DE2644272C2

DE2644272C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen von mit Fasern verstärkten Erzeugnissen

Info

Publication number: DE2644272C2
Application number: DE2644272A
Authority: DE
Inventors: Takeo Tokyo Arai; Keisuke Fujimi Saitama Ban; Noriaki Ueda Nagano Miyake; Tatsuo Sakakibara
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1975-09-30
Filing date: 1976-09-30
Publication date: 1983-01-20
Also published as: FR2326259B1; DE2644272A1; JPS5260222A; US4506721A; JPS5312446B2; IT1066182B; FR2326259A1; GB1567328A

Description

dadurch gekennzeichnet, daß

d) als Verstärkungseinlage anorganische Fasern verwendet werden und ^M

e) der Druckaufbau mehrstufig entsprechend dem durch öic ansteigenden Äste der Kurven X und XautT K ι g. 8 eingeschlossenen Bereich erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß der aus Fasermaterial vorgeformte Formkörper eine Fülldichte von 0,6 g/cm³ und kleiner hat

3. Verfahren nach Anspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zu dem Fasermaterial minde- ίο stens ein Material gehört, das aus der Gruppe gewählt ist. die Fasern aus Metall, kristallisiertem Glas. Kohler_ ioff. keramischen Materialien und Chrom umfaßt

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden J5 Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Matrix aus mindestens einem Material besteht, das aus der Gruppe gewählt ist. zu der Gußeisen. Kupfer. Aluminium, Magnesium. Zinn, Zink und deren Legierungen gehören.

5. Gießform zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 4 bestehend aus einer hohlen Metallform zur Aufnahme eines Formkörpers aus Fasermaterial sowie eines geschmolzenen Matrixmaterials, einem in den Hohlraum der Form *5 gleitend geführten Stempel (2) zum Aufbringen eines Drucks sowie einer Dämpfungseinrichtung (S) zur Regelung des Druckaufbaus, dadurch gekennzeichnet, daß im Hohlraum (3) der Form (t) aus Metall gegenüber dem Stempel (2) zum Aufbringen von Druck ein zweiter Stempel (4) gleitend geführt ist. daß mit dem zweiten Stempel eine sich von einem hydraulischen Zylinder (5) aus erstreckende Kolbenstange (7) verbunden ist, daß der Zylinderraum des hydraulischen Zylinders über eine Drossel (8) in Verbindung mit einem ölsumpf (9) steht, und daß der innere Teil des hydraulischen Zylinders außerdem über ein Rückschlagventil (13) an eine Quelle (10) für ein hydraulisches Druckmittel angeschlossen ist.

60 Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von mit porösen Einlagen verstärkten Erzeugnissen nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 und einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach dem Oberbegriff des Anspruches 5.

Aus der DE-OS 24 15 868 ist ein Verfahren bekannt, bei dem die Verstärkungseinlage aus einem porösen Formkörper aus der Gruppe von Siliciumnitrid und Kohlenstoff und das ..letallische Matrixmaterial aus einer Aluminiumlegierung bestehen. Der Formkörper wird durch dieses Verfahren mit dem Metall imprägniert Es sollen sich auf diese Weise Bauteile hoher Festigkeit ergeben. Bei diesem Verfahren soll das Metall zunächst bei einem Tauchvorgang, d. h. bei Atmosphärendruck in die Poren des Formkörpers eindringen. Dieses Eindringen wird dann durch den aufgebrachten hohen Druck verstärkt Hierbei kann jedoch bereits die Kristallisation des Matrixmaterials eintreten bevor es die Poren des Formkörpers vollständig ausgefüllt hat Es ist daher mit einem Unsicherheitsfaktor belastet

Bei einem anderen Verfahren werden Fasern aus Kohlenstoff oder Graphit mit geschmolzenem Aluminium getränkt (DE-PS 16 21379). Dabei wird der mit Löchern versehene Behälter, in dem sich die Fasern befinden, zunächst zur Entgasung unter Unterdruck gesetzt. Der Behälter wird dann in ein Aluminiumbad getaucht. Anschließend wird das Verbundmaterial einem Druck von etwa einer Atmosphäf a unterworfen unter dem das flüssige Metall die Leerräume zwischen den Fasern ausfüllen soll. Um eine gute Benetzung der Kohlenstoffasern mit Aluminium zu erreichen, wurden die Fasern zunächst mit Tantal ummantelt. Dieses Verfahren ist insbesondere durch die Vakuumstufe aufwendig und umständlich.

