DE3127400C2

DE3127400C2 - Verfahren zum Herstellen eines Verbrennungsmotorkolbens aus einer Aluminiumleg ierung mit einem Verstärkungsring aus Eisen

Info

Publication number: DE3127400C2
Application number: DE3127400A
Authority: DE
Inventors: Philip W. Cleveland Ohio Holcombe
Original assignee: TRW Inc
Current assignee: Northrop Grumman Space and Mission Systems Corp
Priority date: 1980-07-14
Filing date: 1981-07-10
Publication date: 1986-08-14
Also published as: MX157562A; JPS6031579B2; DE3127400A1; GB2080485B; JPS5779231A; US4364159A; BR8104470A; GB2080485A

Abstract

Bei einem Verfahren zur Erzeugung eines Festsitzes eines Eisenrings auf dem Kopf eines Kolbens aus Aluminiumlegierung wird ein mit einer ringförmigen Schulter ausgebildeter Kolbenrohling aus Aluminiumlegierung über ein Minimum von einer Stunde bei einer Temperatur innerhalb des Bereichs von 483 ° C bis 510 ° C lösungsgeglüht und danach abgeschreckt, so daß sich eine übersättigte Aluminiumlegierung in fester Lösung bildet. Der Eisenring wird auf etwa 538 ° C erwärmt, also auf eine Temperatur oberhalb der Betriebstemperatur des Kolbenkopfes, so daß der Ring kurzzeitig aufgeweitet wird. Der Rohling wird auf eine Arbeitstemperatur von etwa 204 ° C vorgewärmt, also eine Temperatur unterhalb der Betriebstemperatur des Kolbenkopfes in einer Verbrennungskraftmaschine. Danach wird der Ring auf den Kolbenkopf in Anlage an die Schulter gesetzt und geschmiedet, so daß die Aluminiumlegierung axial und quer gegen den kurzzeitig aufgeweiteten Ring fließt. Danach wird die übersättigte Aluminiumlegierung einer Altershärtung bei einer Temperatur innerhalb eines Bereichs von 210 ° C bis 221 ° C über etwa 9 Stunden unterzogen, so daß eine Ausscheidung bewirkt wird, die zusammen mit der Kontraktion des Eisenringes aufgrund der Abkühlung einen Festsitz bewirkt, welcher auch während des Kolbenbetriebs aufrechterhalten bleibt.

Description

|jj 50 Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein solches Verfahren ist aus der US-PS 21 24 360 bekannt. Bei diesem Verfahren wird ein zylinderformiger, aus der Aluminiumlegierung bestehender Kolbenrohling, der in üblicher Weise behandelt, d.h. lösungsgeglüht, zur Bildung eines Zustandes übersättigter Mischkristalle schroff abgekühlt und bei einer unterhalb der späteren Betriebstemperatur des Verbrennungsmotors liegenden Temperatur einer Alterungshärtung mit durch Ausscheidung von Legierungskomponenten hervorgerufener, bleibender Volumenzunahme unterzogen ist, zur §f; Aufnahme des Verstärkungsringes zwischen dem Kolbenkopf und dem Kolbenmantel mit einer Ringschulter

versehen, die eine zur Achse des Kolbenrohlings quer verlaufende Ringoberfläche bildet. Der kleine Durchmesser dieser Ringoberfläche entspricht dem Außendurchmesser des Kolbenkopfes. Damit der Verstärkungsring auf den Kolbenkopf aufgesetzt und ein späterer Schrumpfsitz des Verstärkungsringes gewährleistet werden kann, muß der Verstärkungsring auf eine höhere Temperatur als der Kolbenrohling erwärmt werden, woraufhin er gegen die Ringschulter zur Anlage gebracht wird und dann der Kolbenkopf so geschmiedet wird, daß sein Werkstoff in Richtung der Achse des Kolbenrohlings und quer dazu fest gegen den Verstärkungsring fließt. Schließlich wird der mit dem Verstärkungsring verbundene Kolbenrohling wieder abgekühlt.

Ein ähnliches Verfahren zur Herstellung eines Verbrennungsmotorkolbens aus einer Aluminiumlegierung mit einem Verstärkungsring aus Eisen ist aus der US-PS 35 18 741 bekannt. Bei diesem bekannten Verfahren wird aber ein von vornherein mit Übermaß gefertigter Verstärkungsring verwendet.

