DE10016187C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Wärmebehandlung von Gußteilen aus Aluminium,insbesondere von Zylinderköpfen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abschrecken eines Zylinderkopfs aus einer Aluminiumlegierung im Zuge einer Wärmebehandlung nach dem Oberbegriff der Ansprüche 1 und 2 sowie eine Abschreckvorrichtung nach dem Oberbegriff von Anspruch 8.

Zur Großserienproduktion von Gußteilen aus Aluminium, welche komplexe Hinterschneidungen aufweisen, kommen vielfach Gußverfahren mit verlorenen Formen, insbesondere Sandguß, zum Einsatz. Zur Ausformung der Hinterschneidungen werden Formkerne verwendet, welche aus einem Formsand mit einem Bindemittel bestehen. Nach dem Gießen werden die Formkerne durch Ausbrennen des Bindemittels zerstört, und der dadurch rieselfähig gewordene Kernsand wird entfernt. Auf diese Weise können Kanäle und Kavitäten beliebiger Form dargestellt werden.

Bestehen die Gußteile aus einer aushärtbaren Aluminiumlegierung, so können sie, wie z. B. in der DE 196 00 479 A1 beschrieben, nach dem Gießen einer Wärmebehandlung unterzogen werden, durch die die Festigkeit der Gußteile wesentlich erhöht werden kann. Dieses Aushärten erfolgt grundsätzlich in den drei Arbeitsgängen Lösungsglühen, Abschrecken, Auslagern. Zur Erzielung eines guten Härteergebnisses muß das Gußteil hierbei nach dem Lösungsglühen möglichst schnell abgekühlt werden, damit ein übersättigter Mischkristall entsteht, der die erforderliche Festigkeit hat.

Komplexe Gußteile mit Hinterschneidungen und ungleichförmigen Wanddicken (wie z. B. Zylinderköpfe) erfahren beim Abschrecken eine sehr ungleichförmige Abkühlung: Während die Außenbereiche beim Eintauchen des Gußteils in ein Abschreckmedium schnell abkühlen, erfolgt die Abkühlung der im Inneren liegenden Bereiche wesentlich langsamer. Daher wird in den Innenbereichen eine schlechtere Härtung erreicht als in den Außenbereichen; weiterhin entstehen im Inneren Zugspannungen, die sich sehr ungünstig auf die Stabilität des Gußteils auswirken können, insbesondere dann, wenn die im Inneren gelegenen Bereiche während des späteren Betriebes hohen Belastungen ausgesetzt sind.

Um die benötigte Heizenergie zu reduzieren und somit das Herstellungsverfahren des Gußteils möglichst kostengünstig und umweltfreundlich zu gestalten, ist es günstig, wenn das Lösungsglühen des Gußteils und die Wärmebehandlung zum Ausbrennen des Binders in demselben Schritt erfolgt. Ein solches Verfahren ist aus der US 4 411 709 bekannt: Das aus dem Gußkasten entnommene, von Sand umgebene Gußteil wird zunächst durch Vibrationen von dem umhüllenden Sandmantel befreit. Dann wird das Gußteil etwa 4 Stunden lang bei einer Temperatur von etwa 485°C geglüht. Dabei brennt der Binder im Sandkern aus, ein Teil des Formsands wird rieselfähig und kann aus dem Gußteil geschüttet werden. Ein Teil des Formsands bleibt jedoch im Inneren des Gußteils haften. Wird das Gußteil nun abgeschreckt, so verhindert dieser anhaftende Sand aufgrund seiner hohen Wärmekapazität ein schnelles Abkühlen des Innenraumes des Gußteils. Das Abkühlen wird weiter verlangsamt durch losen Formsand, der aufgrund der komplexen Geometrie der Innenkanäle nicht aus dem Gußteil hinausgeschüttet werden konnte. Während dieses Kombinationsverfahren aus Lösungsglühen und Entfernen des Formsandes also große Vorteile in bezug auf Kosteneinsparungen und Umweltfreundlichkeit mit sich bringt, führt der im Inneren verbleibende Formsand während des Abschreckens zu einer langsameren Abkühlung und somit zu wesentlich höhere Zugspannungen im inneren des Gußteils als bei einem zweistufigen Verfahren, bei dem das Gußteil erst vollständig vom Formsand befreit wird, bevor es einer Wärmebehandlung unterzogen wird.

