DE19537847A1 - Bewehrungsteil, dessen Grundwerkstoff austenitisches Gußeisen ist - Google Patents

Description

Die Erfindung befaßt sich mit einem Verfahren zur Herstel­ lung einer intermetallischen Verbindung zwischen einem Mo­ torenbauteil aus einer Aluminium-Basis-Legierung und einem Bewehrungsteil aus austenitischem Gußeisen, die gießtech­ nisch miteinander verbunden werden. Entsprechende Verfahren werden insbesondere zum Einbringen von Ringträgern, verein­ zelt auch zum Einbringen von Muldenrandbewehrungen bei Die­ sel-Motoren angewendet.

Dabei wird die Verbindung des Bewehrungsteils mit dem Kol­ benwerkstoff mit dem im Stand der Technik seit ca. 1950 be­ kannten Alfin-Verfahren hergestellt, indem das Bewehrungs­ teil vor dem Umgießen mit dem Kolbenwerkstoff in eine AlSi- Schmelze getaucht wird, wobei sich an der Oberfläche des Bewehrungsteils eine intermetallische Schicht ausbildet.

Mit den bei Dieselmotoren in der Vergangenheit kontinuier­ lich gestiegenen Zünddrücken zeigten sich die Festigkeits­ grenzen der bisher produzierten Alfin-Bindung, so daß eine höhere Bindungsfestigkeit gefordert wird.

Es wurde daher in DE-OS 42 21 448 schon vorgeschlagen, als Bewehrungsmaterial austenitisches Gußeisen mit globularer oder vermicularer Graphitausbildung zu verwenden, wodurch im Vergleich mit dem üblichen GGL-Werkstoff mit lamellarer Graphitausbildung die Bindungsfestigkeit infolge der gerin­ geren Kerbwirkung der in der Schicht eingebundenen Graphit­ partikel verbessert wird. Diese Lösung bringt allerdings auch verschiedene Nachteile mit sich.

Sie bedeutet zunächst die Abkehr von einem seit langem be­ währten Ringträgerwerkstoff. Außerdem weist der bisherige GGL-Ringträgerwerkstoff eine bessere Bearbeitbarkeit, höhe­ re Wärmeleitfähigkeit und eine höhere Verschleißfestigkeit auf und ist etwas billiger als der GGG-Ringträgerwerkstoff.

Die Erfindung beschäftigt sich daher mit dem Problem, die Festigkeit der intermetallischen Bindung zwischen Umguß und Bewehrungsteil unabhängig von der Verwendung eines GGG- oder GGL-Werkstoffs zu erhöhen.

Dieses Problem wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Durch das Glühen des austenitischen Grundwerkstoffs bis zur weitgehenden Entgraphitisierung des bei der Herstellung der intermetallischen Bindung beteiligten Bereichs wird die Kerbwirkung der Graphitlamellen bzw. anderer Graphitparti­ kel auf einfache und kostengünstige Art und Weise verhin­ dert und es kann sich eine nahezu störungsfreie intermetal­ lische Schicht ausbilden. Erste Abrißversuche zeigen, daß die Zugfestigkeit der erfindungsgemäßen Schicht - vergli­ chen mit der Zugfestigkeit konventioneller Alfin- Bindungen - um mindestens 30% gesteigert werden konnte.

Das Glühen der Bewehrungsteile muß in einer Ofenatmosphäre mit oxidierenden und reduzierenden Bestandteilen erfolgen, um die Entstehung von Konzentrationsunterschieden durch Diffusion des Nickels an die Oberfläche und die Bildung von Eisenoxiden an der Oberfläche weitgehend zu vermeiden, da eine so gebildete Oberfläche bei den nachfolgenden Verfah­ rensschritten störend wirkt.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungs­ beispiels beschrieben.

Es zeigt:

Fig. 1 einen Querschliff einer erfindungsgemäßen Alfin-Bindung mit randentgraphitisiertem Bewehrungsteil

Fig. 2 einen Querschliff einer Alfin-Bindung ohne Randentgraphitisierung zum Vergleich.

Ein Bewehrungsteil aus austenitischem Gußwerkstoff 1 mit lamellarer Graphitausbildung ist mit einem Kolbenwerkstoff AlSi12CuNiMg 2 durch eine Alfin-Schicht 3 verbunden. Der austenitische Gußwerkstoff ist im Bereich der Alfinbindung bis zu einer Tiefe von ca. 100-150 µm randentgraphiti­ siert. Die Entgraphitisierung erfolgt durch Glühen des Guß­ werkstoffs in Exogas bei Temperaturen < 1000°C. Dabei sind der Gehalt an CO₂ und CO und der Taupunkt so einzustellen, daß sich eine gut entkohlende Wirkung ergibt, um kurze Glühzeiten zu erreichen. Im vorliegenden Fall lag die Glüh­ zeit bei 25 min.

Durch die Verwendung von Exogas, das sowohl reduzierende als auch oxidierende Anteile aufweist, werden Konzentrati­ onsunterschiede und die Bildung von Oxiden an der Oberflä­ che weitgehend vermieden.

Die weiteren Verfahrensschritte entsprechen dem im Stand der Technik bekannten Alfin-Verfahren.

In der Alfin-Schicht 3 sind an Stelle der kompakten Gra­ phitlamellen nur noch aufgelockerte, nicht kohärente, perl­ schnurförmige Oxide zu erkennen, die sich auf die Festig­ keit der Alfin-Schicht nicht oder zumindest wesentlich ge­ ringer auswirken als die Graphitlamellen eines ungeglühten austenitischen Gußeisens.

Nur zum Vergleich wird in Fig. 2 eine konventionelle Alfin- Schicht dargestellt. Dort wird die Alfin-Schicht 4 deutlich erkennbar von Graphitlamellen durchsetzt, die die Alfin- Bindung schwächen, da sie als Störstellen wirken.

Claims (1)

1. Verfahren zur Herstellung einer intermetallischen Ver­ bindung zwischen einem Motoren-Bauteil aus einer ersten Aluminium-Basis-Legierung und einem Bewehrungsteil aus austenitischem Gußeisen, die gießtechnisch miteinander verbunden werden, mit den Verfahrensschritten

• a) Glühen des Bewehrungsteils in einer Ofenatmo­ sphäre mit oxidierenden und reduzierenden Gas­ anteilen zwecks zumindest teilweiser Zerset­ zung der im Bereich der Oberfläche des Beweh­ rungsteils liegenden Graphitlamellen,
• b) Tauchen des Bewehrungsteils in einer Schmelze aus einer zweiten Aluminium-Basis-Legierung zwecks Ausbildung einer intermetallischen Bin­ deschicht,
• c) Entnahme des Bewehrungsteils aus dem Tauchbad, Einlegen des Bewehrungsteils in eine Gießform und direkt daran anschließendes Umgießen des Bewehrungsteils mit der ersten Aluminium-Ba­ sis-Legierung.