DE102011118297A1 - Piston used for combustion engines, has piston lower portion with piston shell, which is made of ultrahigh-carbon-containing lightweight construction steel, and piston upper portion with piston head, which is made of steel - Google Patents

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Abstract

A piston has piston lower portion with piston shell and piston upper portion with piston head. The piston lower portion made of ultrahigh-carbon-containing lightweight construction steel. The piston upper portion made of steel. Independent claims are included for the following: (1) semi-finished material of lower portion of piston; (2) semi-finished material of upper portion of piston; and (3) manufacture of piston.

Description

Die Erfindung betrifft einen Kolben für Verbrennungsmotoren, der zumindest ein Kolbenunterteil mit einem Kolbenhemd und ein Kolbenoberteil mit einem Kolbenboden aufweist.The invention relates to a piston for internal combustion engines, which has at least one piston lower part with a piston skirt and a piston upper part with a piston crown.

Herkömmlicherweise werden zur Herstellung von Bauteilen für Verbrennungsmotoren wie Kolben klassische Stahlwerkstoffe, also schwere Werkstoffe verwendet. Die Verwendung solcher Stahlwerkstoffe wirkt sich nicht nur gewichtserhöhend auf die Verbrennungsmotoren allgemein aus, sondern beeinflusst auch die in den Motoren zu bewegenden Massen. Der Einsatz von ultrahochkohlenstoffhaltigen Leichtbaustählen (Ultra High Carbon Steel), kurz UHC-Stählen, und anderen Leichtmetalllegierungen ist daher für die Herstellung von Verbrennungsmotor-Bauteilen und Kraftfahrzeug-Getriebekomponenten etabliert worden.Conventionally, for the production of components for internal combustion engines such as pistons classical steel materials, ie heavy materials used. The use of such steel materials not only has a weight-increasing effect on the internal combustion engines in general, but also affects the masses to be moved in the engines. The use of ultra-high carbon lightweight steels (UHC steels) and other light metal alloys has therefore been established for the manufacture of internal combustion engine components and automotive transmission components.

So beschreibt die DE 10 2009 048 124 A1 einen Stahlkolben aus Leichtmetalllegierungen für Verbrennungsmotoren mit Zylinderkurbelgehäusen, der ein Kolbenoberteil mit Verbrennungsmulde und Ringwand sowie ein Kolbenunterteil mit Pleuellager aufweist. Zumindest das Kolbenunterteil besteht dabei aus einer Stahllegierung, die einen definierten thermischen Ausdehnungskoeffizienten im Bereich von 13 bis 20·10–6 K–1 aufweist. Weiter offenbart die DE 10 2006 041 902 A1 einen UHC-Stahl mit verbesserter Zunderbeständigkeit, ohne sich jedoch auf spezielle Bauteile zu beziehen. Ein dichtereduzierter UHC-Leichtbaustahl wird in der DE 10 2008 032 024 A1 beschrieben, der aus Gewichtsersparnisgründen zur Fertigung von Fahrwerksbauteilen, Getriebeteilen, Zahnrädern oder Kraftfahrzeug-Motorkomponenten vorgeschlagen ist. Die Fertigung von Kolben aus Leichtbaustahl ist hingegen nicht bekannt.That's how it describes DE 10 2009 048 124 A1 a steel piston made of light metal alloys for internal combustion engines with cylinder crankcases, which has a piston upper part with combustion recess and annular wall and a piston lower part with connecting rod bearing. At least the lower piston part consists of a steel alloy, which has a defined coefficient of thermal expansion in the range of 13 to 20 · 10 -6 K -1 . Next discloses the DE 10 2006 041 902 A1 a UHC steel with improved scale resistance without, however, referring to specific components. A density-reduced UHC lightweight steel is used in the DE 10 2008 032 024 A1 described, which is proposed for weight saving reasons for the production of suspension components, transmission parts, gears or motor vehicle engine components. The production of pistons made of lightweight steel, however, is not known.

Ausgehend von diesem Stand der Technik ergibt sich daher die Aufgabe, einen Kolben zu schaffen, der durch die Verringerung seiner Masse verbesserte Eigenschaften hat sowie zu einer gesteigerten Agilität des Motors führt.Based on this prior art, therefore, the object is to provide a piston which has improved properties by reducing its mass and leads to increased agility of the engine.

