DE102017221680A1

DE102017221680A1 - Aluminiumlegierung für Einsatzring, Aluminium-Einsatzring, der dieselbe verwendet, und Kolbenherstellungsverfahren, das dieselbe verwendet

Info

Publication number: DE102017221680A1
Application number: DE102017221680.8A
Authority: DE
Inventors: Hee-Sam Kang; Eun-Ji Hong
Original assignee: Hyundai Motor Co; Kia Motors Corp
Current assignee: Hyundai Motor Co; Kia Corp
Priority date: 2016-12-15
Filing date: 2017-12-01
Publication date: 2018-06-21
Also published as: US20180171441A1; US10787724B2; CN108220719B; KR20180069269A; KR101896806B1; CN108220719A

Abstract

Hierin offenbart sind eine Aluminiumlegierung für einen Einsatzring, ein Aluminiumeinsatzring, der dieselbe verwendet, und ein Verfahren zum Herstellen eines Kolbens, der dieselbe verwendet, und insbesondere sind ein Einsatzring, der so hergestellt wird, dass er eine hohe Festigkeit und Abriebfestigkeit aufweist, und sein Gewicht durch Anpassen der Aluminiumlegierungsbestandteile vermindert, und ein Verfahren zum Herstellen eines Kolbens, der hohe Hafteigenschaften an den Einsatzring durch dieselbe aufweist, offenbart.