Druckgußverfahren bei denen im Anfangsstadium des Flüssigpressens der Druckaufbau verzögert wird, bis die Luft aus dem Formhohlraum entwichen ist und dann anschließend möglichst verzögerungsfrei auf den Höchstdruck erhöht wird, sind aus der DE-AS 11 24 820 bekannt. Es wird die Einrichtung und ihre Steuerung beschrieben um einen solchen Druckajhuf zu erreichen. Die hergestellten Gußkörper und ihr Aufbau wird nicht behandelt.

Verfahren zum Flüssigpressen von Motorenkolben werden auch in der »Gießereitechnik«, 17 (1971) H. 12. S. 4OJ — 406 beschrieben. Bei diesem Verfahren werden keine Verstärkungen für die Formkörper in Gestalt von Fasern benutzt. Das bekannte Verfahren arbeitet mit einer Aluminiumschmelze, die durch einen Oberstempel einem Druck von 1000—5000 kp/cm² ausgesetzt wird. Maßnahmen um verstärkte Formkörper durch Flüssigpressen herzustellen sind aus dieser Druckschrift nicht zu entnehmen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art '^hingehend weiter zu entwickeln, daß im Wege der Ma <· nfertigung und mit geringem Kostenaufwand ei- - :- i.iimengesetztes Material in beliebiger Form n.,· hervorragender Festigkeits-. Verschleiß- und Wärmestandseigenschaften hergestellt werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruches I genannte Kombination gelöst.

Einzelheiten des Verfahrens sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die erfindungsgemäße Ausbildung der Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist Gegenstand des kennzeichnenden Teils des Anspruches 5.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird ein besonders dichtes und porenfreies Gefüge des Formkörpers dadurch erreicht, daß das geschmolzene Matrixmaterial zunächst nur einem niedrigen Druck ausgesetzt wird. Dadurch bleibt das Material flüssig und kann intensiv in die Hohlräume zwischen den vorgeformten Fasern eindringen und sie lückenlos ausfüllen Dabei wird eine Beschädigung der Fasern vermieden. Erst wenn alle Hohlräume vollständig ausgefüllt sind, wird der Druck gesteigert, um die Erstarrung des Matrixmaterials zu erreichen. Diese Drucksteigerung kann den vorgeformten Faserkörper nicht mehr schädigen, da er voll im Matrixmaterial eingebettet ist

Die Erfindung und vorteilhafte Einzelheiten der Erfindung werden im folgenden anhand schematicher Zeichnungen an Ausführungsbeispielen näher erläutert Es zeigt

F ι g. 1 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen der Einwirkungsdauer eines aufgebrachten Drucks und dem Druck der Schmelze bei *ier Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen eines zusammengesetzten Körpers;

F i g. 2 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen der Fülldichte des aus Fasern geformten Körpers und dem Verdichtungsverhältnis:

F i g. 3 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen der Fülldichte des aus Fasern geformten Körpers und dem Füllungsverhältnis bei dem fertigen zusammengesetzten Material:

F i g. 4 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen der Temperatur und der Biegefestigkeit eines erfindungsgemäß hergestellten zusammengesetzten Körpers bzw. derjenigen eines Körpers aus einem Vergleichsmaterial;

F i g. 5 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen der Temperatur und der Härte des erfindungsgemäß hergestellten zusammengesetzten Materials bzw. derjenigen eines Vergleichsmaterials;

F i g. 6 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen der Gleitgeschwindigkeit und dem Abriebkoeffizienten eines erfindungsgemäß hergestellten zusammengesetzten Materials bzw. demjenigen eines Vergleichsmaterials;

Fig. 7 einen axialen Schnitt einer Ausführungsform einer Gießform zur Anwendung des Verfahrens nach der Erfindung; und

Fig.8 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen dem Druck der Zeit bei dem erfindungsgemäßen Hochdruck-Erstarrungs- und -Gießverfahren, wobei die Schaulinie X für ein zusammengesetztes Material nach der Erfindung und die Schaulinie Yfür ein Vergleichsmaterial gilt.