In dieser US-PS 35 18 741 ist jedoch auch schon auf die Schwierigkeit hingewiesen, einen in aufgebrachter Stellung angeschmiedeten Verstärkungsring in festen Kontakt mit dem Aluminiumkörper unter den Belastun-

gen zu halten, welche von den unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten für den Ring und den Kolbenkörper herrühren. Des weiteren ist dort angegeben, daß dann, falls der Verstärkungsring auf dieselbe Schmiedetemperatur wie der Kolbenkörper aus Aluminium erwärmt wird, die nachfolgende Stauchverformung wahrscheinlich zu einer Rißbildung im Ring führt. Um dies zu vermeiden, wird dort vorgeschlagen, zum Stauchen den Kolbenrohling auf eine beträchtlich höhere Temperatureis den Verstärkungsring zu bringen, nach dem Stauchen die Temperaturen einander annähern zu lassen, bis nicht mehr als 38° C Unterschied zwischen beiden Bauteilen herrscht, und dann den Kolbenkopf nachzupressen. Doch auch dadurch läßt sich nicht verhindern, daß unter den Betriebsbelastungen im Laufe der Zeit wieder eine Lockerung der Verbindung eintritt.

Aufgabe der Erfindung ist die Weiterbildung des Verfahrens der eingangs genannten Art in dem Sinne, daß ein zuverlässige»; fester Sitz des Verstärkungsrings auf dem Kolben während einer langen Betriebszeit gewährleistet ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 angegebenen Maßnahmen gelöst; zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Bei einer konkreten Ausführungsform des Verfahrens wird der durch einen Eisenring verstärkte Kolben aus Aluminiumlegierung z. B. dadurch hergestellt, daß ein Kolbenrohling aus Aluminiumlegierung mit einer ringformigen Schulter auf seiner Außenfläche in der Nähe des Kolbenendes bereitgestellt, der Rohling über mindestens eine Stunde bei einer Temperatur innerhalb des Bereichs von 483° C bis 510° C lösungsgeglüht und der lösungsgeglühte Rohling durch ein Wasserbad abgeschreckt wird, so daß eine übersättigte Aluminiumlegierung in fester Lösung entsteht, dann der Eisenring auf eine Temperatur von etwa 538° C vorgewärmt wird, die oberhalb der späteren Betriebstemperatur des Kolbenkopfes liegt, so daß er sich kurzzeitig aufweitet, der Rohling aus Aluminiumlegierung auf eine Temperatur von etwa 204° C vorgewärmt wird, welche unterhalb der Betriebstemperatur des Kolbenkopfes liegt, daß dann der vorgewärmte und kurzzeitig aufgeweitete Eisenring teleskopartig auf den Kolbenkopf gegen die Schulter gesetzt und der Kolbenkopf geschmiedet wird, so daß sein Werkstoff axial und quer gegen den kurzzeitig aufgeweiteten Eisenring fließt, und daß der noch immer den Zustand der übersättigten Aluminiumlegierung aufweisende Kolbenrohling schließlich bei einer Temperatur innerhalb des Bereichs von 210° C bis 221° C über ungefähr 9 Stunden einer Alterungshärtung unterzogen wird, so daß eine Ausscheidung von Legierungskomponenten erfolgt, welche zusammen mit der Kontraktion des Eisenrings beim Abkühlen einen Festsitz zwischen dem Eisenring und dem Kolbenkörper aus Aluminium bewirkt.

Die besondere Ablauffolge der Verfahrensschritte vermeidet eine Überbelastung des Verstärkungsrings aufgrund der verschiedenen Dehnung der unterschiedlichen Metalle während des Vorgangs des Lösungsglühens. Die nachfolgende Alterungshärtung bei einer Temperatur unterhalb der Betriebstemperatur des Kolbenkopfes vermeidet ebenfalls diese nachteilhaften Auswirkungen, weil der Verstärkungsring bei einer Temperatur aufgebracht wird, die oberhalb jeder dieser Temperaturen liegt.

