DE2013355A1

DE2013355A1 - Aluminium alloy piston with annular groove reinforcements

Info

Publication number: DE2013355A1
Application number: DE19702013355
Authority: DE
Inventors: William C Independence Ohio Reinberger (V.St.A.). P B23p 17-00
Original assignee: TRW Inc
Current assignee: Northrop Grumman Space and Mission Systems Corp
Priority date: 1970-03-20
Filing date: 1970-03-20
Publication date: 1971-09-30
Also published as: DE2013355B2

Abstract

An unfinished aluminium alloy piston is heated to a temp. e.g. ca. 204 degrees C, which is below the alloy softening temp. The annular groove is sand blasted as the piston is rotated and while the piston is still hot (pref. at 149 degrees C) a bonding agent (pref. Ni-Al alloy) is sprayed on the groove surface. Following this treatment a wear-resistant metal (pref. stainless steel) is sprayed onto the groove while the temp. of the piston is 149 degrees C - 216 degrees C.

Description

Verfahren zur Herstellung eines Kolbens aus einer Aluminium-Legierung mit einer Ringnutenverstärkung.Method of manufacturing a piston from an aluminum alloy with an annular groove reinforcement.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Ringnutenverstärkungen in Kolben aus einer Aluminium-Legierung.The invention relates to a method for producing ring groove reinforcements in pistons made of an aluminum alloy.

Bei schweren Brennkraftmasehinen, bei denen Kolben aus Alu miniumlegierungen verwendet werden, tritt das Problem auf, daß die.Wandungen der Kolbenringnuten im Betrieb deformiert werden, so daß eine Verstärkung des Ringnutenbereiches sich als notwendig erwiesen hat. In einigen Fällen wurde diese Verstärkung in Form. eines Einsatzes verwendet, der üblicherweise metallurgisch mit dem Metall des-Kolbenkopfes verbunden wurde. Beispiele eines derartigen AuSbaus.aind in den US-Patentschriften 2 550 879, 3 118 712 und -3 183 796 beschrieben.For heavy internal combustion engines, where pistons are made of aluminum alloys are used, the problem arises that the walls of the piston ring grooves in the Operation are deformed, so that a reinforcement of the annular groove area turns out to be has proven necessary. In some cases, this reinforcement was in shape. one Insert used, usually metallurgically with the metal of the piston head was connected. Examples of such a structure are given in U.S. patents 2,550,879, 3,118,712 and -3,183,796.

Andere Versuche., eine Verstärkung herzustellen, beziehen sich auf die Technik, ein Verstärkungsmetall in die vorgeformte Nut.einzusprWhen. Ein Beispiel dieses Verfahrens ist in der US-Patentschrift 2 833 668 beschrieben.Other attempts to make reinforcement refer to the technique of injecting a reinforcement metal into the preformed groove. An example this process is described in US Pat. No. 2,833,668.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die im vorstehenden erwähnte zweite Technik, das heißt auf das Sprihen eines verschleißfesten verschleißfesten Metalls in eine Nut, die vorher im Kopf des Kolbens ausgebildet wurde. Mit der Folge von Verfahrensschritten, die noch im einzelnen beschrieben werden sollen, wird es möglich, eine derartige Verstärkung mit wesentlich geringeren Kosten herzustellen, als es bisher möglich war und gleichzeitig ist es durch das erfindungsgemäße Verfahren möglich, die Festigkeit der Bindung zwischen der Kolbenlegierung und dem Sprühmetall zu verbessern.The present invention relates to the aforesaid second technique, that is, on spraying a wear-resistant wear-resistant Metal into a groove previously formed in the head of the piston. With the consequence of procedural steps, which are to be described in detail, it becomes possible to produce such a reinforcement at a much lower cost, than was previously possible and at the same time it is thanks to the method according to the invention possible the strength of the bond between the piston alloy and the spray metal to improve.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird ein Kolben aus einer Aluminiumlegierung zuerst mit einer Umfangsnut von gestufter Konfiguration versehen. Als nächstes wird der Kolben vorerhitzt und zwar auf eine Temperatur von etwa 20400 (4000F), jedoch unter die-Erweichungstemperatur des Metalles des Kolbenrohlings. Während sich der Kolbenrohling noch auf einer erhöhten Temperatur durch diese Vorerhitzung befindet, wird die Nut einer Sandstrahlbehandlungsstufe unterzogen, um alle Oxyde zu entfernen, die andererseits die Bindung stören würden und um gleichzeitig die Oberfläche aufzurauhen.In the method according to the invention, a piston is made from an aluminum alloy first provided with a circumferential groove of stepped configuration. Next will the piston preheated to a temperature of about 20400 (4000F), however below the softening temperature of the metal of the piston blank. While the The piston blank is still at an elevated temperature due to this preheating, the groove is sandblasted to remove all oxides, which on the other hand would disturb the bond and at the same time roughen the surface.

