DE2711517A1 - Verfahren zum herstellen von fliesspress-rohlingen aus aluminiumlegierungen - Google Patents

Description

Verfahren zum Herstellen von Fließpreß-Rohlingen

aus Aluminiumleqierungen

(Zusatz zur Patentanmeldg. P 24 22 348.1)

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Fließpreß-Rohlingen aus Aluminiumlegierungen mit übereutektischem Siliziumgehalt durch fallenden Guß unter Verwendung einer Form von erhöhter Wärmeleitfähigkeit und mit gekühltem Boden, an deren Oberseite zwei wegnehmbare Kappen angeordnet sind, welche wärmeisoliert und/oder beheizt sind und die Ausbildung eines verlorenen Kopfes ermöglichen, dessen Erstarrung gegenüber dem in der Form enthaltenen Rohling verzögert wird, bei dem nach Beginn der Erstarrung des Rohlings ein mäßiger Druck zwischen 0,1 und 5 Bar, vorzugsweise zwischen 0,2 und 1 Bar in der Weise ausgeübt wird, daß das noch flüssige Metall des verlorenen Kopfes einerseits in die Lunker des Rohlings gepreßt wird, die somit im Augenblick ihres Entstehens aufgefüllt werden, und andererseits durch die von ihm herangeführte Wärme und die von ihm hervorgerufenen Umlaufströmungen die im Entstehen begriffenen basaltischen Strukturen zerstört, um dem Rohling die für das Schlag-Fließpressen günstigste Struktur zu erteilen nach Patentanmeldung P 24 22 348.1.

Bei der Herstellung von Laufbüchsen für Verbrennungsmotoren besteht gegenwärtig die Tendenz, Legierungen mit Silizium zu ver-

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wenden, insbesondere übereutektische Legierungen, d.h. Legierungen, deren Siliziumgehalt im Mittel über 12 % liegt. Diese Art von Legierungen eignet sich für diese Verwendung aus den zwei folgenden Gründen in besonderer Weise:

1. Die übereutektischen AlSi-Legierungen haben einen kleineren Ausdehnungskoeffizienten als die anderen Aluminiumlegierungen, was, wie ohne weiteres einleuchtet, von Bedeutung ist, wenn es sich um Teile handelt, die sich relativ zueinander mit kleinem und kontrolliertem Spiel bewegen und deren Temparatur im Betrieb schwankt bzw. sich entwickelt.

2. Das Vorhandensein von primären, harten Siliziumkristallen in einer Matrix aus weicherem Aluminium macht diese Legierungen besonders zur Bildung einer Oberfläche mit für das Festhalten von Schmierstoffen günstigen Mikrorauhigkeiten geeignet, selbst wenn die Oberfläche nicht zusätzlich behandelt ist.

Es sei darauf hingewiesen, daß diese eutektische Zusammensetzung nicht kritisch ist und daß man, wegen des Abstandes zum Gleichgewicht, in Legierungen, die der eutektischen Zusammensetzung sehr nahe sind, wie A-S13 oder A-S12UN und selbst in Legierungen mit übereutektischer Zusammensetzung wie A-S10UG, ständig Primärsiliziumkristalle findet.

Eine große Schwierigkeit bei der Herstellung von Teilen aus Legierungen mit sehr hohem Siliziumgehalt oder mit übereutektischer Struktur liegt in der Tatsache, daß es notwendig ist, daß die Primärsiliziumkristalle nicht zu groß sind. Die maximal zulässige Größe liegt im allgemeinen bei 100μ. Dieses Erfordernis ist bei Gußteilen sehr schwer zu erfüllen, vor allem wenn es Teile mit großen Abmessungen sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen von Fließpreß-Rohlingen aus Aluminiumlegierungen

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mit übereutektischem Siliziumgehalt zu schaffen, mit dem sich Rohlinge herstellen lassen, die besonders gut zur Herstellung von Laufbuchsen von Verbrennungsmotoren durch Schlag-Fließpressen geeignet sind.

Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren der eingangs beschriebenen Gattung erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß vor dem Gießen der Legierung in der Form ein Frischen des Siliziums durch Zugabe von Phosphor erfolgt.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können Schlag-Gieß-gepreßte Laufbuchsen ausgehend von übereutektischen Siliziumlegierungen hergestellt werden, indem folgende Arbeitsschritte miteinander kombiniert werden:

1. Frischen der geschmolzenen Legierung durch Zugabe von Phosphor. Diese Zugabe kann auf jedwelche bekannte Methode erfolgen, beispielsweise in Form einer Zugabe von rotem Phosphor, ggf. mit Flußmitteln gemischt, Einleiten von PCIc, Zugabe von Kupfer-Phosphor, Eisen-Phosphor usw..

Der Phosphor vergrößert, wohl durch Bildung von Teilen aus Phosphor-Aluminium, die als Impfkristalle bzw. Keime für das Primärsilizium dienen, die Anzahl dieser Keime und vermindert daher die mittlere Größe der Kristalle.

