Beeherförmiger Metallgegenstand und Verfahren zu dessen Herstellung.
Die Erfindung betrifft becherf¯rmige
MetallgegenstÏnde, wie zum Beispiel Kolben, und ein Verfahren und eine Einrichtung zu deren Herstellung.
Bisher ist es üblich, Brennkraftmaschi- nenkolben und dergleichen in Dauerformen zu giessen.
Im besonderen hat man dabei Abschrek kungsgu¯ verwendet, um feinkorniges Ge f ge frei von Porosität zu erzielen mit einem
Netzwerk von Eutektikum, das das Über- sch-nssmaterial der Legierung im wesentlichen umgibt. Diese Kolben wurden in grossen
Mengen hergestellt, die sich auf mehrere Mil lionen im Jahr beliefen, und haben sich hin sichtlich Aufnahme der bei Brennkraftma schinenkolben auftretenden KrÏfte und Wi derstandsfähigkeit gegen Abnutzung und Deformation so bewährt, da¯ sie bei den Mo- toren für Motorfahrzeuge andere Kolbenarten in erheblichem Ma¯e verdrÏngt haben.
Mehrjähriger Gebrauch solcher Kolben hat aber Linien aufgezeigt, längs deren eine weitere Entwicklung möglich ist. Zum Bei spiel wurde gefunden, daB gröBere Bruch- festigkeit und höherer Ermüdungswiderstand, als man bei dieser Kolbenart ohne Auf opferung anderer wichtiger Faktoren, wie
Leichtigkeit und Härte, erzielen kann, im
Kolbenmantel erw nscht wÏre.
Bei dem Bestreben zur Verringerung des Ausdehnungsunterschiedes zwischen Alu miniumkolben und Gu¯eisenzylindern, der sich durch den relativ hohen Ausdehnungs- koeffizienten von Aluminium ergibt, wurde beträchtliche Forsehungsarbeit für die Herstellung von Legierungen aufgewendet, die geringere Ausdehnungskoeffizienten als Aluminium oder seine gewohnlichen Gusslegie- rungen und andere physikalische Eigen- schaften haben, die den an einen Werkstoff für Brennkraftmaschinenkolben gestellten Anforderungen entsprechen. In Verfolg dieser Arbeit sind gewisse Legierungen des Aluminiums entwickelt worden, die relativ kleine Ausdehnungskoeffizienten und be friedigende Härte und Bruchfestigkeit haben.
Es hat sich aber gezeigt, dass sie schwierig in die Form von Kolben zu giessen sind und besonders von Kolben mit starken Quer sehnittsuntersehieden. In den letzten Jahren zeigt sich im Brennkraftmaschinenbau das Bestreben nach Anwendung höherer Kom pressionsverhältnisse, was h¯here Zylinderund Kolbentemperaturen und grössere Bean spruchungen der Kolben ergibt. Dies hat zur Verwendung dickerer Eolbenböden gezwun- gen, um grössere Wärmeleitfähigkeit und Festigkeit bei hohen Temperaturen zu sehaffen.
Um den grundlegenden Vorteil der Leicht- metallegierungskolben beizubehalten, fand maneserwünscht,dieDickeandererEolben- teile, zum Beispiel des Mantels, der VerstÏr kungsstege und der die Augen für den Kolbenzapfen tragenden Wände zu verringern, wodurch man stärkere Querschnittsunter- schiede herbeif hrt.
Beim Gie¯en dieser Kolbenart und besonders beim Giessen aus diesen jüngst entwickelten Legierungen fand man, dass die hohen Temperaturen des geschmolzenen Metallee, die nötig sind, um ein richtiges Fliessen in die dünnen Teile der Form zu ermöglichen, zu übermässiger Schrumpfung auf Grund der Eristallisation und Abkühlung in den dicken Teilen der Form führen, wodurch Risse, Lunker, Porosität und dergleichen in den dicken Teilen des fertigen Gegenstandes hervorgerufen werden.
Die Erfindung bezweckt nun die Schaf- fung eines becherförmigen Metallgegenstan- des, zum Beispiel eines Kolbens f r Brenn kraftmaschinen, der ein besseres Gefüge und bessere Eigenschaften hinsichtlich Bruchfestigkeit und Dehnung hat als Kolben be kannter Art.
Es wurde gefunden, dass die Bruchfestig- keit, Ermüdungsbeständigkeit und Lebensdauer von Leichtmetallegierungskolben dadurch stark verbessert werden können, da¯ man die Gef gek¯rner des Metalles im Kal- ben und besonders im Mantelteil mechanisch deformiert. Es ist möglich, das Gefüge in dieser Art zu verändern und einen gesunden Gegenstand von dichtem Gefüge und frei von Porosität oder sonstigen Fehlern durch Auspressen eines Mantels aus einem Metallroh- ling zu erzeugen. Dieser wird urspriinglich durch Giessen hergestellt, so dass der Kolbenboden und der Ringteil noch gewisse erw nschte- Eigenschaften eines Gu¯gef ges beibehalten, während der Mantel, infolge mechanischer Deformation erhöhte Bruchfestigkeit und grösseren Widerstand gegen Ermüdung und Bruch erlangt.
Das Fehlen von Spr¯digkeit zeigt sich durch eine gesteigerte Dehnung.
Es wurde auch gefunden, dass die er- wÏhnten Legierungen zwar schwierig zu Gegenständen mit grossen Querschnittsunter schieden zu giessen sind, da¯ sie aber, wenn man sie zu Rohlingen im wesentlichen gleichförmigen Querschnittes giesst und in die ge- wünschte Form staucht oder auspresst, Kolben von gesundem, dichtem Gefüge frei von Porosität oder sonstigen Nachteilen und mit ungewöhnlichen Eigenschaften hinsicht- lieh Bruchfestigkeit, Härte, Ausdehnung und Streckung ergeben.
In der Zeichnung ist der Werdegang einiger Ausführungsbeispiele des Erfin dungsgegenstandes schematisch dargestellt.
Fig. 1 ist ein senkrechter Schnitt durch einen Brennkraftmasohinenkolben,
Fig. 2 ein Schnitt rechtwinklig zu Fig. 1 nach Beendigung der maschinellen Bearbei- tung,
Fig. 3 ein Grundriss zu Fig. 2,
Fig. 4 ein Aufri¯ eines Rohlings,
Fig. 5 eine der Fig. 1 ähnliche Darstel- lung einer etwas andern Ausführung,
Fig. 6 eine ähnliche Darstellung einer weiteren Ausf hrung,
Fig. 7 und 8 zum Teil im Schnitt gehaltene Ansichten einer Einrichtung zur Ausführung des neuen Verfahrens bei ver schiedenen Lagen der Teile,
Fig. 9 und 10 Schnitte durch eine Einrichtung zur Erzeugung eines Flansches am Kolben,
Fig.