Die nächste Stufe besteht darin, daß ein Bindemetall auf die Oberfläche der Nut aufgesprüht wird, während der Kolbenrohling noch auf einer Temperatur von wenigstens etwa 149°C (3000F) gehalten wird. Als nächstes wird ein verschleißfestes Metall, wie beispielsweise rostfreier Stahl, in die Nut und zwar über dem dünnen Bindemtallfilm, der vorher aufgetragen wurde, eingesprüht, um die Nut aufzufüllen. Die Temperatur des Kolbens während dieser Sprühstufe wird derart eingestellt, daß dieggeta 21600 (4200F) nicht übersteigt. Danach kann der Kolben auf die Endabmessungen fertig bearbeitet werden, wobei eine Nut in das Verstärkungsmetall eingeschnitten wird, um einen Kolbenring aufzunehmen.The next stage is to apply a binding metal to the surface the groove is sprayed on while the piston blank is still at a temperature of is maintained at least about 149 ° C (3000F). Next is a wear-resistant Metal, such as stainless steel, into the groove above the thin one Binder metal film that was previously applied, sprayed to fill the groove. The temperature of the piston during this spray stage is adjusted so that dieggeta does not exceed 21600 (4200F). Then the piston can be adjusted to its final dimensions finished with a groove cut into the reinforcement metal to accommodate a piston ring.

Die Erfindung betrifft also ein Verfahren zur Herste'lung eines Kolbens aus einer Aluminiumlegierung, der eine Ringnutenverstärkung aufweist, wobei ein mit einer Nut versehener Kolbenrohling Kolbenrohling auf eine mittlere Temperatur vorerhitzt wird, wonach eine Sandstråhlbehandlung durchgeführt wird, um Oxydfilm zu entfernen und um die Oberfläche aufzurauhen, während der Kolbenrohling noch heiß ist, wonach ein Bindemetall auf die Oberfläche der Nut aufgesprüht wird, während sich der Xolbenrohling auf einer Temperatur- von wenigstens 14900 (3oO0F) befindet, wonach das verschleißfeste Metall in die Nut eingesprüht wird, um die Nut zu füllen.The invention thus relates to a method for producing a piston made of an aluminum alloy, which has an annular groove reinforcement, wherein a piston blank provided with a groove Piston blank on a medium one Temperature is preheated, after which a sand jet treatment is carried out, to remove oxide film and to roughen the surface while the piston blank is still hot, after which a binding metal is sprayed onto the surface of the groove, while the Xolben blank is at a temperature of at least 14900 (3oO0F) is located, after which the wear-resistant metal is sprayed into the groove to the Fill groove.

Die Erfindung bezieh-t sich ganz allgemein auf das technische Gebiet der Verstärkung von Ringnuten in Kolben aus einer Aluminiumlegierung, wobei die Verstärkung durch eine Folge von Verfahrensschritten erzeugt wird, wobei der Kolbenrohling vorerhitzt wird, ehe eine Sandstrahlblasbehandlung durchgeführt wird, um gleichzeitig Oxydfilme zu entfernen und um die Oberfläche aufzurauhen, wonach ein Bindemtall aufgesprüht wird und wobei anschließend mittels eines Sprühverfahrens ein verschleißfestes Metall, wie beispielsweise rostfreier Stahl, in die Nut eingesprüht wird.The invention relates generally to the technical field the reinforcement of annular grooves in pistons made of an aluminum alloy, the Reinforcement is generated by a sequence of process steps, the piston blank is preheated before sandblasting treatment is performed at the same time To remove oxide films and to roughen the surface, after which a binder metal is sprayed on and then a wear-resistant one by means of a spraying process Metal, such as stainless steel, is sprayed into the groove.