Description

QUERVERWEIS ZU VERWANDTEN PATENTANMELDUNGEN
Die vorliegende Patentanmeldung beansprucht die Priorität der koreanischen Patentanmeldung Nummer 10-2016-0171298 , eingereicht am 15. Dezember 2016, auf die in diesem Dokument in ihrer Gesamtheit verwiesen wird.
TECHNISCHES GEBIET
Beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung betreffen eine Aluminiumlegierung für einen Einsatzring, einen Aluminium-Einsatzring, der dieselbe verwendet, und ein Kolbenherstellungsverfahren, das dieselbe verwendet.
HINTERGRUND
Bei typischen Benzinmotoren wird die Verbrennung derart durchgeführt, dass ein homogenes Kraftstoff-Luft-Gemisch vor dem Start der Verbrennung mittels einer Zündkerze gezündet wird. Bei typischen Diesel-Motoren wird hingegen derart Selbstzündungsverbrennung durchgeführt, dass nur Luft in eine Kammer eingebracht und dort bei einem hohen Verdichtungsverhältnis verdichtet wird, und anschließend bei hohem Druck Kraftstoff in die Kammer eingespritzt wird. Insbesondere wird primär ein Verfahren für die Verbrennung in den meisten Dieselmotoren eingesetzt, bei dem Kraftstoff, der durch einen Einspritzer eingespritzt wird, derart in einer Mulde aufgewirbelt wird, die in einem Kolben gebildet ist, dass der Kraftstoff gut mit Luft vermischt wird.
Ein Gusseisenring, der als Ni-Resist-Träger bezeichnet wird, der einen Vorteil im Hinblick auf Funktionen und Kosten aufweist, wird in einen Kolben eingesetzt, um einen Feuerstegabschnitt zu verstärken.
Wie in 1 gezeigt, wird ein Einsatzring erst in eine Form eingesetzt, nachdem ein Oberflächenbehandlungsverfahren wie ein Alfin-Verfahren durchgeführt wurde, um die Hafteigenschaften zwischen dem Einsatzring und Aluminium als Grundmaterial eines Kolbens zu verbessern.
Der Kolben wird derart hergestellt, dass der Einsatzring vor dem Guss des Kolbens in die Form eingesetzt und anschließend die Form mit geschmolzenem Aluminium gefüllt wird. Da der Kolben mittels eines solchen Verfahrens hergestellt wird, ist es sehr schwierig, eine Gussqualität des Kolbens sicherzustellen, abgesehen davon, dass ein Kostenanstieg stattfindet.
Zudem ist es nicht möglich, den Einsatzring auf einen Kolben anzuwenden, der im Gegenteil zum Gusskolben geschmiedet wird, um sein Gewicht zu verringern und seine Lebensdauer zu verbessern.
Da ein Kolbenkörper und ein Einsatzring zudem jeweils aus Aluminiumlegierung und Gusseisen bestehen, welches verschiedene Materialien sind, weisen sie aufgrund schlechter Haftung und einem Unterschied hinsichtlich des Koeffizienten der thermischen Ausdehnung zwischen artfremden Metallen geringe Hafteigenschaften auf. Aus diesem Grund können die Schnittstellen zwischen dem Kolbenkörper und dem Einsatzring voneinander getrennt sein, wenn sie für eine lange Zeit in einem Motor verwendet werden, der unter starker Wärmeermüdung leidet.
Das Patentdokument Koreanische Patentnr. 10-1119174 (26. Januar 2012) offenbart einen Gegenstand, der den hierin offenbarten Gegenstand betrifft.
KURZDARSTELLUNG
Beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung betreffen eine Aluminiumlegierung für einen Einsatzring, einen Aluminium-Einsatzring, der dieselbe verwendet, und ein Kolbenherstellungsverfahren, das dieselbe verwendet. Bestimmte Beispiele betreffen einen Einsatzring, der so hergestellt ist, dass er eine hohe Festigkeit und Abriebfestigkeit aufweist, und sein Gewicht durch Anpassen von Bestandteilen von Aluminiumlegierungen verringert wird, sowie ein Verfahren zum Herstellen eines Kolbens, der gegenüber dem Einsatzring mittels desselben hohe Hafteigenschaften aufweist.
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zielt auf eine leichte Aluminiumlegierung auf Al-Cu-Si-Basis ab, die eine hohe Festigkeit und Abriebfestigkeit aufweist, und auf einen Einsatzring, der dieselbe verwendet.
Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zielt auf ein Kolbenherstellungsverfahren ab, das in der Lage ist, die Hafteigenschaften von Schnittstellen zwischen einem Einsatzring und Aluminium als Grundmaterial für einen Kolben durch die Anwendung des Einsatzrings darauf zu verbessern.
Andere Gegenstände und Vorteile der vorliegenden Erfindung können durch die folgende Beschreibung verstanden werden, und werden mit Bezug auf die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung offensichtlich. Außerdem ist es für Fachleute, denen die vorliegende Erfindung gehört, offensichtlich, dass die Gegenstände und Vorteile der vorliegenden Erfindung durch die beanspruchten Mittel und Kombinationen daraus ausgeführt werden können.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Aluminiumlegierung für einen Einsatzring aus Al als Grundmaterial, 24 bis 30 Gew.-% Cu und 0,3 bis 4,1 Gew.-% Si zusammengesetzt.
Die Aluminiumlegierung kann eine Lamellenmikrostruktur umfassen, die Al und Al₂Cu auf ihrer Struktur umfasst.
Die Aluminiumlegierung kann eine Mikrostruktur aufweisen, die eine Si-Phase auf ihrer Struktur umfasst.
Die Aluminiumlegierung kann eine Lamellenmikrostruktur umfassen, die Al und Al₂Cu und eine Si-Phase zusammen auf ihrer Struktur umfasst.
Um die Lamellenmikrostruktur auf der Aluminiumlegierung zu erzeugen, kann ein Verhältnis zwischen einem Phasenanteil von Al und einem Phasenanteil von Al₂Cu zwischen 0,78 und 1,23 liegen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Einsatzring für einen Motorkolben durch ein Gussverfahren unter Verwendung einer Aluminiumlegierung hergestellt, die aus Al als Grundmaterial, 24 bis 30 Gew.-% Cu und 0,3 bis 4,1 Gew.-% Si zusammengesetzt ist, und bei der ein Verhältnis zwischen einem Phasenanteil von Al und einem Phasenanteil von Al₂Cu auf ihrer Struktur zwischen 0,78 und 1,23 liegt.
Der Einsatzring kann durch Verbinden von zwei oder mehreren getrennten Ringstücken miteinander gebildet werden.
Gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst ein Verfahren zum Herstellen eines Motorkolbens, in den ein Einsatzring eingesetzt wird, um einen Feuerstegabschnitt zu verstärken, das Bilden eines Kolbenkörpers, das Bilden einer Nut zum Einsetzen eines Einsatzrings entlang eines Außenumfangs des Kolbenkörpers, das Einsetzen jedes der zwei oder mehr Ringstücke in die Nut, sodass der Einsatzring durch Verbinden der Ringstücke miteinander gebildet wird, und das Umschmelzen der Nut, in die jedes der Ringstücke eingesetzt wird.
Jedes der Ringstücke kann durch ein Gussverfahren unter Verwendung einer Aluminiumlegierung hergestellt werden, die aus Al als Grundmaterial, 24 bis 30 Gew.-% Cu und 0,3 bis 4,1 Gew.-% Si zusammengesetzt ist, und bei der ein Verhältnis zwischen einem Phasenanteil von Al und einem Phasenanteil von Al₂Cu auf ihrer Struktur zwischen 0,78 und 1,23 liegt.
Das Bilden eines Kolbenkörpers kann mittels eines Guss- oder Schmiedeverfahrens ausgeführt werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein Motorkolben der Motorkolben, der mittels des vorgenannten Verfahrens hergestellt wird.
Figurenliste

