DE2339844B2 - Warmfeste Aluminium-Sinterlegierung - Google Patents

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

Aus der deutschen Auslegeschrift 1207 631 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.

Es wurde daher in dem nicht vorveröffentlichten deutschen Patent 2253282 eine Aluminium-Sinterleeierungbestehend aus insgesamt 5 bis 10% eines oder mehrerer der Metalle Eisen, Nickel und/oder Chrom, 0,5 bis 5%, vorzugsweise 2%, Siliziumkarbid (SiC) und Rest Aluminium vorgeschlagen. Diese Legierung weist neben einer hohen Warmfestigkeit zugleich eine gute Verschleißfestigkeit, Dehnungsfähigkeit und Wärmeleitfähigkeit auf und ist damit insbesondere für Kolben von Brennkraftmaschinen geeignet.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, die Warmfestigkeit und die Verschleißfestigkeit noch

ίο weiter zu steigern. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Aluminium-Sinterlegierunt, gelöst, die besteht aus: insgesamt 2 bis weniger als 5%, vorzugsweise 3 bis weniger als 5%, eines oder mehrerer der Metalle Kupfer, Eisen, Nickel und/oder Chrom, (J,3 bis3%, vorzugsweise 2%, Magnesium,0,5 bis 5^r:>. vorzugsweise 2%, Siliziumkarbid (SiC) und Rest Aluminium.

Dutch den Magnesium-Zusatz wird ermöglicht, daß die Härte und die Warmfestigkeit durch eine Wärmc-

ao behandlung weiter gesteigert werden können. Den Wert von 3% vom Gesamtgewicht der Legierung soll der Anteil an Magnesium jedoch nicht überschreiten, da andernfalls der Schmelzbeginn und die Wärmeleitfähigkeit zu stark erniedrigt würden. Innerhalb der angegebenen Grenzen bestehen dagegen nur geringe Auswirkungen auf den Schmelzbeginn.

Während bei der Legierung nach dem eingangs erwähnten Patent 2253 282 nur Zusätze von 5 bis 10 ^r4 Eisen, Nickel und/oder Chrom den gewünschten Erfolg zeitigen, Kupfer dagegen die Festigkeit nicht in ausreichender Weise steigert, ist bei der erfindungsgemäßen Legierung auch Kupfer sogar in kleineren Mengen als 5% wirksam. Dies ist deshalb erfreulich, weil Kupfer im Vergleich zu den anderen genannten Metallen die Vergütbarkeit am günstigsten beeinflußt.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung können

noch Zusätze bis ingesamt zu 3% an Mangan, Titan und< oder Silizium vorgesehen sein. Diese erhöhen die Vergütbarkeit und die Festigkeit weiter.

Die Pulver von Aluminium und Kupfer, Eisen, Nikkei oder Chrom und Magnesium können getrennt voneinander hergestellt und dann mit dem Siliziumkarbidpulver vermischt und gesintert werden. Bessere Festigkeitseigenschaften stellen sich jedoch ein, wenn das eingesetzte 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 druckgesintert bzw. warmverformt.

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 Vernickein erreicht werden.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Warmfeste Aluminium-Sinterlegierung, insbesondere für Kolben von Brennkraftmaschinen, bestehend aus insgesamt 2 bis weniger als 5% eines oder mehrerer der Metalle Kupfer, Eisen, Nikkei und/oder Chrom, 0,3 bis 3%, vorzugsweise 2%, Magnesium, 0,5 bis 5%, vorzugsweise 2%, Siliziumkarbid (SiC) und Rest Aluminium.

2. Legierung nach Anspruch 1, die jedoch insgesamt 3 bis weniger als 5% eines oder mehrerer der Metalle Kupfer, Eisen, Nickel und/oder Chrom enthält.

3. Legierung nach Anspruch 1 oder 2, die zusätzlich bis zu insgesamt 3 % eines oder mehrerer der Metalle Mangan, Titan und/oder Silizium enthält.