄鐵合金。只要硬質相顆粒牢固地固定在基體中，通常汽缸套中就不會出現(xiàn)活塞的異常運行。如果顆粒不再與基體連接，則會從汽缸滑動表面上松動脫落，由此引起不合需要的磨損，其隨后可以在非常短的時間內(nèi)完全破壞汽缸套的滑動表面。金屬基體可以因硫酸的侵蝕而受到侵襲。侵蝕可能在邊界表面處發(fā)生得更為強烈，這可導致硬質相顆粒的空間凸出。這些硬質相顆粒然后會受到在其上滑動的活塞環(huán)的增大的壓力(例如通過彎曲)，由此容易被粉碎并且部分或完全脫離汽缸滑動表面。這隨后導致不合需要的磨損，之后所述磨損可以在非常短的時間內(nèi)破壞汽缸套或至少破壞其滑動表面。往復活塞式內(nèi)燃機用活塞環(huán)通常包含鑄鐵或鋼，其中這些活塞環(huán)一般也設置有硬質層?；钊h(huán)的基體，即通常包含鑄鐵或鋼但不包含硬質層的活塞環(huán)，在下文中被稱作活塞環(huán)毛坯。例如，可以將灰口鑄鐵，即具有薄片狀石墨的鑄鐵或具有球狀石墨的鑄鐵或具有蠕蟲狀石墨的鑄鐵用作所述鑄鐵。將金屬合金限定為鋼，其主要組分為鐵并且其碳含量為0.01重量％2.06重量％。從化學觀點來看，鋼為由鐵和碳化鐵制得的合金?；钊h(huán)的外部硬質層例如可以包含鉻、鉬、鎳-石墨、碳化鉻、金屬陶瓷、鋁青銅合金、含有Cr-碳化物或石墨青銅的Mo基合金或Ni-Cr基合金、氮化鉻、鎳鋁化物、鎳鉻合金、含有碳化鉻的鎳基合金或具有陶瓷層。金屬氧化物、碳化物或氮化物例如可以作為陶瓷來進行討論。例如，可以使用電流法，通過等離子體噴涂、借助HVOF法(高速火焰噴涂)、PVD法(物理氣相沉積)或HIP法(熱等靜壓)或借助激光表面覆層，來將硬質層涂布在由鑄鐵或鋼制得的活塞環(huán)上。例如可以使用電流法來涂布硬質鉻層或陶瓷層。等離子體噴涂法例如適于涂布下述層鉬、鎳-石墨、碳化鉻、金屬陶瓷、鋁青銅合金或具有Cr-碳化物或石墨青銅包含物的Mo基合金或Ni-Cr基合金的層。HVOF法例如適于涂布含有碳化物的Mo基合金或含有碳化物的Ni-Cr基合金。氮化鉻層例如也可以使用PVD法連續(xù)涂布，而HIP法例如適于鎳鉻合金或鎳鋁化物層。激光表面覆層例如適于涂布含有碳化鉻的鎳合金。在目前已知的現(xiàn)代往復活塞式內(nèi)燃機中，設置有活塞環(huán)的活塞在汽缸套內(nèi)或在其具有高硬質相比例的汽缸滑動表面上分別往復移動，其中，所述硬質相比例通常達到3%10%。根據(jù)現(xiàn)有技術，對于3%7%的硬質相比例而言，硬質相的粒徑取決于結晶條件，不過可達IOym1mm。通過因粗粒硬質相顆粒引起的加速工具摩擦，獲得了不再切實保障切削操作、只能使擬加工的材料在壓力下塑性變形的工具，結果，特別是位于表面上的硬質相顆粒也可以被破壞，后者之后通過破壞的、松動地存在的、非常硬質而多孔的顆粒，又導致汽缸套滑動表面的更高程度的摩擦。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是可獲得與現(xiàn)有技術相比具有改進的運行性質和耐磨性的往復活塞式內(nèi)燃機。根據(jù)本發(fā)明，該目的通過具有權利要求1所述的特征的往復活塞式內(nèi)燃機而得到滿足。從屬權利要求涉及本發(fā)明的特別有利的實施方式。為在最低潤滑劑消耗下將汽缸套與活塞環(huán)的摩擦保持在可接受范圍內(nèi)，必須優(yōu)化影響這些活塞環(huán)和于其上相對滑動的汽缸滑動表面的摩擦學的所有因素。