表面具有萊氏體金相組織的滑環(huán)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及具有萊氏體金相組織的功能表面的滑環(huán)，以及制造該滑環(huán)的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]由于要求耐磨性，金屬滑動密封環(huán)通常由盡可能硬和耐磨的材料制成。這包括，例如，具有高鉻含量的萊氏體冷硬鑄鐵或鑄鋼。這些材料通常具有高硬度(50-64洛氏硬度)以及對磨損有非常好的耐磨性。然而，這里的一個缺點是該材料的鑄造和后續(xù)的機械加工只有以巨大的努力和高成本才可能。此外，這些材料是非常脆的，從而導(dǎo)致在沖擊載荷下斷裂。另外，熱傳導(dǎo)率通常較低。
[0003]在鑄鐵的生產(chǎn)中，可分為灰口和白口鑄鐵。當(dāng)液態(tài)鑄鐵在熱力學(xué)平衡中凝固，這稱為穩(wěn)定的凝固。然后金相組織(microstructure)主要包括鐵和游離石墨，被指定為灰口鑄鐵。然而，當(dāng)系統(tǒng)在亞穩(wěn)定平衡中凝固，生成了鐵和碳化鐵(白口鑄鐵)的所謂的萊氏體金相組織。
[0004]因此，盡可能尋求生產(chǎn)具有耐磨表面的滑環(huán)的方法，不管如何，這具有成本效益和簡化生產(chǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]根據(jù)本發(fā)明，灰口鑄鐵的滑環(huán)被處理使得功能表面的金相組織與剩余的金相組織不同。為此，滑環(huán)的表面用高能輻射處理，使得表面的至少一部分區(qū)域重熔，并在部件冷卻時萊氏體金相組織形成在表面上，在其上全部的碳基本上轉(zhuǎn)化為碳化鐵。萊氏體金相組織比原來的灰口鑄鐵顯出更大的硬度和耐磨性。優(yōu)選具有馬氏體金相組織(硬化金相組織)和游離石墨的過渡區(qū)域在基體材料的方向上與萊氏體金相組織鄰接。高能輻射可以是，例如，激光束或電子束或電弧焊的電弧、等離子焊或鎢惰性氣體焊。
[0006]在示例實施例中，具有萊氏體金相組織的部分區(qū)域和具有硬化金相組織的其他部分區(qū)域的圖案可以產(chǎn)生在功能表面上。因此，具有游離石墨的區(qū)域與無游離石墨的區(qū)域交替，其中，石墨可以改善潤滑特性。硬化金相組織可以包括馬氏體和/或貝氏體金相組織。
[0007]取決于實施例，萊氏體金相組織可以出現(xiàn)在功能表面上，達(dá)到1.5mm的深度。此處的功能表面可以是，例如，滑環(huán)的滑動表面和/或彈性體接觸面，或其他另一部件的接觸面。在示例實施例中，此外，功能表面的表面可以具有凹陷和/或孔結(jié)構(gòu)。
[0008]此外，提出了一種用于生產(chǎn)滑環(huán)的方法，包括由灰口鑄鐵制造滑環(huán);通過用高能輻射照射加熱功能表面;實施照射使得被照射的表面的至少一部分重熔;選擇照射的參數(shù)使得功能表面的至少一部分在冷卻后具有萊氏體金相組織。
[0009]優(yōu)選地，實施重熔使得具有馬氏體金相組織的過渡區(qū)域產(chǎn)生在萊氏體金相組織和灰口鑄鐵之間。重熔區(qū)域的冷卻可以僅通過例如自淬火來實現(xiàn)。
[0010]在示例實施例中，照射可以包括下述方法之一:用激光束或電子束、電弧焊、等離子焊、鎢惰性氣體焊等照射。
[0011]取決于實施例，在由灰口鑄鐵制造滑環(huán)過程中，至少一選自釩、鉻、鎢、鉬和硅中的碳化物形成元素添加到鑄鐵材料中。