1 ist eine Ansicht, die schematisch ein Verfahren zum Herstellen eines Motorkolbens entsprechend dem Stand der Technik zeigt.
2 ist eine Strukturfotografie, die einen Einsatzringhaftabschnitt eines Kolbens zeigt, der durch das Verfahren von 1 hergestellt wird.
3, die 3A-3C umfasst, stellt Strukturfotografien bereit, die zeigen, ob eine Lamellenmikrostruktur gemäß dem Cu-Gehalt erzeugt wird oder nicht;
4, die 4A-4C umfasst, stellt Strukturfotografien einer Aluminiumlegierung gemäß dem Si-Gehalt bereit.
5 ist eine Ansicht, die schematisch ein Verfahren zum Herstellen eines Kolbens unter Verwendung eines Einsatzrings zeigt, der aus einer Aluminiumlegierung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gefertigt ist.
6 ist eine Strukturfotografie, die einen Einsatzringhaftabschnitt eines Kolbens zeigt, der durch das Verfahren von 5 hergestellt wird.
7 ist ein Flussdiagramm, das das Verfahren zum Herstellen eines Kolbens unter Verwendung des Einsatzrings zeigt, der aus einer Aluminiumlegierung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gefertigt ist.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEISPIELHAFTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die Termini und Bezeichnungen, die in der Spezifikation und den Ansprüchen verwendet werden, sollten nicht in ihrem gewöhnlichen Sinne oder Wörterbuchgebrauch ausgelegt werden. Auf der Grundlage des Prinzips, dass der Erfinder/die Erfinderin den angemessenen Begriff einer Bezeichnung definieren kann, um seine/ihre eigene Erfindung auf die bestmögliche Weise zu beschreiben, sollte er als Bedeutung und Begriffe verstanden werden, die den technischen Ideen der vorliegenden Erfindung erfüllen. Demzufolge sind die beispielhaften Ausführungsformen, die in der vorliegenden Spezifikation beschrieben werden, und die in den Zeichnungen dargestellte Bauweise lediglich eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die nicht sämtliche technischen Gedanken der Erfindung abdeckt. Es sollte daher verstanden werden, dass zur Zeit des Einreichens der vorliegenden Anmeldung verschiedene Änderungen und Abwandlungen vorgenommen werden können. Zudem können detaillierte Beschreibungen von Funktionen und Bauweisen, die im Fachgebiet wohlbekannt sind, weggelassen werden, um unnötige Verwirrung in Bezug auf den Hauptpunkt der vorliegenden Erfindung zu vermeiden. Nachfolgend werden beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ausführlicher mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine leichte Aluminiumlegierung auf Al-Cu-Si-Basis, die eine hohe Festigkeit und Abriebfestigkeit aufweist. Die Aluminiumlegierung kann verwendet werden, um einen Einsatzring herzustellen, der angewendet wird, um einen Feuerstegabschnitt eines Motorkolbens zu verstärken.
Insbesondere ist eine Aluminiumlegierung für einen Einsatzring gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aus Al als Grundmaterial, 24 bis 30 Gew.-% Cu und 0,3 bis 4,1 Gew.-% Si zusammengesetzt und kann eine Lamellenmikrostruktur, die eine Al-Phase als Verstärkungsphase und eine Phase aus Al₂Cu umfasst, die eine intermetallische Verbindung ist, sowie eine Si-Phase umfassen.
Nachfolgend werden die Zugabe und der Gehalt jedes Elements ausführlich beschrieben.
Die folgende Tabelle 1 ist eine Vergleichstabelle, die zeigt, ob die Lamellenmikrostruktur in Abhängigkeit von dem Cu-Gehalt (Gew.-% auf eine nachfolgend ausgeführte Weise) erzeugt wird oder nicht, in welchem Fall der Si-Gehalt 1,2 Gew.-% beträgt und der Rest einen Al-Gehalt meint.
Zunächst ist Cu ein Element einer dispersionsgehärteten Aluminiumlegierung gemäß der vorliegenden Erfindung, und ist ein Element, das zu der Bildung von Al₂Cu, was eine intermetallische Verbindung ist, durch Reaktion mit Al beiträgt, wodurch zu einer Verbesserung der Festigkeit des Materials beigetragen wird.
Mit Bezug auf Tabelle 1 ist es notwendig, ein Phasenverhältnis von Al zu Al₂Cu auf 0,78 bis 1,23 zu begrenzen, um die Lamellenmikrostruktur zu erzeugen. Wie in der Fotografie von 3A gezeigt, wird, wenn der Cu-Gehalt weniger als 24 Gew.-% und zwischen 22 bis 23 Gew.-% beträgt, eine kleine Menge Al₂Cu gebildet, sodass das Phasenverhältnis von Al zu Al₂Cu 1,23 überschreitet und zwischen 1,33 und 1,45 liegt. Folglich wird die Lamellenmikrostruktur nicht erzeugt.
Wie in der Fotografie von 3C gezeigt, wird zudem, wenn der Cu-Gehalt 30 Gew.-% überschreitet und 31 Gew.-% beträgt, eine übermäßige Menge Al₂Cu gebildet, sodass das Phasenverhältnis von Al zu Al₂Cu geringer als 0,78 ist. Folglich wird voreutektisches Al₂Cu erzeugt, wodurch Brüchigkeit verursacht wird.

