[发明专利]用于多层钢层的低强度材料

说明书

技术领域

本发明涉及多层钢(MLS)垫圈，特别是涉及具有改进的密封性能的MLS垫圈材料。

背景技术

减少内燃机驱动车辆中的燃料消耗和污染物排放的趋势对许多部件的性能提出了更高要求。已经证明通过在发动机汽缸体和汽缸盖组件中使用较轻材料来降低燃料消耗是成功的，但是所用较轻合金在同等汽缸压缩比下通常经受较大的变形。该降低的刚性可以在汽缸盖组件和汽缸体中产生额外的变形，在汽缸盖组件和汽缸体之间产生较大变形，因此，对汽缸盖垫圈提出了更高的要求以适应相对变形。

已经证明通过提高发动机压缩比来减少污染排放物是成功的。但是，汽缸压力的增大典型地导致在汽缸盖和汽缸体的配合表面之间产生更多的移动。在MLS汽缸盖垫圈的技术中产生的这些及其他因素成为不断改进的方面。

紧邻发动机汽缸孔周边的垫圈区域与径向远离所述孔的垫圈区域相比承受大得多的应力，以便确保适当的密封。紧邻发动机汽缸孔的这些垫圈区域与径向远离所述孔的垫圈区域相比还在配合表面之间承受更大的位移。典型地，MLS垫圈整合有至少一个凸缘区域以确保足够的密封。

配合表面之间的这种移动导致作用层中的轴向运动，以及作用层和任何邻接表面之间的微动。该运动需要凸缘区域中的最小耐久性以确保垫圈可在配合表面之间反复密封。

具有凸缘区域的层(还称作″作用″层)在密封表面上施加压力以确保足够的密封。通常，表面压力越高，密封作用或密封性能越好。密封于汽缸盖组件和汽缸体之间的MLS垫圈典型地暴露在通常超过1600℉的温度下。

用于作用层的材料的选择通常由于所需硬度、耐久性、弹簧刚度、延展性、软化点及其它特征而受到限制。通常来讲，通过考虑所用材料的可用的所需性质来选择材料。

用于MLS垫圈的作用层的典型材料为301不锈钢(301SS)。301SS的拉伸强度为大约1350MPA到1600MPA，屈服强度为大约1050MPA到1250MPA。尽管301SS具有在发动机工作期间保持足够性能的能力，人们还是寻求改进材料以提高垫圈可密封性、可靠性和/或抵抗配合表面之间增大的位移的能力。

发明内容

本发明涉及用于MLS垫圈的材料，所述材料的屈服强度大于拉伸强度的大约90％。拉伸强度为大约1000MPA到大约1150MPA。

附图说明

现在将参照附图以举例方式对本发明进行描述，其中：

图1是根据本发明实施例的多层钢制汽缸盖垫圈的局部视图。

图2是沿直线2-2剖开的图1中垫圈的剖视图，其中为清楚起见各层分离。

具体实施方式

图1显示了金属垫圈20的实施例，所述金属垫圈为汽缸盖垫圈。垫圈20位于内燃机的汽缸盖组件(未显示)和汽缸体(未显示)的配合表面之间。垫圈20包括至少一个金属层24。如图所示，只显示了最上面的金属层24。每个金属层24由多个汽缸孔26、螺栓孔28和套筒(jacket)孔30界定。每个套筒孔30可以输送冷却流体或润滑流体。金属层24布置为使孔26、28和30大致对准。

图2图解说明了垫圈20还包括第二金属层32。第二金属层32包括第一表面36、第二表面38和汽缸区域表面40。第二金属层32还显示为包括凸缘区域46和止动区域48。如图所示，第二金属层32沿径向R延伸，其中凸缘区域46和止动区域48具有沿轴向A延伸的部分。第二金属层32作为作用层，如下面更详细描述的那样。

在安装图1和2所示垫圈的过程中，凸缘区域46沿轴向A部分地压缩，从而使凸缘区域46沿轴向A缩短，并且凸缘区域46的一部分沿径向R进行一些移动。在发动机工作期间，配合表面之间沿轴向A的相对运动要求凸缘区域46的一部分沿轴向A弹性移动，以便适当地密封配合表面。凸缘区域46沿轴向A的这种弹性运动导致凸缘区域46的一部分相对于与第一表面36和第二表面38接触的表面沿径向R产生微动。当凸缘区域46在整个凸缘区域46范围内不具有足够的强度时，可能会发生开裂和微振磨损。

为了改进作用层，例如第二金属层32中所用材料的所需物理性能，人们进行理论模拟以确定用于凸缘区域46的希望性能。由于金属的许多物理性能在温度超过几百度F时发生变化，一些物理性能随其他因素发生变化，因此材料选择由于各种竞争因素而变得复杂。

这些竞争因素之一为内应力。为了提高耐久性，应当减小内应力。但是，为了提高密封作用，应当增大内应力，以相应地增大凸缘区域46沿轴向A施加的表面压力。