Die Erfindung soll unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung erläutert werden. Es zeigen: Fg, 1 eine Teilansicht eines Kopfes eines Kolbenrohlings mit einer eingearbeiteten Umfangsnut, Fig. 2 eine schematische Darstellung der Sandstrahlbehandlung der Nut, Fig. 3 eine schematische Ansicht, die die Art und Weise veranschaulicht, in der ein Metallsprühverfahren yerwendet werden kann, um sowohl das Bindemetall als auch das verschleißfeste Metall in die Nut einzusprühen und Fig. 4 eine der Fig. 1 entsprechende Ansicht, die den Kolbenkopf nach der Fertigbearbeitung zeigt.The invention should be made with reference to the figures of the drawing explained. FIG. 1 shows a partial view of a head of a piston blank with an incorporated circumferential groove, FIG. 2 a schematic representation of the sandblasting treatment of the groove, Fig. 3 is a schematic view illustrating the manner in which a metal spray process can be used to apply both the binder metal as well as spraying the wear-resistant metal into the groove and FIG. 4 one of the Fig. 1 corresponding view showing the piston head after finishing.

In In Fig. 1 ist ganz allgemein ein Kolbenrohling 19 dargestellt, der aus einer Aluminiumlegierung besteht. Der Kolbenkopf wird zuerst mit einer Umfangsnut 11 versehen, die, wie in der Zeichnung dargestellt ist, ein gestuftes Profil hat. Obwohl die Konfiguration der Nut verschiedene Pormen annehmen kann, gibt es bestimmte Überlegungen, die die Verwendung eines gestuften Profiles nahelegen. Einmal können die Kosten der Spruhmetalleinlage so niedrig als möglich gehalten werden, weil das Volumen und die maximale Dicke der Sprühmetallschicht auf einem Minimalwert gehalten werden sollten, der den Erfordernissen der notwendigen physikalischen Eigenschaften entspricht, Dadurch, daß die Dicke der Abscheidung auf einem Minimum gehalten wird, wird auch die Größe der Restspannung in dem abgeschiedenen Metall auf ein Minimum herabgesetzt. In In Fig. 1 is a very general piston blank 19, which consists of an aluminum alloy. The piston head gets first provided with a circumferential groove 11 which, as shown in the drawing, a has tiered profile. Although the configuration of the groove assume different Pormen There are certain considerations that may lead to the use of a tiered profile suggest. For once, the cost of the atomized metal insert can be as low as possible be kept because of the volume and the maximum thickness of the spray metal layer should be kept to a minimum that meets the requirements of the necessary physical properties corresponds, by having the thickness of the deposit is kept to a minimum, so will the amount of residual stress in the deposited Metal reduced to a minimum.

Die minimale Dicke des eingesprühten Metalls muß auf jeder Seite der Ringnut groß genug sein, um die Lasten aufnehmen zu können, die durch den Kolbenring übertragen werden. Die Sprühmittelschicht muß sich in die Nut bis zu einer Tiefe hinein erstrecken, die eine verschleißfeste Oberfläche über dem Bereich garantiert, in dem die Ringbelastung am schwersten ist. Erfahren haben gezeigt, daß Kolben für schwere Brennkraftmaschinen eine Sprühmetallbeschichtung mit einer minimalen Dicke von etwa 0,15 cm bis 0,25 cm (0,06 bis 0,1 Zoll) benötigen und zwar über einen äußeren Bereich der Ringnutentiefe im Abschnitt von etwa der Hälfte bis zwei Drittel dieser Tiefe.The minimum thickness of the sprayed metal must be on each side of the Ring groove must be large enough to be able to withstand the loads brought about by the piston ring be transmitted. The spray agent layer must extend into the groove to a depth extend into it, which guarantees a wear-resistant surface over the area, where the ring loading is the heaviest. Experienced have shown that pistons for heavy internal combustion engines have a spray metal coating with a minimum thickness from about 0.15 cm to 0.25 cm (0.06 to 0.1 inches) across an exterior Area of the annular groove depth in the section from about half to two thirds of this Depth.