11 eine auseinandergezogene Darstellung des Kernes nach Fig. 9 und 10,
Fig. 12 und 13 Schnitte durch die Ein richt-ung zur Herstellung des Kolbens nach Fig. 6,
Fig. 14 und 15 Schnittansichten einer andern Ausführung einer Einrichtung zum Ausführen einer Stufe des Verfahrens bei vers, chiedenen-Lagen der Teile,
Fig. 16 ein Schnitt durch einen in der Einrichtung nach Fig. 14 und 15 hergestellten Kolben,
Fig. 17 ein Schnitt durch eine Einrich- tung zum Ausführen einer SchluBoperation an dem Kolben nach Fig. 16.
Der Kolben nach Fig. 1 und 2 besteht aus einem Boden 25 und einem damit ein Stüek bildenden zylindrischen ! Mantel 26. Der Boden kann die üblichen Kolbenringnuten 44 haben.
Kolbenzapfenaugen 27 sitzen an der Innenfläche des Mantels 26 und erstrecken sich hier im wesentlichen gleichförmigem Querschnitt bis zum Kopfe 25. Gegebenen- falls können eine oder mehrere Rippen oder Stege 28 an der Innenseite des Bodens oder an andern Punkten im Kolben ausgebildet werden, um die Wärmezerstreuung zu unterst tzen oder irgendwelchen Teil zu verstär- ken.
Der Mantel kann angestaucht werden, um einen einwärtsragenden Flansch 43 zu bilden, der den Mantel gegen Eindrückung schützt und das Spritzen von 101 gegen die Unterseite des Bodens verhindert. Diese Nulsbildung ist besonders erwünscht für gewisse Kolbentypen für Flugzeugmotoren oder andere raschlaufende Motoren. Laut Zeichnung sitzt der Flansch 43 am untern Ende des Mantels, könnte aber davon Abstand haben.
Zwecks Herstellung des Kolbens zwingt man das Metall durch einen Kolben zum FlieBen in die gewünschte Form, während es von aussen durch eine Matrize umschlossen ist. Das Metall wird zunÏchst in Form eines Rohlings 15 (Fig. 4) gegossen, dessen Aussendurchmesser vorzugsweise nur wenig kleiner als der lichte Durchmesser der Matrize ist, in der die Stauchung bewirkt wird. Der Rohling hat im einen Ende eine Vertiefung 16. Der Rohling kann sich in beliebigem Masse der Endform des Kolbens annähern.
Der Rohling 15 wird in einer Dauerform aus einer Leichtmetallegierung gegossen, die so zusammengesetzt ist, dass sie eine relativ kleine Menge von Eutektikum bildet. Am besten wird der Rohling so gegossen, daB sich ein Gefüge ergibt, in dem das Eutektikum ein Netzwerk bildet, das im wesent lichen das Überschussmaterial der Legierung umhiillt.
Der Rohling 15 wird in die Vertiefung 17 eingesetzt, die von den Hälften 18 und 19 einer geteilten Matrize begrenzt wird.
Ein Presskolben 20 mit zylindrischem Vor derteil 21 von einer der gewünschten Innen- begrenzung des Kolbens entsprechenden Form, das heisst für den Kolben nach Fig. 1 bis 3 mit gegenüberliegenden Vertiefungen 22,23 und einer Nut 24 in der Stirnfläche, wird dann in das Metall, wie in Fig. 8 gezeigt, getrieben, so dass es gezwungen wird, in die Form des Kolbens 25 nach Fig. 5 zu flieBen. Der zylindrische Vorderteil 21 bildet einen zylindrischen Mantel 26 am Kolben aus, während die Vertiefungen 22 und 23 Kolbenzapfenaugen 27 ausbilden, die sich vom Boden aus in im wesentlichen gleichförmigem Querschnitt erstrecken.
Die Nut 24 in der Stirn des Presskolbens bildet eine Rippe 28 an der Innenwa. nd des Kolbenbodens 1.
Die Matrizenhälften 18 und 19 sind beweglich in Haltern gelagert und können wÏhrend des Stauchens starr miteinander verriegelt werden, um dann zwecks Heraus- nahme des Werkstückes entfernt zu werden.
Der Presskolben 20 wird durch eine Presse in die Matrize 18,19 zwecks Anstauchens des Rohlinges 15 getrieben.
Gegebenenfalls kann der Kolben 25 in der Form nach Fig. 5 zwecks Verwendung in einem Motor maschinell bearbeitet werden.
In diesem Falle werden die Metallmengen des Rohlings 15 und die Hublänge des Presskolbens 20 so gewählt, dass der fertige Kol ben die gewünschten Abmessungen erhält mit Zuschlägen für die Fertigbearbeitungen. Vorzugsweise aber wird zwecks Bildung eines nach innen gerichteten Flansches am offenen Ende des Mantels die Gesamtlänge des Kol bens etwas grosser gehalten, damit genügend Material für den Flansch vorhanden ist.
Beider Herstellung des Flansches wird der Kolben 25 in Umschliessungsmatrizen 18' und 19' (Fig. 9) gehalten, und ein vielteiliger Kern 29 wird in den Kolben eingefiihrt. Die gezeichneten Matrizen 18'und 19'unterscheiden sich etwas von den Matrizen 18 und 19, doch könnte auch ein einziges Paar r von Matrizen für beide Arbeitsvorgänge benutzt werden. Der in Fig. 11 im einzelnen dargestellte Kern 29 besteht aus einem Mit telteil 30, zwei Seitenteilen 31 und vier Eck- stücken 32, die derart zusammenpassen, dass sie eine Aussenfläche bilden, die der ge wünschten Innenfläche des Kolbens ent spricht.
Jedes Eckstück 32 hat eine Vertie- fung 33 zur Aufnahme der Kolbenzapfen- augen 27. Der Mittelteil 30 hat einen Schaft 34 mit verdicktem Kopf 35, und jeder der Teile 31 und 32 hat einen Schenkel 36. Die Schenkel passen sämtlich um den Schaft 34 herum, und ihre äussern Enden legen sich gegen die innere Fläche des Kopfes 35, um eine Verschiebung der Teile 31 und 32 relativ zum Mittelteil 30 zu verhindern.
Jeder der Teile 31 und 32 hat auch eine Schulter 37 und Nut 38, so dass der zusam mengebaute Kern eine Ringschulter und Ringnut anfweist.