Um der Problematik der allzu langsamen Abkühlung komplexer, evtl. sandgefüllter Gußteile im Abschreckbad zu begegnen, schlägt die DE 297 01 378 U1 vor, das Gußteil während des Abschreckens in einem Flüssigkeitsbad von einem fluiden Abschreckmedium gezielt durchströmen zu lassen; dadurch soll eine gleichförmigere Abkühlung des Gußteils erreicht werden. Durch das Eintauchen des Gußteils in das Fluidbad ermöglicht dieses Verfahren allerdings keine gezielte Abschreckung ausgewählter, im Inneren des Gußteils befindlicher Bereiche, sondern gewährleistet lediglich eine gleichmäßigere Abkühlung des gesamten Teils. Insbesondere ist das Verfahren nicht in der Lage, beim Abschrecken von Zylinderköpfen Zugspannungen in Innenbereichen bzw. brennraumnahen Bereichen zu eliminieren und weiterhin in der Umgebung solcher Bereiche stabilitätserhöhende Druckspannungen aufzubauen. Somit besteht nach wie vor ein großer Bedarf an einem Abschreckverfahren, mit Hilfe dessen sich im Innenbereich eines Zylinderkopfs gelegene - oder thermisch eng an das Innere des Zylinderkopfs angebundene - Bereiche schnell, effektiv und gezielt so abschrecken lassen, daß die Belastbarkeit dieser Bereiche durch Reduktion von Zugeigenspannungen bzw. Erzeugung von Druckeigenspannungen gezielt lokal erhöht wird.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Abschreckverfahren für einen Zylinderkopf aus einer Aluminiumlegierung zur Verfügung zu stellen, mit Hilfe dessen in ausgewählten Bereichen, die im späteren Betrieb besonders hohen Belastungen ausgesetzt sind, eine starke Reduktion der Zugeigenspannungen bzw. eine Erhöhung der Druckeigenspannungen erreicht werden kann. Weiterhin liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine geeignete Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens zu entwickeln.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 4 sowie durch die Merkmale des Anspruchs 10 gelöst.

Danach werden ausgewählte Bereiche des Zylinderkopfs vor dem vollständigen Eintauchen des Zylinderkopfs in das Abschreckbad selektiv und lokal vorgekühlt. Während dieser Vorkühlung kann sich der Zylinderkopf außerhalb des Abschreckbades befinden, oder er kann bereits teilweise in das Abschreckbad abgesenkt sein. Durch die Vorkühlung werden ausgewählte Bereiche - insbesondere die Brennräume und die Injektorbereiche, die im Betrieb besonders hohen thermischen und mechanischen Beanspruchungen ausgesetzt und daher reproduzierbar eine besonders hohe Festigkeit aufweisen müssen - zuerst gezielt abgeschreckt. Unter dem Einfluß des Abschreckmediums schrumpfen diese Bereiche; ihre Deformation erfolgt dabei verhältnismäßig unbehindert und ohne große Eigenspannungen, da die (nicht vorgekühlten) Nachbarbereiche aufgrund ihrer höheren Temperaturen und damit deutlich geringeren Festigkeiten dieser Schrumpfung nur eine geringe Gegenwirkung entgegensetzen. Wird der Zylinderkopf nach dieser lokalen Vorkühlung vollständig in das Abschreckbad eingetaucht, so werden in diesem Schritt auch die in der Nachbarschaft der vorgekühlten Bereiche gelegenen Nachbarbereiche abgeschreckt. Diese Nachbarbereiche erfahren dabei - je nach Umgebung - Zug- und/oder Druckspannungen; dies kann jedoch das Spannungsverhalten der bereits abgeschreckten, vorgekühlten Bereiche nicht mehr beeinflussen. Somit wird durch die Vorkühlung der Belastungsbereiche erreicht, daß diese Bereiche großenteils frei von Eigenspannungen sind.

