CH357950A - Process for the production of composite bodies consisting of aluminum and sintered aluminum - Google Patents

Process for the production of composite bodies consisting of aluminum and sintered aluminum

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CH357950A
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Hug Hans
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Aluminium Ind Ag
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23PMETAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; COMBINED OPERATIONS; UNIVERSAL MACHINE TOOLS
    • B23P15/00Making specific metal objects by operations not covered by a single other subclass or a group in this subclass
    • B23P15/10Making specific metal objects by operations not covered by a single other subclass or a group in this subclass pistons

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)
  • Forging (AREA)

Description

  

  Verfahren zur Herstellung von aus Aluminium und Sinteraluminium bestehenden  Verbundkörpern    Es ist oft erwünscht, über Verbundkörper ver  fügen zu können, die zum Teil aus Aluminium kon  ventioneller Herstellungsweise (als Metall oder Legie  rung) und zum Teil aus Sinteraluminium bestehen.  Dies kommt insbesondere bei     Leichtmetallkolben    vor.  Solche Kolben werden im Betrieb hohen Temperatu  ren ausgesetzt und deshalb vorzugsweise aus hitze  beständigen     Speziallegierungen    hergestellt. Als beson  ders warmfester Werkstoff hat sich das Sinteralumi  nium erwiesen. Dieses Material wird auf pulvermetal  lurgischem Weg hergestellt und ist deshalb ziemlich  teurer als geknetete oder gegossene Aluminiumwerk  stoffe.

   Aus wirtschaftlichen Gründen muss deshalb oft  auf die Fertigung von Aluminiumkolben verzichtet  werden, die ganz aus Sinteraluminium bestehen. Um  jedoch von der hohen Warmfestigkeit des Sinteralu  miniums Nutzen zu ziehen, wurde bereits vorgeschla  gen und versucht, nur die am meisten auf     Wärme     beanspruchten Teile der Kolben, nämlich den Kol  benboden und die Kolbenringzone, teilweise oder  ganz aus Sinteraluminium und die übrigen Teile des  Kolbens aus einer gekneteten oder gegossenen Alu  miniumlegierung herzustellen. Zu diesem Zweck hat  man zum Beispiel Einsätze aus Sinteraluminium ein  gegossen oder eingepresst.  



  Es hat sich in der Praxis gezeigt, dass es sehr  schwierig ist, nach den erwähnten Verfahren eine  innige und einwandfreie Verbindung zwischen dem  Sinteraluminium und dem übrigen Teil des Kolbens  zu erzeugen.  



  Die vorliegende Erfindung soll nun die Mängel  der bekannten Arbeitsweisen beheben. Sie     betrifft     ein Verfahren zur Herstellung von Verbundkörpern  aus Aluminium und Sinteraluminium, wobei unter  dem Begriff Aluminium sowohl das Metall als auch    die Aluminiumlegierungen im gekneteten oder gegos  senen Zustand zu verstehen sind.  



  Erfindungsgemäss wird auf ein Aluminiumstück  Aluminiumpulver kalt aufgepresst, das gewonnene  Verbundstück dann aufgeheizt und einem Sinterpres  sen in der Wärme unterworfen.  



  Das Kaltpressen wird vorzugsweise in einem Ge  senk ausgeführt, in dessen Matrize zuerst das Alu  miniumstück richtig angeordnet und das Aluminium  pulver anschliessend aufgefüllt wird. Als Aluminium  pulver wird zweckmässigerweise ein blättchenförmiges  Pulver verwendet, das ein Aluminiumoxydgehalt von  mindestens 6 0/o und ein Gesamtfettgehalt von weni  ger als 0,3 0/o aufweist und zum Beispiel nach dem im  Schweizer Patent Nr. 307704 beschriebenen Verfah  ren hergestellt ist. Das Aluminiumoxyd entsteht  hauptsächlich während des Mahlens durch Oxydation  der Pulverteilchen     und    wird nicht als Aluminiumoxyd  pulver dem Aluminiumpulver zugesetzt.  



  Die Zeichnungen zeigen als Ausführungsbeispiel  verschiedene Stufen des     erfindungsgemässen    Verfah  rens.  



  Die Fig. 1 und 2 zeigen das Kaltpressen eines vol  len Presslings in einem Gesenk vor und nach dem  Pressen.  



  Die Fig. 3 zeigt einen aus dem nach Fig. 1 und 2       erzeugten        Pressling    hergestellten Kolben.  



  Die     Fig.4    und 5 zeigen das Kaltpressen eines       ringförmigen        Presslings    vor und nach dem Pressen.  In die zylindrische Matrize 1 eines     Gesenkes          (Fig.    1 und 2) wird ein vorbereitetes Stück 2 aus Alu  miniumlegierung eingeführt und darauf die ge  wünschte Menge Aluminiumpulver 3 eingefüllt. Der  Stempel 4 presst bei     gewöhnlicher    Temperatur das  Pulver zu einem     Pressling    5     zusammen,    der dabei mit      dem Aluminiumstück 2 bereits verbunden wird. Die  ses Kaltpressen erfolgt beispielsweise unter einem  Druck von 1 bis 4 t/cm2.