In F i g. 1. wo die Beziehung zwischen dem Druck der Schmelze und der Einwirkungsdauer des Drucks beim Einbringen der Schmelze in einen Formkörper aus Fasermaterial unter Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt ist. bezeichne¹ die ausgezogene Linie 1 einen Fall, in dem der aus Fasermaterial geformte Körper einen Rauminhalt von 38_f5cm^J und eine Fülldichte von 0,3 g/cm³ hat, in dem die Matrix aus der Aluminiumlegierung AC8B nach japanischer Industrienorm besteht, und in dem die beiden Materialien bei einer Gießtemperatur von 780⁰C verarbeitet werden. Im Vergleich hierzu bezeichnet die gestrichelte Kurve 2 einen Fall, in dem kein aus Fasermaterial geformter Körper vorhanden ist. Au; der Zeitachse sind in Fig. 1 eine Küllperiode A, eine Periode ßzum Aufbringen des Drucks bei der Erzeugung des zusammengesetzten Körpers, eine Periode C für die Aushärtung unter Druck und eine Periode D für die endgültige Erstarrung aufgetragen.

Die Kurve 1 in F i g. 1 läßt erkennen, daß der statische Druck, der auf die Schmelze beim Zusammendrücken des geformten Körpers aus Fasermaterial und beim Eindringen der Schmelze in den Faserkörper während der Periode A im Vergleich zu der Kurve 2 relativ langsam ansteigt, so daß die Schmelze im völlig geschmolzenen Zustand in den Faserkörper eindringen kann. Danach wird der statische Druck während der Periode B schnell zur Wirkung gebracht, woraufhin während der Periode C eine Erstarrung unter der Einwirkung des Drucks erfolgt, schließlich wird die Erstarrung während der Periode D innerhalb einer kurzen Zeit zu Ende geführt. Auf diese Weise läßt sich eine sehr gute Vereinigung der Fasern des geformten Körpers mit der Matrix herbeiführen, so daß man das gewünschte zusammengesetzte Maurial erhält Da die Materialien unter hohem Druck vereinigt werden, um eine rasche Erstarrung zu bewirken, wird eine innige Berührung zwischen der Matrix und den Verstärf-'ingsfasern herbeigeführt, so daß das fertige zusammengesetzte Material sehr kompakt ist und die Matrix gleichzeitig durch die Fasern in hohem Maße verstärkt wird.

Fig.2 zeigt in einer graphischen Darstellung die Beziehung zwischen der Fülldichte von Formkörpern aus Fasern entsprechend den Proben 3 bis 6 nach der folgenden Tabelle und dem Verdichtungsverhältnis.

Anfängliche Abmessungen der
Formkörper aus Fasern

Matrix

statischer Druck
Gießtemperatur

Tabelle

70 mm Durchmesser, 10 mm dick Aluminiumlegierung (Sorte AC8B nach jap. Industrienorm) 2000 kg/cm² 780⁰C

Probe Zusammensetzung des Form- Faser-

Nr. körpers aus Fasermaterial durchmesser

(3) Kristallisierte Glasfasern 5-lOMikron Kohlenstoff-Fasern mit Überzug oder Diffusionsschicht

aus Kupfer oder Nickel

(4) Kristallisierte Glasfasern 5-10Mikron Kohlenstoff-Fasern

Keramische Fasern 3 Mikron

(5) Chromfasern 3-5 Mikron

(6) Asbestiasern 5-10 Mikron

Die graphische Darstellung in F i g. 3 veranschaulicht die Beziehung zwischen der Fülldichte der geformten Faserkörper 3 bis 6 nach der vorstehenden Tabelle und dem Füllungsverhältnis der fertigen zusammengesetzten KörppT

Gemäß Fig. 2 werden die geformten Faserkörper von geringer Fülldichte einem höheren Verdichtungsdruck ausgesetzt als die Formkörper mit hoher Fülldichte, doch ergeben sich gemäß Fig. 3 aus der

unterschiedlichen Fiilldichte nur geringe Unterschiede bezüglich des Füllungsverhältnisses der fertigen zusammengesetzten Körper. Infolgedessen ergeben sich Unterschiede nur bezüglich der anfänglichen Abmessungen der geformten Faserkörper von unterschiedlicher Fiilldichte. der Menge der in die Faserkörper eindringenden Schmelze und der Hublänge der Vorrichtung zum Aufbringen des Preßdrucks, so daß sich diese Unterschiede bei der Herstellung der zusammengesetzten Körper nur wenig auswirken. Außerdem ergeben sich selbst bei der Verwendung von Fasern großer Länge keinerlei Schwierigkeiten bezüglich des Eindringens der Schmelze in die Formkörper aus Fasermaterial, so daß gemälj der Erfindung als Verstärkungsmaterial vorzugsweise Fasern von großer Länge verwendet werden.