Befinden sich die vorgekühlten Bereiche im Inneren des Zylinderkopfs, so führt das vollständige Eintauchen des Zylinderkopfs in das Abschreckbad zu Schrumpfungen in den Außenbereichen des Zylinderkopfs, welche Druck auf die im Vorfeld abgeschreckten Innenbereiche ausüben; hierdurch entstehen in der Umgebung der vorgekühlten Bereiche Druckspannungen, die die Belastbarkeit der betroffenen Bereiche weiter erhöhen.

Hierzu wird ein Abschreckmedium in den Brennraum und die ihn umgebenden Schächte, Kernlöcher bzw. Bereiche der Ölwanne gespritzt, um ein schnelles Abkühlen und Schrumpfen dieser Bereiche zu erreichen, bevor der gesamte bzw. der restliche Zylinderkopf abgeschreckt wird. Auf diese Weise entsteht im Brennraumbereich und seiner Umgebung eine weitgehend spannungsfreie bzw. mit Druckspannungen versehene Materialstruktur. Die Vorkühlung erfolgt dabei vorteilhafterweise mittels einer Abschreckvorrichtung, die Abschreckmedium auf ausgewählte Bereiche des Zylinderkopfs spritzt (siehe Anspruch 2).

Alternativ kann die Vorkühlung durch ein selektives brennraumseitiges Eintauchen des Zylinderkopfes in das Abschreckbad erfolgen (siehe Anspruch 3). In diesem Fall werden ebenfalls die Brennräume und ihre Umgebung lokal vor-abgeschreckt, bevor der restliche Zylinderkopf vollständig in das Abschreckmedium eingetaucht wird. Auch durch dieses Verfahren kann im Bereich der Brennräume eine spannungsarme Materialstruktur und somit eine hohe Festigkeit gegenüber betriebsbedingten Beanspruchungen erreicht werden.

Weiterhin kann die lokale Abschreckung bzw. Vorkühlung des Zylinderkopfs als Kombination der beiden obengenannten Verfahren durchgeführt werden, indem der Zylinderkopf partiell in das Abschreckbad eingetaucht wird (z. B. durch Eintauchen der Brennraumbodenplatte) und gleichzeitig mittels einer Abschreckvorrichtung in selektiven Bereich mit Abschreckmedium bespritzt wird.

Alternativ oder zusätzlich zu der oben beschriebenen selektiven Vorkühlung ausgewählter Bereiche des Zylinderkopfs vor dem Eintauchen in das Abschreckbad kann ein gezieltes Abschrecken erreicht werden, indem innerhalb des Abschreckbades selektive Bereiche auf dem Zylinderkopf mit einem im Vergleich zum Abschreckbad anders temperierten Medium selektiv angeströmt werden (siehe Anspruch 4). Dies ermöglicht eine gezielte lokale Erzeugung der gewünschten Spannungsverläufe im gesamten Bauteil.

Besondere Vorteile bringt das Verfahren für die Abschreckung von Zylinderköpfen, die durch Sandguß hergestellt wurden (siehe Anspruch 5) oder von Zylinderköpfen, die durch Kokillenguß mit einem Sandkern hergestellt wurden (siehe Anspruch 6). Selbst wenn die Zylinderköpfe vor der Wärmebehandlung nicht vollständig vom Kernsand befreit wurden, können mit Hilfe der selektiven lokalen Vorabschreckung Zylinderköpfe mit spannungsarmen und gut gehärteten Funktionalbereichen erzeugt werden. Dies ist insbesondere dann günstig, wenn - im Rahmen einer besonders kostengünstigen Kombination von Gieß- und Wärmebehandlungsverfahren - der ungeputzte Zylinderkopf direkt nach dem Gießen lösungsgeglüht wird (siehe Anspruch 7). Die Hitze während dieses Lösungsglühens führt zu einem Verbrennen des den Formsand stabilisierenden Binders, so daß der Kernsand (zumindest teilweise) rieselfähig wird. Wird der Zylinderkopf aus dem Wärmeofen entnommen, so sind die im Zylinderkopf vorgesehenen Kanäle und Kavitäten jedoch noch teilweise sandgefüllt. Während der selektiven Abschreckung wird ein Abschreckmedium auf die besonders belasteten Bereiche aufgespritzt, das diese Bereiche abschreckt und gleichzeitig den Kernsand aus diesen Bereichen herauswäscht. Dadurch erfolgt also einerseits eine schnelle selektive Kühlung der betroffenen Bereiche, andererseits eine Reduktion der Wärmekapazität durch die Entfernung des Formsandes aus diesen Zonen.