除潤滑劑的組成、向活塞的滑動表面和活塞的套表面上涂布潤滑劑的類型與方式以及潤滑劑的供給速率之外，所述因素還涉及燃料的化學組成、汽缸滑動表面的表面結構和不同組件的材料。在耐磨性方面得到改進的往復活塞式內(nèi)燃機的進一步開發(fā)中，已經(jīng)顯示，對于往復活塞式內(nèi)燃機的汽缸套的耐磨性而言，不僅汽缸套的滑動表面，而且反向設置的部件的耐磨性(即，不僅汽缸套自身的滑動表面，而且在汽缸套滑動表面上移動的活塞環(huán))都是至關重要的。下面將通過附圖詳細說明本發(fā)明。在此顯示了圖1大型柴油機的汽缸的示意性透視圖；圖2含有1.8%硬質相的汽缸套的滑動表面的高分辨率圖像；圖3含有0.2%硬質相的汽缸套的滑動表面的高分辨率圖像；圖4含有2.0%硬質相的汽缸套的滑動表面的高分辨率圖像；圖5含有3.0%硬質相的汽缸套的滑動表面的高分辨率圖像。在圖1中，示意性地顯示了緩慢運行的兩沖程大型柴油機的汽缸的截面。汽缸含有帶有驅氣孔40的汽缸套30。汽缸套30的內(nèi)表面形成了滑動表面35。圖1還顯示了活塞5，活塞5具有朝向燃燒室的活塞表面15和汽缸形狀的活塞套表面10。在活塞套表面10上設置有四個活塞環(huán)20。在內(nèi)燃機運行過程中，活塞5在汽缸套30內(nèi)上下移動，其中活塞環(huán)20在汽缸套30的滑動表面35上滑動，活塞環(huán)20和滑動表面30由此暴露于某種程度的摩擦中。圖2顯示了含有1.8%硬質相的往復活塞式內(nèi)燃機的汽缸套的滑動表面的高分辨率顯微切片(microsection)。標尺的長度為1mm。圖像中的顆粒結構顯示了樹枝狀的硬質相。圖3顯示了含有0.2%硬質相的本發(fā)明的往復活塞式內(nèi)燃機的汽缸套的滑動表面的高分辨率顯微切片。與圖2相比較，存在明顯較少的硬質相，其中，圖3中的硬質相具有更呈球形的形狀。圖4顯示了含有2.0%硬質相的往復活塞式內(nèi)燃機的汽缸套的滑動表面的高分辨率顯微切片。標尺的長度為1mm。顆粒結構顯示了樹枝狀的硬質相。圖5顯示了含有3.0%硬質相的往復活塞式內(nèi)燃機的汽缸套的滑動表面的高分辨率顯微切片。標尺的長度為1mm。顆粒結構同樣顯示了樹枝狀的硬質相，其中，與圖4相比較可以很容易地觀察到明顯較高的厚度。具體實施例方式本發(fā)明的往復活塞式內(nèi)燃機具有至少一個汽缸。各汽缸包含汽缸套和設置于其中用于往復移動的活塞，其中所述活塞具有至少一個位于其套表面上的活塞環(huán)。活塞必須具有圓形汽缸的形狀，以使活塞的套表面模擬位于底面和頂面之間朝向汽缸套的滑動表面的汽缸的外表面。汽缸套的材料和可在汽缸套的滑動表面上往復移動的活塞的活塞環(huán)的材料在耐磨性方面分別彼此理想地匹配，其中，活塞環(huán)至少在面向汽缸套的滑動表面的表面上具有由鉻陶瓷制得的涂層，并且汽缸套含有硬質相比例為0.01%1.99%的鑄鐵合金?；钊h(huán)的基體，即活塞環(huán)毛坯，通常包含鋼或鑄鐵，其中優(yōu)選具有薄片狀石墨的鑄鐵或具有球狀石墨的鑄鐵。優(yōu)選的是，活塞環(huán)的整個表面具有鉻陶瓷的硬質層。在鉻陶瓷層中，陶瓷顆粒分別包埋在由鉻制得的基體中。鉻陶瓷層優(yōu)選為具有包埋的陶瓷顆粒的電流沉積的鉻層。在此方面，優(yōu)選細粒的陶瓷顆粒，此外，所述陶瓷顆粒盡可能均一地分散在鉻層中。此處，陶瓷顆?？缮婕把趸锾沾?、碳化物、氮化物、金剛石或其混合物。