Folglich liegt der Cu-Gehalt in der Aluminiumlegierung für einen Einsatzring gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bevorzugt zwischen 24 bis 30 Gew.-%. [Tabelle 1]

Sorte	Cu-Gehalt (Gew.-%)	Si-Gehalt (Gew.-%)	Phasenanteil von Al (%)	Phasenanteil von Al₂Cu (%)	Verhältnis von Al zu Al₂Cu
Vergleichsbei spiel	22	1,2	58,1	40,1	1,45
Vergleichsbei spiel	23	1,2	56,2	42,1	1,33
Vorliegendes Beispiel	24	1,2	54,4	44,2	1,23
	26	1,2	52,5	46,3	1,14
	26	1,2	50,7	48,1	1,05
	27	1,2	48,8	50,0	0,98
	28	1,2	47,0	51,8	0,91
	29	1,2	45,1	53,8	0,84
	30	1,2	43,3	55,8	0,78
Vergleichsbei spiel	31	1,2	41,4	57,8	0,72

Zudem weist die Aluminiumlegierung eine verbesserte Gießbarkeit sowie eine hohe Festigkeit und Abriebfestigkeit auf, da ihr Si hinzugefügt wurde.
Die folgende Tabelle 2 ist eine Vergleichstabelle, die die Zugfestigkeit im Hinblick darauf zeigt, ob eine Si-Phase auf einer Mikrostruktur in Abhängigkeit von dem Si-Gehalt erzeugt wird oder nicht, im Fall von 28 bis 29 Gew.-% Cu und einem Rest Al.
Wie in der Fotografie von 4A gezeigt, wird, wenn der Si-Gehalt weniger als 0,3 Gew.-% beträgt und zwischen 0,1 bis 0,2 Gew.-% liegt, keine Si-Phase erzeugt, sodass die Aluminiumlegierung eine sehr geringe Festigkeit von 39 MPa auf Grund von keiner Dispersionshärtung aufweist. Auf der anderen Seite wird, wie in der Fotografie von 4C gezeigt, wenn der Si-Gehalt gleich oder größer als 4,2 Gew.-% ist, z. B. zwischen 4,2 bis 4,4 Gew.-% liegt, voreutektisches Al₂Cu erzeugt, sodass die Aluminiumlegierung aufgrund von Brüchigkeit eine Festigkeit von 180 bis 190 Mpa aufweist. Daher liegt der Si-Gehalt gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vorzugsweise zwischen 0,3 und 4,1 Gew.-%.

