DE2427469B2

DE2427469B2 - Wärmebeständige Aluminiumlegierung

Info

Publication number: DE2427469B2
Application number: DE19742427469
Authority: DE
Inventors: Vladimir Dipl.-Ing. Bartak; Jaroslav Pardubice Dvorak; Stanislav Dipl.-Ing. Holecek; Ivan Dipl.-Ing. Siman
Original assignee: Ckd Praha Op Prag
Current assignee: Ckd Praha Op Prag
Priority date: 1973-06-18
Filing date: 1974-06-07
Publication date: 1980-05-22
Also published as: HU168909B; DD112286A1; CS162311B1; GB1436069A; FR2233408A1; FR2233408B1; DE2427469A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Aluminiumlegierung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 vorausgesetzten Art, die sich besonders zur Erzeugung vnn Werkstücken eignet, die langfristig unter höheren Temperaturen arbeiten. Es sind dies besonders Kolben, Zylinderköpfe, Zylinderblöcke von Verbrennungsmaschinen oder Gebläsebestandteile für Gasturbinen, Reaktionsmotoren u. a.

Aluminiumlegierungen mit Silizium und anderen Legierungselementen werden gegenwärtig in umfangreichem Maße für die Herstellung von Werkstücken erzeugt, die langfristig bei Betriebstemperaturen von 200 bis 300° C arbeiten. Als typisches Beispiel können Kolben von Verbrennungsmotoren mit Zündung und Entflammung erwähnt werden.

Höhere Ansprüche an die Motorleistung stehen in direktem Zusammenhang mit höheren Anforderungen bezüglich der Kolbenqualität. Neben guten Gleiteigenschaften und einer genügenden Widerstandsfähigkeit gegen Abnützung werden auch eine gute Wärmeleitfähigkeit und eine geringe Wärmedehnung bei gleichzeitig genügend hoher Festigkeit und entsprechender Härte verlangt, die bei den angeführten Betriebstemperaturen avich langfristig unverändert bleiben müssen.

Die gegenwärtig für die erwähnten Zwecke verwendeten Legierungen enthalten außer Aluminium und Silizium in verschiedenem Anteilsverhältnis weitere Zusätze, wie z. B. Kupfer, Magnesium, Nickel, Kobalt, jedoch besonders Mangan.

So ist eine insbesondere für Kolben von Brennkraftmaschinen geeignete Aluminiumlegierung bekannt (CH-PS 223809), die aus 10 bis 15% Silizium, 2 bis 2,5% Kupfer, bis zu insgesamt 3,5% Chrom, Mangan und/oder Kobalt, bis zu 1 % Wolfram, bis zu 1,5% Magnesium, bis zu 0,5% Nickel, bis zu 1,0% Eisen und Rest Aluminium besteht.

Ein wesentlicher Nachteil der bisher benützten Legierungen dieser Art besteht vor allem in ihrer noch zu niedrigen strukturellen Stabilität während des Betriebes, die sich in der relativ raschen Verminderung der Festigkeitseigenschaften nach kurzer Einwirkung der Betriebstemperatur äußert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Aluminiumlegierung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 vorausgesetzten Art so weiterzuentwikke!n. daß sie eine verbesertc strukturelle Stabilität während des Betriebes .-wischen 200 und 300° C und damit verbesserte Festigkeitseigenschaften bei längerer Wärmebeanspruchung aufweist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die s kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Eine Ausgestaltung der Erfindung ist im Patentanspruch 2 gekennzeichnet.

Die erfindungsgemäße Legierung zeichnet sich besonders durch ihre Strukturstabilität, mechanischen und physikalischen Eigenschaften bei langfristiger Wärmebeanspruchung aus. Prüfungen zeigten nach langdauerndem Glühen Festigkeitseigenschaften, die bis 30% höher als bei den bisher benützten Legierungen lagen. Auch ist ihre Kriechgrenze mindestens 10% höher als die der Legierungen nach der CH-PS 223 809. Eine besonders große Härte ergibt sich bei einem zusätzlichen Magnesiumgehalt nach dem Patentanspruch 2.

Aus den angeführten Gründen eignet sich die erfindungsgemäße Legierung gut zur Erzeugung von Kolben, Zylinderköpfen und Zylinderblöcken von Verbrennungsmotoren. Ferner eignet sie sich für Bestandteile von Gebläsen der Gasturbinen, Reaktionsmotoren, Trockenkammern und öfen, Gasabsaugern und für andere Werkstücke, bei denen eine gute Stabilität der mechanischen Eigenschaften der Legierung bei höheren Temperaturen verlangt wird. Die Legierung eignet sich auch für Guß- und Schmiedestücke, eventuell für Bauteile, die aus Profilen einfacherer Formen hergestellt werden.

Die praktische Anwendung der Legierung wird anhand von drei Beispielen ihrer Herstellung für Verbrennungsmotoren näher erläutert.

Beispiel 1

Legierung der chemischen Zusammensetzung:
Aluminium 81,95%

Silizium 12%

Kupfer 5%

Kobalt 1 %

Zirkonium 0,05%

Bei einer Temperatur von 25O°C beträgt nach 500stündiger gleichbleibender Wärmebelastung
die Zugfestigkeit 120 N/mm²,

die Dehnung 2 bis 4% und

die Härte 35 bis 4u HB.

Beispiel 2

Legierung der chemischen Zusammensetzung:
Aluminium 77%

Silizium 17%

Kupfer 4%

Kobalt 1%

Chrom 0,2%

Zirkonium 0,1%

Magnesium 0,7%

Bei einer Temperatur von 250° C beträgt nach 500-

bo stündiger Wärmebelastung bei gleicher Temperatur die Zugfestigkeit 130 N/mm²,

die Dehnung Ibis 2,5% und

die Härte 39 bis 47 HB.

_b5 Beispiel 3

Legierung der chemischen Zusammensetzung:
Aluminium 74,7%

Silizium 20%

3 4

Kupfer 4% 500stündiger Wärmebelastung bei gleicher Tempe- Kobalt 1% ratur Chrom 0,2% die Zugfestigkeit 120 N/mm², Zirkonium 0,1% die Dehnung Ibis 2% und Bei einer Temperatur von 250° C beträgt nach 5 die Härte 42 bis 48 HB.

Claims

Patentansprüche:

1. Wärmebeständige Aluminiumlegierung mit guter Stabilität der mechanischen Eigenschaften mit einem Gehalt von 5 bis 25 % Silizium und Stabilisierungszusätzen der Gruppe Zirkonium, Vanadin, Molybdän, Niob, Tantal in einer Menge von 0,05 bis 1% einzeln oder ggf. in gegenseitiger Kombination oder Chrom und Zirkonium, sowie Aluminium als Rest, dadurch gekennzeichnet, daß sie 2 bis 10% Kupfer und 0,1 bis 5% Kobalt enthält.

2. Aluminiumlegierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie 0,01 bis 2% Magnesium enthält.