Werden die gemäß F i g. 2 und 3 verwendeten Fasern mit einer Überzugsschicht aus Metallen wie Kupfer. Nickel. Silber usw. oder mit einer Diffusionsschicht aus solchen Metallen versehen (siehe auch DE-PS !6 21 379). tritt zwischen den Oberzugsschichten und der Matrix die Erscheinung der festen Lösung bzw. zwirnen der Diffusionsschicht und der Matrix eine Diffusion auf. was zur folge hat, daß sich die Benetzbarkeit des Formkörpers aus Fasern gegenüber der Matrix verbesser'., so daß man mit einem niedrigeren Verdichtungsdruck auskommt.

Der Formköiper setzt dem F.indringen der Schmelze einen mit wachsendem Füllungsgrad steigenden Widerstand entgegen, der von der Fiilldichte des Formkörpers und der Netzfähigkeit der Fasern gegenüber der Matrix abhängt. Mit dem Füllungsgrad steigt daher auch der statische Druck der Schmelze. Die Obergrenzc der Fülldichte liegt bei etwa 0.6 g/cm'. Ferner üben der Schmelzpunkt der Matrix, das Wärmeaufnahmevermögen, der Erstarrungsbereich, die Erstarrungstemperatur und außerdem das Wärmeaufnahmevermögen und die Wärmeleitfähigkeii des Formkörpers keinen geringen Einfluß auf das zusammengesetzte Material aus.

Em besonderer Vorteil der Erfindung besieht darin. daß sich bezüglich der Matrix keinerlei Einschränkungen ergeben, denn die Schmelze läßt sich im vollständig geschmolzenen Zustand zum E ndringen in den Formkörper aus Fasermaterial bringen, woraufhin die Schmelze schnell erstarrt. Dabei ist es möglich, bei der Herstellung des Formkörpers die Fasern zweidimensional zu orientieren bzw. auszurichten und diese Orientierung auch bei dem fertigen 2usammengesetzten Material aufrechtzuerhalten, so daß sich eine erhebliche Verbesserung der Biegefestigkeit des Materials ergibt. Die Erfindung gestattet nicht nur ein Bauteil zu erzeugen, bei derr alle Teile der Matrix große Fasermengen enthalten, die zu einem vorher hergestellten Formkörper gehören, sondern es ist auch möglich, ein Bauteil herzustellen, bei dem der Formkörper aus Fasermaterial nur einen gewünschten Teil des Bauteils einnimmt. *o daß der betreffende Teil aus einem zusammengesetzten Material besteht; hieraus ergeben sich zahlreiche Anwendungsmöglichkeiten für die Erfindung. Weiterhin ermöglicht es die Erfindung, eine hohe Festigkeit und Härte des Materials bei hoher Temperatur zu erreichen, die Gleiteigenschaften zu verbessern, den Wärmeausdehnungskoeffizienten zu verkleinern und die Wärmeleitfähigkeit sowie den elektrischen Widerstand zu beeinflussen.

Die Erfindung wird durch die nachstehend behandelten Beispiele weiter veranschaulicht, auf die sich die Erfindung jedoch nicht beschränkt

Beispiel I

(Verstärkung des Bodens eines Kolbens für eine Brennkraftmaschine)

■> Formkörper aus Fasermalerial:

Verwendete Fasern: Kristallisierte

Glasfasern

laserdunhmesser: 2 bis 12 Mikrometer

Faserlänge: maximal 170 mm

Abmessung des Formkörper;»: 70 mm Durchmesser.

10 mm dick Fülldichte: OJ g/cm¹

Ein den vorstehenden Angaben entsprechender

ι. Formkörper wird in eine Form zum Herstellen eines Kolbens von 70 mm Durchmesser für einen Viertaktmotor eingelegt. Als zu verstärkendes Matrixmaterial wird die Legierung »I.o-Ex« (Sorte AC8B nach japanischer Industrienorm) verwendet. Der Gießvorgang wird bei

:■! einer Gießtemperatur von 780 C und einem Druck von 1800 kg/cm- unter Einhaltung einer Haltezeit von 2 min durchgeführt, so daß der gewünschte Kolben entsteht. Im Verlauf dieses Gießvorgangs wird der genannte Formkörper im oberen Teil des Kolbenbodens von dem

"' Matrixmaterial ausgefüllt.

