DE19836706A1

DE19836706A1 - In einem Aluminium-Gußteil einzugießender Grauguß-Rohling und entsprechendes Gußverfahren

Info

Publication number: DE19836706A1
Application number: DE19836706A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Eberlein
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 1998-04-17
Filing date: 1998-08-13
Publication date: 1999-10-21
Anticipated expiration: 2018-08-14
Also published as: DE19836706B4

Abstract

Die Erfindung betrifft einen in ein Aluminium-Gußteil einzugießenden Grauguß-Rohling, insbesondere eine in ein Aluminium-Kurbelgehäuse einzugießende Grauguß-Zylinderlaufbuchse. Erfindungsgemäß weist der Grauguß-Rohling auf seiner vom Werkstoff des Aluminium-Gußteils zu umfassenden Oberfläche eine Mangan enthaltende Beschichtung als Haftschicht auf. Beim Umgießen des Grauguß-Rohlings entsteht eine festhaftende Legierung im Grenzbereich zwischen der Beschichtung und dem Umguß, die zu einer stoffschlüssigen metallurgischen Verbindung führt.

Description

Die Erfindung betrifft einen in ein Aluminium-Gußteil einzugießenden Grauguß-Rohling nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein dazu geeignetes Gußverfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 9.

Die Problematik einer guten, stoffschlüssigen Bindung beim Eingießen eines Grauguß-Rohlings in ein Aluminium-Gußteil wird am Beispiel einer Zylinderlaufbuchse aus Grauguß erläutert, die mit einem Aluminium-Guß teil als Kurbelgehäuse einer Hubkolbenmaschine aus Aluminiumlegierung umgossen werden soll: der traditionelle Werkstoff für Kurbelgehäuse ist lamellarer Grauguß. Aufgrund erheblicher Gewichtsvorteile und in dem Bemühen, den Kraftstoffverbrauch von Fahrzeugen zu reduzieren, werden zunehmend mehr Kurbelgehäuse aus Aluminium hergestellt, wobei als weiterer Vorteil eine verbesserte Wärmeleitung erreichbar ist. Ein Problem bei Kurbelgehäusen aus Aluminium liegt in der Gestaltung der Zylinder lauffläche. Während herkömmlicher Grauguß bereits einen sehr guten Laufpartner für einen Kolben mit Kolbenringen darstellt, ist Aluminium als direkter Laufpartner ungeeignet. Durch das an sich bekannte Eingießen von Zylinderlaufbuchsen aus Grauguß in ein Kurbelgehäuse aus Alumi nium lassen sich die erprobten und bewährten Laufeigenschaften von Graugußoberflächen auch in einem Aluminium-Kurbelgehäuse realisieren.

Ohne besondere Maßnahmen können sich jedoch Probleme beim Eingießen der Zylinderlaufbuchse in das Aluminium-Kurbelgehäuse dadurch ergeben, daß die Bindung der Buchsenaußenseite mit dem Kurbelgehäusewerkstoff nur unzureichend ist. Bei einer stoffschlüssig unvollkommenen Anbindung kann es bei einem Betrieb einer Brennkraftmaschine zu einer Behinderung des Wärmeabflusses und in ungünstigen Lagefällen zu einer Lockerung der Zylinderlaufbuchse im Kurbelgehäuse kommen.

Es wurde daher bereits vorgeschlagen (DE 43 28 619 C2), eine einzu gießende Zylinderlaufbuchse vor dem Umgießen gezielt auf eine hohe Temperatur, beispielsweise 450°C vorzuwärmen. Dabei soll durch die in die Gießform einströmende Schmelze des Gehäusematerials die Zylinder laufbuchse oberflächlich angeschmolzen werden und dadurch eine innige Verbindung mit dem Gehäusewerkstoff eingehen. Nachteilig an diesem Verfahren ist, daß die auf hohe Temperaturen vorgewärmten Laufbuchsen- Rohlinge insbesondere beim Gießen von mehrzylindrigen Kurbelgehäusen nur schwierig zu handhaben sind. Zudem sind komplizierte Gießwerkzeuge erforderlich, wobei in jedem Fall ein Vorwärmofen mit relativ hohen Inve stitionskosten zu installieren ist.