Alternativ kann der Zylinderkopf zunächst vom Kernsand befreit werden und dann einer Härtebehandlung unterzogen werden, im Rahmen derer der Zylinderkopf zunächst lösungsgeglüht wird, dann in den brennraumnahmen Bereichen, die im späteren Betriebe besonders hohen Belastungen ausgesetzt sind, selektiv abgeschreckt wird, und schließlich vollständig in ein Abschreckbad eingetaucht wird (siehe Anspruch 8). Dieses Verfahren empfiehlt sich insbesondere dann, wenn der Zylinderkopf so komplexe Kanäle enthält, daß ein Ausspülen des Formsandes mit Hilfe des Abschreckmediums im Rahmen der Vorkühlung schwierig ist, oder wenn vor der Wärmebehandlung aus Zugänglichkeitsgründen weitere Bohrungen etc. in das Bauteil eingebracht werden müssen, um ein lokales Abschrecken ausgewählter Bereiche im Bauteilinneren zu ermöglichen.

Zur Erzeugung teilkohärenter Ausscheidungen im Gußteil und somit einer weiteren Festigkeitserhöhung ist es weiterhin vorteilhaft, das Gußteil nach dem Abschrecken warmauszulagern (siehe Anspruch 9).

Zur lokalen und selektiven Abschreckung ausgewählter Bereiche im Inneren des Zylinderkopfs wird zweckmäßigerweise eine Abschreckvorrichtung verwendet, welche eine Kühllanze mit Düsen aufweist, durch die ein flüssiges Abschreckmedium gerichtet auf Oberflächen sowohl im Außenbereich als auch im Inneren des Zylinderkopfs gespritzt werden kann (siehe Anspruch 10). Ist der Kopf der Kühllanze geeignet gestaltet, so kann die Kühllanze zusätzlich zur mechanischen Entfernung festhaftenden Formsandes genutzt werden. Besonders günstig ist es, die Kühllanze als Bohrwerkzeug auszubilden, mit Hilfe dessen festhaftender Formsand gelöst oder eventuell auch weitere Bohrungen eingebracht werden können (siehe Anspruch 11).

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert; dabei zeigen:

Fig. 1 einen Ausschnitt eines gegossenen Zylinderkopfes . . .

Fig. 1a . . . von schräg oben;

Fig. 1b . . . von schräg unten;

Fig. 2 eine Schnittansicht durch einen gegossenen Zylinderkopf mit Kühllanze;

Fig. 1a und 1b zeigt als Beispiel eines komplexen Gußteils 1 einen unbearbeiteten, gegossenen Zylinderkopf 2 aus einer Aluminiumlegierung. Der Zylinderkopf 2 weist Brennräume 3 auf, in welche Schächte 4 zur Aufnahme von (nicht dargestellten) Einspritzdüsen sowie Aussparungen 5 zur Aufnahme von (nicht dargestellten) Vorglühkerzen münden. Zur Zuführung von Luft bzw. zur Ableitung der Verbrennungsrückstände sind Ein- und Auslaßkanäle 6 vorgesehen, die einerseits in Öffnungen 7 in der Wandung des Zylinderkopfs 2, andererseits in Öffnungen 8 in den Brennräumen 3 münden, und die im Zylinderkopf 2 gekrümmte Hohlräume 9 in Freiformgeometrie darstellen. Der Zylinderkopf 2 weist weiterhin Kühlwasserkanäle 10 auf, durch die während des Betriebs des Motors Kühlwasser zirkuliert. Die Kühlwasserkanäle 10 bilden ein System komplexer Hohlräume 9' im Inneren des Zylinderkopfs 2.

