DE1285680B

DE1285680B - Verfahren zur Herstellung von Metallgusskoerpern mit hoher Waermeleitfaehigkeit und verschleiss- und hitzefesten inneren Oberflaechen

Info

Publication number: DE1285680B
Application number: DEB77021A
Authority: DE
Inventors: Imagawa Tameichi
Original assignee: Bridgestone Cycle Co Ltd
Current assignee: Bridgestone Cycle Co Ltd
Priority date: 1963-08-27
Filing date: 1964-06-01
Publication date: 1968-12-19
Also published as: NL6408903A; SE313402B; NL138822B; BE652385A; US3401736A; GB1061573A; FR1398301A; NL6901144A; CH449374A; AT271763B

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstel- nutzung eines Druckgießverfahrens unnötig; auch ist

lung von Metallgußkörpern mit hoher Wärmeleitfähig- keinerlei Vorbehandlung des Kernes erforderlich,

keit und verschleiß- und hitzefesten inneren Ober- Bei dem neuen Verfahren können verschiedene Arten

flächen, insbesondere Zylindern von Verbrennungs- von hitzefesten Metallen auf Sandkerne aufgespritzt motoren und Fahrzeugbremsen aus Leichtmetall, 5 werden.

durch Gießen des Gußmetalls in die Zwischenräume Als Leichtmetall zum Gießen von Verbundguß-

zwischen einer Gießform und einem mit einem ab- stücken dient vorzugsweise Aluminium und dessen

rieb- und hitzefesten Metall überzogenen Kern. Legierung.

Die Innenflächen von Maschinenteilen — beispiels- In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfinweise von Zylindern für Verbrennungsmaschinen, io dung wird vor Aufbringung einer abrieb- und hitzeinsbesondere von Aluminiumzylindern für Kraft- festen Metallschicht auf die Oberfläche des Sandkerwagen, oder die Reibflächen von Bremsnabentrom- nes zunächst ein niedrigschmelzendes Metall, wie mein — sind bekanntlich kurzfristig einer außeror- Zink oder Aluminium bzw. deren Legierungen, als dentlich großen Wärmemenge ausgesetzt, wenn sie erste Schicht auf den Sandkern aufgespritzt. Das erhöhten Temperaturen unterworfen werden. Der- 15 abrieb- und hitzefeste Metall, welches die Reibfläche artige Maschinenteile müssen daher eine gute Hitze- des Gußkörpers bilden soll, wird sodann als zweite festigkeit und in gleichem Maß eine ebenso gute Schicht auf die erste Schicht — ebenfalls mittels eines Wärmeleitfähigkeit aufweisen, da andernfalls die Metallspritzverfahrens — aufgebracht.
Temperatur außerordentlich schnell ansteigt und Durch die Anwendung von niedrigschmelzenden durch Überhitzung ein Unfall ausgelöst werden kann, 20 Metallen oder Metallegierungen als erste Überzugsindem die Reibflächen von Bremsscheiben aneinander schicht für den Sandkern wird die thermische Stoßhängenbleiben, beanspruchung auf den Sandkern sehr gering sein,

Nach dem sogenannten »Transplant«-Verfahren weil die aufgespritzte niedrigschmelzende Metall-

zum Erzeugen von Verbundteilen mit abrieb- und schicht einen geringen Wärmeinhalt besitzt. Auf die verschleißfesten Oberflächen wird auf einen metalli- 35 Weise wird eine Beschädigung und ein thermisches

sehen Kern eine dünne Schicht eines verschleißfesten Verwerfen des Kernes verhindert, ohne daß eine

Stoffes aufgebracht und der Kern sodann in der Gieß- große Geschicklichkeit oder eine besondere Sorgfalt,

form umgössen, wobei sich die auf dem Kern befind- . wie beim direkten Aufspritzen der abrieb- und hitze-

liche verschleißfeste Schicht mit dem Gießgut verbin- festen Metallschicht, erforderlich wäre. Darüber hindet, worauf der Kern aus dem Gußstück entfernt 30 aus wird der Sandkern durch die Vorbehandlung

wird. derart verstärkt, daß er in genügendem Ausmaß einer

Dieses bekannte Verfahren hat vor allem den Hitzebeanspruchung widerstehen kann, die durch den Nachteil, daß bei der Serienherstellung eine große plötzlichen Temperaturschock und örtliche Überhit-Anzahl teurer metallischer Kerne bereitgehalten wer- zung beim Aufspritzen der zweiten Schicht verursacht den müssen. Zudem werden bei Anwendung der nicht 35 wird.

zusammendrückbaren Metallkerne in jedem Stadium Erforderlichenfalls kann auf die zweite Schicht als

des Prozesses das Gefüge der Überzüge und der dritte Schicht noch eine Aluminiumschicht aufge-

gegossenen Formkörper schädigenden Zugspannun- spritzt werden, worauf der· Kern abschließend in eine

gen, die zu Rissen in den Überzügen führen können, Gießform eingesetzt wird. Dann wird eine Metallunterworfen — und zwar erstens im Inneren des auf 40 schmelze von hoher Wärmeleitfähigkeit in die Form

den Metallkern aufgebrachten Überzuges, wenn die- gegossen. Weil sowohl die zweite wie auch die dritte

ser erkaltet —, zweitens, wenn sich der metallische . Schicht eine feinporige Oberfläche aufweisen, haftet