Diese Aufgabe wird durch einen Kolben für Verbrennungsmotoren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und Halbzeuge mit den Merkmalen der Ansprüche 6 und 7 gelöst.This object is achieved by a piston for internal combustion engines having the features of claim 1 and semi-finished products having the features of claims 6 and 7.

Die Aufgabe, ein Herstellungsverfahren für einen Kolben bereitzustellen, wird durch das Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 8 gelöst.The object to provide a manufacturing method for a piston is achieved by the method having the features of claim 8.

Weiterbildungen des Kolbens und des Verfahrens sind in den jeweiligen Unteransprüchen ausgeführt.Further developments of the piston and the method are carried out in the respective subclaims.

Ein Kolben für Verbrennungsmotoren weist ein Kolbenunterteil mit einem Kolbenhemd und ein Kolbenoberteil mit einem Kolbenboden auf und ist erfindungsgemäß zumindest zweiteilig aufgebaut. Dabei besteht das Kolbenunterteil aus einem ultrahochkohlenstoffhaltigen Leichtbaustahl (UHC-Stahl) und das Kolbenoberteil aus einem Stahl, wobei das Kolbenunterteil mit dem Kolbenoberteil mittels einer Fügeverbindung verbunden ist. In einer bevorzugten Zusammensetzung weist der Leichtbaustahl 0,7 bis 2,0 Gew.-%, insbesondere 0,8 bis 1,4 Gew.-% C, 5,0 bis 12,0 Gew.-%, insbesondere 5,5 bis 7,0 Gew.-% Al, 0,01 bis 2,8 Gew.-%, insbesondere 0,01 bis 0,6 Gew.-% Si, 0 bis 2,0 Gew.-%, insbesondere 0 bis 0,2 Gew.-% Cr, 0 bis 5,0 Gew.-%, insbesondere 0 bis 3,0 Gew.-% Mn, unvermeidliche Stahlbegleiter in Spuren und einen die 100 Gew.-% ausgleichenden Restanteil an Fe auf.A piston for internal combustion engines has a piston lower part with a piston skirt and a piston upper part with a piston crown and, according to the invention, has at least two parts. In this case, the lower piston part consists of an ultra-high carbon lightweight steel (UHC steel) and the upper piston part of a steel, wherein the lower piston part is connected to the upper piston part by means of a joint connection. In a preferred composition, the lightweight structural steel has 0.7 to 2.0 wt .-%, in particular 0.8 to 1.4 wt .-% C, 5.0 to 12.0 wt .-%, in particular 5.5 to 7.0% by weight of Al, 0.01 to 2.8% by weight, in particular 0.01 to 0.6% by weight of Si, 0 to 2.0% by weight, in particular 0 to 0, 2 wt .-% Cr, 0 to 5.0 wt .-%, in particular 0 to 3.0 wt .-% Mn, inevitable steel companion in traces and a 100 wt .-% compensating residual content of Fe on.

Durch den erfindungsgemäßen Einsatz von UHC-Stahl als Material für das Kolbenunterteil kann das Gesamtgewicht eines erfindungsgemäßen Kolbens deutlich verringert werden. Neben Vorteilen im Kraftstoffverbrauch durch das geringere Gewicht erzeugt der erfindungsgemäße Kolben zudem weniger Reibung. Dies hat neben einem geringeren Verschleiß den weiteren Vorteil, dass der Motor schneller hochdreht, was für den Fahrer in einer verbesserten Agilität des Kraftfahrzeugs spürbar wird.The inventive use of UHC steel as the material for the lower piston part, the total weight of a piston according to the invention can be significantly reduced. In addition to advantages in fuel consumption due to the lower weight of the piston according to the invention also generates less friction. This has next to a lower wear the further advantage that the engine turns up faster, which is noticeable to the driver in an improved agility of the motor vehicle.

Um an der brennraumseitigen Fläche des Kolbens eine gute Wärmeleitfähigkeit zu gewähren, ist der Stahl des Kolbenoberteils vorzugsweise ein verschleißfester, legierter Stahl aus der Gruppe umfassend 42CrMo4-, MoCr4-, CrMo4-, 31CrMoV6- und 25MoCr4-Stähle, wobei ein 42CrMo4-Stahl besonders bevorzugt ist. Dieser Stahl hat ferner den Vorteil, dass er einen hohen thermischen Ausdehnungskoeffizienten besitzt, so dass er sich im Betriebszustand entsprechend dem Zylinderwerkstoff verhält.To provide good thermal conductivity at the combustion chamber side surface of the piston, the steel of the piston top is preferably a wear resistant, alloyed steel selected from the group consisting of 42CrMo4, MoCr4, CrMo4, 31CrMoV6 and 25MoCr4 steels, with 42CrMo4 steel being particularly preferred is preferred. This steel also has the advantage that it has a high coefficient of thermal expansion, so that it behaves in the operating condition corresponding to the cylinder material.