Der Zylinderkopf 2 wird mit Hilfe eines Sandgußverfahrens in einer Sandform hergestellt. Da insbesondere die Kühlwasserkanäle 10 und die Ein- und Auslaßkanäle 6 im Inneren des Zylinderkopfs 2 eine komplizierte Hohlraumstruktur 9, 9' darstellen, können sie nicht nachträglich (z. B. im Zuge einer spanenden Bearbeitung) in den Zylinderkopf 2 eingebracht werden, sondern müssen bereits während des Gießprozesses als Hohlräume 9, 9' vorgesehen werden. Um während des Gusses diese Kanäle 6, 10 von Gußstoff auszusparen, werden in die Gußform des Zylinderkopfs 2 Sandkerne eingelegt, deren geometrische Gestaltung den Kühlwasserkanälen 10 bzw. den Ein- und Auslaßkanälen 6 entspricht. Zur Positionierung und Stabilisierung der Sandkerne für die Kühlwasserkanäle 10 sind Kernlager 11 vorgesehen, im Bereich derer die Sandkerne in der Sandform fixiert werden.

Nach Abschluß des Gießprozesses wird der Zylinderkopf 2 aus der Sandform entnommen; die Sandkerne müssen nun aus dem Inneren des Zylinderkopfes 2 entfernt werden, um die Hohlräume 9, 9' zu schaffen. Zur Entfernung der Sandkerne werden der Zylinderkopf 2 einer Wärmebehandlung unterzogen, bei der der Zylinderkopf 2 für mehrere Stunden in einem Ofen aufgeheizt wird. Dabei zerfällt der die Sandkerne formstabilisierende Binder, so daß der Sand großenteils in einen rieselfähigen Zustand übergeht und über die Kernlager 11 bzw. über die Öffnungen 7, 8 der Hohlräume 9, 9' aus diesen hinausgeschüttet werden kann. Das Lösen des Formsandes kann jedoch nicht in allen Fällen sichergestellt werden, so daß in manchen Bereichen der Hohlräumen 9, 9' noch festgebackener Formsand verbleibt; weiterhin kann - in Abhängigkeit von der Komplexität der Hohlräume 9, 9' - nicht mit völliger Sicherheit gewährleistet werden, daß der bereits gelöste Sand durch bloßes Schütten vollständig aus dem Inneren des Zylinderkopfes 2 entfernt werden kann. Somit muß davon ausgegangen werden, daß auch nach dem Wärmebehandlung zur Lösung des Formsandes und dem anschließenden Ausschütten des gelösten Sandes noch ein gewisser Sandanteil in den Hohlräumen 9, 9' im Inneren des Zylinderkopfes 2 verbleibt.

Nach dieser ersten - formsandlösenden - Wärmebehandlung wird der Zylinderkopf 2 einer weiteren Wärmebehandlung unterzogen, die die Zielsetzung verfolgt, die Festigkeit des Zylinderkopfes 2 und insbesondere der Injektorbereiche 12 zu erhöhen, die im Betrieb besonders hohen Belastungen ausgesetzt sind. Im Rahmen dieser - festigkeitserhöhenden - Wärmebehandlung wird der Zylinderkopf 2 drei bis sechs Stunden lang bei einer Temperatur zwischen 450°C und 550°C lösungsgeglüht und dann abgeschreckt, indem er in ein Abschreckbad eines flüssigen Abschreckmediums - z. B. Wasser - getaucht wird. Beim Eintauchen in ein Abschreckbad erfahren jedoch - insbesondere bei einem so komplexen Gußteil 1 wie einem Zylinderkopf 2 - die im Inneren des Gußteils 1 liegenden Bereiche eine langsamere Abkühlung als die Außenbereiche, wodurch im Innenbereich des Gußteils 1 Zugspannungen entstehen. Im vorliegenden Fall des Zylinderkopfs 2 werden also beim Abkühlen z. B. im Innenbereich 13 der Schächte 4 Zugspannungen erzeugt, welche u. a. im Injektorbereich 12 eine geringere Festigkeit bedingen - in genau jenem Bereich also, dessen Festigkeit durch die Wärmebehandlung erhöht werden sollte. Dieser Effekt wird noch verschärft, wenn - wie oben beschrieben - Formsand in den Hohlräumen 9, 9' des Zylinderkopfs 2 verblieben ist; dieser Formsand erhöht die Wärmekapazität des Zylinderkopfes 2 und verlangsamt daher zusätzlich das Abkühlen des Inneren des Zylinderkopfs 2.