Diesem zusammengesetzten Teil des Kolbenbodens wurde ein Probestück Λ' entnommen, um das Füllungsverhältnir, des Fasermaterials zu ermitteln. Fs zeigte sich, daß ς' *s Fullungsverhältnis 15 Gcw.-ⁿi> bezogen auf

;» die Matrix betrug, und daß das Material einen Wärmedehnungskoeffizienten von 15 bis 13 ■ 10-*· hatte.

F i g. 4, 5 und 6 veranschaulichen die Ergebnisse der Prüfung der Obcrfiächenfesiigkcit bzw. der Bicgefestig-

i'i keit des Probestücks V. der Prüfung der Abnahme der Härte unter der 50stündigen Einwirkung der angegebenen Temperaturen sowie der Prüfung der Gleiteigenschaften des Materials. In Fig.4, 5 und 6 gelten die Kurven Y für entsprechende Prüfungen, die zum

i'i Vergleich an dem \C8B-Material durchgeführt wurden, das einer Wärmebehandlung entsprechend der Güteklasse T6 unterzogen worden war.

Aus diesen graphischen Darstellungen ist ersichtlich, daß das Probestück X aus dem erfindungsgemäß

^r> hergestellten Material der Vergleichsprobe ^bezüglich seiner Biegefestigkeit, seiner Härte und seiner Gleiteigenschaften überlegen ist.

Wurde der Grenzbereich zwischen dem zusammengesetzten Material und der keine Fasern enthaltenden

>' Matrix des Kolbens mittels eines Brenners erhitzt, wurde nur der aus der Legierung »Lo-Ex« bestehende Teil vollständig zum Schmelzen gebracht, während ..er aus dem zusammengesetzten Material bestehende Teil seine ursprüngliche Form vollständig beibehielt, was

" eine Verbesserung der Hitzebeständigkeit des zusammengesetzten Teils anzeigt.

Beispiel If

Es wurde ein Formkörper aus Fasermaterial mit einer '■ Fülldichte von 0,3 g/cm³ zum Verstärken einer Matrix aus der Legierung »Lo-Ex« im Bereich des Bodens, des die Kolbenringe aufnehmenden Teils und des Mantels eines Kolbens für einen Viertaktmotor unter Anwendung des Verfahrens nach der Erfindung verwendet. Die • Form hatte im Bereich des Kolbenbodens, des die Kolbenringe aufnehmenden Teils und des Kolbenmantels entsprechend der Bohrung des Motorzylinders einen Innendurchmesser von 55,5 mm. Fm vorliegenden

Fall wurde bei Her Wahl der ursprünglichen Abmessungen des Formkörpers aus Fasermaterial das Verdichtungsverhältnis auf der Basis einer Schätzung berücksichtigt, und der Formkörper erhielt im Verlauf des Gießvorgangs seine endgültige Gestalt durch einen Stan/- b/.w. Preßvorgang.

Der zusammengesetzte Teil des nach dem Beispiel Il hergestellten Kolbens weist ähnliche physikalische Eigensc'i ₍ften auf wie das gemäß dem Beispiel I hergestellte Erzeugnis. Außerdem zeigt es sich, daß dieser Teil im Bereich der Kolbenringnuten sehr verschleißfest ist, daß der Kolbenmantel eine geringe Wärmedehnung hat. und daß eine hohe Widerstandsfähigkeit gegen Abrieb und Fressen vorhanden ist. Diese Aufrechterhaltung der mechanischen Festigkeit bei hoher Temperatur, die Verbesserung der Gleitcigenschaften und die Herabsetzung der Wärmedehnung führen bei dem erfindungsgemäß hergestellten Kolben dazu, tliR sich ein Durchblasen der Verbrennungsgase

Π 'L-J L/ II» U. I Il Γ" 4 * L

nil U^l V, i\.lf Ub,l I* v^i u\* ■ ii^v/vj V. 11.» «.llltt UU.1 U, 111.11 V-. IIV, H VUII Reibstellen im Bereich des Kolbenmantels vermeiden läßt.

Weiterhin macht es keinerlei Schwierigkeiten, den Formkörper aus Fasermaterial sogar mit Silumin bzw. der Legierung AC4A nach japanischer Industrienorm zu füllen und eine übereutektische Siliziumlegic: unp zur Herstellung des zusammengesetzten Korpers /u verwenden, wobei ähnliche physikalische Eigenschaften erzielt werden.