Weiter ist ein Verfahren bekannt (DE 196 34 504 A1), mit dem Zylinder laufbuchsen aus Leichtmetall, insbesondere aus einer übereutektischen Aluminium/Silizium-Legierung in ein Kurbelgehäuse einer Hubkolbenma schine einer anderen Leichtmetall-Legierung eingegossen werden. Dabei wird der Zylinderlaufbuchsen-Rohling an der vom Leichtmetall-Kurbelge häuse zu umfassenden, außenseitigen Oberfläche mit scharikantig gebro chenen Partikeln aus einem spröden Hartwerkstoff gestrahlt, die bei ihrem Aufprall auf den Rohling dessen Oberfläche aufrauhen und das Material pyramidenähnlich oder lanzettartig ausschülpen oder aufwerfen. Dadurch soll beim Umgießen einer so behandelten Oberfläche eine bessere me tallurgische Anbindung erfolgen. Eine solche Oberflächenbehandlung ist nur bei bestimmten Leichtmetallmaterialien einer Zylinderlaufbuchse mög lich und insbesondere für kostengünstigere Zylinderlaufbuchsen aus Grau guß nicht geeignet.

Aufgabe der Erfindung ist es, demgegenüber einen in ein Aluminium-Guß teil einzugießenden Graußguß-Rohling so weiterzubilden, daß eine stoff schlüssige und metallurgisch verbesserte Anbindung möglich ist. Weiter ist es Aufgabe der Erfindung, ein Gußverfahren unter Verwendung eines sol chen Grauguß-Rohlings vorzuschlagen.

Die Aufgabe wird hinsichtlich des Grauguß-Rohlings mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und hinsichtlich des Verfahrens mit den Merkmalen des Anspruchs 9 gelöst.

Gemäß Anspruch 1 weist der Rohling auf seiner vom Werkstoff des Alumi nium-Gußteils zu umfassenden Oberfläche eine Mangan enthaltende Be schichtung als Haftschicht auf.

Unter einem Aluminium-Gußteil wird hier ein Gußteil verstanden, das mit dem Fachmann geläufigen Aluminiumgußlegierungen hergestellt ist. Ent sprechend wird unter einem Grauguß-Rohling ein Gußteil verstanden, das aus üblichen Grauguß-Legierungen hergestellt ist.

Erfindungswesentlich ist die Verwendung von Mangan in der Beschich tung, wobei je nach den Gegebenheiten unterschiedliche Beschichtungszu sammensetzungen möglich sind:

Gemäß Anspruch 2 ist eine Beschichtung insgesamt aus Mangan möglich.

Zweckmäßig kann nach Anspruch 3 auch eine Beschichtung aus einer Le gierung aus Mangan und Eisen sein, wobei die Verhältnisse der Einzelbe standteile gemäß Anspruch 4 je nach den Gegebenheiten in weiten Gren zen dimensionierbar ist. Gute Ergebnisse wurden mit einer Zusammen setzung von etwa 80% Eisen und 20% Mangan erzielt.

Es wurden auch metallurgisch gute Bindungen mit Beschichtungen aus einer Legierung aus Aluminium und Mangan nach Anspruch 5 erzielt. Auch hier sind nach Anspruch 6 je nach den konkreten Gegebenheiten die Dimensionierungen in relativ weiten Grenzen möglich, wobei beispiels weise gute Ergebnisse mit einem Verhältnis von 95% Aluminium und 5% Mangan erzielt worden sind.

Die Zusammensetzung und Dimensionierung der Beschichtung hängt im Rahmen der vorstehenden Möglichkeiten insbesondere von den verwende ten Legierungen, den Gießtemperaturen, den ggf. verwendeten Drucken und den Schichtdicken ab und ist den speziellen Gegebenheiten anzupas sen.

Die Aufbringung der Beschichtung erfolgt nach Anspruch 7 vorzugsweise dadurch, daß der Grauguß-Rohling mit der Beschichtung für eine festhaf tende Verbindung verschmolzen ist. Dabei ist die Zusammensetzung der Beschichtung so zu dimensionieren, daß diese bei einem Umgießen mit einer Aluminiumgußlegierung nicht aufgeschmolzen wird.

Eine besonders bevorzugte Anwendung besteht nach Anspruch 8 darin, daß der Grauguß-Rohling eine Zylinderlaufbuchse und das Aluminium- Gußteil ein Kurbelgehäuse einer Hubkolbenmaschine ist. Besonders hier ist eine stoffschlüssige Verbindung zwischen der Zylinderlaufbuchse und dem Kurbelgehäuse vorteilhafter als eine im wesentlichen mit den bisherigen Verfahren nur formschlüssig umfaßte Zylinderlaufbuchse mit der Gefahr von Spaltbildungen: durch die bessere metallische Anbindung werden gleichmäßige und gute Wärmeübergänge sichergestellt. Die gleichmäßige, gute metallurgische Verbindung zwischen Eingußteil und Umgußteil führt zudem zu einer hohen Steifigkeit des gesamten Teils mit hoher Formge nauigkeit und der Möglichkeit, ggf. durch dünnere Wandstärken Gewichts vorteile zu erzielen.