Der Mittelteil 30 ist so verjüngt, dass seine Seiten nach dem dem Kopfe 35 abge- kehrten Ende zusammenlaufen, um ein Lokkern der Kernteile zu Beginn der Herausziehbewegung des Mittelteils 30 zu bewirken.
Jedes der Seiten-und Eckstücke 31 und 32 besitzt an den die Innenfläche des Kolbens und die Zapfenaugen berührenden Flächen Anzug, so dass durch eine Seitenbewegung des Seiten-bezw. Eckstückes dasselbe von allen Flächen des Kolbenhohlraumes, mit denen es in Berührung steht, gelöst wird.
Nachdem der Kern in Stellung ist, wird ein Presskolben 39 gegen das Ende des Kolbenmantels 26 getrieben, um ihn in die Ringnut 38 am Kern 39 zu stauchen. Der Press kolben'39 hat eine zylindrische Vertiefung 40 zur Aufnahme des Kopfes 35 und der vereinigten Schenkel 36 des Kernes 29, sowie einen vorragenden Ring 41, der in die Vertiefung der Umschliessungsmatrize eindringen und das Ende des Kolbenmantels 26 nach innen stauchen und sich auf der Ringsehulter 37 des Kernes abstützen kann. Bei der Einwärtsbewegung des Presskolbens 39 erfa¯t der Ring 41 das Ende des Mantels 26 und staucht es in die Nut 38 (Fig. 10) hinein, so dass ein einwärtsragender Ringflansch 43 gebildet wird.
Der Ring 41 stützt sich dann auf. der Schulter 37, und gleichzeitig die Bodenwand 42 der Vertiefung 40 auf dem Kopf 35 ab.
Der Presskolben 39 wird dann zurückge- zogen, und der fertige Kolben wird von Kern und Matrize befreit. Hierzu kann zunächst die die MatrizenhÏlften 18'und 19'zusammenhaltende Verriegelung gelockert werden, um den zwischen Eern und Matrize herrschenden Druck zu verringern. Das mittlere Kernglied 30 wird dann vorzugsweise in achsialer Richtung vom Kolben weggezogen, was durch die verjüngte Ausbildung dieses Gliedes erleichtert wird, dank deren im ersten Teil der Bewegung des Gliedes 30 die Kernteile vollständig voneinander gelöst werden.
Beide Seitenteile 31 werden dann- seitlich radial zum Kolben in den durch das Entfernen des Gliedes 30 freigemachten Mittelraum bewegt, bis die Aussparung 38 den an den Kolben angestauchten Flansch 43 freigibt, worauf sie in der Achsenrichtung des Kolbens herausgezogen werden. Die Eck- stücke 32 werden dann von den Kolbenwän- den und den Kolbenzapfenaugen durch eine Schwing-und Schiebebewegung wegbewegt, so dass ihre ganze Oberfläche gleichzeitig ausser Berührung mit den Kolbenwandeii kommen, worauf sie aus dem Kolben herausgezogen werden.
Die Seitenbewegung der Seiten-und Eckstücke wird durch die Anordnung ihrer die Eolbenwände berührenden Flächen erleichtert, in dem die Kanten zwischen dem Mantel und dem Boden, sowie dem Flansch 43, wie gezeichnet, abgerundet sind.
Wie aus Obigem hervorgeht, besitzt der mit dem geteilten Kern 29 zusammenwir- kende Kolben 39 eine ringförmige Arbeitsfläche 41, die einen Schaftteil 34,36 des Kernes umgibt.
Nach dem Entfernen der Kernteile werden die Matrizenhälften 18'und 19'getrennt, und. der Kolben wird herausgenommen. Er hat dann die Form nach Fig. 1 bis 3 mit einwärtsgerichtetem Flansch 43 am offenen Ende des Mantels. Dieser Flansch konnte aber auch unterteilt und in beliebigem Abstand vom offenen Kolbenende angeordnet sein. Der Kolben ist jetzt fertig für die Fer tigbearbeitung, bei der die Ringnuten 44 in den Boden geschnitten werden.
Während des Trennens der Kernteile und Matrizenteile vom Kolben kann jedes Festfressen oder Hängenbleiben, das durch Abkühlung und Zusammenziehung des Kolbens eintreten konnte, wenn das Anstauchen des Flansches am erhitzten Werkstück ausge- führt wird, oder das durch den Druck des Presskolbens verursacht werden konnte, leicht mit geringer oder gar keiner Gefahr eines Zerbrechens oder Beschädigens des Kolbens behoben werden, da das bearbeitete Kolben g'ebilde eine erheblich höhere Bruchfestigkeit als ein GuBstiick hat.
Dies ermöglicht die Ausübung grösserer Kraft auf die Kernteile zum Zwecke ihres Entfernens vom Kolben, bedingt zur Herstellung weniger grosse Ge schicklichkeit und Sorgfalt und setzt den Verlust durch Bruch oder Beschädigung von Erzeugnissen tunlichst herab. Ferner wird. wenn der Kolben vor der Flanschpressung erhitzt wird, weniger Druck gegen den Kern durch Schrumpfung des Kolbens als im Falle des Giessens entwickelt, da die Temperatur des Metalles beim Stauchen unter dem Er starrungspunkt liegt, so dass der Temperaturabfall während des Stauchens nur geringe \Verte annimmt.
Gewünschtenfalls können die Kolbenzapfenaugen teilweise vom Kolbenboden getrennt sein, um das Gewicht des Kolbens etwas zu verringern. In diesem Falle wird das erste Anstauchen nach Fig. 7 und 8 mit einer etwas kleineren Metallmenge ausgeführt, und die Augen 27 sind in achsialer Richtung relativ kurz (Fig. 12). Der. Kolben wird dann in die Umschliessungsmatrize 18', 19'gebracht und ein Kern 29'darin zusam mengebaut. Dieser unterscheidet sich vom Kern 29 in Fig. 10 dadurch, dass dessen Sei tenteile unterhalb der Vertiefungen 33'zur Aufnahme der Augen Vorsprünge 45 auf- weisen, welche im Kolben die Zwischen- räume 46 zwischen den Augen und dem Boden herstellen.
Der Kolben 39 wird in die Matrize getrieben, und das Metall wird gezwungen, in die Augenhöhlungen 33'zu fliessen (Fig. 13). Der so erzeugte Kolben (Fig. 6) unterscheidet sich von dem nach Fig. 1 bis 3, dadurch, dass die Augen 27' teilweise vom Kopf durch die Zwischenräume 46 getrennt sind. Natürlich können die Augen in dieser Art mit oder ohne Anstau chung des Flansches 43 am offenen Ende des Mantels ausgebildet werden.