Die Nut sollte so geformt sein, daß Spannungsbelastungen an der Bindungsfläche zwischen dem Sprühmetall und der Kolbenlegierung ausgeschaltet werden. Da die Gasdruckbelastungen und die Reibungsbelastungen am Kolbenring parallel zur Achse des Kolbens verlaufen, sollte die Nut Oberflächen aufweisen, die sowohl parallel als auch senkrecht zur Mittellinie des Kolbens verlaufen. Die senkrechten Oberflächen der der Nut sollten mit einer geringen Krümmung übergehen, da Sprühmetallteilchen die Neigung haben, eine scharfe Kante zu überbrücken und eine unerwünschte Lücke freilassen würden, In einem Idealfall kann Sprühmetall senkrecht zur Oberfläche des Kolbens aus einer Aluminiumlegierung aufgebracht werden, um die bestmögliche Bindung sicherzustellen. Aus Gründen der anderen Bedinguagen kann dieser Idealfall nicht realisiert werden. Das Verhältnis von Nutenbreite zu Nutentiefe sollte demzufolge derart eingestellt werden, daß die Sprühmetallteilchen auf alle Oberflächen der gestuften Nut unter einem Winkel von etwa 450 gegenüber der Senkrechten auftreffen.The groove should be shaped so that tension loads on the bonding surface between the spray metal and the piston alloy can be eliminated. As the gas pressure loads and the frictional loads on the piston ring are parallel to the axis of the piston, the groove should have surfaces that are both parallel and perpendicular to the The center line of the piston. The vertical surfaces of the the Groove should go over with a slight curvature, since spray metal particles have the inclination have to bridge a sharp edge and leave an unwanted gap Ideally, spray metal can be perpendicular to the surface of the piston made of an aluminum alloy to ensure the best possible bond. For reasons of the other conditions, this ideal case cannot be realized. The ratio of groove width to groove depth should accordingly be set in this way will cause the spray metal particles to fall on all surfaces of the stepped groove meet at an angle of about 450 to the vertical.

Nachdem die Umfangsnut 11 im Kopf des Kolbenrohling ausgebildet ist, wird der Kolbenrohling gewaschen, um alle Ö1-reste und andere Verschmutzungen-zu entfernen. Verschiedene Fettlösemittel, wie beispielsweisS Trichloräthylen können für diesen Zweck verwendet werden. Das Waschen verhindert eine Verschmutzung des Sandstrahlmaterials und der Sandstrahlvorrichtung, die anschließend verwendet werden und sichern eine eaubere Oberfläche zur Aufnahme des Sprühmetalls.After the circumferential groove 11 is formed in the head of the piston blank, the piston blank is washed to remove all oil residues and other contamination remove. Various fat solvents such as trichlorethylene can be used be used for this purpose. Washing prevents the Sandblasting material and the sandblasting device that are subsequently used and secure a clean surface for receiving the spray metal.

Die nächste Stufe des Verfahrens besteht in einer Vorerhitzung des Werkstückes auf eine Temperatur von etwa 204ob (4000F) wo-, bei die Erhitzung auf eine Temperatur erfolgt, die unterhalb des Erweichunge'punktes des Metalls liegt, um die gesamte Restfeuchtigkeit zu entfernen und um die Bildung eines Kondensats in den anschließenden Verfahrensstufen zu verhindern.The next step in the process is to preheat the Workpiece to a temperature of about 204ob (4000F) while heating up a temperature takes place which is below the softening point of the metal, to remove all residual moisture and to prevent condensation to prevent in the subsequent procedural stages.

Für Kolben aus einer Aluminiumlegierung liegt diese Vorerhitzungstemperatur vorzugsweise im Bereich von etwa 2040S bis zu etwa 2160C (4OO0F bis 4200P) Die nächste Verfahrensstufe, die in Fig. 2 dargestellt ist, besteht in einer Sandstrahlblasbehandlung der Oberfläche der Nut, Nut. Wie Fig. 2 zeigt, kann der Sandstrahl mittels zweier Düsen 12 und 13 abgestrahlt werden, die auf gegenüberliegenden Seiten des Rohlings angeordnet sind. Während des Sandstrahlverfahrens ist der Kolbenrohling an einer Drehvorrichtung montiert, die mit einer verhältnismäßig geringen Drehzahl von etwa 75U/min gedreht wird. Die Kolbennut wird auf beiden Seiten gleichzeitig unter einem Winkel von 450 gegenüber der Senkrechten zu allen Oberflächen der gestuften Nut sandgestrahlt. Die Sandstrahlung wird fortgesetzt, bis eine maximale, gleichförmige Rauheit auf allen Oberflächen der Nut erzielt ist.For pistons made of an aluminum alloy, this is the preheating temperature preferably in the range of about 2040S to about 2160C (40000F to 4200P) The next The process stage shown in FIG. 2 consists of a sandblasting treatment the surface of the groove, Groove. As Fig. 2 shows, the sandblast be emitted by means of two nozzles 12 and 13, which are on opposite sides of the blank are arranged. The piston blank is during the sandblasting process mounted on a rotating device that operates at a relatively low speed is rotated at about 75 rpm. The piston groove is on both sides at the same time at an angle of 450 from normal to all surfaces of the stepped Sandblasted groove. The sandblasting is continued until a maximum, uniform Roughness is achieved on all surfaces of the groove.