2. Gießen des so gefrischten Metalls entsprechend dem in der Hauptanmeldung P 24 22 348.1 beschriebenen Verfahren, d.h. mittels Schwerkraft in einer durch den Boden kräftig gekühlte Form, deren eine oder mehrere obere Kappen wärmeisoliert oder beheizt sind, so daß das flüssige Metall des verlorenen Kopfes bzw. Gießtrichters, der am obersten Teil angeordnet ist, der Scheibe bei derem Gießen zugeführt werden kann; wenn die Erstarrung begonnen hat, wird ein mäßiger Druck zwischen 0,1 und 5 Bar, vorzugsweise zwischen 0,2 und 1 Bar

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in der Weise ausgeübt, daß das flüssige Metall des verlorenen Kopfes in die Lunker des Rohlings gepreßt wird und die herangeführte Wärme und die so erzeugten Umlaufströmungen die Bildung von basaltischen Strukturen hindern und dem Rohling die gewünschte regelmäßige und symmetrische Struktur verleihen. Es hat sich herausgestellt, daß diese Art der gerichteten Abkühlung bei übereutektischen Siliziumlegierungen zu weiteren Vorteilen führt, beispielsweise guter Feinheit, Homogenität und Isotropie, wie in der Hauptanmeldung P 24 22 348.1 beschrieben ist. In Kombination mit der Wirkung des Phosphors trägt dieses Gießverfahren zur Verringerung der Korngröße des Siliziums bei und stellt eine gleichmäßige Verteilung der Primärsiliziumkörner in der Masse des Rohlings dar.

3. Kaltes oder warmes Schlag-Fließ-Pressen der so gegossenen Rohlinge, um Zylinder zu erhalten, von denen dann nur noch der Boden abgetrennt werden muß.

Bemerkenswert ist, daß bei diesem Vorgang keine merkliche Änderung der Verteilung der primären Siliziumkristalle erfolgt, die somit die in den gegossenen Scheiben beobachtete Regelmäßigkeit bewahrt.

Das folgende Beispiel ermöglicht ein besseres Verständnis der Erfindung:

Man präpariert ein flüssiges Bad aus der Legierung A-S17U4 mit der Zusammensetzung:

- Fe : 0,30 %

- Si :17,00 %

- Cu : 4,00 %-

- Ti : 0,02 %

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Man hält das flüssige Metall auf einer Temparatur von 84O^eC und fügt 0,30 % Kupfer-Phosphor hinzu, was einem Phosphorzusatz von 0,1 % entspricht.

Man fügt 0,6 % Magnesium hinzu und gießt die Scheiben entsprechend dem beschriebenen Verfahren in einer Form, deren Boden durch einen Graphitblock gebildet ist, der in ein durch den Umlauf von Wasser gekühltes Metallteil gesenkt ist.

Bei der Prüfung der mikrographischen Struktur der so erhaltenen Scheiben beobachtet man, daß die primären Siliziumkristalle im wesentlichen eine Größe von etwa 20μ haben.

Die Scheiben haben einen Durchmesser von 76 mm und eine Dicke von 28 mm. Die auf etwa 400* vorerwärmten Scheiben werden unter den Stempel einer Schlag-Fließpresse gebracht, die mit einem auf der Basis von Graphit aufgebautem Schmiermittel geschmiert ist.

Die zum Fließpressen ausgeübte Kraft beträgt 240 t.

Man erhält auf diese Weise Gehäuse mit folgenden Abmessungen:

Außendurchmesser : 75 mm Höhe : 115 mm

Dicke : 4 mm,

deren äußeres und inneres Aussehen völlig glatt ist und deren Höhe an jeder Stelle des Umfangs gleich ist (Fehlen von Ecken bzw. Hörnern).

Eine mikrographische Prüfung zeigt keine merkliche Veränderung der bei der Verformung ausgerichteten Siliziumprimärkristalle.

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Claims (3)

Patentansprüche :

1. Verfahren zum Herstellen von Fließpreß-Rohlingen aus Aluminiumlegierungen mit übereutektischem Siliziumgehalt durch fallenden Guß unter Verwendung einer Form von erhöhter Wärmeleitfähigkeit und mit gekühltem Boden, an deren Oberseite zwei wegnehmbare Kappen angeordnet sind, welche wärmeisoliert und/oder beheizt sind und die Ausbildung eines verlorenen Kopfes ermöglichen, dessen Erstarrung gegenüber dem in der Form enthaltenen Rohling verzögert wird, bei dem nach Beginn der Erstarrung des Rohlings ein mäßiger Druck zwischen 0,1 und 5 Bar, vorzugsweise zwischen 0,2 und 1 Bar in der Weise ausgeübt wird, daß das noch flüssige Metall des verlorenen Kopfes einerseits in die Lunker des Rohlings gepreßt wird, die somit im Augenblick ihres Entstehens aufgefüllt werden, und andererseits durch die von ihm herangeführte Wärme und durch die von ihm hervorgerufenen Umlaufströmungen die im Entstehen begriffenen basaltischen Strukturen zerstört, um dem Rohling die für das Schlag-Fließpressen günstigste Struktur zu erteilen, nach Patentanmeldung P 24 22 348.1, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem ci^eß^en der Legierung in der Form ein Frischen des Siliziums durch Zugabe von Phosphor erfolgt.

2. Verwendung von nach dem Verfahren gemäß Anspruch 1 ent haltenen Rohlingen zur Herstellung von Laufbüchsen von Verbrennungsmotoren durch Schlag-Fließpressen.

3. Nach dem Anspruch 2 hergestellte Laufbüchsen für Verbrennungsmotore.

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ORIGINAL INSPECTED