Der Kern 29'ist vorzugsweise in sieben Teile entsprechend den Teilen des Kernes 29 geteilt, um einen Flansch 43 auszubilden.
Wird aber diese Art von Augen ohne den Flansch hergestellt, dann braucht man nicht den Kern in so viele Stücke zu teilen und kann jede beliebige Anordnung wählen, die das Entfernen des Kernes zulässt. Vorzugsweise ist bei dieser Ausführungsform die Innenfläche des Kolbenbodens etwas kon- kav, um ein stärkeres Auseinanderlaufen zwischen den Innenflächen des Kopfes und dem Flanche zu erzielen und das Entfernen der Kernteile unmittelbar von den Augen weg zu ermöglichen.
Eine Einrichtung zur Ausbildung des Flansches 43 in anderer Art ist in Fig. 14 bis 17 gezeigt. Eine Ringnut 50 ist in der geteilten Ma-trize 18,19 neben ihrem offenen Ende vorgesehen und hat im wesentlichen gerade rechtwinklig zueinander stehenda Seiten 13 und 14. Arbeitet der Presskolben-20, so wird ein Teil des Metalles des Rohlings 15 auswärts längs der Oberfläche der Matrize getrieben, um die Nut 50 zu füllen und eine äussere Ringschulter 51 am offenen Ende des Kolbens zu bilden. Der zylindrische Vorderteil 21 des Presskolbens endet in einer Ringsehulter 52, die rechtwinklig zur Achse des Presskolbens steht, wie gezeichnet, sie kann aber auch kegelig sein, um am Kolben eine Endfläche 53 rechtwinklig zur Aussenwand der Schulter 51 zu bilden.
Der Presskolben wird dann weggezogen und der Kolben aus der Matrize entfernt.
Die Innenfläehe des Kolbens wird dann durch maschinelle Bearbeitung mit einer Nut 54 versehen, so dass die Schulter 51 überall gleiche Wandstärke besitzt, wie Fig. 16 zeigt. Hat der Presskolben eine Widerlager- schulter 52 senkrecht zur Presskolbenaxe (Fig. 14 und 15), so wird die kegelige End f ! äche 53 vorzugsweise durch maschinelle Bearbeitung oder dergleichen gebildet.
Ein geteilter Kern 55 (Fig. 17) wird dann in dem Kolben zusammengebaut. Dieser Kern besitzt zweckmässig sieben Teile. ein Mittelstüok 56 und sechs um dieses ver teilte Seitenteile 57, deren Aussenflächen sich teilweise an der Innenoberfläche des Kolbens anlegen. Das Ende des Kernes wird durch eine Presse einem Druck unterworfen, und der Kolben wird durch eine Offnung 58 in einer Ziehmatrize 59 getrieben. Diese lässt den Kopf und den zylindrischen Teil des Kolbenmantels durch, staucht aber die Schulter 51 einwärts, wobei der Kolbenmantel überall gleiehen Durchmesser erhält und zugleich der gewünschte einwärtsragende Ringflansch 43 am offenen Ende des Kolbens gebildet wird.
Alle diese Stauchungen können bei Erhitzung des Metalles auf Temperaturen zwi schen etwa 425 bisetwa515 für die meisten Aluminiumlegierungen durchgeführt werden, das heisst bei jeder beliebigen Temperatur zwischen der gewöhnlichen Schmiedetemperatur und dem Schmelzpunkt des schmelzbarsten Eutektikums in den hier zur Verwendung kommenden Legierungen. Die gewöhnliche Schmiedetemperatur ist in der Regel die höekste Temperatur, die man nocif sicher verwenden kann, ohne Gefahr einer Zerstörung des Schmiedestückes. Da die beschriebenen Stauchungen in einer umschlie- ssenden Matrize geschehen, so besteht geringe Gefahr einer Zerstörung des Metalles, und man kann höhere Temperaturen verwenden.
Der weite Bereich zulässiger Temperaturen vermeidet den Zwang zu genauer Regelung der Vorwärmung des Metalles. Vorzugsweise aber wird das Anstauchen des Flansches bei kaltem Kolben ausgeführt, wodurch an Zeit und Geld für das Aufrechterhalten einer hohen Temperatur gespart, sowie aueh die bei der Temperaturerniedrigung während der Arbeit sich ergebende Schrumpfung gegen den Kern vermieden werden kann. Unter gewissen Bedingungen kann auch die erste Stauchung an einem kalten Rohling ausge- führt werden, wodurch eine Schrumpfung des Metalles vermieden und ein feinkörni- geres Gefüge wegen der Kaltbearbeitung des Metalles erzielt wird.
Die Kaltbearbeitung steigert auch etwas die Härte des Metalles und vermeidet jede Abkühlungsschrumpfung des Metalles gegen die Teile des Kernes oder Presskolbens. Bei den meisten Legierungen kann der Flansch nach jedem der beschriebenen Verfahren bei kaltem Kolben gebildet werden, manche Legierungen sind aber zu hart, um die erste Anstauchung bei kaltem Metall bequem zu erlauben. Ist der Werkstoff zu hart für Kaltbearbeitung und ist die Schrumpfung während der Bearbeitung ausreichend, um ein Festklemmen gegen Kern oder Press- kolben zu verursachen, so können diese Teile ausreichend erhitzt werden, um das Klemm- bestreben zu vermindern.
Das Fliessen des Metalles bei den ver schiedenen Stauchungen zerstört das Eutek- tikumsnetzwerk der gegossenen Legierung und mischt es in das Ubersehussmaterial hinein, zerkleinert und verfeinert die Körnung des Metalles und presst die Körnchen enger aneinander unter starker Vergrösserung der Bruchfestigkeit und Dehnungsfestigkeit und Erzielung eines gesunden, eng gek¯rnten Mantelgefüges.
Der Kolbenboden behält im wesentlichen das ursprüngliche Gussgefüge bei. Der Kol benboden hat ein feines kristallinisches oder körniges Gefüge mit einem Netzwerk von Eutektikum, das im wesentlichen das Übersehussmaterial umhüllt, und ohne irgendwelche gut ausgeprägte Kornrichtung. Dies ist ein sehr vorteilhaftes Gefiige für den Kolbenboden, da der die Ringnuten 44 umgebende Werkstoff genügend hart und starr sein mu¯, um eine Verformung oder Beschädigung der P. ingnuten zu verhindern und eine gute Auflagerfläche für die Ringe zu liefern.
