DD154726A1 - Verfahren zum partiellen umschmelzverdeln an kolben - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur partiellen Umschmelzveredlung von Kolben fuer Kraft-u. Arbeitsmaschinen. Ziel der Erfindung ist die Erhoehung der Gebrauchswerteigenschaften von Einmetallkolben aus Al-Si-Legierungen. Dieses wird durch die erfindungsgemaesse Loesung in der Form erreicht, dass eine Aufheizung mittels Gas- bzw. Plasmastrahl oder durch induktive Methoden oberhalb 500 Grad C in den Bereichen der Kolbenringnuten, des Kolbenbodens, der Brennraumkonturen und in der Kolbenbolzennabenbohrung ein schmelzfluessiger Zustand erfolgt. Durch eine gezielte Abkuehlung erfolgt eine Ausscheidungshaertung und Kornverfeinerung.

Description

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Titel der Erfindung

Verfahren zum partiellen Umschmelzveredeln an Kolben

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur partiellen Umschmelzveredelung von Kolben für Kraft- und Arbeitsmaschinen.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Es ist bekannt, daß zur Erzielung besserer Gebrauchswerteigenschaf tenj insbesondere bei Kolben von Kraft- und Arbeitsmaschinen, Maßnahmen getroffen werden, die eine Verlängerung der Grenznutzungsdauer gewähren lassen. Übliche Methoden dazu sind der Einsatz von Ringträgern im Bereich der ersten Kolbenringnuten und Verfahren zur Verfestigung derselben, wie Schmelzvorgänge mittels Elektronenstrahl mit und ohne Zuführung von Legierungswerkstoffen.

Pur die Erhöhung der Gebrauchswerteigenschaften am Kolbenboden sind Verfahren bekannt, die das Eingießen, Umgießen von Brennraumeinsätzen und die Oberflächenbehandlung mittels chemischer Methoden sowie andere Verfahren, zum Beispiel Keramikbeschichtungsn, beinhalten.

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In der Patentliteratur, USA ES Nr. 3 014 771, sind Verfahren beschrieben, die eine Verlängerung der Grenznutzungsdauer mittels zulegierter metallischer Phaaen im Bereich der Kolbenringnuten beinhalten. Bei diesen Verfahren wird in eine aufgestochene Kolben» ringnut ein Bindemittel aus ITickelaluminiden aufgesprüht und anschließend nichtrostender Stahl aufgeschmolzen. Dabei besteht der Nachteil, daß infolge der unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten von Stahl und Grundlegierung Riss© auftreten, die sum vorzeitigen Ausfall der Kolben führen können. In der DDR-PS Nr. 215 8Ο5 wird ein Verfahren für einen ringträgerlosen Kolben beschrieben, bei dem die Aufschiaelzung im Bereich der ersten Kolbenringnut mittels eines vorzugsweise pulsierenden Elektronenstrahls örtlich erhitzt wird und anschließend einer beeinflußbaren Abkühlung unterworfen ist. Dieses Verfahren bedingt eine aufwendige Apparatur zur Erzeugung des Elektronenstrahls.

Ziel der Erfindung

Durch die Erfindung sind die Gebrauchswerteigenschaften von Einmetallkolben zu erhöhen, ohne den aufwendigen technologischen Prozeß des Alferierens von Ringträgern; der Anwendung von Ringträgern und die Verwendung aufwendiger Apparaturen zur Erzeugung von Elektronenstrahlen in Anspruch nehmen zu müssen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu entwickeln, welches eine partielle Umschmelzveredelung und eine gezielte Ausscheidungshärtung an verschleiß- bzw. thermischbeansprachten Kolbenteilen, wie ersten Kolbenringnuten, Kolbenboden und Kolbenbolzennabenbohrung ermöglicht.

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Erfindungsgemäß wird durch eine Aufheizung oberhalb 500° 0 in einem definierten Kolbenbereich ein Schmelzflüssiger Zustand erzeugt und durch eine gezielte Abkühlung eine Ausscheidungshärtung und Kornverfeinerung hervorgerufen, die den Yerschleißwiderstand des Kolbenmaterials erhöht.