Um in einem ausgewählten, im Innenraum des Gußteils 1 befindlichen Belastungsbereich 14 - im vorliegenden Fall dem Injektorbereich 12 - trotz dieser Effekte dennoch eine gute Festigkeitserhöhung zu erreichen, wird dieser Belastungsbereich 14 vor dem vollständigen Eintauchen des Gußteils 1 in das Abschreckbad erfindungsgemäß selektiv vorgekühlt. Hierzu wird, wie in Fig. 2 schematisch dargestellt, vorzugsweise eine Abschreckvorrichtung 15 verwendet, die eine Kühllanze 16 aufweist, mit Hilfe derer ein flüssiges Abschreckmedium 1 7 auf den Belastungsbereich 14 bzw. seine Umgebung aufgespritzt wird. Dabei wird der betroffene Belastungsbereich gezielt abgeschreckt, wodurch die gewünschte Festigkeitserhöhung erreicht wird; weiterhin wird die lokale Temperatur in diesem Bereich 14 erniedrigt, was zu einer lokalen Schrumpfung des gekühlten Bereiches 14 führt. Beim Eintauchen des auf diese Weise lokal vorgekühlten Gußteils 1 in ein Abschreckbad werden auch die in der Umgebung des vorabgeschreckten Belastungsbereich 14 gelegenen Nachbarbereiche 18 abgeschreckt, schrumpfen und üben aufgrund dieses Schrumpfens Druck auf den Belastungsbereich 14 aus; hierdurch entstehen im Belastungsbereich 14 bzw. in seiner Umgebung Druckspannungen, welche die Festigkeit des Belastungsbereiches 14 weiter erhöhen. Um ein möglichst gleichmäßiges Abkühlen des Gußteils 1 im Abschreckbad zu erreichen, ist es zweckmäßig, das Abschreckmedium mittels einer Pumpe um das Gußteil 1 herum zu zirkulieren. Nach dem Eintauchen des gesamten Gußteils 1 in das Abschreckbad ist es weiterhin günstig, das Gußteil 1 bei etwa 200°C warm auszulagern.

Die geometrische Form der Kühllanze 16 ist zweckmäßigerweise so gewählt, daß die Kühllanze 16 in ausgewählte Hohlräume 9" des Gußteils 1 - im vorliegenden Fall in den brennraumseitigen Bereich 19 des Schachts 4 - eingeführt werden kann, um im Inneren des Gußteils 1 gelegene Bereiche selektiv vorkühlen zu können. Im Beispiel des Zylinderkopfs 2 besteht die Kühllanze 16 aus einem schlanken Rohr 20, an dessen Spitze 24 sich mehrere Düsen 21 befinden. Die Kühllanze 16 wird brennraumseitig in den für die Aufnahme der Einspritzdüse vorgesehenen Schacht 4 eingeführt; über eine Zuführungsleitung 22 wird Abschreckmedium 17 in die Kühllanze 16 gepumpt und über die Düsen 21 auf die Wandung 23 des Injektorbereiches 12 gespritzt, welche dadurch abgeschreckt wird. Sollte der brennraumseitige Bereich 19 des Schachts 4 durch ungelöste Formsandreste verklebt sein, so müssen diese entfernt werden, bevor eine effektive Abschreckung des Injektorbereiches 12 erfolgen kann. Hierzu ist es zweckmäßig, die Spitze 24 der Kühllanze 16 als Bohrer 25 auszubilden, mit Hilfe dessen zunächst die Sandreste entfernt werden, bevor der Injektorbereich 14 durch Besprühung mit Abschreckmedium 17 durch die Düsen 21 vorabgeschreckt wird.