Durch Verwendung gewisser Legierungen fiir die Herstellung durch Stauchung oder Pressung können dem Werkstück unerwar- tete Eigenschaften erteilt werden. Werkst cke mit grossen Querschnittsunterschieden können nur sehwer erfolgreich aus siliziumreichen Legierungen gegossen werden. Bei der oben beschriebenen Herstellungsweise aus solchen Legierungen erhält man, wie sich gezeigt hat, Kolben von durchwegs gleich formiger und befriedigender Härte und ungewöhnlieher Bruchfestigkeit und Dehnung besonders des Mantels, wo diese Eigenschaften am erwünschtesten sind.
Eine Legierung mit etwa 0, 83% Kupfer, etwa 0,37 % Eisen, etwa 11. 80% Silizium und etwa 0, 97% Mag nesium ergibt einen Kolben der beschriebenen Art, der in wärmebehandeltem Zustande eine Brinellhärte von 129. eine durchschnittliche Bruchfestigkeit von 3808 kg/cme und eine durchschnittliche Dehnung von 5,26 % an aus dem Kolben geschnittenen Probest cken zeigt. Die durchschnittliche Dehnung des Mantels allein ergab sich aber zu 7,9 %.
Eine ähnliche Legierung mit etwa 0,03 % Kupfer, etwa 0, 64% Eisen, etwa 11, 60% Silizium, etwa 0,89% Magnesium und etwa 0, 15% Titan ergibt einen Kolben, der in wärmebehandeltem Zustande eine Brinellhärte von 11. 7, eine durchschnittliche Bruchfestigkeit von 3506 kglem2 und eine durch schnittliehe Dehnung von 3, 3% hat. In diesem Falle ist die Dehnung des Mantels 6,7 %, das heisst mehr als das doppelte des durch- schnittlichen Prozentsatzes der Dehnung im ganzen Kolben.
Eine Legierung mit etwas weniger Silizium und mit etwas Nickel ergibt einen Kolben, der in wärmebehandeltem Zustande eine Brinellhärte von 129, eine Bruchfestigkeit von 3592 kg/cm2 und eine durchschnitt- liche Dehnung von 2,2 % hat. Eine solche Legierung enthält zum Beispiel 0, 85% Kupfer, 0,76% Eisen, 11, 36% Silizium, 0, 93% Magnesium, 0, 94% Nickel und 0,13% Titan.
Eine andere Legierung, die einen beträchtlich höheren Prozentsatz reinen Aluminiums enthält, ergibt auch sehr befriedigende Ergebnisse. Kolben aus einer Legierung dieser Art mit etwa 0,02% Kupfer, 0, 50% Eisen, 1,00% Silizium und 1,15% Magnesium haben in wärmebehandeltem Zustande eine durchschnittliche Bruchfestigkeit von 3111 kg/cm2 und eine durchschnittliche Dehnung von 5, 93%, sowie eine Brinellhärte von 107.
Es ist auch möglich, Kolben mit diesen erwünschten physikalischen Eigenschaften aus vielen andern Legierungsarten herzu- stellen. Legierungen mit bis zu etwa 14% Silizium sind leieht stauchbar, ebenso Le gierungen mit erheblich höherem Kupfer- gehalt als die obigen. Aus einer Aluminiumlegierung mit 4 bis 5 % Kupfer, etwa 0,75 % Magnesium und etwa 0,75% Silizium wurden Kolben gestaucht, die ein hartes und gesundes Gefüge und beträchtlich höhere Bruchfestigkeit und Dehnung im Mantel haben als durch Giessen erzielbar ist.
Eine andere Legierung mit Kupfer, Nikkel und Magnesium hat auch sehr befrie digende Ergebnisse gezeitigt. Sie enthält zum Beispiel etwa 4% Kupfer, etwa 2% Nickel und etwa 1,5 % Magnesium. Auch zinkreiehe Legierungen eignen sich gut für die Stauch- behandlung, zum Beispiel eine Legierung mit etwa 10% Zink, etwa 0,4% Magnesium, etwa 0, 8 % Mangan und etwa 1 % : Supfer.
Eine andere Legierung, die etwa 98, 4% reines Aluminium, etwa 0,6 % Magnesium und etwa 1% Silizium enthielt, wurde aucli bequem zu brauchbaren Kolben gestaucht.
Es können auch magnesiumreiche Legie rungen verwendet werden, aus denen sich
Kolben erzeugen lassen, die in mancher Hin sicht besser als Kolben aus aluminiumreichen Legierungen sind. Eine gut stauchbare Legierung enthielt in der Hauptsache Mag nesium und zum Beispiel etwa 4% Aluminium und 0,4% Mangan.
Nach Fertigstellung der Kolben, aber vorzugsweise vor der abschliessenden maschinellen Bearbeitung können sie einer Wärme- behandlung in der üblichen Art unterworfen werden, um die physikalischen Eigenschaften des Metalles noch mehr zu verbessern. Die Wärmebehandlung besteht bei einer bekannten Legierung in einer mindestens zweistün- digen Erhitzung der Gegenstände auf etwa 515 mit anschliessendem Abschrecken und einem 8 bis 12 Stunden dauernden Nacherhitzen auf etwa 170 . Während der Hoch- temperaturbehandlung werden die spröden Legierungsbestandteile gelost, und die Verbundbehandlung erlaubt dem Metall, seine höchste Härte, Bruchfestigkeit und Dehnung zu erreichen.
Bei der Wärmebehandlung sucht eine Kornvergrösserung dort aufzutreten, wo ein erheblicher Unterschied in den Grossen benachbarter gornchen besteht. Der anfÏngliche Stauchvorgang verfeinert aber das Eorn des Metalles im wesentlichen gleichförmig durch den ganzen Mantel und mit allmäh- licher Veränderung dort, wo das Mass der Bearbeitung wechselt, wenn man an die stärkeren Bodenteile herankommt, so dass ein er heblicher Eorngrossenunterschied und entsprechende übermässige Kornvergrosserung bei der Wärmebehandlung vermieden wird.
Obiges zeigt, dass derart hergestellte Sol- ben erhebliche Vorteile gegenüber gewohn- lichen Gu¯kolben unabhÏngig von der Zusammensetzung zeigen, und dass das gereckte Gef ge des Mantels Mantels Verwendung geeig- neter Legierungen einen Kolben ergibt, der in vielen Beziehungen den besten Abschreck- gusskolben überlegen ist.
Beeher-shaped metal object and process for its manufacture.
The invention relates to cup-shaped
Metal objects, such as pistons, and a method and device for their manufacture.
