DE1583747C - Verfahren zur Herstellung von Kolben aus Leichtmetallegierungen mit einem ring-I förmigen Kanal im Boden - Google Patents

Description

(II) Darauf wird ein geeigneter Ring, der als Abdeckring für den gewünschten Kühlkanal dient, in den Hohlraum eingebracht. Der Ring kann aus jedem beliebigen Metall oder jeder beliebigen Legierung, vorzugsweise Aluminiumlegierung, spanabhebend durch Pressen oder pulvermetallurgisch hergestellt werden. Dieser Ring kann im Querschnitt die in Fig. 2 gezeigte Form aufweisen; seine Größe muß so bemessen sein, daß ein Spielraum von einigen Millimetern zwischen seinen Seitenflächen und den Wänden des Hohlraumes verbleibt, damit das zu sinternde Pulver den Boden des breiteren Teiles des Hohlraumes erreichen kann (vgl. Fig. 3).

(III) Gemäß F i g. 4 ist der Kolben 1 in eine zweiteilige Stahlform 2 gebettet, da die zur Herstellung des Kolbens verwendeten Leichtmetallegierungen beim Drucksintern unter

■ hoher Temperatur verformt würden. Auf der Außenseite des Kolbenbodens ist eine Stange 4 befestigt, die von einem Stoßschaftkolben 5 umgeben ist.

(IV) Der Hohlraumteil oberhalb des Ringes 6 wird mit Metallpulver 7 gefüllt. Die Pulver, die zu diesem Zweck verwendet werden, bestehen aus teilweise oxydiertem Aluminium mit bis zu 14 % AI2O3, Aluminiumlegierungen mit variablen Si-Gehalten von 0 bis 25% Si und anderen Kolbenlegierungen, beispielsweise des Typs GAISiCuNi. Diese Pulver können allein oder in geeigneter Mischung verwendet werden, gegebenenfalls gemischt mit Pulvern anderer Metalle, die leicht in Aluminium diffundieren, wie Cu, Ag, Ni, Fe, usw. Ein erstes Kaltpressen erfolgt mit einer hydraulischen Presse oder irgendeiner anderen äquivalenten Vorrichtung, wobei entlang der Achse des Kolbens ein Druck von etwa 2 t/cm² aufgebracht wird.

(V) Nach dem Kaltpressen wird der Kolben durch eine Induktionsspule oder ein anderes System 8 auf eine Temperatur von 400 bis 450⁰C erhitzt und das Pulver mit einem Druck von etwa 2 bis 6 t/cm² während etwa einer Minute heißgepreßt, je nach Art des verwendeten Pulvers.

Dieser Vorgang bewirkt, abgesehen von der vollständigen Verschweißung des gesinterten Pulvers mit den Wänden des Kolbens und des Trägerringes, eine Umwandlung des Pulvers in ein kompaktes metallisches Gefüge ohne Unterbrechung der Kontinuität.

(VI) Nach dem Heißpressen wird der Kolben thermisch behandelt.

Das mikrographische Schliffbild der Verbindungszonen im Kolbenboden, die in Fig. 3 mit den Buchstaben a, b und c bezeichnet sind, ist in 500-facher Vergrößerung in den Fig. 5, 6 und 7 wiedergegeben.

Fig. 5 zeigt das Gefüge der Verbindungszonen

zwischen dem Kolbenboden und dem Abdeckring (Zone a der Fig. 3) nach Beizung in 0,5prozentiger Flußsäure.

Oben: der stranggepreßte Ring aus SAP (IO °/o Al₂O₃);

unten: der Kolbenboden.
Fig. 6 zeigt das Gefüge der Verbindungszone zwischen dem Abdeckring und der Sintermetallfüllung (Zone b der Fig. 3) nach Beizung in 0,5prozentiger Flußsäure.

Oben: die Sinterfüllung aus 75% Al (mit 10% Al₂O₃) und 25 % einer Al-25 % Si-Legierung;

unten: der stranggepreßte Ring aus SAP (IO % Al₂O₃).

Fig. 7 zeigt das Gefüge der Verbindungszone

zwischen dem Kolbenboden und der Sintermetallfüllung (Zone c der Fig. 3) nach Beizung in 0,5prozentiger Flußsäure.

Oben: die Sinterfüllung aus Al-25 % Si-Legierung; unten: der Kolbenboden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

1 2 eines ringförmigen Hohlraumes und Auffüllen des Patentansprüche: Hohlraumes oberhalb des Ringes durch Verschweißen. Durch dieses Verfahren jedoch gelingt es nicht,

1. Verfahren zur Herstellung von Kolben aus die Seiten des Ringes mit den Wänden des Hohl-Leichtmetallegierungen mit einem ringförmigen 5 raumes vollständig zu verbinden; es verbleiben in Kanal, der zur Zirkulation einer Kühlflüssigkeit diesen Zonen. Spalten, die als Ausgangspunkte für dient, im Kolbenboden, dadurch gekenn- Ermüdungsbruch während des Betriebes infolge des zeichnet, daß ein vorher durch mechanische Kerbeffektes wirksam sind. ;..·
Bearbeitung oder durch Pressen erhaltener ring- Ein anderes Verfahren besteht in der Einführung förmiger Hohlraum mittels eines Ringes geeigne- io eines hohlen, im Querschnitt kreisförmigen Ringes ter Form abgedeckt und der darüber verblei- aus einem Metall, das schwer mit Aluminium, bende Teil des Hohlraums mit Metallpulver, das Kupfer, legiertem Stahl u. dgl. zu verschweißen ist, nacheinander kalt- und heißgepreßt wird, gefüllt in den oberen Teil des ringförmigen Hohlraumes, und abgedichtet wird. worauf durch Verschweißen Material zugesetzt wird,