Kern mit dem aufgespritzten Überzug legiert, und das eingegossene Metall sehr gut an der dritten Über-

drittens, wenn der Metallkern aus dem Gießkörper zugsschicht. Da ferner die Oberfläche des Sandkernes

herausgezogen wird. 45 nur mit Metallspritzschichten überzogen ist, können

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Ver- beim Gießen die Gase durch die porigen Schichten

fahren zu schaffen, nach welchem die auf einen Kern leicht entweichen.

aufgespritzten verschleiß- und hitzefesten Metalle Nach Entfernen des Kernes aus dem gegossenen

einfach und wirtschaftlich mit dem Grundmetall von Körper befindet sich der zuvor, auf die Oberfläche

Gußstücken zu in deren Inneren angeordneten Ober- 50 des Gußkernes aufgebrachte Belag auf der inneren

flächenschicht verbunden werden können. Fläche des Gußkörpers. Die niedrigschmelzende erste

Die Lösung dieser Aufgabe besteht erfindungs- Schicht des erhaltenen Belags wird sodann aus dem

gemäß darin, daß auf einen aus synthetischem Form- Gußkörper entfernt, wobei die verschleißfeste zweite

sand bestehenden Kern zunächst das abrieb- und Metallschicht freigelegt wird, die als Reib- oder

hitzefeste Metall aufgespritzt und hierauf das Guß- 55 Gleitschicht dient.. _/ ...

metall ohne Druck in die Gießform eingegossen Von den zur Erläuterung einiger Ausführungs-

wird. Dabei wird die aufgespritzte Metallschicht formen der Erfindung dienenden Zeichnungen veran-

mit dem eingegossenen Metall zur inneren schaulicht

abrieb- und hitzefesten Oberflächenschicht eines F i g. 1 einen Schnitt durch einen Kern für einen

Verbundgußstückes. 60 Leichtmetallzylinder einer Verbrennungsmaschine,

Der erfindungsgemäß benutzte Sandkern weist eine F i g. 2 einen Schnitt durch eine Bremstrommel-Porosität von 7 bis 15 % auf und ist daher für Luft nabe für Kraftwagen und

und andere Gase durchlässig. Der aufgespritzte ab- F i g. 3 die mikroskopische Struktur einer wärmerieb- und hitzefeste Metallüberzug bewirkt beim Er- beständigen, mit Gleiteigenschaften für Lagerungskalten eine Schrumpfung des Sandkernes; hierdurch 65 zwecke ausgerüsteten Schicht.

treten keine Zugspannungen im erkaltenden Metall- In F i g. 1 stellt 1 einen geformten Sandkern dar,

Überzug und demzufolge auch keine Risse auf. der aus Sand auf herkömmliche Weise mit Hilfe eines

Die erfindungsgemäße Arbeitsweise macht die Be- synthetischen Harzbinders erstellt ist.

Dieser Sandkern 1 ist im wesentlichen stabil, aber empfindlich gegen Beschädigungen bei rauher Handhabung und wird bei plötzlichem, örtlich begrenztem Temperaturanstieg verformt.

Ein niedrigschmelzendes Metall oder eine Legierung aus diesem Metall, die erfindungsgemäß auf die Oberfläche des Sandkernes 1 aufgespritzt werden, bilden die erste Schicht 2. Der Sandkern 1 wird hierdurch verstärkt und seine Festigkeit erhöht, so daß er einer beträchtlich rauhen Handhabung widerstehen kann.

Da andererseits der Schmelzpunkt des für die erste Schicht verwendeten Metalls niedrig liegt und die beispielsweise zum Schmelzen und Versprühen und zum Spritzen des Metalls erforderliche Wärmeaufnahmefähigkeit gering ist, wird der Sandkern 1 beim Aufspritzen der ersten Schicht keinem größeren Wärmeschock unterworfen, so daß die erste Schicht 2 leicht ohne Verformung gebildet wird. Die Stärke der ersten Schicht 2 beträgt 1,5 mm. Der durch die erste Schicht 2 verstärkte Sandkern 1 kann dem kontinuierlichen Aufspritzen von geschmolzenem Metall widerstehen.