It has hitherto been customary to cast internal combustion engine pistons and the like in permanent molds.
In particular, it has been used as a deterrent to achieve a fine-grained structure free of porosity with a
Network of eutectic which essentially surrounds the excess material of the alloy. These flasks were in large
Manufactured quantities amounting to several million a year, and with regard to the absorption of the forces occurring in internal combustion engine pistons and their resistance to wear and deformation, they have proven to be so effective that other types of pistons can be used in engines for motor vehicles ¯e displaced.
However, the use of such pistons for many years has shown lines along which further development is possible. For example, it has been found that greater breaking strength and higher fatigue resistance than is possible with this type of piston without sacrificing other important factors such as
Lightness and hardness, can achieve, im
Piston skirt would be desirable.
In the endeavor to reduce the expansion difference between aluminum pistons and cast iron cylinders, which results from the relatively high expansion coefficient of aluminum, considerable research work has been expended in the manufacture of alloys which have a lower expansion coefficient than aluminum or its usual cast alloys and have other physical properties that correspond to the requirements placed on a material for internal combustion engine pistons. As a result of this work, certain alloys of aluminum have been developed that have relatively small expansion coefficients and be satisfactory hardness and breaking strength.
It has been shown, however, that they are difficult to cast in the shape of pistons and that they differ in particular from pistons with large cross-sections. In recent years, there has been an effort to use higher compression ratios in internal combustion engine construction, which results in higher cylinder and piston temperatures and greater loads on the pistons. This has forced the use of thicker Eolben bottoms in order to achieve greater thermal conductivity and strength at high temperatures.
In order to retain the fundamental advantage of the light alloy pistons, it has been found desirable to reduce the thickness of other piston parts, for example the casing, the reinforcing webs and the walls carrying the eyes for the piston pin, which results in greater cross-sectional differences.
When casting this type of piston, and especially when casting from these recently developed alloys, it was found that the high temperatures of the molten metal required to allow proper flow into the thin parts of the mold resulted in excessive shrinkage due to eristallization and cause cooling in the thick parts of the mold, thereby creating cracks, voids, porosity and the like in the thick parts of the finished article.
The invention now aims to create a cup-shaped metal object, for example a piston for internal combustion engines, which has a better structure and better properties with regard to breaking strength and elongation than known pistons.
It has been found that the breaking strength, fatigue resistance and service life of light alloy pistons can be greatly improved by mechanically deforming the grains of the metal in the calving and especially in the casing part. It is possible to change the structure in this way and to produce a healthy object with a dense structure and free of porosity or other defects by pressing a jacket out of a metal blank. This is originally produced by casting, so that the piston crown and the ring part still retain certain desired properties of a Gūgef, while the jacket, as a result of mechanical deformation, gains increased breaking strength and greater resistance to fatigue and breakage.
The lack of brittleness is indicated by increased elongation.
It has also been found that the alloys mentioned are difficult to cast into objects with large differences in cross-section, but that if they are cast into blanks of essentially uniform cross-section and compressed or pressed into the desired shape, they become pistons of healthy, dense structure, free of porosity or other disadvantages and with unusual properties with regard to breaking strength, hardness, expansion and elongation result.
In the drawing, the career of some embodiments of the subject of the invention is shown schematically.
Fig. 1 is a vertical section through an internal combustion engine piston,
FIG. 2 shows a section at right angles to FIG. 1 after completion of the machining,
FIG. 3 is a plan of FIG. 2,
4 shows a layout of a blank,
5 shows a representation similar to FIG. 1 of a somewhat different embodiment,
6 shows a similar representation of a further embodiment,
7 and 8 partly in section views of a device for carrying out the new method with ver different positions of the parts,
9 and 10 sections through a device for producing a flange on the piston,
Fig.
11 is an exploded view of the core according to FIGS. 9 and 10,
12 and 13 sections through the A direction for the production of the piston according to FIG. 6,
14 and 15 are sectional views of another embodiment of a device for carrying out a stage of the method with different layers of the parts,
16 shows a section through a piston produced in the device according to FIGS. 14 and 15,
17 shows a section through a device for carrying out a closing operation on the piston according to FIG.
The piston according to FIGS. 1 and 2 consists of a base 25 and a cylindrical one thus forming one piece! Jacket 26. The base can have the usual piston ring grooves 44.
Piston pin bosses 27 sit on the inner surface of the jacket 26 and extend here with a substantially uniform cross section up to the head 25. If necessary, one or more ribs or webs 28 can be formed on the inside of the base or at other points in the piston in order to dissipate heat to support or reinforce any part.
The shell can be upset to form an inwardly extending flange 43 which protects the shell from indentation and prevents 101 from splashing against the underside of the floor. This formation of pulses is particularly desirable for certain types of pistons for aircraft engines or other high-speed engines. According to the drawing, the flange 43 sits at the lower end of the shell, but could be at a distance from it.
In order to produce the piston, the metal is forced to flow into the desired shape by a piston, while it is enclosed from the outside by a die. The metal is first cast in the form of a blank 15 (Fig. 4), the outside diameter of which is preferably only slightly smaller than the inside diameter of the die in which the upsetting is effected. The blank has a recess 16 in one end. The blank can approximate the final shape of the piston to any desired extent.
The blank 15 is cast in a permanent mold from a light metal alloy which is composed so that it forms a relatively small amount of eutectic. It is best to cast the blank in such a way that a structure results in which the eutectic forms a network which essentially encloses the excess material in the alloy.
The blank 15 is inserted into the recess 17 which is delimited by the halves 18 and 19 of a divided die.
A plunger 20 with a cylindrical front part 21 of a shape corresponding to the desired inner limitation of the piston, that is for the piston according to FIGS. 1 to 3 with opposing recesses 22, 23 and a groove 24 in the end face, is then inserted into the metal , as shown in FIG. 8, so that it is forced to flow into the shape of the piston 25 of FIG. The cylindrical front part 21 forms a cylindrical jacket 26 on the piston, while the recesses 22 and 23 form piston pin bosses 27 which extend from the base in a substantially uniform cross section.
The groove 24 in the face of the plunger forms a rib 28 on the inner wa. nd of the piston crown 1.
The die halves 18 and 19 are movably mounted in holders and can be rigidly locked to one another during upsetting in order to then be removed for the purpose of removing the workpiece.
The plunger 20 is driven by a press into the die 18, 19 for the purpose of upsetting the blank 15.
Optionally, the piston 25 in the form of Figure 5 can be machined for use in an engine.