Die Aufheizung wird durch eine Wärmeenergiezufuhr mittels Gasstrahl, Plasmastrahl oder induktiver Methoden ohne Zusatzwerkstoff vorgenommen und der Effekt der Umschmelzveredelung und Kornverfeinerung erfolgt ohne zusätzliche Legierungskomponenten. Die Aufheizung erfolgt bis zum schmelzflüssigen Bereich, wobei vorzugsweise der Kolben in einer Vorrichtung bzw. die Wärmeenergiezuführung um den Kolben rotiert. ITach Erreichung der schmelzflussigen Phase itfird der Erstarrungs- und Abkühlungsprozeß durch zusätzliche Kühlmedien so gesteuert, daß eine Ausscheidungshärtung und Kornverfeinerung eintritt. Die Wärmeenergiezuführung soll in den Bereichen der Kolbenringnuten, Kolbenboden, Brennraumkonturen und in der Kolbenbolzennabenbohrung erfolgen. Eine Voraussetzung für die Anwendung der erfindungsgemäßen Lösung ist die Beherrschung der infolge der örtlichen Erwärmungen am Kolbenrohling entstehenden Restspannungen. Zur Lösung dieser Problematik ist es erforderlich, nach dem Schmelzvorgang einen Vergütungsprozeß anzuschließen, der die Restspannungen an der Kolbenaußenfläche minimiert. Der VergutungsVorgang soll vorzugsweise aus einem Anlaßvorgang bei Temperaturen zwischen 150 - 300° Celsius bestehen.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.

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In der dazugehörigen Zeichnung wird der aus der Al-Si-Leg» bestehende Kolben 1 mittels eines induktiven Ringelementes 2 örtlich im Bereich der aufzuschmelzenden Kolbenringnuten 3 und/oder des Kolbenbodens 4 und Brennraumkonturen und/oder der Kolbenbolzennabenbohrung 5 erhitzt und durch eine gesteuerte Abkühlung mittels eines zuzuführenden Kühlmediums auf Raumtemperatur abgekühlt. Als Kühlmedium kann vorzugsweise Wasser bzw. Preßluft, abhängig vom zu erzielenden Temperaturgradienten, verwendet werden. Durch die Abkühlung werden im Grundgefüge im unmittelbaren Bereich Härtewerte erreicht, die zwischen 140 und 280 EB liegen. Durch .diese Kolbenhärtung und Kornverfeinerung werden die Verschleißeigenschaften., insbesondere an den Kolbenringnutenflanken verbessert. Am Kolbenboden führt diese Erscheinung zu einer größeren Resistenz gegenüber den thermischen Ermüdungsvorgängen des Kolbenwerkstoffes. Nach diesem Auf-» und Umschmelavorgang erfolgt der Vergüteprozeß vorzugsweise bei einer Warmauslagerung im Temperaturbereich von 150 - 300⁰O bei 6 - 2o h. Bach dieser Behandlung wird der Kolben der üblichen technologischen Fertigstellung unterzogen.

Durch die Anwendung der erfinderischen Lösung wird der Ringträger in Kolbenringnuten zum Wegfall kommen und durch die partielle Härtung und Kornverfeinerung eine Erhöhung der Grenznutzungsdauer erzielt. Die den bisherigen Lösungen anhaftenden technologischen und ökonomischen Nachteile, wie Zwischenschichten, intermetallische Phasen, Anwendung von Zusatzwerkstoffen, u.a. entfallen bei der Anwendung der erfinderischen Lösung. Gegenüber bekannten Einmetallkolben wird mit der Anwendung dieses Verfahrens eine wesentlich höhere Gebrauchswerteigenschaft erreicht.

Claims (1)

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   Patentanspruch

   Verfahren zur Herstellung von ringträgerfreien Kolben für Kraft- und Arbeitsmaschinen aus einer Leichtmetalllegierung, welche insbesondere über bessere Verschleißeigenschaften als herkömmliche Kolben aus Al-Si-Legierung verfügen, dadurch gekennzeichnet, daß durch eine gesteuerte Aufheizung in den Bereichen Kolbenringnuten, Kolbenboden, Kolbenbolzennabenbohrung oder Segmenten bis zu einer Temperatur oberhalb 5oo° C mittels einer Wärmeenergiezuführung, vorzugsweise einer induktiven Aufheisung mit ringförmiger Anordnung der Induktionsschleife um den Kolben in Höhe der Kolbenringnut und am Kolbenboden konzentrisch um einen innen liegenden Brennraum u.a. auch durch Gasstrahl, Plasmastrahl, Laserstrahl in einem Bereich des Kolbenbodens, der Kolbenbolzennabenbohrung und der Kolbenringnut in definierter Breite und Tiefe ein schmelzflüssiger Zustand eintritt und dieser durch eine gesielte Wärmeabfuhr mit einem hohen Temperaturgradienten eine Umschmelsveredelung und Kornverfeinerung hervorruft und zur Minimierung der durch den Aufheizprozeß bedingten Restspannungen ein Vergütungsprozeß durchgeführt wird₃ der vorzugsweise in einer Warmauslagerung in Temperaturbereichen von 15o - 3oo° 0 bei 6 - 2o h besteht, erfolgt.

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