Ferner ist es möglich, nach Bedarf andere Werte der Fülldichte vorzusehen und Fasern von anderer Art zu verwen'.jn. um bei einem bestimmten zusammengesetzten Abschnitt eines Bauteils eine bestimmte mechanische Festigkeit oder bestimmte Gleiteigenschaften zu uiv.iclen; beispielsweise kann man einen Formkörper aus kristallisiertem Glas mit einer Fülldichte von 0.4 g/cm^! verwenden, um den Boden und die Kolbenringzone eines Kolbens zu verstärken; auch ist es möglich, einen Formkörper aus Kohlenstoff-Fasern mit einer Fülldichte von 0,3 g/cm³ in den Mantel eines Kolbens einzulagern, um die Gleiteigenschaften, des Kolbens gegenüber dem Zylinder zu verbessern. Auch in diesen Fällen lassen sich gute Ergebnisse erzielen.

Beispiel III

Verstärkung eines Teils einer Pleuelstange für eine Brennkraftmaschine

Eine Pleuelstange aus der Legierung AC4A nach japanischer Industrienorm mit einem Durchmesser von 36 mm am dickeren Ende und einem Durchmesser von 18 mm am dünneren Ende sowie einer Länge von 120 mm wurde in ihrem mittleren Teil durch Einlagern eines Formkörpers aus Fasermaterial verstärkt, der eine quaderförmige Gestalt und Abmessungen von 80 · 8 - 10 mm hatte, wobei die Fülldichte des erfindungsgemäß verwendeten Faserkörpers 0,4 g/cm³ betrug. Die Prüfung der so hergestellten zusammengesetzten Pleuelstange zeigte, daß eine Verbesserung der mechanischen Festigkeit und der Starrheit eingetreten war.

Beispiel IV

Verstärkung und Verbesserung der Gleiteigenschaften einer Zylinderlaufbuchse

In den inneren Teil einer Zylinderlaufbuchse für eine Brennkraftmaschine mit einer Bohrung von 30 mm Durchmesser, die aus der Legierung AC8B nach japanischer Industriencrm hergestellt wurde, wurde ein zylindrischer Formkörper aus Fasermaterial mit einem Außendurchmesser von 45.mm, einem Innendurchmesser von 30 mm, einer Länge von 80 mm und einer ' Fülldichte von 0,5 g/cm* in der erfindungsgemäßen Weise eingelagert, um eine zusammengesetzte Laufbuchse herzustellen.

Es wurde festgestellt, daß die Verstärkung bei der Laufbuchse zu einer hervorragenden Widerstandsfähig-"' keit gegen Abrieb und Fressen führte, und daß die Laufbuchse mit l.aufbuchsen aus einer übereutektischen .Siliziumlegierung sowie mit hartverchromten l.mifbuchsen vergleichbar war.

Beispiel V

ErfindungsgemäUc Verstärkung eines I
mit .Stützmetall

.agers

In ein Lager aus der Legierung AC4A nach

; :~„i ι-,.ι.

IIUU.M I H-IIWI

mäßen Weise ein Formkörper aus Kohlenstoff-Fasern mit einer Faserlänge von 6 bis 10 mm und einer Fülldichte von 0.2 g/cm' eingelagert. Das so hergestellte zusammengesetzte Material wurde in innige Verbindung mit einer mit Kupfer plattierten Stahlplatte von 1.5 mm Dicke gebracht. Aus diesem Laminat wurde durch Bearbeitung eine Platte mit einer Dicke von 2.0 mm hergestellt, die dann bezüglich ihrer Gleiteigenschaften und ihrer Dauerfestigkeit untersucht wurde. Es zeigte sich, daß das zusammengesetzte Material Aluminiumblech bekannter Art bezüglich seiner Widerstandsfälligkeit gegen Abrieb. Fressen und Ermüdung überlegen ist.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es ferner, die Festigkeit der Fußabschnitte von Zahnradzähnen zu steigern, wodurch sich die Abnutzung der Zahnflanken verringert, und man kann bei Getriebegehäusen aus Leichtmetall eine Verlagerung der Getriebewellen bei der Erwärmung auf die Betriebstemperatur entgegenwirken, indem man erfindungsgemäß Formkörper aus Fasermaterial für die Wandteile des Gehäuses zwischen den Wellen, die hohen Temperaturen ausgesetzt sind zur Verringerung der Wärmedehnung verwendet.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird in der Weise durchgeführt, daß man in einem hinreichenden Ausmaß eine Schmelze in einen aus Fasermaterial hergestellten Formkörper eindringen läßt, der eine bestimmte Fülldichte oder Porosität besitzt, wobei im Anfangsstadium ein hoher statischer Druck aufgebracht wird, und wobei der auf die Schmelze wirkende Druck mit einer Verzögerung gesteigert wird, so daß sich die Erstarrung der Schmelze verzögert, wobei der Formkörper in einem gewissen Ausmaß zusammengedrückt wird, worauf die endgültige Erstarrung der Schmelze unter hohem statischen Druck erfolgt

