DE19503784A1 - Verfahren zum Herstellen eines Kipp- oder Schlepphebels aus Aluminium - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Kipp- oder Schlepphebels aus Aluminium bzw. einer Aluminiumlegierung für eine Ventilsteuerung einer Brennkraftmaschine durch einen Gießprozeß.

Gegossene Aluminiumhebel sind bereits seit längerem bekannt und werden vor allem wegen ihres geringen Gewichtes gegenüber Stahl eingesetzt. Diese Kipp- oder Schlepphebel aus Aluminium werden normalerweise im Druckgußverfahren hergestellt. Nachteilig dabei ist, daß beim Druckguß mit einer Vielzahl von Poren und Fehlstellen zu rechnen ist, die die Festigkeit des Aluminiumhebels stark beeinflussen. Um dies auszuglei­ chen, müssen die Querschnitte besonders in gefährdeten Bereichen entsprechend groß dimensioniert werden. Dies wiederum hat zur Folge, daß das Gewicht und der benötigte Bauraum zunehmen, so daß der Vorteil des geringen spezifischen Gewichtes von Aluminium nicht voll zum Tragen kommt.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Kipp- bzw. Schlepphebel aus Aluminium bzw. einer Aluminiumlegierung mit Werkstoffeigenschaften zu entwickeln, der auch unter größten Belastungen den Vorteil eines geringen spezifischen Gewichtes ohne eine Vergrößerung des Quer­ schnitts realisieren kann.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Kipp- oder Schlepphebel durch Vakuum-Druckguß, Thixocasting oder Squeeze-Casting hergestellt ist. Durch diese Gießverfahren gelingt es nahezu ein porenfreies homogenes Gefüge mit geringer Einschlußhäufigkeit herzu­ stellen, so daß Werkstoffestigkeit und Bruchdehnung gegenüber Kipp­ hebeln aus Aluminium, die nach dem bisherigen Stand der Technik herge­ stellt wurden, wesentlich gesteigert werden können. Die positive Folge davon ist, daß bei gleichzeitig geringen Querschnitten höhere Spannun­ gen zulässig sind und somit höhere Kräfte übertragen werden können.

Die genannten Verfahren befinden sich dabei in enger Verwandtschaft zum Druckgießen, bei dem die Metalle im teigigen oder flüssigen Zu­ stand unter Druck in eine Dauerform gegossen werden. Beim Vakuum- Druckgießen wird entweder die Form nach dem Schließen mit einer Haube umgeben und dann evakuiert, oder der Warmhalteofen ist unter der Gießmaschine so angeordnet, daß das Metall durch Evakuierung der Form in diese hineingesogen und darin verdichtet wird. Beim Thixocasting ist der zu gießende Werkstoff nicht vollständig flüssig, sondern hat die Liquidustemperatur bereits unterschritten und besteht aus einer Mischung von fester und flüssiger Phase. Intensives Rühren verhindert die übliche dendritische Ausbildung der Körner und rundet zu globoli­ tischen Formen. Beim Squeeze-Casting ist zwischen dem Direkt-Squeeze- Casting, das von der Anlagetechnologie eher dem Gesenkschmieden ähnelt und bei dem flüssiges Metall in die Unterform dossiert wird und dem Indirekt-Squeeze-Casting, das eine Verbindung aus Druckgießen und Niederdruckgießen darstellt, wobei flüssiges Metall in eine vertikale Gießkammer dosiert wird, zu unterscheiden. Nähere Ausführungen zum Squeeze-Casting und Thixocasting sind der Zeitschrift Giesserei 81 (1994) Nr. 6, S. 342-349 zu entnehmen.

Eine weitere Verbesserung der mechanischen Eigenschaften von Kipp- oder Schlepphebeln wird gemäß Anspruch 2 durch die Aushärtung von Aluminiumlegierungen des Typs AlSiMg, AlSiCu, AlZnMg oder AlCuTi erreicht. Durch die Aushärtung wird eine Erhöhung der Dehngrenze, der Zugfestigkeit und der Härte bei gleichzeitig je nach Aushärtungszu­ stand nur wenig im Vergleich zum Gußzustand veränderter Bruchdehnung erreicht. In bekannter Weise beruht die Aushärtung der Aluminium- Gußlegierungen auf der Entmischung übersättigter α-Mischkristalle. Voraussetzung für eine Aushärtung ist daher das Vorhandensein eines α- Mischkristalls, der eine mit der Temperatur abnehmende Löslichkeit für einen bestimmten Legierungsbestandteil aufweist und von Temperaturen hoher Löslichkeit so schnell abgekühlt, daß er anschließend in einem übersättigten Zustand vorliegt. Der übersättigt gelöste Bestandteil hat aber das Bestreben, daß der jeweiligen Temperatur entsprechende thermodynamische Gleichgewicht wieder einzunehmen, d. h., es kommt zu Entmischungs- bzw. Ausscheidungsvorgängen. Die Wärmebehandlungs­ methode Aushärtung setzt sich aus den bekannten drei Teilschritten zusammen:

• a) Lösungsglühen - zum Auflösen ausreichender Mengen des für die Aushärtung wichtigen Legierungsbestandteils im α-Mischkristall.
• b) Abschrecken - zur Einstellung eines bei Raumtemperatur stark übersättigten Mischkristalls.
• c) Auslagern - als Kaltauslagerung bei Raumtemperatur oder als War­ mauslagerung bei Temperatur zwischen 100 und 200 °C zur Entmi­ schung bzw. Ausscheidung der aushärtenden Phasen.

Auch bei Kipp- bzw. Schlepphebeln sind die wichtigsten aushärtbaren Aluminium-Gußlegierungen die Legierungen vom Typ AlSiMg, AlSiCu, AlZnMg und AlCuTi. Weitere Einzelheiten zur Wärmebehandlung von Alumi­ nium-Gußlegierungen sind in einem Artikel der Zeitschrift Giesserei 77 (1990) Nr. 29, S. 693-699 enthalten.

Die Erfindung wird an nachstehendem Ausführungsbeispiel näher erläu­ tert.

Ein Schlepphebel der Legierung AlSi10Mg wurde im Squeeze-Casting- Verfahren hergestellt, so daß dieser ein nahezu porenfreies Gefüge aufwies und das Gußteil gegenüber einem durch normales Druckgießen hergestellten eine Bruchdehnung von <10% hatte. Dieser Schlepphebel wurde in bekannter Weise einem Aushärtungsvorgang unterworfen. Durch die Aushärtung wird in der bereits beschriebenen Weise eine Erhöhung der Dehngrenze, der Zugfestigkeit und der Härte erreicht. Der so hergestellte und wärmebehandelte Schlepphebel kann gegenüber einem durch Druckguß hergestellten seine eigentlichen Vorteile, nämlich verbesserte mechanische Eigenschaften bei geringen Querschnitten und demzufolge geringem Platzbedarf durchsetzen, so daß er auch zu Stahl­ bauteilen bei geringfügig größerer räumlicher Ausdehnung eine positive Alternative ist.

Claims (2)

1. Verfahren zum Herstellen eines Kipp- oder Schlepphebels aus Alumi­ nium bzw. einer Aluminiumlegierung für eine Ventilsteuerung einer Brennkraftmaschine durch einen Gießprozeß, dadurch gekennzeichnet, daß die Hebel durch Vakuum-Druckguß, Thixocasting oder Squeeze-Casting hergestellt sind.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Alumini­ umlegierung eine Legierung vom Typ AlSiMg, AlSiCu, AlZnMg oder AlCuTi ist und einer Wärmebehandlung in Form einer Aushärtung unterworfen ist.