Während der Kolbenrohling durch die Vorerhitzung noch heiß ist und sich auf einer Temperatur von wenigstens etwa 149°C (3000F) befindet, wird eine Bindeschicht in die Nut eingesprüht und zwar mittels einer Sprühpistole 1, während der Rohling oszilliert wird, um die Nut vollständig zu füllen, wie es gestrichelt in Fig. 3 veranschaulicht ist. Bevorzugt wird eine Bindebeschichtung verwendet, die aus einer Nickel-Aluminium-Legierung besteht, dz dieses Material eine nicht poröse Beschichtung bildet, die gegen gasförmige Atmosphären bis zu etwa 17450C (320top) beständig ist.While the piston blank is still hot due to the preheating and is at a temperature of at least about 149 ° C (3000F), a Binding layer sprayed into the groove by means of a spray gun 1, while the blank is oscillated to completely fill the groove as shown in phantom is illustrated in FIG. 3. A binding coating is preferably used, which consists of a nickel-aluminum alloy, this material is not Forms porous coating that can withstand gaseous atmospheres up to about 17450C (320top) is resistant.

Die bevorzugte Beschichtungsstärke für die Bindemetallschicht liegt im Bereich von etwa 0,01 cm bis zu 0,015 cm (0,004 Zoll bis zu 0,006 Zoll).The preferred coverage for the binder metal layer is ranging from about 0.01 cm to 0.015 cm (0.004 inches to 0.006 inches).

Die Nickel-Aluminium-Legierungbeschichtungen können aus handelsüblichen Materialien erzeugt werden, die aus zusammengesetzten Teilchen bestehen und die drahtförmig vorliegen.The nickel-aluminum alloy coatings can be made from commercially available Materials are generated which consist of composite particles and which be in the form of a wire.

Die zusammengesetzten Teilchen werden dadurch hergestellt, daß chemisch Nickel auf Aluminiumteilchen abgeschieden werden. Wenn dieses Material geschmolzen und versprüht wird, so findet mit der Bildung der Nickel-Aluminium-Legierung eine exotherme Reaktion statt. Die Nickel-Aluminium-Legie rung ist auf richtig vorbereitete Oberflächen selbstbindend und und es ist keine anschließende Schmelzbehandlung erforderlich.The composite particles are made by chemically Nickel can be deposited on aluminum particles. When this material melted and is sprayed, there is one with the formation of the nickel-aluminum alloy exothermic reaction takes place. The nickel-aluminum alloy is properly prepared Surfaces self-binding and and it is not a subsequent melt treatment necessary.

Die nächste,Verfahrensstufe besteht darin, daß das verschleißfeste metall aufgesprüht wird, um die Nut 11 zu füllen, während der Kolbenrohling noch heiß ist. In dieser Verfahrensstufe sollte sich das Werkstück auf einer Temperatur von wenigstens etwa 1490C (3000F) befinden, um-die Größe der Restspannungen in der aufgesprühten Metalleinlage zu verhindern, wenn das thermische Gleichgewicht hergestellt ist.The next, process step is making the wear-resistant metal is sprayed on to fill the groove 11 while the piston blank is still is hot. At this stage of the process, the workpiece should be at one temperature of at least about 1490C (3000F) to -the amount of residual stresses in the to prevent sprayed-on metal insert when thermal equilibrium is established is.