   Das abgebildete Aluminium  stück weist einen ringförmigen     Vorsprung    auf. Es ist  aber auch möglich, ein Stück zu verwenden, dessen  Verbindungsfläche anders gestaltete Unebenheiten  aufweist oder auch flach ist.  



  Der erzeugte Verbundkörper wird dann in eine       Aluminiumfolie    eingehüllt, in     einem    Ofen langsam  auf hohe Temperatur     erhitzt    und anschliessend unter  höherem Druck, z. B. von 5-8 t/cm2, in der Wärme  sintergepresst. Dadurch entsteht die gewünschte Sin  terstruktur sowie eine innige Verbindung zwischen  dem     gesinterten    und dem übrigen Teil.  



  Es kann darauf noch ein Schmieden zur Erzeu  gung eines Formkörpers, z. B. des in Fig. 3 abgebil  deten Kolbens, vorgenommen werden. Dieser Kolben  weist eine Zone. 6 aus     einer        Aluminiumlegierung    und  eine Zone 7 aus     gesintertem        Aluminium    auf. Das  Schmieden bewirkt noch ein Kneten des ganzen Kör  pers und erhöht insbesondere die Dehnung des Sinter  materials.  



  Die Fig. 4 und 5 zeigen, wies ein ringförmiger,  gesinterter Teil auf einem     Grundkörper    aufgebracht  werden kann. Auf das entsprechend vorbereitete, in  die Matrize 1 gelegte Aluminiumstück 8 mit Vor  sprung 9 wird ein Aufsatz 10 gestellt und das Pulver  11 um diesen Aufsatz herum eingefüllt. Das Kaltpres  sen     erfolgt    dann     mit    Hilfe eines Hohlstempels 12, und  es wird ein ringförmiger, mit dem Aluminiumstück  verbundener Kaltpressling 13 erzeugt. Aus dem ge  wonnenen Verbundkörper lässt sich durch Schmieden  ein roher Kolben herstellen, dessen Kolbenringzone  aus     gesintertem    Aluminium besteht.  



  In den erwähnten Beispielen wird das Schmieden  anschliessend an das Sinterpressen vorgenommen. Es  wäre aber auch möglich, das Schmieden     zusammen     mit dem Sinterpressen in einem einzigen Arbeitsgang  durchzuführen.  



  Für die Herstellung des gesinterten Teiles gelten  im allgemeinen die Arbeitsvorschriften, die bei der  Herstellung von Aluminium-Sinterstücken üblich sind,  unter der Voraussetzung jedoch, dass auf die Eigen-    schaften des Werkstoffes des Aluminiumstückes Rück  sicht genommen wird. Wenn zum Beispiel Sinteralu  minium mit einer Aluminiumlegierung verbunden wer  den muss, soll die Glüh- und die Sintertemperatur un  terhalb des Soliduspunktes der Legierung bleiben.  



  Nicht nur das Gesenkschmieden kann für die Her  stellung des verbundenen Kaltpresslings angewandt  werden, sondern jedes andere Verfahren, bei welchem  ein genügender Druck ausgeübt wird.



  Process for the production of composite bodies made of aluminum and sintered aluminum It is often desirable to be able to add composite bodies that are partly made of aluminum conventionally manufactured (as metal or alloy) and partly made of sintered aluminum. This occurs particularly with light metal pistons. Such pistons are exposed to high temperatures during operation and are therefore preferably made of heat-resistant special alloys. Sintered aluminum has proven to be a particularly heat-resistant material. This material is made in a powder-metal lurgical way and is therefore quite more expensive than kneaded or cast aluminum materials.

   For economic reasons, it is therefore often necessary to dispense with the production of aluminum pistons that consist entirely of sintered aluminum. However, in order to benefit from the high heat resistance of Sinteralu minium, it has already been proposed and attempts have been made to use only the parts of the piston that are most exposed to heat, namely the piston bottom and the piston ring zone, made partially or entirely of sintered aluminum and the remaining parts of the piston from a kneaded or cast aluminum alloy. For this purpose, sintered aluminum inserts have been cast or pressed in, for example.



  It has been shown in practice that it is very difficult to produce an intimate and perfect connection between the sintered aluminum and the rest of the piston using the methods mentioned.



  The present invention is now intended to remedy the shortcomings of the known modes of operation. It relates to a process for the production of composite bodies made of aluminum and sintered aluminum, the term aluminum being understood to mean both the metal and the aluminum alloys in the kneaded or cast state.



  According to the invention, aluminum powder is cold pressed onto an aluminum piece, the composite piece obtained is then heated and subjected to a hot sintering.



  The cold pressing is preferably carried out in a sink, in the die of which the aluminum piece is first placed correctly and the aluminum powder is then filled up. The aluminum powder used is suitably a flaky powder which has an aluminum oxide content of at least 6% and a total fat content of less than 0.3% and is produced, for example, according to the method described in Swiss Patent No. 307704. The aluminum oxide is mainly produced during the grinding process through oxidation of the powder particles and is not added to the aluminum powder as aluminum oxide powder.