Um eine gleichzeitige Abschreckung aller Belastungsbereiche 14 des Zylinderkopfs 2 zu erreichen, ist es vorteilhaft, mehrere Kühllanzen 16 zu verwenden, die parallel und im Abstand der Schächte 4 zueinander angeordnet sind. Alternativ kann der Zylinderkopf 2 brennraumseitig in ein Abschreckbad getaucht werden, das nur die Unterseite des Zylinderkopfs 2 (und somit die Brennräume 3) benetzt und abschreckt, während der Rest des Zylinderkopfes 2 unbehandelt bleibt. Nach Erreichung dieser selektiven Abschreckung wird der gesamte Zylinderkopf 2 - wie oben beschrieben - in das Abschreckbad eingetaucht.

Neben der oben beschriebenen Wärmebehandlung des Gußteils 1 in zwei getrennten Prozessen, nämlich einer formsandlösenden Wärmebehandlung gefolgt von einer festigkeitserhöhenden Wärmebehandlung, ist es aus Kostengründen oftmals vorteilhaft, diese beiden Prozesse in einen einzigen zu integrieren, indem die formsandlösende Aufheizung des Gußteils 1 gleichzeitig zum Lösungsglühen des Gußteils 1 genutzt wird. In diesem Fall wird das Gußteil 1 für eine Zeit von drei bis sechs Stunden auf eine Temperatur zwischen 450°C und, 600°C aufgeheizt. Um danach ein effektives, schnelles Abschrecken des Gußteils 1 zu erreichen, ist es zweckmäßig, vor dem Absenken des Gußteils 1 in ein Abschreckbad den in den Hohlräumen 9, 9', 9" des Gußteils 1 befindlichen, teilweise rieselfähigen Formsand zu entfernen, da dieser aufgrund seiner hohen Wärmekapazität die Abkühlung des Gußteils wesentlich verlangsamt. Dies kann mit der in Fig. 2 gezeigten, eine langgestreckte Kühllanze 16 aufweisenden Abschreckvorrichtung 15 erreicht werden, deren Spitze 24 als Bohrer 25 ausgebildet ist: Nach dem Abschrecken des Injektorbereiches 12 durch Abschreckmittel, das über die Düsen 21 auf die Wandung 23 aufgespritzt wird, wird die Kühlmittelzufuhr abgeschaltet, und die Kühllanze 16 wird als Bohrer betrieben und tiefer in den Schacht 4 hineingeschoben. Falls im Schacht 4 Formsand vorhanden ist, wird er gelöst und kann nach unten hinausrieseln.

Zusätzlich kann mit Hilfe einer geeignet geformten Kühllanze 16 der in einem Hohlraum 9, 9', 9" befindliche rieselfähige Formsand durch den Strom des aufgespritzten Abschreckmediums aus dem Hohlraum 9, 9', 9" hinausgespült werden. Die selektive Abschreckung des Hohlraums 9, 9', 9" mit Hilfe der Kühllanze 16 führt somit gleichzeitig zu einer Verringerung der Menge des im Inneren des Gußteils 1 verbliebenen Formsandes und somit zu einer Reduktion der Wärmekapazität, was einerseits zu einer schnelleren Abschreckung des ausgewählten Bereiches führt, andererseits aber auch eine effektivere Abschreckung des gesamten Gußteils 1 beim Absenken in das Abschreckbad zur Folge hat.

Wurde bisher der Fall betrachtet, in dem zunächst eine selektive Vorkühlung des Gußteils 1 erfolgt, nach der das Gußteil 1 in das Abschreckbad abgesenkt wird, so ist es in manchen Einsatzfällen günstig, Bereiche des Gußteil 1 bereits während der selektiven Vorkühlung in das Abschreckbad einzutauchen. So ist es beispielsweise im vorliegenden Beispiel des Zylinderkopfs 2 zweckmäßig, den Bereich der Brennraumbodenplatte 26 während der Besprühung der Belastungsbereiche 14 bereits in das Abschreckbad einzutauchen, um ein großflächiges Abschrecken im Bereich der Brennraumbodenplatte 26 sicherzustellen, welche im Betrieb hohen Belastungen ausgesetzt ist. Weiterhin kann die selektive Besprühung der Belastungsbereiche 14 auch während des Absenkprozesses des Gußteils 1 in das Abschreckbad bzw. im abgesenkten Zustand des Gußteils 1 fortgesetzt werden.