Di-e Aufbringung der Einlage aus verschleißfestem Metall kann mit der gleichen Vorrichtung durchgeführt werden, wie sie in Fig. 3 dargestellt ist, um eine vollständige Beschichtung über die Tiefe der Nut zu erzielen. Während des Sprühens des verschleißfesten Metalls ist es erwünscht, die Temperatur des Kolbenrohlings unter einem Wert von 21600 (420°F) zu halten. Für diesen Zweck kann ein Kühlluftstrahl gegen die inneren Oberflächen des Kolbens gerichtet werden.The application of the insert made of wear-resistant metal can be done with the same device as shown in Fig. 3, to achieve a complete coating over the depth of the groove. During the Spraying the wear-resistant metal it is desirable to keep the temperature of the piston blank below a value of 21600 (420 ° F). A jet of cooling air can be used for this purpose directed against the inner surfaces of the piston.

Schließlich wird der Kolben fertigbearbeitet, um ein überschüssiges Verstärkungsmetall zu entfernen und um den Kolben auf die Endabmessungen zuzurichten. Diese Endbearbeitung besteht darin, daß eine Nut 16 im Verstärkungsmetall ausgearbeitet wird, die den Kolbenring aufnimmt.Finally the piston is finished to remove any excess Remove reinforcement metal and adjust the piston to the final dimensions. This finishing consists in that a groove 16 is machined in the reinforcing metal that receives the piston ring.

In der folgenden ErlauterunO eines Beispiels sollen im einzelnen die verschiedenen Verfahrens bedingungen dargelegt werden, unter denen das erfindungsgemäße Verfahren am besten durchgeführt werden kinn.In the following explanation of an example, the various process conditions are set out under which the inventive Procedures are best performed chin.

Ein Kolbenrohling aus einer Aluminiumlegierung wird mit einer Nut versehen, wie sie in Fig. 1 dargestellt ist. Nach der Waschung des Werkstüci{es zur Entfernung des Öls und anderer Verunreinigungen wird das Werkstück auf eine Temperatur von 20400 (4000F) vorerhitzt, um die gesamte Restfeuchtigkeit zu entfernen und um die Ausbildung eines Xondensates zu verhindern.A piston blank made from an aluminum alloy comes with a groove provided, as shown in FIG. After washing the workpiece to remove the oil and other impurities, the workpiece is placed on a Preheated to a temperature of 20400 (4000F) to remove all residual moisture and to prevent the formation of xondensates.

Während Während das Werkstück noch heiß war, wurde es einer Sandstrahlblasbehandlung unterzogen, wobei ein Gußeisenstrahlmittel mit einem Druck von etwa 5,6kg/cm2 (80Pfund/Zoll2) verwendet wird, wobei das Werkstück auf einem horizontalen Drehteller mit einer Drehzahl von 75U/min gedreht wurde.While While the workpiece was still hot, became sandblasted it using a cast iron blasting agent a pressure of approximately 5,6 kg / cm2 (80 pounds / in2) is used with the workpiece was rotated on a horizontal turntable at a speed of 75 rpm.

Das Werkstück war am Drehteller derart befestigt, daß beide Seiten der Nut gleichzeitig mittels eines Sandstrahles behandelt werden konnten und zwar unter einem Winkel von 450 gegenüber der Senkrechten zu allen Oberflächen der gestuften Nut. Das Strahlverfahren wurde 18 Sekunden durchgeführt mit einem Abstand von etwa 7,5 cm zwischen den Düsen und dem Werkstück an der Kontaktstelle.The workpiece was attached to the turntable in such a way that both sides the groove could be treated at the same time by means of a sandblast, namely at an angle of 450 from normal to all surfaces of the stepped Groove. The blasting process was carried out for 18 seconds with an interval of about 7.5 cm between the nozzles and the workpiece at the point of contact.