[0012]可選地，實施照射使得表面的局部的重熔的部分區(qū)域和非重熔的部分區(qū)域形成不同金相組織的預(yù)設(shè)圖案。
【附圖說明】
[0013]下面將結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，附圖中:
[0014]圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的具有不同金相組織區(qū)域的滑環(huán)的截面圖；
[0015]圖2示出了作為概述的不同圖案，其可以出現(xiàn)在根據(jù)本發(fā)明的滑環(huán)的重熔區(qū)域。
【具體實施方式】
[0016]在圖1中示出了一示例滑環(huán)的截面，根據(jù)本發(fā)明其具有功能表面。在該例子中，功能表面是滑環(huán)的滑動表面4，其在運行時緊靠并在相對面上滑動。在另一示例中，根據(jù)本發(fā)明，額外的或可替代的功能表面也可以存在，例如彈性體和滑環(huán)之間的接觸表面。滑環(huán)的基體材料2可以是，例如，灰口鑄鐵，例如具有層狀石墨(EN-GJL)、蠕狀石墨(EN-GJV)或球狀石墨(EN-GJS)的鑄鐵。
[0017]在功能表面4上，重熔區(qū)域6可以在截面中看到，例如，其可以垂直該表面延伸大約
I.5毫米的深度。在該區(qū)域，基體材料2是由高能輻射重熔，例如激光束。在接近表面的區(qū)域的該區(qū)域6的重熔和隨后通過在加熱邊緣區(qū)域和鄰接材料體積之間的快速溫度均衡的自淬火，導(dǎo)致在該區(qū)域6中的萊氏體金相組織的形成。在這里，因此，隨后的鐵和鐵碳化物的亞穩(wěn)態(tài)金相組織出現(xiàn)，其基本上分別不含游離碳或石墨。
[0018]替代激光束，該表面也可以分別由其他高能量輻射或熱效應(yīng)進(jìn)行處理。例如，以類似的方式，可以用電子束。其他可能的在表面上生成萊氏體金相組織的方法是電弧焊的方法，如鎢惰性氣體焊(TIG)和等離子焊。專業(yè)人員可以理解的是，其他等效的方法也可以使用，其可以在短時間內(nèi)在表面局部地形成重熔。
[0019]如果，在一示例實施例中，激光束被用作能量源，例如可以使用3到8毫米之間的波束寬度。用I到4.5千瓦輸出的非脈沖激光束，然后例如表面以0.5到2米每分鐘的進(jìn)給速度進(jìn)行處理，以使相應(yīng)的區(qū)域熔化并由自淬火再次冷卻，如以上所述。類似的，但當(dāng)然，其他參數(shù)、其他輸出、脈沖激光輻射和/或其他方法也是可能的，從而在表面上導(dǎo)致所描述的重熔并產(chǎn)生萊氏體金相組織。
[0020]朝橫截面的部件的中心的方向與重熔區(qū)域6鄰接的有一個過渡區(qū)域8，其類似的以不同的方式相對于剩余材料2示出-通過虛線。過渡區(qū)域8沒有重熔，但僅示出一硬化金相組織，其受熱的影響而改變，例如主要是具有石墨的馬氏體金相組織。鄰接硬化區(qū)域或過渡區(qū)域8的是基體金相組織2，即，原來的灰口鑄鐵。取決于重熔的工藝和基體材料，還可能出現(xiàn)圖1所示的這三個區(qū)域6、8、2之外的，例如具有馬氏體和貝氏體的不同區(qū)域。
[0021]特別是，用激光束或其他強烈聚焦照射的處理使得重熔只有表面上明確界定的區(qū)域成為可能。因此，整個功能表面可以表面地重熔為萊氏體金相組織6，例如滑環(huán)的整個滑動表面。然而，類似的，也可以只有這些表面的一部分可以重熔，例如以規(guī)則圖案或更大區(qū)域。非重熔區(qū)域可以仍然保持未經(jīng)處理或僅硬化，而無重熔。以這種方式，例如，區(qū)域可以處理成部分純?nèi)R氏體