Eine weitere Möglichkeit, bestimmte Bereiche selektiv besonderen Abschreckbedingungen auszusetzen, besteht darin, sie innerhalb des Abschreckbades mit einem im Vergleich zum Kühlbadmedium anders temperierten Medium anzuströmen. Um eine Vermischung der unterschiedlich temperierten Medien möglichst zu verzögern, muß dies durch geeignete Düsen mit sehr hohen Strömungsgeschwindigkeiten erfolgen. Durch Beeinflussung der Austrittstemperatur und der Austrittsgeschwindigkeit kann das Abschreckverhalten zudem sehr einfach gesteuert werden.

Claims (11)

1. Verfahren zum Abschrecken eines gegossenen Zylinderkopfs aus einer Aluminiumlegierung im Zuge einer Wärmebehandlung, bei der der Zylinderkopf zunächst lösungsgeglüht wird und dann in ein flüssiges Abschreckmedium getaucht wird, dadurch gekennzeichnet, daß ausgewählte Bereiche (14, 12) des erhitzten Zylinderkopfs (2) selektiv vorgekühlt werden, bevor der Zylinderkopf (2) vollständig in das Abschreckmedium eingetaucht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die selektive Vorkühlung der ausgewählten Bereiche (14, 12) mit Hilfe einer Abschreckvorrichtung (15) erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die selektive Vorkühlung der ausgewählten Bereiche (14, 12) durch ein selektives brennraumseitiges Eintauchen des Zylinderkopfs (2) in das Abschreckmedium erfolgt.

4. Verfahren zum Abschrecken eines gegossenen Zylinderkopfs aus einer Aluminiumlegierung im Zuge einer Wärmebehandlung, bei der der Zylinderkopf zunächst lösungsgeglüht wird und dann in ein flüssiges Abschreckmedium getaucht wird, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem vollständigen Eintauchen des erhitzten Zylinderkopfs (2) in das Abschreckmedium ausgewählte Bereiche (14, 12) des Zylinderkopfs (2) mit einem im Vergleich zum Kühlbadmedium anders temperierten Medium (17) selektiv angeströmt werden.

5. Verfahren nach Anspruch 1 und/oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinderkopf (2) mit Hilfe eines Sandgußverfahrens in einer Sandform hergestellt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1 und/oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinderkopf (2) durch Kokillenguß mit einem Sandkern hergestellt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet,
daß der Zylinderkopf (2) nach dem Gießen für eine Zeit von 3 bis 6 Stunden bei einer Temperatur zwischen 450°C und 600°C lösungsgeglüht wird,
bei welcher Temperatur ein den Kernsand der Sandform stabilisierender Binder zerfällt, so daß der dem Zylinderkopf (2) anhaftende Kernsand zumindest teilweise rieselfähig wird.

8. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet,
daß der Zylinderkopf (2) nach dem Gießen zunächst vom Kernsand befreit wird,
und dann für eine Zeit von 3 bis 6 Stunden bei einer Temperatur zwischen 450°C und 550°C lösungsgeglüht wird.

9. Verfahren nach Anspruch 1 und/oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinderkopf (2) nach Eintauchen in das Abschreckmedium einer Warmauslagerung bei etwa 200°C unterzogen wird.

10. Abschreckvorrichtung zur Abschreckung selektiver Bereiche auf einem aufgeheizten Zylinderkopf aus einer Aluminiumlegierung im Zuge einer Wärmebehandlung, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschreckvorrichtung (15) eine Kühllanze (16) aufweist, die mit Düsen (21) zur gerichteten Abgabe eines flüssigen Abschreckmediums (17) versehen ist.

11. Abschreckvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühllanze (16) als Bohrwerkzeug (25) ausgebildet ist.