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren läßt sich ein ausreichendes Eindringen der Schmelze in den Formkörper aus Fasermaterial bis zu einem bestimmten Wert der Fülldichte des Formkörpers erreichen, doch wenn die Fülldichte des Fonnkörpers einen zu hohen Wert erreicht, nimmt der dem Eindringen der Schmelze entgegengesetzte Widerstand zu, was zur Folge hat, daß sich die Fortpflanzungsgeschwindigkeit des Drucks gegenüber der Schmelze schnell steigert, bevor die Schmelze ir. alle Teile des Formkörpers eingedrungen ist; wenn dies geschieht, ergeben sich Schwierigkeiten daraus, daß die Schmelze zu erstarren besinnt Wenn

das Verhältnis zwischen dem Rauminhalt des Formkörpers aus Fasermatcrial und dem Rauminhalt der Hohlform einen hohen Wert hat, besteht außerdem die Gefahr, daß die Schmelze beim Aufbringen des Drucks überläuft, da ihrem Eintreten in die Form ein höherer ■> Widerstand entgegengesetzt wird. Dann ist es erforderlich, die Hublänge der Form zu vergrößern, um die Fortpflanzungsgeschwindigkeit des Drucks im Anfangsstadium des Gießvorgangs zu verringern, damit eine vollständige Füllung aller Hohlräume im Formkörper m erreicht wird, bevor der die Erstarrung bewirkende hohe Druck aufgebracht wird.

Im Hinblick auf diese Schwierigkeiten, und um ein vollständiges Eindringen der Schmelze auch dann zu gewährleisten, wenn der Formkörper aus Fasermatcrial ι; eine hohe Dichte hat. wird gemäß der Erfindung so vorgegangen, daß man den Faserkörper und die geschmolzene Legierung in eine Gießform bringt, wobei die Fortpflanzungsgeschwindigkeit des auf die Schmelze aufgebrachten Drucks während des Anfangsstadiums so geregelt wird, daß man ein zusammengesetztes Erzeugnis mit den gewünschten Eigenschaften erhält.

Zu den Materialien, aus denen sich Formkörper der beschriebenen Art aus Fasern herstellen lassen, gehören Fasern aus Metall, kristallisierte Glasfasern, Fasern aus Kohlenstoff, keramischen Materialien, Chrom und anderen anorganischen Materialien. Die als Matrix verwendeten Legierungen können Kupfer, Aluminium, Magnesium, Zinn und dgl. enthalten. 1»

Fig. 7 zeigt eine Ausführungsform einer Gießform zur Durchführung des vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Gießverfahrens, bei dem eine Erstarrung unter hohem Druck herbeigeführt wird. Gemäß F i g. 7 ist eine Form 1 vorhanden, über der ein i> zum Aufbringen von Druck dienender Stempel 2 angeordnet ist, der gleitend geführt ist: im unteren Teil der Form 1 ist gegenüber dem oberen Stempel 2 ein unterer Stempel 4 gleitend geführt, der den Hoden des Hohlraums 3 der Form bildet. Der untere Stempel 4 ist durch eine Stange 7 mit einem Kolben 6 einer hydraulischen Dämpfungseinrichtung 5 verbunden, die sich an den unteren Teil der Form 1 aus Metall anschließt. Die Dämpfungseinrichtung 5 enthält öl, das über eine Drossel 8 zu einem ölsumpf 9 entweichen kann. Zum Zuführen von Öl von einem Ölbehälter 10 aus zu der Dämpfungseinrichtung dienen eine Pumpe 11, ein Akkumulator 12 und ein Rückschlagventil 13. Gemäß Fi g. 7 dient die Bodenfläche 14 der Form 1 als Anschlag für den unteren Stempel 4.