  As an exemplary embodiment, the drawings show various stages of the process according to the invention.



  1 and 2 show the cold pressing of a vol len compact in a die before and after pressing.



  3 shows a piston produced from the compact produced according to FIGS. 1 and 2.



  4 and 5 show the cold pressing of an annular compact before and after pressing. In the cylindrical die 1 of a die (Fig. 1 and 2), a prepared piece 2 made of aluminum is introduced minium alloy and then the desired amount of aluminum powder 3 is filled. The punch 4 presses the powder together at normal temperature to form a compact 5, which is already connected to the aluminum piece 2. This cold pressing takes place, for example, under a pressure of 1 to 4 t / cm2.

   The aluminum piece shown has an annular projection. However, it is also possible to use a piece whose connecting surface has differently designed bumps or is flat.



  The composite body produced is then wrapped in an aluminum foil, slowly heated to high temperature in an oven and then under higher pressure, e.g. B. from 5-8 t / cm2, sinter-pressed in the heat. This creates the desired sinter structure and an intimate connection between the sintered and the remaining part.



  It can still be a forging to Erzeu supply of a molded body, for. B. the piston in Fig. 3 abil ended, are made. This piston has a zone. 6 made of an aluminum alloy and a zone 7 made of sintered aluminum. The forging also kneads the whole body and in particular increases the elongation of the sintered material.



  FIGS. 4 and 5 show how an annular, sintered part can be applied to a base body. On the appropriately prepared, placed in the die 1 aluminum piece 8 with a jump 9 before an attachment 10 is placed and the powder 11 is filled around this attachment. The cold pressing then takes place with the aid of a hollow punch 12, and an annular cold pressing 13 connected to the aluminum piece is produced. The composite body obtained can be forged to produce a raw piston with a piston ring zone made of sintered aluminum.



  In the examples mentioned, forging is carried out after sintering. But it would also be possible to carry out the forging together with the sinter pressing in a single operation.



  For the production of the sintered part, the work instructions that are customary for the production of aluminum sintered pieces generally apply, provided that the properties of the material of the aluminum piece are taken into account. If, for example, sintered aluminum has to be combined with an aluminum alloy, the annealing and sintering temperatures should remain below the solidus point of the alloy.



  Not only die forging can be used for the manufacture of the connected cold pressed part, but any other method in which sufficient pressure is exerted.

 

Claims (1)

PATENTANSPRUCH Verfahren zur Herstellung von aus Aluminium und Sinteraluminium bestehenden Verbundkörpern, dadurch gekennzeichnet, dass Aluminiumpulver auf ein Aluminiumstück kaltverpresst wird und das ge wonnene Verbundstück dann aufgeheizt und einem Sinterpressen in der Wärme unterworfen wird. UNTERANSPRÜCHE 1. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch ge kennzeichnet, dass als Aluminiumpulver ein blättchen- förmiges Pulver mit einem Oxydgehalt von minde stens 6 /o- und ein Gesamtfettgehalt von weniger als 0,3 % verwendet wird. 2. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch ge kennzeichnet, dass das Kaltpressen in einem Gesenk erfolgt. PATENT CLAIM Process for the production of composite bodies made of aluminum and sintered aluminum, characterized in that aluminum powder is cold-pressed onto an aluminum piece and the composite piece obtained is then heated and subjected to hot sintering. SUBClaims 1. The method according to claim, characterized in that a flake-form powder with an oxide content of at least 6 / o and a total fat content of less than 0.3% is used as aluminum powder. 2. The method according to claim, characterized in that the cold pressing takes place in a die. 3. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch ge kennzeichnet, dass zwecks Vergrösserung der Verbin dungsfläche das Aluminiumstück mit Rinnen ver sehen ist, in welche ein Teil des Pulvers eingepresst wird. 4. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch ge kennzeichnet, dass zwecks Vergrösserung der Verbin dungsfläche das Aluminiumstück mit Vorsprüngen versehen ist, die in den Sinterteil hineinragen. 5. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch ge kennzeichnet, dass nach dem Sinterpressen in der Wärme der Verbundkörper geschmiedet wird. 6. 3. The method according to claim, characterized in that for the purpose of enlarging the connec tion area, the aluminum piece with grooves is seen ver, into which part of the powder is pressed. 4. The method according to claim, characterized in that, in order to enlarge the connec tion area, the aluminum piece is provided with projections which protrude into the sintered part. 5. The method according to claim, characterized in that the composite body is forged after the sintering in the heat. 6th Verfahren nach Patentanspruch, dadurch ge kennzeichnet, dass das Sinterpressen in der Wärme und das Schmieden gleichzeitig in einem Arbeitsgang durchgeführt werden. Method according to claim, characterized in that the hot sintering and the forging are carried out simultaneously in one operation.
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