專利名稱：用于往復(fù)式活塞內(nèi)燃機的具有硬化的活塞環(huán)槽的活塞的制作方法
用于往復(fù)^g塞內(nèi)m的具有硬化的活S5W的活塞本發(fā)明涉及由一種用于往復(fù)式活塞內(nèi)ML的由氮化物形成的基礎(chǔ)合誠ij成 的活塞，其具有活塞上部，該活塞上部具有多個環(huán)繞的活塞環(huán)^f和耐火鈍邊， 并膽少其&h邊的Wifi^室的環(huán)槽具有磨損,的、被硬化的槽側(cè)面n活塞上部，即最上邊的與燃燒室相對置的元件，其經(jīng)歷^h燃艦程，是 此，活塞的最大鬼險的部分。在此的作用是對從上方作用到活塞l:部上燃燒壓力進(jìn)行密封。這是通過所 謂的活塞環(huán)實現(xiàn)的，活塞環(huán)在活塞的側(cè)部區(qū)域安 活塞環(huán)槽內(nèi)，并且將燃燒 室向下方相對曲軸箱密封。在這個區(qū)域中最大問題是活塞環(huán)槽的使用壽命。這 很^US決定了^h活塞的維修間隔，以及與之相關(guān)的運行,卩運行可靠性。公知的是，為了延^ii行^ffl^，對這^塞上部以及特別是其活塞環(huán)槽進(jìn)行硬化，，確切地說，可以感應(yīng)方式禾n/^ia鍍鉻。i^種感^5更化產(chǎn)生平均的磨損離。例如DE 198 33 825C1已鄉(xiāng)琉明了戰(zhàn)的活塞，特別是用于 大醜動機，其中活塞環(huán)vlf具有磨損防護(hù)的側(cè)面。此處活塞上部由調(diào)質(zhì)的并合金的鋼制成，絲活餅槽上面和下面?zhèn)让娴?區(qū)域中被硬化處理，使得在側(cè)面寬j^萬在的區(qū)^Ul^生驗的硬化區(qū)域。該硬 化過程可以按目的ilil感應(yīng)方式實現(xiàn)，這樣能以簡爭方式為進(jìn)行希望的組織轉(zhuǎn) 化實I1^、需的MJS控制。但是JJ^施從一定高的燃燒壓力開始就不再能滿足需求。亦即該側(cè)面負(fù) 荷隨餅高的燃鵬力以超比例方式增大。聯(lián)系此方面，如今希望的低潤滑(油) 率是不利的。由此導(dǎo)致硬化側(cè)面快速的磨損。這尤其發(fā)生在第—最接近燃燒 室的活塞^f ，按照沐發(fā)明，Sk^負(fù)荷錢大的。另一方面也已公知，在^滲氮的或氮碳共滲的鋼情況下，耐磨強度是明 顯提髙的。等離子滲氮或等離子氮碳共滲一般JfeA們,^J"鋼表面層的硬化，其中 氮原子或碳原子擴ti[ia入，并且由此在薄的表面層中與鐵反應(yīng)為氮化物或碳氮 化物，連接層。在其上連接的擴散層中，氮在辨卩時才部分地被離析為氮化物并因此導(dǎo)致5Ut提高。該5j^本身取決于氮化物的類型。按照如何將氮與鋼發(fā) 生反應(yīng)瞎況，滲氮時間和^1^不同。換句話說，以氮實I財才料的，層的擴散飽和，從而提高iUt、耐磨^Jt、 疲勞3雖和耐腐蝕性。在滲M/M碳共滲以后，邊緣層由夕剛的氮^a或麟層 (連接層)和緊接著的由富^M的混合晶體和離析的氮化物構(gòu)成的層(擴散層) 構(gòu)成。ilii發(fā)光放電，所謂的等離子滲氮，氮的離子化可以將滲氮時間縮短(在 450。 C至550。 C時進(jìn)fi^離子滲氮)。在氮碳共滲時艦介質(zhì)除了氮還包含釋放碳的組分，在這種氮碳共滲的情 況下，可以在粉末、鹽浴、氣體或等離子體中同樣氮,滲(在500" C至590 。C時，,是在約520。 C時iafi^離子氮^滲)。