Es hat sich für die mechanischen Eigenschaften des Leichtbau-Kolbens als vorteilhaft herausgestellt, wenn sowohl das Kolbenoberteil als auch das Kolbenunterteil geschmiedete Teile sind, da in geschmiedeten Teilen geringere mechanische Spannungen auftreten. Geschmiedete Kolben oder Kolbenteile sind dadurch belastbarer und weisen zudem eine bessere thermische Leitfähigkeit auf. Alternativ kann auch nur eines der Teile geschmiedet sein.It has been found to be advantageous for the mechanical properties of the lightweight piston when both the piston top and the piston base are forged parts, since lower mechanical stresses occur in forged parts. Forged pistons or piston parts are therefore more resilient and also have better thermal conductivity. Alternatively, only one of the parts can be forged.

Die Fügeverbindung zwischen Kolbenoberteil und Kolbenunterteil kann durch Schweißen, insbesondere Reibschweißen, Laserschweißen oder Induktionsschweißen, hergestellt sein.The joint connection between piston upper part and piston lower part can be produced by welding, in particular friction welding, laser welding or induction welding.

Ein erstes Halbzeug gemäß der vorliegenden Erfindung ist zur Herstellung eines Unterteils für den vorstehend beschriebenen Kolben geeignet und besteht aus einem ultrahochkohlenstoffhaltigen Leichtbaustahl.A first semi-finished product according to the present invention is suitable for producing a lower part for the piston described above, and consists of an ultra-high carbon lightweight steel.

Ferner ist ein zweites Halbzeug gemäß der vorliegenden Erfindung zur Herstellung eines Oberteils für den vorstehend beschriebenen Kolben geeignet. Dabei besteht das zweite Halbzeug erfindungsgemäß aus einem Stahl, insbesondere einem verschleißfesten, legierten Stahl.Furthermore, a second semi-finished product according to the present invention is suitable for producing an upper part for the piston described above. In this case, the second semifinished product according to the invention consists of a steel, in particular a wear-resistant, alloyed steel.

Die beiden Halbzeuge sind vorteilhaft mittels einer Fügeverbindung verbindbar, so dass der klassische Stahl, wie er ansonsten für derartige Kolben verwendet wird, zumindest teilweise substituiert werden kann.The two semi-finished products are advantageously connectable by means of a joint connection, so that the classic steel, as it is otherwise used for such piston, at least partially substituted.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines wie vorstehend offenbarten beschriebenen Kolbens weist die Schritte auf:

  • – Bereitstellen eines Halbzeugs für das Kolbenunterteil, das aus einem ultrahochkohlenstoffhaltigen Leichtbaustahl besteht,
  • – Bereitstellen eines Halbzeugs für das Kolbenoberteil, das aus einem Stahl besteht, und
  • – Fügen des Halbzeugs für das Kolbenunterteil mit dem Halbzeug für das Kolbenoberteil.
The process according to the invention for producing a described piston as disclosed above comprises the steps:
  • Providing a semifinished product for the piston lower part, which consists of an ultra-high-carbon-containing lightweight structural steel,
  • - Providing a semifinished product for the piston upper part, which consists of a steel, and
  • - Adding the semi-finished product for the piston lower part with the semi-finished product for the piston upper part.

Vorteilhafter Weise werden die Halbzeuge zur Herstellung des Kolbenunterteils und des Kolbenoberteils vor dem Fügen geschmiedet, um mechanische Spannungen in den Werkstücken abzubauen. Das Fügen von Kolbenoberteil und Kolbenunterteil kann durch Schweißen, insbesondere Reibschweißen, Laserschweißen oder Induktionsschweißen erfolgen.Advantageously, the semi-finished products for producing the piston lower part and the piston upper part are forged before joining in order to reduce mechanical stresses in the workpieces. The joining of upper piston part and lower piston part can be done by welding, in particular friction welding, laser welding or induction welding.