4B ist eine Strukturfotografie der Aluminiumlegierung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und es ist ersichtlich, dass die Aluminiumlegierung dank der Erzeugung von Si-Phasen eine sehr hohe Festigkeit von 201 bis 450 MPa aufweist, wenn der Si-Gehalt zwischen 0,3 und 4,1 Gew.-% im Fall von 28 bis 29 Gew.-% Cu und einem Rest Al liegt. [Tabelle 2]

Art	Cu-Gehalt (Gew.-%)	Si-Gehalt (Gew.-%)	Festigkeit (MPa)
Vergleichsbeispiel	28	0,1	39
Vergleichsbeispiel	28	0,2	39
Vorliegendes Beispiel	28	0,3	450
	28	1,2	430
	28	2,1	380
	28	3,3	288
	28	3,9	223
	29	4,0	211
	29	4,1	201
Vergleichsbeispiel	28	4,2	191
Vergleichsbeispiel	28	4,4	180

Gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es möglich, einen leichten Einsatzring für einen Motorkolben herzustellen, der eine hohe Festigkeit und Abriebfestigkeit aufweist, mittels eines Gießverfahrens (insbesondere Druckguss) und ein Wärmebehandlungsverfahren unter Verwendung der Aluminiumlegierung, die aus Al als Grundmaterial, 24 bis 30 Gew.-% Cu und 0,3 bis 4,1 Gew.-% Si zusammengesetzt ist, und bei der das Verhältnis zwischen einem Phasenanteil von Al und einem Phasenanteil von Al₂Cu auf der Struktur davon zwischen 0,78 und 1,23 liegt. Obgleich die zuvor erwähnte Mikrostruktur aus einem gegossenen Zustand erhalten werden kann, kann die vorliegende Erfindung zum Abbau von Eigenspannung und Optimieren der physischen Eigenschaften Wärmebehandlung ausführen. In diesem Fall kann der leichte Einsatzring, der eine hohe Festigkeit aufweist, in dem Wärmebehandlungsverfahren hergestellt werden, indem Lösungsglühen bei einer Temperatur von 450 °C bis 480 °C für 8 Stunden oder länger ausgeführt wird und anschließend Abschrecken bei einer Wassertemperatur von 60 °C oder höher ausgeführt wird, um Risse zu vermeiden, und indem Alterungsbehandlung bei einer Temperatur von 180 °C bis 220 °C für 4 bis 8 Stunden durchgeführt wird, um Eigenspannung abzubauen.
5 ist eine Ansicht, die schematisch ein Verfahren zum Herstellen eines Kolbens unter Verwendung eines Einsatzrings zeigt, der aus einer Aluminiumlegierung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gefertigt ist, und 7 ist ein Flussdiagramm des Verfahrens.
Mit Bezug auf 5 kann das Verfahren zum Herstellen eines Motorkolbens, der den Einsatzring verwendet, der aus einer Aluminiumlegierung gefertigt ist, im Gegensatz zu einem herkömmlichen Verfahren des Verwendens eines Einsatzrings aus Gusseisen einen Schritt des Bildens eines Kolbenkörpers (S100), einen Schritt des Bildens einer Nut zum Einsetzen des Einsatzrings entlang des Außenumfangs des Körpers (S200), einen Schritt des Einsetzens jedes der zwei oder mehr Ringstücke in die Nut, sodass der Einsatzring durch Verbinden der Ringstücke miteinander gebildet wird (S300), und einen Schritt des Umschmelzens der Nut, in die jedes der Ringstücke eingesetzt wird (S400), umfassen.
In diesem Fall kann der Einsatzring aus der Aluminiumlegierung gefertigt sein, die die vorgenannte Zusammensetzung und Mikrostruktur aufweist. Das heißt, die Aluminiumlegierung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann aus Al als Grundmaterial, 24 bis 30 Gew.-% Cu und 0,3 bis 4,1 Gew.-% Si zusammengesetzt sein, eine Lamellenmikrostruktur umfassen, die auf der Mikrostruktur davon eine Al-Phase und eine Al₂Cu-Phase umfasst, die eine intermetallische Verbindung ist, und kann überdies eine Si-Phase umfassen, die auf der Mikrostruktur davon gebildet ist. Wie oben beschrieben, ist jedoch das Verhältnis zwischen einem Phasenanteil von Al und einem Phasenanteil von Al₂Cu bevorzugt auf 0,78 bis 1,23 beschränkt, um die Lamellenmikrostruktur auf der Mikrostruktur der Aluminiumlegierung zu erzeugen.