由此作為本發(fā)明基礎(chǔ)的任務(wù)是，將所屬類型的具有己借助于邊緣層被硬化的環(huán)槽側(cè)面和由調(diào)質(zhì)的并由氮化物形成的合^構(gòu)成的活塞如itkM:行最佳優(yōu)化，使得活塞上部，而且特別是其最上邊的活塞環(huán)艚具有盡量延長的運行使用 壽命，也就是說，特別是在活塞上部上的環(huán)槽磨損被明顯地減小。通過至少是活塞上部的包圍著為磨損防護(hù)而被硬化的槽側(cè)面的外表面設(shè)有 另外的呈氮化層形式的磨損和腐蝕防護(hù)層，其中該磨損和腐蝕防護(hù)層通過在氮 氛圍或氮碳氛圍中以等離子滲氮或以等離子氮碳共滲方式使氮化物形成的基礎(chǔ) ^a行轉(zhuǎn)化而制成，因此，己被硬化的槽側(cè)面附加地借助預(yù)〗媳得到保護(hù)， 從而實現(xiàn)明顯改善的磨損和腐蝕防護(hù)性能，并且當(dāng)然地實1^長的維護(hù)間險構(gòu) WCT壽命。因此特別在和燃燒室最接近的最強負(fù)載的第一環(huán)槽中，可以使其磨損被大;^g小化。本發(fā)明所述的活塞下面借助于實施例在附圖中示出，并此外詳細(xì)地說明。 附圖示出

圖1 M31^發(fā)明戶萬述的活塞上部的縱向剖視圖，圖2基于圖1，根據(jù)本發(fā)明在側(cè)面上硬化并附加地設(shè)有氮4t^-的三個上邊5f贈的細(xì)節(jié);見圖。圖1示出了往復(fù)式活塞內(nèi)燃機的活塞的活塞上部。)，其具有燃燒室凹腔(2)、耐火鈍邊(3)以及分別具有平行環(huán)槽側(cè)面(5a， b)的四個環(huán)槽(4a， b， c， d)。這個活塞上部(1)由調(diào)質(zhì)的和氮化物形成的^#|構(gòu)成。按照圖2，這三 個上邊的iWf (4a, b， c)分別在它們上面和下面?zhèn)让?5a， b)的區(qū)域中被硬 化，使得分別在側(cè)面^I^在區(qū)域中形成了M^層(6)形式的3^j的硬化區(qū) 域。雌該硬化戰(zhàn)鉢身細(xì)公知的感應(yīng)方^S行。另夕啦照圖1和圖2提出，至少活塞上部(1)包圍著磨損,的環(huán)槽(4a, b， c)和耐火艦(3)的外面部分設(shè)有另外的呈氮媳形式的磨損和腐蝕防護(hù)層(7)，其中磨損和腐蝕防護(hù)層(7) M:在氮氛圍或^Mam圍中以等離子滲氮或以等離豫碳共滲方式使氮化物形成的基礎(chǔ)合金轉(zhuǎn)化而審喊，從而被硬化 的槽側(cè)面(5a， b)附加地借助預(yù)媳(7)得到保護(hù)。其中^發(fā)明意XUI要的是，至少是借助于:^層(6),損防護(hù)的環(huán) 槽(4a， b， c)被設(shè)有另外的氮媳，而燃燒室凹腔(2)柳或耐火艦(3) 則不必氮化。特別按照圖l，根據(jù)示出的具體實施例，塞頂部0)全部外表面都設(shè)有氮 ^t^ (7),而活塞上部(1)的內(nèi)表面則保特未被覆層。氮化層(7〉以公知方式設(shè)置有兩層的結(jié)構(gòu)，亦即至少在構(gòu)件表面上鄰接的 擴i^和在其上構(gòu)成的連接層。本發(fā)明的特征在于，氮化層(7)包括被硬化的 ii^層在被硬化的柳i雁(5a， b)上具有0.2111111至1.0111111的厚度(滲氮fi更化 深度)，并具有大于550HV (維氏)的表面石鵬，其中鯽曬(5a， b)具有構(gòu) 造在其上的厚度為2 " m至15 u m的連接層。