Unmittelbar nach der Sandstrahlbehandlung und während die Temperatur des Werkstückes noch oberhalb von 149°C lag, wurde eine Nickel-Aluminium-Legierungsschicht aufgebracht. Das Werkstück wurde in der Halterung montiert und mit einer Drehzahl von 125 U/min gedreht. Eipe "Metco" - Metallisierungspistole wurde verwendet und zwar mit einem Draht mit einem Achtel Zoll Durchmesser. Die Spritzpistole wurde in einem Abstand von etwa 10cm gegenüber der zu beschichtenden Oberfläche angeordnet. Der Druck des Acetylengases wurde auf etwa 1,1 kg/cm2 eingestellt und der Druck des Sauerstoffes wurde auf etwa 3,5kg/cm2 eingestellt. Die Einstellungen der Metallisierungspistole waren von der Art, daß Luft mit einem Druck von 55 Pfund/Zoll2 in einer Länge von 43 Kubikfuß/Stunde zugeführt wurde und Sauerstoff mit einem Druck von 40 bis 42 Pfund/Zoll² und einer Länge von 42 Kubikfuß/Stunde und Acetylen mit einem Druck von 12 bis 14 Pfund/Zoll2 und einer Länge von 34 Kubikfuß pro Stunde, wobei eine Drahtvorschubgeschwindigkeit von etwa 3 Fuß/min verwendet wurde. Das Werkstück wurde von Seite zu Seite über einen eingeschlossenen Winkel von 600 für etwa 9 Sekunden verschwenkt mit Zwischenräumen von etwa einer Sekunde, wobei das Spruhmetall zuerst auf eine Seite der Nut und dann auf die die andere Seite auftraf. Es wurde eine Bindemetallbeschichtung mit einer mittleren Dicke von etwa 0,0125 cm (0,005 Zoll) erzielt.Immediately after sandblasting and during the temperature of the workpiece was still above 149 ° C., a nickel-aluminum alloy layer was used upset. The workpiece was mounted in the holder and at one speed rotated from 125 rpm. Eipe "Metco" plating gun was used and with a wire one eighth of an inch in diameter. The spray gun was arranged at a distance of about 10 cm from the surface to be coated. The pressure of the acetylene gas was adjusted to about 1.1 kg / cm2 and the pressure of the oxygen was adjusted to about 3.5 kg / cm2. The settings of the plating gun were of the type that air at a pressure of 55 pounds per square inch for a length of 43 cubic feet / hour was admitted and oxygen was supplied at a pressure of 40 to 42 Pounds / in² and a length of 42 cubic feet / hour and acetylene at one pressure from 12 to 14 pounds / inch2 and a length of 34 cubic feet per hour, with one Wire feed speed of about 3 feet / min was used. The workpiece was side to side over an included angle of 600 for about 9 seconds pivoted with gaps of about one second, with the spray metal first on one side of the groove and then on the hit the other side. A binder metal coating was obtained with an average thickness of about 0.0125 cm (0.005 in).

Die Nut wurde mi einer Spruhbeschichtung aus rostfreiem Stahl gefüllt, wobei die gleiche Halterung und Sprühpistole verwendet wurde, wie vorher bei der AuSbringung der Bindemetallbeschichtung. Das Werkstück sollte in dieser Verfahren stufe eine Temperatur von wenigstens 149°C (300°F) haben.The groove was filled with a spray coating of stainless steel, using the same bracket and spray gun as before for the Application of the binding metal coating. The workpiece should be in this procedure should be at least 300 ° F (149 ° C).

Die Spritzpistole wurde in einem Abstand von etwa 10cm gegenüber der zu beschichtenden Oberfläche angebracht. Die Einstellungen der Spritzpistole waren derart, daß die Luft mit 2 einem Druck von 55 Pfund/Zoll und einer Rate von 50 Kubikfuß/Stunde zugeführt wurde* Die Einstellung für den Sauerstoff war derart, daß der Druck im Bereich von 30 bis 34 Pfund pro Quadratzoll lag, mit einer Zuführrate von 37 Kubikfuß/Stunde. Das Acetylen wurde unter einem Druck von 15 Pfund/Zol-12 eingeführt, mit einer Rate von 37,5 Kubikfuß/Stunde. Die Drahtgesch'windigkeit betrug 4,5 Suß/min für einen Draht mit einem Durchmesser von 1/8 Zoll.The spray gun was at a distance of about 10 cm from the surface to be coated attached. The settings of the spray gun were such that the air is at a pressure of 55 pounds / inch and a rate of 50 cubic feet / hour * The setting for the oxygen was such that the pressure in the Ranged from 30 to 34 pounds per square inch, with a feed rate of 37 cubic feet / hour. The acetylene was introduced at a pressure of 15 pounds / in-12 at a rate of 37.5 cubic feet / hour. The wire speed was 4.5 sweets / min for one 1/8 inch diameter wire.

