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.