In this case, the amount of metal of the blank 15 and the stroke length of the plunger 20 are chosen so that the finished Kol ben has the desired dimensions with allowances for the finishing operations. Preferably, however, the total length of the Kol ben is kept somewhat larger for the purpose of forming an inwardly directed flange at the open end of the shell, so that there is enough material for the flange.
When producing the flange, the piston 25 is held in surrounding matrices 18 'and 19' (FIG. 9), and a multi-part core 29 is inserted into the piston. The matrices 18 'and 19' shown differ somewhat from the matrices 18 and 19, but a single pair r of matrices could also be used for both work processes. The core 29 shown in detail in FIG. 11 consists of a central part 30, two side parts 31 and four corner pieces 32 which fit together in such a way that they form an outer surface which corresponds to the desired inner surface of the piston.
Each corner piece 32 has a recess 33 for receiving the piston pin bosses 27. The central part 30 has a shaft 34 with a thickened head 35, and each of the parts 31 and 32 has a leg 36. The legs all fit around the shaft 34 , and their outer ends rest against the inner surface of the head 35 in order to prevent a displacement of the parts 31 and 32 relative to the central part 30.
Each of the parts 31 and 32 also has a shoulder 37 and a groove 38 so that the assembled core has an annular shoulder and an annular groove.
The middle part 30 is tapered in such a way that its sides converge towards the end facing away from the head 35 in order to cause a locating core of the core parts at the beginning of the withdrawal movement of the middle part 30.
Each of the side and corner pieces 31 and 32 has tightening on the surfaces touching the inner surface of the piston and the journal eyes, so that by a lateral movement of the side or. Corner piece the same is released from all surfaces of the piston cavity with which it is in contact.
After the core is in position, a plunger 39 is driven against the end of the piston skirt 26 in order to compress it into the annular groove 38 on the core 39. The press piston'39 has a cylindrical recess 40 for receiving the head 35 and the united legs 36 of the core 29, as well as a protruding ring 41, which penetrate into the recess of the surrounding die and compress the end of the piston skirt 26 inward and sit on the Can support ring shoulder 37 of the core. During the inward movement of the plunger 39, the ring 41 engages the end of the jacket 26 and compresses it into the groove 38 (FIG. 10), so that an inwardly projecting annular flange 43 is formed.
The ring 41 is then supported. the shoulder 37, and at the same time the bottom wall 42 of the recess 40 on the head 35.
The plunger 39 is then withdrawn and the core and die are removed from the finished piston. To this end, the lock holding the die halves 18 'and 19' together can first be loosened in order to reduce the pressure prevailing between the core and the die. The central core member 30 is then preferably pulled away from the piston in the axial direction, which is facilitated by the tapered design of this member, thanks to which in the first part of the movement of the member 30 the core parts are completely detached from one another.
Both side parts 31 are then moved laterally radially to the piston into the central space freed by the removal of the member 30 until the recess 38 exposes the flange 43 upset on the piston, whereupon they are pulled out in the axial direction of the piston. The corner pieces 32 are then moved away from the piston walls and the piston pin eyes by an oscillating and sliding movement, so that their entire surface simultaneously comes out of contact with the piston walls, whereupon they are pulled out of the piston.
The lateral movement of the side and corner pieces is facilitated by the arrangement of their surfaces in contact with the wall of the bulbs, in that the edges between the jacket and the base and the flange 43 are rounded, as shown.
As can be seen from the above, the piston 39 interacting with the divided core 29 has an annular working surface 41 which surrounds a shaft part 34, 36 of the core.
After the core parts have been removed, the die halves 18 ′ and 19 ′ are separated, and. the piston is removed. It then has the shape according to FIGS. 1 to 3 with inwardly directed flange 43 at the open end of the jacket. This flange could, however, also be subdivided and arranged at any distance from the open piston end. The piston is now ready for finishing, in which the annular grooves 44 are cut into the ground.
During the separation of the core and die parts from the piston, any seizing or sticking that could occur due to cooling and contraction of the piston when the upsetting of the flange is performed on the heated workpiece, or that could be caused by the pressure of the plunger, can easily can be remedied with little or no risk of breaking or damaging the piston, since the machined piston structure has a considerably higher breaking strength than a cast.
This enables greater force to be exerted on the core parts for the purpose of removing them from the piston, requires less skill and care for manufacturing and minimizes the loss of products through breakage or damage. Furthermore,. If the piston is heated before the flange pressing, less pressure is developed against the core through shrinkage of the piston than in the case of casting, since the temperature of the metal during upsetting is below the solidification point, so that the temperature drop during upsetting is only slight .
If desired, the piston pin bosses can be partially separated from the piston crown in order to reduce the weight of the piston somewhat. In this case, the first upsetting according to FIGS. 7 and 8 is carried out with a somewhat smaller amount of metal, and the eyes 27 are relatively short in the axial direction (FIG. 12). The. The piston is then placed in the surrounding die 18 ', 19' and a core 29 'is assembled therein. This differs from the core 29 in FIG. 10 in that its side parts have projections 45 below the depressions 33 ′ for receiving the eyes, which create the spaces 46 in the piston between the eyes and the base.
The piston 39 is driven into the die and the metal is forced to flow into the eye sockets 33 '(FIG. 13). The piston produced in this way (FIG. 6) differs from that according to FIGS. 1 to 3 in that the eyes 27 ′ are partially separated from the head by the spaces 46. Of course, the eyes can be formed in this way with or without ramming the flange 43 at the open end of the shell.
The core 29 ′ is preferably divided into seven parts corresponding to the parts of the core 29 in order to form a flange 43.
However, if this type of eye is made without the flange, there is no need to divide the core into so many pieces and any arrangement can be used that allows the core to be removed. In this embodiment, the inner surface of the piston head is preferably somewhat concave in order to achieve a greater divergence between the inner surfaces of the head and the flange and to enable the core parts to be removed directly away from the eyes.
A device for forming the flange 43 in a different manner is shown in FIGS. 14-17. An annular groove 50 is provided in the split die 18, 19 next to its open end and has substantially straight sides 13 and 14 at right angles to one another. When the plunger 20 is working, part of the metal of the blank 15 is outwardly along the surface driven of the die to fill the groove 50 and form an outer annular shoulder 51 at the open end of the piston. The cylindrical front part 21 of the plunger ends in a ring shoulder 52, which is perpendicular to the axis of the plunger, as shown, but it can also be conical in order to form an end surface 53 on the piston at right angles to the outer wall of the shoulder 51.
The plunger is then withdrawn and the plunger removed from the die.