In dem Halbzeug kann für das Kolbenunterteil zunächst durch thermomechanische Behandlung ein Gefüge mit feinen sphäroiden Karbiden mit mittleren Querschnittsflächen unterhalb 10 μm2 eingestellt werden, worauf eine Halbwarm-Umformung zum Halbzeug bei einer Temperatur von 800°C bis 1100°C und bei Formänderungsgeschwindigkeiten (ε') oberhalb 0,1/s erfolgt.In the semifinished product, a microstructure with fine spheroidal carbides having mean cross-sectional areas below 10 μm 2 can be set for the piston lower part first by thermomechanical treatment, followed by semi-hot forming into semifinished product at a temperature of 800 ° C. to 1100 ° C. and at strain rates (ε ') takes place above 0.1 / s.

Diese und weitere Vorteile werden durch die nachfolgende Beschreibung dargelegt.These and other advantages are set forth by the following description.

Obwohl die erfindungsgemäßen Leichtbau-Kolben im Folgenden in Bezug auf einen Kraftfahrzeug-Motor beschrieben werden, sind sie auch in Brennkraftmaschinen allgemein sowie in Nutzfahrzeugen einsetzbar.Although the lightweight pistons according to the invention are described below with reference to a motor vehicle engine, they can also be used in internal combustion engines in general and in commercial vehicles.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist der erfindungsgemäße Kolben zweiteilig aufgebaut und besteht zumindest aus einem Kolbenunterteil mit Kolbenhemd und einem Kolbenoberteil mit Kolbenboden. Sowohl das Kolbenunterteil als auch das Kolbenoberteil haben einen hohen Wärmeausdehnungskoeffizienten, so dass sich der Kolben im Betriebszustand entsprechend dem Zylindergehäuse ausdehnt, wodurch er sich spaltfrei im Zylinder bewegt und geringeren mechanischen Belastungen unterliegt.In a preferred embodiment, the piston according to the invention is constructed in two parts and consists at least of a piston lower part with a piston skirt and a piston upper part with a piston crown. Both the piston lower part and the piston upper part have a high thermal expansion coefficient, so that the piston expands in the operating state corresponding to the cylinder housing, whereby it moves without a gap in the cylinder and is subject to lower mechanical loads.

Dabei besteht das Kolbenunterteil aus einem UHC-Stahl mit einer Zusammensetzung aus 0,7 bis 2,0 Gew.-% C, 5,0 bis 12,0 Gew.-% Al, 0,01 bis 2,8 Gew.-% Si, 0 bis 2,0 Gew.-% Cr, 0 bis 5,0 Gew.-% Mn und unvermeidlichen Stahlbegleitern in Spuren, wobei Fe den Rest auf 100 Gew.-% ausmacht. Stärker bevorzugt wird ein UHC-Stahl mit 0,8 bis 1,4 Gew.-% C, 5,5 bis 7,0 Gew.-% Al, 0,01 bis 0,6 Gew.-% Si, 0 bis 0,2 Gew.-% Cr, 0 bis 3,0 Gew.-% Mn und Fe als Rest auf 100 Gew.-% verwendet.The piston lower part consists of a UHC steel with a composition of 0.7 to 2.0 wt .-% C, 5.0 to 12.0 wt .-% Al, 0.01 to 2.8 wt .-% Si, 0 to 2.0% by weight of Cr, 0 to 5.0% by weight of Mn and unavoidable steel companions in traces, Fe making up the balance to 100% by weight. More preferred is a UHC steel having 0.8 to 1.4 wt% C, 5.5 to 7.0 wt% Al, 0.01 to 0.6 wt% Si, 0 to 0 , 2% by weight of Cr, 0 to 3.0% by weight of Mn and Fe as the remainder to 100% by weight.