Die Aufgabe der Erfindung wird hinsichtlich des Verfahrens mit den Merkmalen des Anspruchs 9 gelöst, wobei auch hier vorzugsweise ein Gußverfahren für das Eingießen einer Zylinderlaufbuchse aus Grauguß in ein Kurbelgehäuse aus Aluminium vorgeschlagen wird.

Gemäß Anspruch 9 wird in einem ersten Verfahrensschritt auf dem Grau guß-Rohling auf seiner vom Werkstoff des Aluminium-Gußteils zu umfas senden Oberfläche eine Mangan enthaltende Beschichtung als Haftschicht aufgebracht. Für eine festhaftende Verbindung wird vorzugsweise die Be schichtung mit der Oberfläche verschmolzen. Die Zusammensetzung der Beschichtung ist dabei so dimensioniert, daß sie insgesamt aus Mangan oder aus einer Legierung aus Eisen und/oder Aluminium und Mangan be steht und daß sie bei einem Umgießen mit dem Material des Aluminium- Gußteils nicht aufgeschmolzen wird.

In einem weiteren Verfahrensschritt wird der so beschichtete Grauguß-Roh ling ohne Aufschmelzung der Beschichtung mit einer Aluminiumlegierung umgossen. Dabei erfolgt im Grenzbereich zwischen der Beschichtung und dem Umguß eine Diffusion. Dadurch entsteht in diesem Grenzbereich eine festhaftende Legierung, die sich aus Elementen des Umgusses und der Be schichtung zusammensetzt und die zu einer festen, stoffschlüssigen Ver bindung führt.

Die Verwendung für Mangan für den vorstehenden Zweck ist zudem relativ kostengünstig. Beispielsweise werden Eisen-Mangan-Legierungen in großem technischen Maßstab als Ferromangan bzw. Eisenspiegel herge stellt, wodurch auch der Bezug ausreichender Mengen gesichert ist.

Claims

1. In ein Aluminium-Gußteil einzugießender Grauguß-Rohling, dadurch gekennzeichnet, daß der Grauguß-Rohling auf seiner vom Werkstoff des Aluminium- Gußteils zu umfassenden Oberfläche eine Mangan enthaltende Be schichtung als Haftschicht aufweist.

2. Grauguß-Rohling nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung insgesamt aus Mangan besteht.

3. Grauguß-Rohling nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung aus einer Legierung aus Mangan und Eisen besteht.

4. Grauguß-Rohling nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung aus 40% bis 95% Eisen und entsprechend 60% bis 5% Mangan, vorzugsweise 80% Eisen und 20% Mangan, zusammengesetzt ist.

5. Grauguß-Rohling nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung aus einer Legierung aus Aluminium und Mangan be steht.

6. Grauguß-Rohling nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung aus 40% bis 95% Aluminium und entsprechend 60% bis 5% Mangan, vorzugsweise 95% Aluminium und 5% Mangan besteht.

7. Grauguß-Rohling nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn zeichnet, daß der Grauguß-Rohling mit der Beschichtung für eine fest haftende Verbindung verschmolzen ist und die Zusammensetzung der Beschichtung so dimensioniert ist, daß diese bei einem Umgießen mit einer Aluminiumgußlegierung nicht aufgeschmolzen wird.

8. Grauguß-Rohling nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekenn zeichnet, daß der Grauguß-Rohling eine Zylinderlaufbuchse und das Aluminium-Gußteil ein Kurbelgehäuse einer Hubkolbenmaschine ist.

9. Gußverfahren zum Eingießen eines Grauguß-Rohling, insbesondere einer Zylinderlaufbuchse aus Grauguß in ein Aluminium-Gußteil, ins besondere in ein Kurbelgehäuse einer Hubkolbenmaschine aus Alumi nium, dadurch gekennzeichnet,
daß auf dem Grauguß-Rohling auf seiner vom Werkstoff des Alumi nium-Gußteils zu umfassenden Oberfläche eine Mangan enthaltende Beschichtung als Haftschicht in einer festhaftenden Verbindung, vor zugsweise durch Verschmelzen der Beschichtung mit der Oberfläche, aufgebracht wird,
daß die Zusammensetzung der Beschichtung dabei so dimensioniert ist, daß sie insgesamt aus Mangan oder aus einer Legierung aus Eisen und/oder Aluminium und Mangan besteht und daß sie bei einem Um gießen mit dem Material des Aluminium-Gußteils nicht aufgeschmol zen wird, und
daß der so beschichtete Grauguß-Rohling ohne Aufschmelzung der Beschichtung mit einer Aluminiumlegierung umgossen wird, wobei durch Diffusion in die Beschichtung im Grenzbereich zwischen der Beschichtung und dem Umguß eine stoffschlüssige Verbindung über eine festhaftende Legierung entsteht, die sich aus Elementen des Um gusses und der Beschichtung zusammensetzt.