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch 15 das sich mit dem Kolben und nicht mit dem Ring gekennzeichnet, daß der Abdeckring durch verbindet, dessen einzige Funktion es ist, das durch mechanisches Bearbeiten oder Pressen von die Schweißfiamme geschmolzene Metall aufzufan-Aluminium und dessen Legierungen oder ver- g⁽en, um ein Eintropfen in den entstandenen Ringschiedenen Metallen, wie etwa Kupfer und Eisen, kanal zu vermeiden. Nach dem Schweißen wird der oder pulvermetallurgisch hergestellt wird. 20 Ring mit einem Lösungsmittel, das das Metall des

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch Kolbens unverändert läßt, aufgelöst. Wenn der Ring gekennzeichnet, daß zum Füllen und Abdichten aus Kupfer besteht, wird beispielsweise konzentrierte des verbleibenden Teils des ringförmigen Hohl- Salpetersäure verwendet, die die Kolbenlegierung raumes teilweise oxydiertes Aluminiumpulver nicht wesentlich angreift.

und/oder Pulver von Aluminiumlegierungen, 35 Das oben beschriebene Verfahren, das beispiels-

gegebenenfalls mit Pulvern anderer Metalle, die weise Gegenstand des deutschen Patents 1134 872

leicht in Aluminium diffundieren können, z. B. ist, erweist sich als aufwendig, da eine erheblich

Kupfer, Nickel und Eisen, kalt- und heißgepreßt lange Zeit für die Auflösung des Ringes erforderlich

werden. ist und es überdies geschehen kann, daß Spuren der

30 Säure in den Mikroporen des Metalls zurückbleiben und später Korrosionserscheinungen bewirken, die die Bildung von Ermüdungsbrüchen während des Betriebes fördern können.

Dem ist noch hinzuzufügen, daß die Schweiß-

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren, zur 35 zonen, die gewöhnlich nach der thermischen BeHerstellung von Kolben aus Leichtmetallegierungen handlung entstehen, Härtewerte aufweisen, die weit mit einem ringförmigen Kanal im Boden, in dem unter denjenigen der übrigen Kolbenpartien liegen, das Schmieröl des Motors zirkulieren kann, für Die Erfindung stellt ein einfaches und vergleichs-Brennkraftmaschinen nach dem Dieselprinzip. weise billigeres Verfahren zur Abdichtung des ring-

Es ist zwar bekannt, daß bei dieser Art von 40 förmigen Kühlkanals dar.

Motoren die Arbeitstemperatur eine derartige Höhe Dieses hermetische Abdichten wird dadurch

erreicht, daß sie in den meisten Fällen mit den erreicht, daß man Pulver aus Aluminium und/oder

Festigkeitseigenschaften der gewöhnlich zur Her- Aluminiumlegierungen, gegebenenfalls mit Pulvern

stellung von Kolben verwendeten Leichtmetallegie- anderer Metalle oder mit nichtmetallischen Disper-

rungen nicht vereinbar ist. In der Zone, iii der die 45 sionen, z. B. AI2O;), in den Teil eines ringförmigen

Sitze der Kolbenringe angeordnet sind, wird sehr Hohlraumes füllt, der oberhalb eines den späteren

oft eine außergewöhnlich hohe Erweichung des Kühlkanal freihaltenden Abdeckringes verbleibt, und

Materials mit demgemäß ungünstigen Wirkungen daß man nacheinander kalt- und heißpreßt, so daß

auf die Leistung des Motors beobachtet. eine Druckverschweißung zwischen dem gesinterten

Um diese Nachteile zu vermeiden, sind bisher 50 Werkstoff und dem Kolbenkörper gebildet wird,
zahlreiche Lösungen vorgeschlagen worden, von Die übliche thermische Vorerhitzung zur Härtung denen sich als wirkungsvollste diejenige erwies, bei des Kolbens trägt dazu bei, die Widerstandsfähigkeit der ein ringförmiger Hohlraum im Kolbenboden der Verbindungszone zu erhöhen, indem Diffusionsvorgesehen ist, der mit dem Kolbeninneren durch erscheinungen zwischen dem gesinterten Werkstoff Löcher verbunden ist. Der ringförmige Hohlraum, 55 und den Wänden des Hohlraumes hervorgerufen der zum oberen Teil des Kolbenbodens hin offen werden.

ist, kann auf jede beliebige Art hergestellt werden, Das Verfahren zum Abdichten des Hohlraumes

z. B. durch ein mechanisches Schneideverfahren oder wird nachstehend an Hand der Fig. 1 bis 7 be-

durch direktes Aussparen während des Pressens oder schrieben.

Gießens des Kolbens. 60

In beiden Fällen jedoch tritt das Problem des (I) In dem gepreßten oder gegossenen Kolben Abdichtens des Kanals gegenüber Flüssigkeiten auf. befindet sich ein Hohlraum oder wird ein Zu diesem Zweck wurden einige Verfahren aus- solcher hergestellt, dessen oberer Teil im gearbeitet, von denen jedoch keines frei von Nach- Querschnitt eine geometrische Form analog teilen ist. 65 der in Fig. 1 gezeigten aufweist; die Irinen-Eines dieser Verfahren besteht irrt Einführen eines flächen des Hohlraumes werden danach entkreisförmigen Ringes mit rechteckigem Querschnitt fettet und durch milde Behandlung mit einer aus der Legierung des Kolbens in den oberen Teil Lösung, die 0,5 °/o HF enthält, abgebeizt.