Das Kolbenoberteil besteht aus einem verschleißfesten, legierten Stahl, der aus der Gruppe umfassend 42CrMo4-, MoCr4-, CrMo4-, 31CrMoV6- und 25MoCr4-Stähle ausgewählt wird. Dabei ist ein 42CrMo4-Stahl besonders bevorzugt, der eine Zusammensetzung aus 0,38 bis 0,45 Gew.-% C, 0 bis 0,4 Gew.-% Si, 0,6 bis 0,9 Gew.-% Mn, 0 bis 0,025 Gew.-% P, 0 bis 0,035 Gew.-% S, 0,9 bis 1,2 Gew.-% Cr, 0,15 bis 0,3 Gew.-% Mo und unvermeidlichen Stahlbegleitern in Spuren hat, wobei Fe den Rest auf 100 Gew.-% ausmacht.The piston crown is made of a wear-resistant alloy steel selected from the group consisting of 42CrMo4, MoCr4, CrMo4, 31CrMoV6 and 25MoCr4 steels. In this case, preference is given to a 42CrMo4 steel which has a composition of 0.38 to 0.45% by weight C, 0 to 0.4% by weight Si, 0.6 to 0.9% by weight Mn, 0 to 0.025 wt.% P, 0 to 0.035 wt.% S, 0.9 to 1.2 wt.% Cr, 0.15 to 0.3 wt.% Mo and unavoidable steel companions in traces, wherein Fe is the balance to 100 wt .-%.

Alternativ dazu kann ein 42CrMo4-Stahl verwendet werden, der eine Zusammensetzung aus 0,38 bis 0,45 Gew.-% C, 0 bis 0,4 Gew.-% Si, 0,5 bis 0,8 Gew.-% Mn, 0 bis 0,035 Gew.-% P, 0 bis 0,035 Gew.-% S, 0,9 bis 1,2 Gew.-% Cr, 0,15 bis 0,3 Gew.-% Mo, 0 bis 0,6 Gew.-% Ni und unvermeidlichen Stahlbegleitern in Spuren hat, wobei Fe den Rest auf 100 Gew.-% ausmacht.Alternatively, a 42CrMo4 steel having a composition of 0.38 to 0.45 wt.% C, 0 to 0.4 wt.% Si, 0.5 to 0.8 wt.% Mn , 0 to 0.035 wt% P, 0 to 0.035 wt% S, 0.9 to 1.2 wt% Cr, 0.15 to 0.3 wt% Mo, 0 to 0.6 % By weight of Ni and inevitable steel companions in traces, Fe making up the balance to 100% by weight.

Geeignete Halbzeuge in Form von Rohlingen für das Kolbenunterteil und das Kolbenoberteil werden für die Herstellung des Leichtbau-Kolbens bereitgestellt. Zweckmäßig sind die jeweiligen Halbzeuge entsprechend dem Unter- oder Oberteil vorgeformt. Dabei ist es bevorzugt, in dem Halbzeug für das Kolbenunterteil zunächst durch thermomechanische Behandlung ein Gefüge mit feinen sphäroiden Karbiden mit mittleren Querschnittsflächen unterhalb 10 μm2 einzustellen. Anschließend erfolgt eine Halbwarm-Umformung zum Bauteil bei einer Temperatur von 800°C bis 1.100°C und bei Formänderungsgeschwindigkeiten (ε') oberhalb 0,1/s.Suitable semi-finished products in the form of blanks for the piston lower part and the piston upper part are provided for the production of the lightweight piston. Suitably, the respective semi-finished products are preformed according to the lower or upper part. It is preferred in the semifinished product for the piston lower part first by thermomechanical treatment to set a microstructure with fine spherical carbides with average cross-sectional areas below 10 microns 2 . Subsequently, a half-warm transformation takes place to the component at a temperature of 800 ° C to 1100 ° C and at strain rates (ε ') above 0.1 / s.

Der für das Kolbenoberteil verwendete Stahl hat bevorzugt einen hohen Wärmeausdehnungskoeffizienten, der es im Betrieb bei hohen Temperaturen ermöglicht, den Spalt zur Zylinderinnenseite (Zylinderlaufbahn) möglichst klein zu halten. Dies trägt dazu bei, ein Kippen und/oder Schlagen des Kolbens im Zylinder zu vermeiden und damit die mechanische Belastung sowie das Motorgeräusch klein zu halten. Insbesondere kann der Wärmeausdehnungskoeffizient der Kolbenmaterialien auf das Material des Zylinders bzw. der Zylinderlaufbahn angepasst werden. Stähle mit austenitischem Gefüge sind für das Kolbenoberteil insbesondere bevorzugt.The steel used for the piston upper part preferably has a high coefficient of thermal expansion, which makes it possible, in operation at high temperatures, to keep the gap to the inside of the cylinder (cylinder bore) as small as possible. This helps to avoid tilting and / or hitting the piston in the cylinder and thus to keep the mechanical load and the engine noise small. In particular, the thermal expansion coefficient of the piston materials can be adapted to the material of the cylinder or the cylinder bore. Steels with austenitic structure are particularly preferred for the piston top.