用于本發(fā)明的往復活塞式內(nèi)燃機的鉻陶瓷材料優(yōu)選選自由鉻-氧化鋁(Cr-Al2O3)、鉻-氮化硅(Cr-Si3N4)、鉻-氧氮化硅、氧化硅和鉻-金剛石組成的組。關于這一點，氧化鋁陶瓷基于α-Al2O3(剛玉)。氮化硅可用于變體(晶體結構)α-Si3N4^-Si3N4或Y-Si3N4中。金剛石是碳的立方晶系的變體。用于本發(fā)明的往復活塞式內(nèi)燃機的汽缸套包含硬質相比例為0.01%1.99%的鑄鐵，其中，所述硬質相優(yōu)選包埋在珠光體基體中。所使用的鑄鐵優(yōu)選具有珠光體基材，所述珠光體基材具有磷化物共晶體，后者作為結構組分被稱作斯氏體。斯氏體是鑄鐵中高磷含量的結果。鑄鐵與磷形成合金，首先是為了耐磨性的改善。珠光體基體優(yōu)選具有排列好的薄片狀共晶結構組分。關于此方面，珠光體基體涉及鐵素體和滲碳體(碳化鐵)的相混合物。鐵素體和滲碳體的相混合物因鐵-碳合金在碳含量為0.02重量％6.67重量％時的共晶轉變而出現(xiàn)。薄片狀珠光體結構通過局部脫碳在共晶珠光體的形成過程中出現(xiàn)，另一方面，在附近的相鄰區(qū)域的富碳之處則不然。由鐵素體(即α-Fe)制得的結構在碳含量低于0.02重量％時出現(xiàn)。硬質相優(yōu)選包含滲碳體或斯氏體或者所述這兩種組分。滲碳體是鐵和碳的化合物，其組成為I^e3C(碳化鐵)。在汽缸套的砂型鑄造或硬模澆鑄中采用通常的固化速率時，硬質相(取決于化學組成和原狀的異質石墨形成)包含斯氏體，和/或由斯氏體和萊氏體滲碳體(碳化鐵)的混合物構成，萊氏體滲碳體包埋在幾乎完全是珠光體的基體中，所述基體僅具有少量游離鐵素體和石墨、特別是薄片狀石墨。斯氏體與萊氏體滲碳體的比例取決于為改善減磨性而特意添加的元素及其量，其中，特別是將磷、硼和釩作為減磨元素。然而，熔體還是會具有不可避免的污染物，它們會影響斯氏體與萊氏體滲碳體的比例。此外，斯氏體與萊氏體滲碳體的比例還取決于鑄鐵固化過程中的成核條件。稱作斯氏體的三元磷化物共晶包含41重量％的磷酸鐵O^eP)、30重量％的斯氏體滲碳體O^C)和四重量％的奧氏體(鐵合金的Y-混合晶體)，后者在共晶轉變過程中分解為珠光體(鐵材料的帶條紋的結構形狀)。珠光體包含鐵素體和珠光體滲碳體。所形成的珠光體的顆粒的數(shù)量、尺寸和分布直接取決于磷和由熔體中析出的元素的量以及共晶的數(shù)量和分布。優(yōu)選形成長度為IOymImm的較小的斯氏體顆粒，或者相應地出現(xiàn)更多的長度通常為10μm350μm的斯氏體顆粒，或者出現(xiàn)這兩種所述顆粒的混合物。斯氏體顆粒的形狀可以涵蓋從球狀到樹枝狀的范圍。從耐磨性和材料加工性方面考慮，優(yōu)選均一分布的球狀小斯氏體顆粒。斯氏體的硬度取決于從熔體中析出并進入磷化物共晶的元素及其濃度。斯氏體的平均硬度達到700HV800HV(根據(jù)DINENISO6507-1:2005至-4:2005的維氏硬度)。滲碳體的硬度(如斯氏體硬度所進行的那樣)取決于鐵混合晶體中所存在的碳化物穩(wěn)定元素的量。包含斯氏體和萊氏體滲碳體的硬質相的平均硬度達到約800HV1200HV，其明顯高于斯氏體獨自的硬度。因此，包含斯氏體和萊氏體滲碳體的硬質相也顯示了比純斯氏體高的脆性，并且具有包含斯氏體和萊氏體滲碳體的硬質相的鑄造材料的加工性較差，由此加工工具的摩擦也會增加。硬質相也可以僅包含萊氏體滲碳體，即其中不同時存在斯氏體。薄片狀珠光體基體的硬度優(yōu)選達到250HV400HV。在此方面，所述硬度取決于鐵混合晶體中存在的其他元素，并取決于奧氏體轉變過程中的冷卻速率。