DE2253282B1

DE2253282B1 - Warmfeste Aluminium Sinterlegierung

Info

Publication number: DE2253282B1
Application number: DE19722253282D
Authority: DE
Inventors: Erich Dipl.-Ing. Dr. 7000 Stuttgart Meyer-Raessler
Original assignee: Mahle GmbH
Current assignee: Mahle GmbH
Priority date: 1972-10-31
Filing date: 1972-10-31
Publication date: 1973-08-16
Also published as: DE2253282C2; FR2204701B1; IT990070B; FR2204701A1; JPS58503B2; GB1381445A; JPS4977804A; CH589721A5

Description

Die Erfindung betrifft eine warmfeste und verschleißfeste Aluminium-Sinterlegierung, insbesondere für Kolben von Brennkraftmaschinen.

Zur Herstellung von Kolben für Brennkraftmaschinen werden gewöhnlich Aluminium-, Guß- oder Preßlegierungen mit Siliziumgehalten zwischen 8 und 25 % und geringen Zusätzen von Kupfer, Nickel und Magnesium zur Härte und Festigkeitssteigerung verwendet. Derartige Legierungen weisen eine gute Verschleißfestigkeit auf, die durch den hohen Siliziumanteil bedingt ist. Nachteilig wirkt sich dieser jedoch insofern aus, als durch ihn der Schmelzbeginn um etwa 80° C herabgesetzt wird, der bei gleichzeitiger Anwesenheit der obenerwähnten Legierungszusätze sogar bis zu 125° C unterhalb des Schmelzpunktes des reinen Aluminiums liegt. Dadurch wird die Warmfestigkeit erniedrigt und die Warmrißneigung begünstigt. Für Kolben von sehr hoch belasteten Dieselmotoren kann eine Aluminiumlegierung mit hohem Siliziumgehalt deshalb ungeeignet sein.

Aus diesem Grunde ist schon vorgeschlagen worden, Kolben aus oberflächlich oxidiertem Aluminiumpulver herzustellen. Damit konnte eine Anhebung des Schmelzbereiches auf den des reinen Aluminiumwerkstoffes (658° C) erreicht werden. Allerdings hatten Kolben aus derartigem, als »SAP« bekanntgewordenen Sinterstoff keine zufriedenstellenden Verschleißfestigkeiten.

Aus der deutschen Auslegeschrift 1207631 sind nun warmfeste Aluminium-Sinterlegierungen bekannt, die zur Verbesserung der Warmfestigkeit neben Aluminium hochschmelzende Metalle enthalten. Durch über 12 % hinausgehende Anteile an diesen Metallen ist zwar eine zufriedenstellende Verschleißfestigkeit zu erreichen, die Wärmeleitfähigkeit und die Dehnungsfähigkeit werden jedoch schon durch einen Zusatz über 10 % stark beeinträchtigt. Gerade diese Eigenschaften sind aber für einen Werkstoff für mechanisch und thermisch hochbelastete Bauteile wie Brennkraftmaschinenkolben unabdingbar.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Aluminium-Sinterlegierung zu schaffen, die neben einer hohen Warmfestigkeit zugleich eine gute Verschleißfestigkeit, Dehnungsfähigkeit und Wärmeleitfähigkeit aufweist und damit insbesondere für KoI-ben von Brennkraftmaschinen geeignet ist.

Die Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß durch eine Aluminium-Sinterlegierung, bestehend aus insgesamt 5 bis 10 %, einem oder mehreren der Metalle Eisen, Nickel und/oder Chrom, 0,5 bis 5 %, vorzugsweise 2 %, Siliziumkarbid (SiC) und Rest Aluminium gegeben.

Durch die obere Begrenzung des Anteiles an Eisen, Nickel oder Chrom ist berücksichtigt, daß höhere Gehalte die Wärmeleitfähigkeit und die Dehnfähigkeit unzulässig beeinträchtigen, während durch die untere Begrenzung berücksichtigt ist, daß ein Zusatz unter 5 % die Warmfestigkeit nicht ausreichend verbessert.

Die Zugabe von Siliziumkarbid wirkt in hohem

Maße verschleißmindernd. Bei einer Aluminium-Sinterlegierung mit 10 % Chrom konnte die Verschleißfestigkeit durch eine erfindungsgemäße Siliziumkarbid-Zugabe von nur 1,5 % um 36 % erhöht werden. Die gute Wärmeleitfähigkeit wird durch eine Siliziumzugabe bis zu 5 % nur wenig gemindert. Beispielsweise wurde bei einer Aluminium-Sinterlegierung mit 7 % Eisen die Leitfähigkeit durch eine TLugabe. von 5 % Siliziumkarbid um nur 11 % erniedrigt.

Die Beschränkung des Siliziumkarbid-Gehaltes auf höchstens 5 % ist im Hinblick auf eine ausreichende Wärmezähigkeit der Legierung angebracht.

Um die Kerbwirkung möglichst gering zu halten, ist es zweckmäßig, daß das eingesetzte Siliziumkarbidpulver eine kompakte, kugelförmige Gestalt oder abgerundete Kanten besitzt. Eine gute Benetzung dieser Teilchen durch die übrigen Legierungsbestandteile und damit eine ausgezeichnete Verankerung im Gefüge kann durch vorheriges Verkupfern oder Vernickeln erreicht werden.

Das Aluminiumpulver und das Eisen-, Nickel- oder Chrompulver können getrennt voneinander hergestellt werden und dann mit dem Süiziumkarbidpulver vermischt und gesintert werden. Bessere Festigkeitseigenschaften stellen sich jedoch ein, wenn das einge- setzte Pulver der metallischen Bestandteile durch Versprühen einer Schmelze einer entsprechend zusammengesetzten Vorlegierung hergestellt ist. In einem so hergestellten Werkstoff, welcher zur Gruppe der sogenannten metastabilen Legierungen zählt, ist der Anteil der Schwermetalle im Aluminium infolge der raschen Erstarrungsgeschwindigkeiten weitgehend gelöst, und zwar in größerer Menge als dem Zustandsdiagramm entspricht. Das Siliziumkarbidpulver wird vorzugsweise mit dem metastabilen Legierungspulver gemischt. Die so entstandene Pulvermischung wird dann in üblicher Weise preßgesintert, vorzugsweise also heiß verdichtet bzw. warmverformt.

i.3

Claims

Patentansprüche:

1. Wannfeste Aluminium-Sinterlegierung, insbesondere für Kolben von Brennkraftmaschinen, bestehend aus insgesamt 5 bis 10 % einem oder mehreren der Metalle Eisen, Nickel und/oder Chrom, 0,5 bis 5 %, vorzugsweise 2 % Siliziumkarbid (SiC) und Rest Aluminium.

2. Legierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das eingesetzte Siliziumkarbidpulver eine kompakte, kugelförmige Gestalt oder abgerundete Kanten besitzt.

3. Legierung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das eingesetzte Siliziumkarbidpulver verkupfert oder vernickelt ist.

4. Legierung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das eingesetzte Pulver der metallischen Bestandteile durch Versprühen einer Schmelze einer entsprechend zusammengesetzten Vorlegierung hergestellt ist.