Zudem liegt, wie oben beschrieben, der Si-Gehalt vorzugsweise zwischen 0,3 bis 4,1 Gew.-%, um die Si-Phase auf der Mikrostruktur der Aluminiumlegierung in der vorliegenden Erfindung zu erzeugen.
Der Schritt des Umschmelzens wird vorzugsweise bei einer Temperatur von 525 °C bis 600 °C ausgeführt, mit der Folge, dass es möglich ist, die Entstehung von Warmrissen infolge eines Temperaturanstiegs zu vermeiden, während der Schritt des Umschmelzens bei einer Temperatur ausgeführt wird, die gleich der oder höher ist als die Mindesttemperatur zum Schmelzen einer Legierung auf Al-Cu-Basis. Zudem wird der Schritt des Umschmelzens vorzugsweise innerhalb von 3 Minuten ausgeführt. Der Grund dafür ist, dass Lunker erzeugt werden können, und das Grundmaterial des Kolbens aufgrund von Hitze beschädigt werden kann, wenn sich die Umschmelzzeit erhöht. Darüber hinaus kann für das Verfahren selektiv ein Schutzgas wie Stickstoff, Argon oder Helium verwendet werden.
Gemäß dem Verfahren zum Herstellen eines Motorkolbens gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung es ist nicht notwendig, die Oberfläche des Einsatzrings im Voraus mittels eines herkömmlichen Alfin-Verfahrens zu behandeln.
Im Gegensatz zu dem herkömmlichen Verfahren unter Verwendung eines Einsatzrings, der aus Gusseisen gefertigt ist, ist es überdies möglich, da der Kolbenkörper zuvor gebildet wird und dann der Einsatzring in diesen eingesetzt wird, den Motorkolben sogar mittels eines Schmiedeverfahrens herzustellen.
2 ist eine Strukturfotografie, die einen Einsatzringhaftabschnitt eines Kolbens zeigt, der durch das herkömmliche Verfahren von 1 hergestellt wird. 6 ist eine Strukturfotografie, die einen Einsatzringhaftabschnitt eines Kolbens zeigt, der unter Verwendung eines Einsatzrings hergestellt wird, der aus einer Aluminiumlegierung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gefertigt ist.
Wie in 2 gezeigt, kann es an der Schnittstelle zwischen Aluminium als Grundmaterial des Kolbens und einem Einsatzring, der aus Gusseisen gefertigt ist, aufgrund eines Einschlusses von Oxid zu einer schlechten Haftung kommen, da die artfremden Werkstoffe in dem herkömmlichen Verfahren miteinander verbunden werden. Es ist jedoch ersichtlich, dass die Hafteigenschaften durch das Umschmelzverfahren verbessert werden, da die artgleichen Werkstoffe in der vorliegenden Erfindung miteinander verbunden werden, wie in 6 gezeigt.
Die vorliegende Erfindung kann eine leichte Aluminiumlegierung auf Al-Cu-Si-Basis bereitstellen, die eine hohe Festigkeit und Abriebfestigkeit aufweist, sowie einen Einsatzring, der dieselbe verwendet.
Zudem kann die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines Kolbens bereitstellen, das in der Lage ist, die Hafteigenschaften von Schnittstellen zwischen dem Einsatzring und Aluminium als Grundmaterial eines Kolbens durch Anwenden des Einsatzrings darauf zu verbessern.
Obwohl Ausführungsformen mit Bezug auf eine Anzahl beispielhafter Ausführungsformen davon beschrieben worden sind, sollte verstanden werden, dass zahlreiche andere Abwandlungen und Anwendungen von Fachleuten ausgearbeitet werden können, die unter die wesentlichen Gesichtspunkte der Ausführungsformen fallen. Insbesondere sind in konkreten Bestandselementen der Ausführungsformen verschiedene Variationen und Abwandlungen möglich. Es ist zudem zu verstehen, dass Unterschiede in Bezug auf die Variationen und Abwandlungen unter den Erfindungsgedanken und Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung fallen, die in den anhängigen Ansprüchen bestimmt sind.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