由于往復活塞式內(nèi)燃機中所使用的汽缸套僅包含很少比例的硬質相，因此，汽缸套所需要的延伸性得到了保證，甚至在使用非常硬的并且本身易碎的硬質相顆粒時亦如此。包含在汽缸套中的硬質相顆粒的硬度優(yōu)選超過1000HV。汽缸套的硬質相優(yōu)選包含!^e3C和!^e3P以及偏析的碳化物穩(wěn)定元素。偏析的碳化物穩(wěn)定元素(其被特意添加至鑄鐵中以形成合金或者作為痕量元素存在于所使用的鑄造合金中)特別涉及Cr、V、Mn、Mo、W、Zr和Te。在鑄造合金的冷卻中形成的硬質相顆粒的量、尺寸和分布取決于影響結晶的參數(shù)。通過將存在于汽缸套中的硬質相的量減少至0.01%1.99%的范圍內(nèi)，將形成微小的細粒硬質相顆粒，而且，與現(xiàn)有技術相比，所述顆粒可以更均一地分布在結構中。位于本發(fā)明的往復活塞式內(nèi)燃機中的硬質相顆粒的尺寸優(yōu)選達到IOym350μπι，這保證了良好的材料加工性和僅有輕微的工具摩擦。與現(xiàn)有技術已知的汽缸套相比，在本發(fā)明的往復活塞式內(nèi)燃機中使用的汽缸套中，汽缸套制造中通常出現(xiàn)的微收縮(其因鐵合金熔體冷卻過程中所結晶的硬質相厚度較低而導致，例如由斯氏體(具有磷化物共晶的珠光體基材)導致的那些微收縮)的數(shù)量顯著降低，因為硬質相的比例被降低至0.01%1.99%。在優(yōu)選的實施方式中，往復活塞具有硬質相比例為0.05%1.90%的汽缸套。更優(yōu)選硬質相比例為0.05%1.70%、特別是0.05%1.50%。硬質相的低含量(與現(xiàn)有技術相比，其還得到了更好的空間分布并且成粒得更細，并且還具有更好的硬質相尺寸分布，即硬質相顆粒具有更均一的粒徑)改善了切割加工性，結果例如切割工具較少被損壞并且較少受到摩擦。更好的加工性也有助于獲得更快的加工速度(例如切割速度)和更長的工具使用壽命。由于與現(xiàn)有技術相比時汽缸套的結構中硬質相的比例較低，因此在發(fā)動機運行過程中由滑動表面釋放的可引起二次摩擦的硬質顆粒的量也降低。用于汽缸套的鑄鐵可以還含有如MnS、TiN或氮化碳等不影響活塞在汽缸套中的運動行為的組分。汽缸套中的硬質相部分優(yōu)選均一分布。在另一優(yōu)選實施方式中，調整硬質相比例，使之在汽缸套的長度方向上(即軸向上)有差別，由此可以進一步優(yōu)化摩擦和/或活塞運動行為。在該實施方式中，汽缸套、特別是汽缸套的滑動表面在軸向上具有硬質相梯度，其中在各位置處硬質相比例為0.01%1.99%。就此而言，梯度可以是線性的，也可以具有不同的函數(shù)形狀。特別是，活塞的上止點和/或下止點區(qū)域中的硬質相比例可具有比汽缸套軸向中央部分更大的硬質相比例。鉻陶瓷涂布的活塞環(huán)與含有比例非常小的硬質相的汽缸套的組合產(chǎn)生低摩擦率。此外，鑄造合金中的較少和較小的硬質相顆粒產(chǎn)生低磨損率。此外，通過下述方式可以使汽缸套的制造性和加工性更加簡單添加僅少量的硬質相材料，并且材料的切割加工性質基本相當于不具有任何種類的硬質相顆粒的相同鑄造材料的性質，即具有低硬質相比例的汽缸套的機械加工性基本相當于不具有任何種類的硬質相的汽缸套的機械加工性。因此，與不具有任何種類的硬質相的汽缸套相比，具有低硬質相比例的汽缸套的運行時間未得到延長，而加工工具的使用壽命亦未因低硬質相比例而明顯縮短。術語“低硬質相比例”在此應當始終理解為硬質相比例低于1.99%。