Für das Kolbenoberteil hat sich das Schmieden ebenfalls als vorteilhaft erwiesen, da dies gegenüber dem Gießen einfacher und kostengünstiger durchzuführen ist, insbesondere wenn das Kolbenoberteil über weitere Strukturen wie Kühlkanäle verfügt. Zudem können durch das Schmieden die erforderlichen mechanischen und thermischen Eigenschaften im Bereich des Kolbenbodens sichergestellt werden.For the upper piston part forging has also proved to be advantageous, since this is easier and cheaper to perform compared to the casting, especially when the upper piston part has more structures such as cooling channels. In addition, forging can ensure the required mechanical and thermal properties in the area of the piston crown.

Die Halbzeuge für das Kolbenunter- und -oberteil werden zu einem erfindungsgemäßen Kolben gefügt, wobei die Teile miteinander verschweißt werden können, beispielsweise durch Reibschweißen, Laserschweißen oder Induktionsschweißen. Alternativ dazu können die beiden Teile auch miteinander verlötet werden.The semi-finished products for the piston lower and upper part are joined to a piston according to the invention, wherein the parts can be welded together, for example by friction welding, laser welding or induction welding. Alternatively, the two parts can also be soldered together.

Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass die Halbzeuge für das Kolbenunter- und -oberteil zunächst miteinander zu einem Kolben-Rohling gefügt werden, um diesen anschließend durch Schmieden in die Endform des erfindungsgemäßen Kolbens zu bringen.A further embodiment provides that the semi-finished products for the piston lower and upper part are first joined together to form a piston blank, in order then to bring this by forging into the final shape of the piston according to the invention.

Mit dem erfindungsgemäßen Kolben werden klassische Stahlwerkstoffe für Kolben zumindest teilweisen durch UHC-Stähle ersetzt. Hierdurch kann signifikant an Gewicht eingespart werden, so dass nicht nur der Motor selbst leichter wird, sondern im Betrieb auch deutlich weniger Masse bewegt werden muss.With the piston according to the invention, classic steel materials for pistons are at least partially replaced by UHC steels. This can be significantly reduced in weight, so that not only the engine itself is lighter, but also significantly less mass must be moved in operation.

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  • DE 102008032024 A1 [0003] DE 102008032024 A1 [0003]

Claims (10)