KR 1020160171298 [0001]

Claims

Aluminiumlegierung für einen Einsatzring, umfassend: Al als Grundmaterial; 24 bis 30 Gew.-% Cu; und 0.3 bis 4.1 Gew.-% Si.
Aluminiumlegierung nach Anspruch 1, wobei die Aluminiumlegierung eine Lamellenmikrostruktur umfasst, die Al und Al₂Cu auf ihrer Struktur umfasst.
Aluminiumlegierung nach Anspruch 2, wobei ein Verhältnis zwischen einem Phasenanteil von Al und einem Phasenanteil von Al₂Cu zwischen 0,78 und 1,23 liegt.
Aluminiumlegierung nach Anspruch 3, wobei das Verhältnis zwischen dem Phasenanteil von Al und dem Phasenanteil von Al₂Cu zwischen 0,78 und 1,23 liegt, um die Lamellenmikrostruktur auf der Aluminiumlegierung zu erzeugen.
Aluminiumlegierung nach einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Aluminiumlegierung eine Mikrostruktur aufweist, die eine Si-Phase auf ihrer Struktur umfasst.
Aluminiumlegierung nach einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Aluminiumlegierung eine Lamellenmikrostruktur aufweist, die Al und Al₂Cu sowie eine Si-Phase zusammen auf ihrer Struktur umfasst.
Einsatzring für einen Motorkolben, der mittels eines Gussverfahrens unter Verwendung einer Aluminiumlegierung, die Al als Grundmaterial, 24 bis 30 Gew.-% Cu und 0,3 bis 4,1 Gew.-% Si umfasst, und bei der ein Verhältnis zwischen einem Phasenanteil von Al und einem Phasenanteil von Al₂Cu auf ihrer Struktur zwischen 0,78 und 1,23 liegt, hergestellt wird.
Einsatzring nach Anspruch 7, wobei der Einsatzring durch das Verbinden von zwei oder mehreren getrennten Ringstücken miteinander gebildet wird.
Verfahren zum Herstellen eines Motorkolbens, in dem ein Einsatzring eingesetzt wird, um einen Feuerstegabschnitt zu verstärken, wobei das Verfahren umfasst: Bilden eines Kolbenkörpers; Bilden einer Nut zum Einsetzen eines Einsatzrings entlang eines Außenumfangs des Kolbenkörpers; Einsetzen einer Vielzahl von Ringstücken in die Nut, sodass der Einsatzring durch Verbinden der Ringstücke miteinander gebildet wird; und Umschmelzen der Nut, in die jedes der Ringstücke eingesetzt ist.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei jedes der Ringstücke eine Aluminiumlegierung umfasst, die Al als Grundmaterial, 24 bis 30 Gew.-% Cu und 0.3 bis 4.1 Gew.-% Si umfasst.
Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, wobei jedes der Ringstücke mittels eines Gussverfahrens unter Verwendung einer Aluminumlegierung hergestellt wird, die Al als Grundmaterial, 24 bis 30 Gew.-% Cu und 0.3 bis 4.1 Gew.-% Si umfasst.
Verfahren nach einem beliebigen der Ansprüche 9 bis 11, wobei jedes der Ringstücke mittels eines Gussverfahrens unter Verwendung einer Aluminiumlegierung, die Al als Grundmaterial, 24 bis 30 Gew.-% Cu und 0,3 bis 4,1 Gew.-% Si umfasst, und bei der ein Verhältnis zwischen einem Phasenanteil von Al und einem Phasenanteil von Al₂Cu auf ihrer Struktur zwischen 0,78 und 1,23 liegt, hergestellt wird.
Verfahren nach einem beliebigen der Ansprüche 9 bis 12, wobei das Bilden des Kolbenkörpers das Bilden des Kolbenkörpers mittels eines Gussverfahrens umfasst.
Verfahren nach einem beliebigen der Ansprüche 9 bis 13, wobei das Bilden des Kolbenkörpers das Bilden des Kolbenkörpers mittels eines Gussverfahrens umfasst.
Verfahren nach einem beliebigen der Ansprüche 9 bis 14, wobei der Einsatzring einen Feuerstegabschnitt des Kolbenkörpers verstärkt.
Motorkolben, der gemäß dem Verfahren nach einem beliebigen der Ansprüche 9 bis 15 hergestellt wird.