本發(fā)明的往復活塞式內(nèi)燃機的汽缸(即彼此在材料組成方面匹配的汽缸套和活塞環(huán))可以利用本身已知的鑄造方法由鑄鐵合金來制造。由此可以容易且經(jīng)濟地制造汽缸。權利要求1.一種具有至少一個汽缸的往復活塞式內(nèi)燃機，其中，各汽缸具有汽缸套和設置于其中用于往復運動的活塞，其中，所述活塞在其套表面具有至少一個活塞環(huán)，所述往復活塞式內(nèi)燃機的特征在于，所述汽缸套的材料和能夠在所述汽缸套的滑動表面上移動的所述活塞的活塞環(huán)的材料在耐磨性方面彼此理想地匹配，其中，所述活塞環(huán)至少在面向所述汽缸套的所述滑動表面的表面上具有由鉻陶瓷制得的涂層，并且所述汽缸套含有比例為0.01%1.99%的硬質相。2.如權利要求1所述的往復活塞式內(nèi)燃機，其特征在于，所述汽缸套由其中包埋有硬質相的鑄鐵制成。3.如權利要求1或2所述的往復活塞式內(nèi)燃機，其特征在于，所述硬質相選自由碳化物、滲碳體和斯氏體組成的組。4.如權利要求13中任一項所述的往復活塞式內(nèi)燃機，其特征在于，所述硬質相含有Fe3P和/或!^e3C作為主要組分。5.如權利要求14中任一項所述的往復活塞式內(nèi)燃機，其特征在于，所述硬質相顆粒包埋在珠光體基體中。6.如權利要求15中任一項所述的往復活塞式內(nèi)燃機，其中，所述汽缸套具有比例為0.05%1.90%、特別是0.05%1.70%的硬質相。7.如權利要求16中任一項所述的往復活塞式內(nèi)燃機，其特征在于，所述硬質相顆粒的平均尺寸為10μm1mm、特別是10μm350μm。8.如權利要求17中任一項所述的往復活塞式內(nèi)燃機，其特征在于，所述硬質相顆粒具有球狀或樹枝狀形狀。9.如權利要求18中任一項所述的往復活塞式內(nèi)燃機，其特征在于，所述汽缸套中所含的所述硬質相顆粒的平均硬度超過1000HV。10.如權利要求19中任一項所述的往復活塞式內(nèi)燃機，其特征在于，所述活塞環(huán)各自包含由具有薄片狀石墨的鑄鐵或由具有蠕蟲狀石墨的鑄鐵制得的環(huán)形基體，所述環(huán)形基體還具有鉻陶瓷的外涂層。11.如權利要求110中任一項所述的往復活塞式內(nèi)燃機，其特征在于，所述活塞環(huán)的所述鉻陶瓷層是具有包埋的陶瓷顆粒的鉻層。12.如權利要求11所述的往復活塞式內(nèi)燃機，其特征在于，所述陶瓷顆粒選自由氧化鋁(Al2O3)、氮化硅(Si3N4)和金剛石或其混合物組成的組。13.如權利要求112中任一項所述的往復活塞式內(nèi)燃機，其特征在于，所述往復活塞式內(nèi)燃機是大型柴油機。全文摘要本發(fā)明涉及一種具有至少一個汽缸的往復活塞式內(nèi)燃機、特別是大型柴油機，其中，各汽缸具有汽缸套和設置于其中往復運動的活塞。所述活塞在其套表面上具有至少一個活塞環(huán)。汽缸套的材料和可在汽缸套的滑動表面上移動的活塞的活塞環(huán)的材料在耐磨性方面彼此理想地匹配，其中，活塞環(huán)至少在面向汽缸套的滑動表面的表面上具有由鉻陶瓷制得的涂層，并且汽缸套含有比例為0.01％～1.99％的均一分布的硬質相。文檔編號C23C30/00GK102330611SQ20111014033公開日2012年1月25日申請日期2011年5月27日優(yōu)先權日2010年6月1日發(fā)明者康拉德·萊斯,約爾格·穆勒,馬蒂亞斯·貝爾切托德申請人:瓦錫蘭瑞士公司