Das Werkstück wurde über einen eingeschlossenen Winkel von etwa 600 verschwenkt und zwar ausgehend mit einer Besprühung der linken Seite der Nut für fünf Sekunden, woran anschließend die rechte Seite der Nut 5 Sekunden lang besprüht wurde.The workpiece was over an included angle of about 600 pivoted, starting with a spray on the left side of the groove for five seconds, after which the right side of the groove is sprayed for 5 seconds became.

Diese Betriebssqchrittfolge wurde für zwei zusätzliche Fünf-Sekunden-Intervalle wiederholt. Dann wurde die linke Seite etwa 30 Sekunden besprüht, wonach die rechte Seite während der gleichen Zeitdauer besprüht wurde. Dann wurde der Sprühstrahl auf die Mitte der Nut für eine Zeitdauer von 100 Skunden gerichtet. Als nächstes wurde die linke Seite etwa 10 Sekunden ;besprüht und anschließend wurde etwa die gleiche -Zeit lang die rechte Seite besprüht. Die Besprühung wurde' dadurch vollendet, daß die Pistole auf die Mitte der liutetwa 35 Sekunden gerichtet wurde oder so lange, wie es erforderlioh ist, um die Nut vollständig auszufüllen. W&hrend rend dieser Aufspruhung des rostfreien Stahles wurde ein Kühlluftstrahl auf die inneren Oberflächen des Kolbens gerichtet, um zu verhindern, daß die Temperatur des Kolbens einen Wert von etwa 216°C (420gF) übersteigt.This sequence of operations was for two additional five-second intervals repeated. Then the left side was sprayed for about 30 seconds, after which the right side Side was sprayed for the same period of time. Then the spray aimed at the center of the groove for a period of 100 seconds. Next the left side was sprayed for about 10 seconds; and then about the Spray the right side for the same time. The spraying was completed by that the pistol was aimed at the middle of the line for about 35 seconds or so long as it is necessary to completely fill the groove. During rend This spray of stainless steel created a jet of cooling air on the interior Surfaces of the piston directed to prevent the temperature of the piston exceeds about 216 ° C (420gF).

Schließlich wurde der Kolben einer Endbearbeitung unterzogen, die in der üblichen Weise erfolgte. Es wurde ein verhältnismäßig geringer Schneidwerkzeugdruck verwendet, um die Kolbenringnut in der aufgesprühten Metallschicht auszuarbeiten.Finally, the piston underwent a finishing process, the was done in the usual way. It became a relatively low cutting tool pressure used to work out the piston ring groove in the sprayed-on metal layer.

Es wurde gefunden, daß das im vorstehenden näher beschriebene Verfahren die Kosten der Aufbringung des Sprühmetalls vermindert, wobei gleichzeitig die Festigkeit der Bindung zwischen der Kolbenlegierung und dem aufgesprühten Metall um 30%0 erhöht wurde und zwar verglichen mit bisher bekannten Verfahren, Es können verschiedene Abänderungen durchgeführt werden, die im Rahmen der Erfindung liegen.It has been found that the method described in detail above The cost of applying the spray metal is reduced while maintaining strength the bond between the piston alloy and the sprayed metal is increased by 30% has been compared with previously known methods, It can be different Changes are made which are within the scope of the invention.

Patentans prüche Patent claims

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e 1, method for producing a Piston made of an aluminum alloy with an annular groove reinforcement, with a piston blank is used, which has a circumferential groove, characterized in that aa3 this The piston blank is heated to a temperature of about 204 ° C (400 ° F), however a temperature below the softening temperature of the S metal of the blank, that the groove is sandblasted while the blank is rotated and during the Blank is still hot that a binding metal is sprayed over the surface of the groove while the blank is at a temperature of at least 149 ° C (3000F) and that a wear-resistant metal is then sprayed into the groove, to fill this in while the blank is at a temperature of about 14900 (3000F) up to about 21600 (420 ° F). 2. The method of claim 1, characterized in characterized in that the wear-resistant metal is stainless steel.

3. The method according to claim 1, characterized in that the binding metal is a nickel-aluminum alloy.

4, method according to claim 1, characterized in that the.Rohling is cooled during the spraying of the wear-resistant metal into the groove, that the temperature of the blank does not exceed 21600 (42o0F).

5. The method according to claim 1, characterized in that the blank to a temperature in the range of 2040C. heated up to 21600 (400 ° F to 42o0F) will.

6. The method according to claim 4, characterized in that .the blank is cooled by directing a stream of air into the blank.

L e r s e i t e