Auf die Oberfläche der ersten Schicht 2 ist ein verschleißfestes Metall, wie Stahl oder eine Stahllegierung, aufgespritzt und damit die zweite Schicht 3, deren Stärke ebenfalls 1,5 mm beträgt, erzeugt. Ein geeigneter Stahl als Material für die zweite Schicht hat nachstehende prozentuale Zusammensetzung:

Geeignete Aluminiumlegierungen als Grundmaterial für Zylinder enthalten in Prozenten

C	Mn	P	S	Fe
0,80	0,70	0,04	0,04	98,42

Da die zweite Schicht 3 infolge der ungleichmäßigen porigen Oberfläche der ersten Schicht 2 sich mit letzterer durchgehend fest verbindet, kann die zweite Schicht 3 eine hinreichende Stärke aufweisen und gut an der ersten Schicht 2 haften. Auch wird eine Beschädigung und ein durch die Wärme hervorgerufenes Verformen des Sandkernes 1 verhindert, weil die Wärme der aufgespritzten zweiten Metallschmelze nicht unmittelbar auf den Sandkern 1, sondern auf die erste Schicht 2 die eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist, einwirkt.

Auf die Oberfläche der zweiten Schicht 3 ist die aus Leichtmetall oder einer Leichtmetallegierung bestehende dritte Schicht 4 aufgespritzt. Diese hat eine Stärke von etwa 0,5 bis 1,0 mm und bewirkt eine bessere Verbindung zwischen dem Metall der zweiten Schicht 3 und der einzugießenden Leichtmetallschmelze. Durch die beim Auftragen der dritten Schicht 4 stattfindende weitere Wärmebehandlung wird ein noch vollständigeres Verschweißen der verschiedenen Metalle erreicht.

Der auf die beschriebene Weise fertiggestellte Kern 5 wird zwecks Herstellung eines Zylinders in eine Gießform eingesetzt, worauf man geschmolzenes Grundmetall in die Form gießt, um Zylinder zu gießen. Weil die äußerste aufgespritzte Schicht 4 des fertigen Kernes 5 eine feinporige unregelmäßige Oberfläche aufweist, bindet das Grundmetall des gegossenen Zylinders oberflächlich die zweite Schicht 3 und die dritte Schicht 4.

5 Si	Cu	Fe	Mg	Mn
7,54	0,65	0,40	0,33	0,02
ίο 10,10	0,20	0,8	0,30	—
12,00	2,0 bis 4,0	1,5	0,30	0,02

Eine andere Ausführungsform der Erfindung, wie sie bei der Herstellung von Bremstrommeln für Kraftwagen zur Anwendung gelangt, wird an Hand der F i g. 2 erläutert, worin 8 eine Trommel im Schnitt zeigt. 9 bedeutet einen Felgenteil und 10 einen Flansch. Die Oberflächenschicht eines hochhitze-

ao beständigen und abriebfesten Metalls ist auf die Innenfläche der Felge 9 aufgetragen. 12 veranschaulicht eine Zwischenschicht aus Aluminium, welche die legierungsähnliche Oberflächenschicht 11 an das Grundmetall bindet. 13 stellt eine Bremsscheibe und 14 eine Bremsbacke dar.

Gemäß der Erfindung wird ein hitzebeständiger abriebfester Metallüberzug 11 in einer Stärke von 0,5 bis 1,0 mm auf die Oberfläche 15 eines nicht dargestellten Sandkernes (F i g. 2 und 3) und auf die Überzugsschicht 11 die Zwischenschicht 12 aus Aluminium aufgespritzt. Der auf diese Weise fertiggestellte Kern wird sodann in eine Gießform eingesetzt und umgössen. Hierbei dient die Zwischenschicht 12 als ein Bindeglied, welches das Grundmetall 16 der Felge 9 und die Oberflächenschicht 11 miteinander verbindet und die feinen Zwischenräume zwischen den Mantelteilchen der Oberflächenschicht 11 auffüllt, um an letzterer sicher zu haften. Da die Stärke der Oberflächenschicht 11 gering und diese Schicht mittels der Zwischenschicht 12 an das Grundmetall 16 der Felge 9 gebunden und mit diesem verschweißt ist, wird die Reibungswärme sofort nach Erzeugung in das Grundmaterial 16 der Felge 9 abgeleitet, so daß keine wesentlichen Temperaturunterschiede zwisehen beiden Schichten entstehen können.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von Metallgußkörpern mit hoher Wärmeleitfähigkeit und verschleiß- und hitzefesten inneren Oberflächen, insbesondere Zylindern von Verbrennungsmotoren und Fahrzeugbremsen aus Leichtmetall, durch Gießen des Gußmetalls in die Zwischenräume einer Gießform und einem mit einem abrieb- und hitzefesten Metall überzogenen Kern, dadurch gekennzeichnet, daß auf einen aus synthetischem Formsand bestehenden Sandkern zunächst das abrieb- und hitzefeste Metall aufgespritzt und hierauf das Gußmetall ohne Druck in die Gießform eingegossen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf den Sandkern zunächst eine Vorschicht aus einem niedrigschmelzenden Metall, wie Zink oder Aluminium bzw. deren Legierungen, aufgespritzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß durch Wärmebehandlung ein

Ineinanderdiffundieren der Vorschicht und verschleißfesten Hauptschicht bewirkt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß auf die verschleißfeste Hauptschicht eine Deckschicht aus Aluminium aufgespritzt wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen