DE2425272A1

DE2425272A1 - Chill-cast aluminium alloy pistons mfr. - using directional solidification to obtain fine structure and high fatigue strength

Info

Publication number: DE2425272A1
Application number: DE19742425272
Authority: DE
Inventors: Kurt Dipl Ing Dr Anderko
Original assignee: Karl Schmidt GmbH
Current assignee: Karl Schmidt GmbH
Priority date: 1974-05-24
Filing date: 1974-05-24
Publication date: 1975-12-04

Abstract

The parent patent described the prodn. of castings, esp. Al or Al-alloy pistons for internal combustion engines, using a round mould with an outer insulating jacket and a base-plate plus, if required, a core suspended in the mould. The melt solidifies from the base-plate due to indirect cooling and, after an adequate solid layer is formed, direct cooling is applied to the bottom of the casting. In the present invention, a limited, dosed amt. of molten metal at the correct temp. flows into the mould followed by heat-extn. at constant speed independent of the casting height so the temp. gradient in the solid layer near the junction with the molten metal remains constant. Provides directional solidification along the axis of the piston so a fine-grained structure is obtd. which, after heating for 5 hours at 230 degrees C gives an increased fatigue strength of 10.5-13 kp/mm2.

Description

Verfahren zur Herstellung von gegossenen Werkstücken Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von gegossenen Werkstücken, insbesondere von Kolben aus Aluminium oder dessen Legierungen, vorzugsweise für Verbrennungskraftmaschinen, bei dem die Schmelze in eine auf ihrem Mantel gegen Wärmeverluste isolierte, mit einer Bodenplatte versehene zylinderförmige Kokille, in die gegebenenfalls ein die Innenkonturen des Werkstücks bildender Kern zentrisch einhängbar ist, eingefüllt wird, wobei nach Patent . . ...(Patentanmeldung P 24 17 006.7) die Schmelze vom Boden der Kokille her zunächst durch indirekte Kühlung und nach Ausbildung einer ausreichend dicken die Restschmelze tragenden Erstarrungszone durch direkte Kühlung der über dem Boden befindlichen Gußstückwand zur Erstarrung gebracht wird. Method of making cast workpieces The invention relates to a method for producing cast workpieces, in particular of pistons made of aluminum or its alloys, preferably for internal combustion engines, in which the melt is insulated against heat loss on its jacket, with a bottom plate provided cylindrical mold, in which optionally a die Inner contours of the workpiece forming core can be suspended centrally, filled being, according to patent. . ... (patent application P 24 17 006.7) the melt from Bottom of the mold first by indirect cooling and after the formation of a sufficiently thick the solidification zone carrying the residual melt by direct cooling the casting wall located above the ground is made to solidify.

Mit diesem im Hauptpatent . 0.. ... (Patentanmeldung P 24 17 006.7) beschriebenen Verfahren wird eine feinzellige vom Kokillenboden nach oben gerichtete Erstarrung mit parallel zur Längsachse verlaufenden Dendriten erreicht. Die Erstarrungsfront verläuft parallel zur bodenseitigen Gußstückfläche und die Korngrenzen liegen senkrecht zur Erstarrungsfront.With this in the main patent. 0 .. ... (patent application P 24 17 006.7) The method described is a fine cell from the bottom of the mold upwards Solidification achieved with dendrites running parallel to the longitudinal axis. The freezing front runs parallel to the casting surface on the bottom side and the grain boundaries are perpendicular to the solidification front.

Um den Erstarrungsablauf optimal zu gestalten, kann es besonders bei vergleichsweise großen Guß stücken angebracht sein, wenn in dem bereits erstarrten Bereich des Guß stückes der Kokillenmantel gekühlt und dadurch zusätzlich Wärme aus dem erstarrten Bereich abgeführt wird. Diese Wärme braucht dann nicht über die bodenseitige Gußstückwand abgeführt zu werden.In order to optimize the solidification process, it can be especially useful for comparatively large cast pieces be appropriate if in the already solidified The area of the casting is cooled by the mold shell and thus additional heat is discharged from the solidified area. This heat does not then need over the to be discharged bottom-side casting wall.

Zur Durchführung des Verfahrens ist der Boden der Kokille, der gegebenenfalls von einem Kühlmittel durchflossen sein kann, so ausgebildet, daß er nach der Erstarrung einer die Restschmelze tragenden Erstarrungszone entfernt werden kann. Unmittelbar nach Entfernung des Bodens wird die bodenseitige Gußstückwand direkt gekühlt.To carry out the process, the bottom of the mold, if necessary can be traversed by a coolant, designed so that it after solidification a solidification zone carrying the residual melt can be removed. Direct After removing the bottom, the casting wall on the bottom is cooled directly.

Die nach diesem Verfahren gegossenen Werkstücke zeigen, eine wenigstens in bestimmten Bereichen vergleichsweise höhere Festigkeit.The workpieces cast according to this process show at least one comparatively higher strength in certain areas.

Neben diesen die Qualität des Werkstücks verbessernden Wirkungen liegt der besondere Vorteil des Gießverfahrens darin, daß eine erhebliche, bis etwa 50 °ige, Verkürzung der Erstarrungszeit für die gegossenen Werkstücke und damit ein erhöhtes Ausbringen pro Zeiteinheit erzielt werden.In addition to these effects, which improve the quality of the workpiece, lies the particular advantage of the casting process is that a considerable, up to about 50 ° ige, shortening of the solidification time for the cast workpieces and thus a increased output per unit of time can be achieved.

In Abwandlung dieses Verfahrens wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß in der Zeiteinheit eine begrenzte und dosierbare auf der gewünschten Temperatur befindliche Menge an Schmelze in die Kokille fließt, deren Wärmeinhalt unabhängig von der Gießhöhe mit annähernd konstanter Wärmeentzugsgeschwindigkeit abgeführt wird, so daß der Temperaturgradient im bereits erstarrten Material nahe der Erstarrungsfront konstant bleibt.In a modification of this method, it is proposed according to the invention that that in the unit of time a limited and meterable at the desired temperature The amount of melt in the mold flows into the mold, the heat content of which is independent dissipated from the pouring height with an almost constant heat extraction rate is, so that the temperature gradient in the already solidified material remains constant near the solidification front.

Durch diese Maßnahme wird von Beginn bis zum Ende des Gießvorgangs der notwendige hohe Temperaturgradient vor der Erstarrungsfront aufrechterhalten.This measure ensures that the casting process is carried out from the beginning to the end maintain the necessary high temperature gradient in front of the solidification front.

Die Gießvorrichtung zur Durchführung des erfindungs gemäßen Verfahrens besteht aus einer Kokille, in die die Schmelze über Leitungsrohre dosiert zuführbar ist.The casting device for carrying out the method according to the Invention consists of a mold, into which the melt can be metered in via pipes is.

Dabei werden entsprechend der gewünschten Erstarrungsgeschwindigkeit entweder die Kokille zeitprogrammiert abgesenkt oder die Zuleitungsrohre zeitprogrammiert nach oben gefahren.In doing so, the desired rate of solidification is determined either the mold is lowered in a time-programmed manner or the supply pipes are time-programmed drove up.

Die Erfindung ist im folgenden anhand eines Ausführungs beispiels näher erläutert: In die mit einer Isolierschicht 1 ummantelte Kokille 2 mit abnehmbarem Boden 3, in die ein die Innenform des Kolbens bildender Sandkern eingehängt ist, wird über die Zuleitungen 5 die 740 + 100C heiße Schmelze 6 einer Kolbenlegierung des Typs AlSi12CuNiMg in einer Menge von 15 1/min eingefüllt. Der Boden 3 der Kokille 2 wird solange mit Wasser gekühlt, bis sich eine ausreichend dicke Erstarrungszone ausgebildet hat. Dann wird der Boden abgenommen und die bodenseitige Gußstückwand unmittelbar mit etwa 50 l Kühlwasser pro Minute angespritzt.The invention is based on an embodiment example below explained in more detail: In the covered with an insulating layer 1 mold 2 with removable Bottom 3, in which a sand core forming the inner shape of the piston is suspended, is the 740 + 100C hot melt 6 of a piston alloy via the supply lines 5 of the type AlSi12CuNiMg in an amount of 15 l / min. The bottom 3 of the mold 2 is cooled with water until there is a sufficiently thick solidification zone has trained. Then the bottom is removed and the bottom-side casting wall sprayed immediately with about 50 l of cooling water per minute.

Die Erfindung erlaubt eine der Hauptbeanspruchungsrichtung des Guß stückes angepaßte strenge axiale Erstarrungsrichtung herzustellen und bewirkt, nachdem eine Wärmebehandlung von 5 Stunden bei 230 0C erfolgt ist, das im Hinblick auf eine erhöhte Ermüdungsfestigkeit von 10,5 bis 13 kp/mm2 erwünschte feinzellige Gefüge. PatentansprucheThe invention allows one of the main stress directions of the casting piece adapted strict axial solidification direction and effected after a heat treatment of 5 hours at 230 0C has been carried out, with a view to a increased fatigue strength of 10.5 to 13 kp / mm2, desired fine-cell structure. Claims

Claims

PATENT CLAIMS 1) Process for the production of cast workpieces, in particular of pistons made of aluminum or its alloys, preferably for Combustion engines, in which the melt in one on their jacket against Insulated cylindrical mold with a bottom plate, in the center of a core that may form the inner contours of the workpiece can be hung, is filled, according to patent. ... ... (patent application P 24 17 006.7) the melt from the bottom of the mold initially by indirect cooling and after the formation of a sufficiently thick solidification zone carrying the residual melt by direct cooling of the casting wall located above the floor to solidify is brought, characterized in that a limited and in the time unit dosable amount of melt at the desired temperature into the mold flows, the heat content of which is almost independent of the pouring height due to the cooling constant heat entzugge speed is dissipated, so that the temperature gradient remains constant in the already solidified material near the solidification front.

2) Device for performing the method according to claim 1, characterized characterized in that either according to the desired rate of solidification the mold (2) can be lowered in a time-programmed manner or the supply pipes (5) through which the melt can be metered in, can be moved upwards in a time-programmed manner.