擴散區(qū)域的5賊隨著至i康面的增大的厚度或者距離而下降，因為滲氮硬化 的作用由于控制的擴散鵬而隨辦度下降。對于往復(fù)式活塞內(nèi)皿活塞的活塞上部(1)的承^氣的外表面來說，本 發(fā)明OT,化層(7)不僅在環(huán)槽區(qū)域中提髙了耐磨強度，特別是上邊環(huán)槽并 .iJt其是第一個最接ifi^燒室(2)的環(huán)槽(4a)的區(qū)域中提髙了耐磨強度，而且還實現(xiàn)提高的抗腐蝕鵬。最后還要JK的是，tt^要磨損防護(hù)的槽側(cè)面在第一道工序中以感應(yīng)方式 被硬化。
權(quán)利要求
1.用于往復(fù)式活塞內(nèi)燃機的活塞，由氮化物構(gòu)成的基礎(chǔ)合金制成，具有活塞上部(1)，該活塞上部具有多個環(huán)繞的活塞環(huán)槽(4)，并且至少其最上邊的靠近燃燒室的環(huán)槽(4a)具有借助于邊緣層(6)磨損防護(hù)的、被硬化的槽側(cè)面(5a，b)，其特征在于，至少所述活塞上部(1)的包圍著被磨損防護(hù)的環(huán)槽(4a，b，c)的外表面設(shè)有另外的呈氮化層形式的磨損和腐蝕防護(hù)層(7)，其中該磨損和腐蝕防護(hù)層(7)通過在氮氛圍或氮碳氛圍中使氮化物構(gòu)成的基礎(chǔ)合金以等離子滲氮或以等離子氮碳共滲方式進(jìn)行轉(zhuǎn)化而制成，從而被硬化的槽側(cè)面(5a，b)附加地借助于氮化層(7)得到保護(hù)。
2. 按權(quán)利要求l所述的活塞，辦征在于，活塞上部(1)的針外表面 都設(shè)有氮化層(7)，而活塞上部(1)的內(nèi)表面則保持未被覆層。
3. 按權(quán)利要求l或2所述的活塞'其特征在于，氮媳(7)包括被硬化 的邊緣層(6)在被石更化的槽側(cè)面(5a, b)上具有0.2111111至1.011皿的厚度(滲 氮硬化深度)，并具有大于550HV (維氏)的表面石跟，其中戰(zhàn)槽側(cè)面(5a， b)具有構(gòu)造在其上的厚度為2 u m至15 u m的連接層。
4. 按權(quán)利要求1所述的活塞，辦征在于，在覆設(shè)氮腿(7)之前，要 磨損,的槽側(cè)面(5a， b)以感應(yīng)方式被硬化。
全文摘要
涉及用于往復(fù)式活塞內(nèi)燃機的活塞，由氮化物構(gòu)成的基礎(chǔ)合金制成，具有活塞上部(1)，該活塞上部具有多個環(huán)繞的活塞環(huán)槽(4)，并且至少其最上邊的靠近燃燒室的環(huán)槽(4a)具有磨損防護(hù)的、被硬化的槽側(cè)面(5a，b)，本發(fā)明的改進(jìn)在于為使活塞上部，尤其是其最上邊的活塞環(huán)槽具有盡量延長的運行使用壽命而提出，至少該活塞上部的包圍著要磨損防護(hù)而被硬化的槽側(cè)面和耐火鈍邊的外表面設(shè)有另外的氮化層形式的磨損和腐蝕防護(hù)層(7)，其中該磨損和腐蝕防護(hù)層通過在氮氛圍或氮碳氛圍中使氮化物構(gòu)成的基礎(chǔ)合金以等離子滲氮或以等離子氮碳共滲方式轉(zhuǎn)化而制成，因此被硬化的槽側(cè)面附加地借助于氮化層(7)得到保護(hù)。
文檔編號F16J9/00GK101287937SQ200680008676
公開日2008年10月15日 申請日期2006年3月14日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月18日
發(fā)明者A·霍爾斯特, S·諾布洛克 申請人:曼柴油機歐洲股份公司