Kolben für Verbrennungsmotoren, der ein Kolbenunterteil mit einem Kolbenhemd und ein Kolbenoberteil mit einem Kolbenboden aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben zumindest zweiteilig ist, wobei das Kolbenunterteil aus einem ultrahochkohlenstoffhaltigen Leichtbaustahl und das Kolbenoberteil aus einem Stahl besteht, und wobei das Kolbenunterteil mit dem Kolbenoberteil gefügt ist.Piston for internal combustion engines, which has a piston lower part with a piston skirt and a piston upper part with a piston crown, characterized in that the piston is at least two parts, wherein the piston lower part of an ultra high carbon lightweight steel and the piston upper part consists of a steel, and wherein the piston lower part with the piston upper part is added. Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der ultrahochkohlenstoffhaltige Leichtbaustahl eine Zusammensetzung mit – 0,7 bis 2,0 Gew.-% C, insbesondere 0,8 bis 1,4 Gew.-% C, – 5,0 bis 12,0 Gew.-% Al, insbesondere 5,5 bis 7,0 Gew.-% Al, – 0,01 bis 2,8 Gew.-% Si, insbesondere 0,01 bis 0,6 Gew.-% Si, – 0 bis 2,0 Gew.-% Cr, insbesondere 0 bis 0,2 Gew.-% Cr, – 0 bis 5,0 Gew.-% Mn, insbesondere 0 bis 3,0 Gew.-% Mn, – Spurenelemente und einen die 100 Gew.-% ausgleichenden Restanteil an Fe aufweist.Piston according to claim 1, characterized in that the ultra-high carbon lightweight steel has a composition with From 0.7 to 2.0% by weight of C, in particular from 0.8 to 1.4% by weight of C, From 5.0 to 12.0% by weight Al, in particular from 5.5 to 7.0% by weight Al, 0.01 to 2.8% by weight of Si, in particular 0.01 to 0.6% by weight of Si, 0 to 2.0% by weight Cr, in particular 0 to 0.2% by weight Cr, 0 to 5.0% by weight of Mn, in particular 0 to 3.0% by weight of Mn, - Trace elements and a 100 wt .-% balancing residual content of Fe has. Kolben nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Stahl des Kolbenoberteils ein verschleißfester, legierter Stahl aus der Gruppe umfassend 42CrMo4-, MoCr4-, CrMo4-, 31CrMoV6- und 25MoCr4-Stähle ist.Piston according to claim 1 or 2, characterized in that the steel of the piston top is a wear-resistant, alloyed steel from the group consisting of 42CrMo4, MoCr4, CrMo4, 31CrMoV6 and 25MoCr4 steels. Kolben nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Kolbenoberteil und/oder das Kolbenunterteil geschmiedete Teile sind.Piston according to at least one of claims 1 to 3, characterized in that the piston upper part and / or the piston lower part are forged parts. Kolben nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Fügeverbindung durch Schweißen, insbesondere Reibschweißen, Laserschweißen oder Induktionsschweißen, hergestellt ist.Piston according to at least one of claims 1 to 3, characterized in that the joint connection by welding, in particular friction welding, laser welding or induction welding, is made. Halbzeug zur Herstellung eines Unterteils für einen Kolben nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Halbzeug für das Kolbenunterteil aus einem ultrahochkohlenstoffhaltigen Leichtbaustahl besteht.Semifinished product for producing a lower part for a piston according to at least one of claims 1 to 5, characterized in that the semifinished product for the lower piston part consists of an ultra-high carbon lightweight steel. Halbzeug zur Herstellung eines Oberteils für einen Kolben nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Halbzeug für das Kolbenoberteil aus einem Stahl besteht.Semifinished product for producing an upper part for a piston according to at least one of claims 1 to 5, characterized in that the semifinished product for the upper piston part consists of a steel. Verfahren zur Herstellung eines Kolbens nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 5, aus einem Kolbenunterteil mit einem Kolbenhemd und einem Kolbenoberteil mit einem Kolbenboden, umfassend die Schritte: – Bereitstellen eines Halbzeugs für das Kolbenunterteil, das aus einem ultrahochkohlenstoffhaltigen Leichtbaustahl besteht, – Bereitstellen eines Halbzeugs für das Kolbenoberteil, das aus einem Stahl besteht, und – Fügen des Halbzeugs für das Kolbenunterteil mit dem Halbzeug für das Kolbenoberteil.A method for producing a piston according to at least one of claims 1 to 5, comprising a piston lower part with a piston skirt and a piston upper part with a piston crown, comprising the steps: Providing a semifinished product for the piston lower part, which consists of an ultra-high-carbon-containing lightweight structural steel, - Providing a semifinished product for the piston upper part, which consists of a steel, and - Adding the semi-finished product for the piston lower part with the semi-finished product for the piston upper part. Verfahren nach Anspruch 8, wobei die Halbzeuge zur Herstellung des Kolbenunterteils und des Kolbenoberteils geschmiedete Halbzeuge sind, wobei in dem Halbzeug für das Kolbenunterteil vorzugsweise zunächst durch thermomechanische Behandlung ein Gefüge mit feinen sphäroiden Karbiden mit mittleren Querschnittsflächen unterhalb 10 μm2 eingestellt wird, und hierauf eine Halbwarm-Umformung zum Bauteil bei einer Temperatur von 800°C bis 1.100°C und bei Formänderungsgeschwindigkeiten (ε') oberhalb 0,1/s erfolgt.Method according to claim 8, wherein the semi-finished products for the production of the piston lower part and the piston upper part are forged semi-finished products, wherein in the semifinished product for the piston lower part preferably first by thermomechanical treatment a microstructure with fine spherical carbides with average cross-sectional areas below 10 μm 2 is set, and then one Semi-warm forming to the component at a temperature of 800 ° C to 1100 ° C and at strain rates (ε ') above 0.1 / s. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, wobei das Fügen von Kolbenunterteil und Kolbenoberteil durch Schweißen, insbesondere Reibschweißen, Laserschweißen oder Induktionsschweißen erfolgt.The method of claim 8 or 9, wherein the joining of piston lower part and upper piston part by welding, in particular friction welding, laser welding or induction welding takes place.
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