The inner surface of the piston is then provided with a groove 54 by machining, so that the shoulder 51 has the same wall thickness everywhere, as FIG. 16 shows. If the plunger has an abutment shoulder 52 perpendicular to the plunger axis (FIGS. 14 and 15), the conical end f! Surface 53 is preferably formed by machining or the like.
A split core 55 (Fig. 17) is then assembled into the piston. This core expediently has seven parts. a Mittelstüok 56 and six to this ver divided side parts 57, the outer surfaces of which are partially applied to the inner surface of the piston. The end of the core is pressurized by a press and the piston is driven through an opening 58 in a die 59. This lets the head and the cylindrical part of the piston skirt through, but compresses the shoulder 51 inward, the piston skirt being given the same diameter everywhere and at the same time the desired inwardly projecting annular flange 43 is formed at the open end of the piston.
All of these upsets can be carried out when the metal is heated to temperatures between about 425 and about 515 for most aluminum alloys, i.e. at any temperature between the usual forging temperature and the melting point of the most fusible eutectic in the alloys used here. The usual forging temperature is usually the highest temperature that can be safely used without the risk of destroying the forging. Since the compression described takes place in an enclosing die, there is little risk of destruction of the metal and higher temperatures can be used.
The wide range of permissible temperatures avoids the need to precisely regulate the preheating of the metal. Preferably, however, the upsetting of the flange is carried out when the piston is cold, which saves time and money for maintaining a high temperature and also avoids the shrinkage against the core which occurs when the temperature is lowered during work. Under certain conditions, the first upsetting can also be carried out on a cold blank, which avoids shrinkage of the metal and a finer-grain structure is achieved due to the cold working of the metal.
Cold working also increases the hardness of the metal somewhat and avoids any cooling shrinkage of the metal against the parts of the core or plunger. For most alloys, the flange can be formed using any of the methods described while the piston is cold, but some alloys are too hard to allow the initial upsetting process comfortably when the metal is cold. If the material is too hard for cold machining and the shrinkage during machining is sufficient to cause it to jam against the core or plunger, then these parts can be heated sufficiently to reduce the tendency to jam.
The flow of the metal in the various upsets destroys the eutectic network of the cast alloy and mixes it into the excess material, comminutes and refines the grains of the metal and presses the grains closer together, greatly increasing the breaking strength and elongation strength and achieving a healthy, tightly grained coat structure.
The piston crown essentially retains the original cast structure. The Kol benboden has a fine crystalline or granular structure with a network of eutectic, which essentially envelops the excess material, and without any well-defined grain direction. This is a very advantageous structure for the piston crown, since the material surrounding the ring grooves 44 must be sufficiently hard and rigid to prevent deformation or damage to the piston grooves and to provide a good bearing surface for the rings.
The use of certain alloys for manufacturing by upsetting or pressing can give the workpiece unexpected properties. Workpieces with large differences in cross-section can only be cast very successfully from silicon-rich alloys. In the above-described method of manufacture from such alloys, it has been shown that pistons of consistently identical shape and satisfactory hardness and unusual breaking strength and elongation, especially of the jacket, where these properties are most desirable.
An alloy with about 0.83% copper, about 0.37% iron, about 11. 80% silicon and about 0.97% magnesium results in a piston of the type described which, in the heat-treated state, has a Brinell hardness of 129, an average breaking strength of 3808 kg / cme and an average elongation of 5.26% on test pieces cut from the piston. However, the average elongation of the jacket alone was 7.9%.
A similar alloy with about 0.03% copper, about 0.64% iron, about 11.60% silicon, about 0.89% magnesium, and about 0.15% titanium results in a piston that, when heat-treated, has a Brinell hardness of 11 7, has an average breaking strength of 3506 kglem2 and an average elongation of 3.3%. In this case, the elongation of the jacket is 6.7%, that is to say more than twice the average percentage of the elongation in the entire piston.
An alloy with a little less silicon and with a little nickel results in a piston which, when heat-treated, has a Brinell hardness of 129, a breaking strength of 3592 kg / cm2 and an average elongation of 2.2%. Such an alloy contains, for example, 0.85% copper, 0.76% iron, 11.36% silicon, 0.93% magnesium, 0.94% nickel and 0.13% titanium.
Another alloy, which contains a considerably higher percentage of pure aluminum, also gives very satisfactory results. Pistons made of an alloy of this type with about 0.02% copper, 0.50% iron, 1.00% silicon and 1.15% magnesium have an average breaking strength of 3111 kg / cm2 and an average elongation of 5 in the heat-treated state, 93% and a Brinell hardness of 107.
It is also possible to manufacture pistons with these desirable physical properties from many other types of alloys. Alloys with up to about 14% silicon are slightly compressible, as are alloys with a significantly higher copper content than the above. From an aluminum alloy with 4 to 5% copper, about 0.75% magnesium and about 0.75% silicon, pistons were compressed, which have a hard and healthy structure and considerably higher breaking strength and elongation in the jacket than can be achieved by casting.
Another alloy with copper, nickel and magnesium has also given very satisfactory results. For example, it contains about 4% copper, about 2% nickel and about 1.5% magnesium. Zinc alloys are also well suited for upsetting treatment, for example an alloy with about 10% zinc, about 0.4% magnesium, about 0.8% manganese and about 1%: Supfer.
Another alloy containing about 98.4% pure aluminum, about 0.6% magnesium, and about 1% silicon was also conveniently upset into useful pistons.
Magnesium-rich alloys can also be used, which make up
Let produce pistons that are in some ways better than pistons made of aluminum-rich alloys. A readily compressible alloy contained mainly magnesium and, for example, about 4% aluminum and 0.4% manganese.
After the pistons have been completed, but preferably before the final machining, they can be subjected to a heat treatment in the usual way in order to improve the physical properties of the metal even more. In the case of a known alloy, the heat treatment consists of heating the objects to around 515 for at least two hours, followed by quenching and subsequent heating to around 170 for 8 to 12 hours. During the high-temperature treatment, the brittle alloy components are dissolved, and the composite treatment allows the metal to achieve its maximum hardness, breaking strength and elongation.
During the heat treatment, a grain enlargement tends to occur where there is a considerable difference in the sizes of neighboring grains. The initial upsetting process, however, refines the horn of the metal essentially uniformly through the entire jacket and with gradual change where the degree of processing changes when the thicker bottom parts are approached, so that there is a considerable difference in the size of the horn and corresponding excessive grain enlargement the heat treatment is avoided.
The above shows that sols produced in this way show considerable advantages over customary cast pistons, regardless of their composition, and that the stretched structure of the shell shell using suitable alloys results in a piston which in many respects provides the best quenching properties. cast piston is superior.