Gemäß der Erfindung wird zuerst ein Formkörper aus Fasermaterial in der Hohlform 3 angeordnet; dann wird eine Schmelze aus der zu verwendenden Legierung auf den Formkörper gegossen, und hierauf wird auf die Schmelze ein hoher statischer Druck dadurch aufgebracht, daß der Stempel 2 nach unten bewegt wird; hierbei ermöglicht es die hydraulische Dämpfungseinrichtung 5 dem unteren Stempel 4, sich nach unten zu bewegen, so daß im Anfangsstadium des Aufbringens des Drucks und die Fortpflanzung des Drucks in der «> Schmelze verzögert wird; auf diese Weise wird erreicht, daß die Schmelze in alle Teile des Fonnkörpers aus Fasermaterial eindringt. Daher wird ein vorzeitiges Erstarren der Schmelze vermieden, bis der Stempel 2 zur Anlage an dem unteren Stempel 4 und letzterer zur Anlage an der Anschlagfläche 14 der Form kommt. Die vollständige Erstarrung der Schmelze ist erreicht, sobald die Stempel 2 und 4 ihre unterste .Stellung erreichen und eine gewisse Zeitspanne verstrichen ist.

Fig. 8 veranschaulicht in einer graphischen Darstellung die Beziehung zwischen dem aufgebrachten Druck und der Zeit während des Ablaufs der erfindungsgemäßen Verfahrensschritte; die Kurve X veranschaulicht das erfindungsgemäße Gießverfahren, bei dem die Schmelze unter hohem Druck zum Erstarret gebracht wird; die Kurve Y gilt für das bis jetzt gebräuchliche bekannte Verfahren. In F i g. 8 bezeichnen die auf du Zeitachse abgetragenen Abschnitte A, B und C bezüglich des bekannten Hochdruckgießverfahrens und zwar eine Periode (A), während weicher ein Druck aufgebracht wird, bzw. eine Periode (B), während welcher eine teilweise Erstarrung erfolgt, bzw. eine Periode (C), während welcher sich die endgültige Erstarrung vollzieht.

Gemäß Fig. 8 ermöglicht es das Hochdruckgießverfahren nach der Erfindung, den Beginn des Aufbringens von Druck gegenüber der Periode A in Richtung auf die Periode B der leilweisen Erstarrung und die Periode C der endgültigen Erstarrung in einem erheblichen Ausmaß zu verzögern, was durch die Dämpfungseinrichtung 5 nach Fig. 7 ermöglicht wird. Durch entsprechendes Einstellen der hydraulischen Dämpfungseinrichtung 5, des Öffnungsgrades der Drossel 8, der Hublänge des oberen Stempels 2 gegenüber der Anschlagfläche des unteren Stempels 4 usw. ist es somit unschwer möglich, eine Druckkurve zu erreichen, die gemäß Fig.8 in dem Bereich zwischen den Kurven X und Xa liegt.

Als Puffereinrichtung kann eine Feder verwendet werden. Eine solche Puffereinrichtung kann auf der Seite des Druckstempels angeordnet sein. Ferner kann es zweckmäßig sein, vor dem Gießvc gang den Formkörper aus Fasermaterial — wie an sich bekannt — zu entlüften, um den Sauerstoff zu entfernen, oder die vorhandene Luft durch ein inertes Gas zu ersetzen, um eine Oxidation der Schmelze zu vermeiden. Diese Maßnahme erweist sich dann als besonders wirksam, wenn als Matrix eine geschmolzene Magnesiumlegierung verwendet wird, denn in diesem Fall ist eine erhebliche Oxidation zu erwarten, wenn die Schmelze in die Poren des Formkörpers aus Fasermaterial eindringt.

Wie vorstehend erläutert, ist es gemäß der Erfindung möglich, die Schmelze selbst dann hinreichend tief in den Formkörper aus Fasermaterial eindringen zu lassen, wenn es sich um einen Formkörper von hoher Dichte handelt, denn es ist möglich, die Metallschmelze dadurch im geschmolzenen Zustand zu halten, daß man die Fortpflanzung des auf die Schmelze aufgebrachten Drucks während des Anfangsstadiums verzögert Durch entsprechendes Einstellen der Dämpfungseinrichtung ist es ferner gemäß der Erfindung mög!:ch, ein Überlaufen der Schmelze aus der Form zu verhindern.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Flüssigpreß-Verfahren zur Herstellung eines mit einer Verstärkungseinlage versehenen Verbundkörpers, bei dem

a) die poröse Verstärkungseinlage vorgeformt in eine Gießform eingebracht wird,

b) eine Schmelze eines metallischen Matrixmate- m riales in die Gießform eingefüllt wird und

c) anschließend unter hohem Druck die Kristallisation des Matrixmaterial und Verfestigung zu einem porenfreien festen Verbundkörper erfolgt,