Von Bedeutung sind dabei vor allem die folgenden beiden Aspekte des Verfahrens, nämlich die Ausführung des Lösungsglühens vor der Anordnung des Verstärkungsrings auf dem Kolbenrohling und das Schmieden des Rohlings zur Befestigung des Verstärkungsrings, wenn der Rohling vorzugsweise sich auf einer Temperatur von ungefähr 204° C befindet, also einer Temperatur niedriger als die spätere Betriebstemperatur, und sich der Ring vorzugsweise auf einer Temperatur von 538° C, also auf einer diese Betriebstemperatur überschreitenden Temperatur befindet.

Der Aluminiumrohling besitzt einen größeren Dehnungskoeffizient als der Eisenring. Da der Vorgang des Lösungsglühens ausgeführt wird, ohne daß der Eisenring sich auf dem Aluminiumrohling befindet, werden im Eisenring keine Spannungen erzeugt, welche aus der unterschiedlichen Dehnung resultieren, wie es bei den bekannten Verfahren der Fall ist. Denn gerade auf solche anfänglichen Belastungen ist es zurückzuführen, daß der Eisenring beim Abkühlen nicht so fest auf dem Kolbenkörper sitzt, wie es bei dem erfindungsgemäßen Verfahren der Fall ist. Da weiterhin der Kolbenrohling um den Eisenring geschmiedet wird, wenn sich der Kolbenrohling auf einer Temperatur von 204⁰C und der Eisenring auf einer Temperatur von 538°C befinden, wird der Eisenring auch hierdurch nicht solchen Belastungen ausgesetzt, wie es bei bekannten Verfahren der Fall ist. Da zudem beim Schmieden die Temperatur des Kolbenrohlings eine unterhalb der späteren Betriebstemperatur des Verbrennungsmotors und die des Eisenrings eine oberhalb dieser Betriebstemperatur liegende ist, ist der Eisenring bestrebt, sich auf dem Kolbenkörper festzusetzen, wenn dieser Aufbau in einem Verbrennungsmotor seine zwischen diesen Schmiedetemperaturen gelegene Betriebstemperatur erreicht.

Das Lösungsglühen härtet das Aluminium. Somit besteht eine Schwierigkeit darin, ohne Rißbildung insbesondere bei einer Temperatur um 204° C zu schmieden. Dementsprechend wird vorzugsweise im Kopfende des Aluminiumrohlings eine schalenförmige Vertietung vorgesehen. Diese gewährleistet, daß die Gefahr einer Rißbildung beim Schmieden des lösungsgeglühten Aluminiumrohlings minimal gehalten wird.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. Darin zeigt

Fig. 1 eine Schnittansicht durch einen im wesentlichen zylinderförmigen Kolbenrohling aus Aluminiumlegierung mit einer Ringschulter zwischen einem konkaven Kopfende und dem Kolbenmantel,

Fig. 2 eine Ansicht ähnlich Fig. 1 nach dem Aufsetzen des Eisenrings auf den Kolbenkopf sowie

Fig. 3 eine Ansicht ähnlich den Fig. 1 und 2 des gefertigten Kolbenrohlings mit einem darauf angeordneten Eisenring.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Kolbens, welcher ejnen Aluminiumkörper und einen fest auf dem Aluminiumkörper befestigten Eisenring aufweist, in welchem wenigstens eine Nut zur Aufnahme eines Kolbenrings ausgebildet ist.

Der Kolben A ist aus einem zylinderförmigen Kolbenrohling 10 aus Aluminiumlegierung hergestellt und umfaßt einen Kolbenkopf 12 und einen Kolbenmantel 14. Der Kolbenkopf 12 weist anfänglich eine konkave Vertiefung 16 auf. Am gegenüberliegenden Ende des Kolbenkopfes 12 befindet sich eine Aussparung, welche durch eine zylinderförmige Innenwand 20 des Kolbenmantels 14 begrenzt ist. Ein Paar von Vorsprüngen 22. von

denen lediglich einer dargestellt ist, verstärken den Kolbenmantel 14 in dem Bereich, welcher letztlich mit Aufnahmeöffnungen für den Kolbenbolzen versehen wird.

Der Kolbenrohling 10 weist eine Ringschulter 24 auf, welche sich an seiner Außenfläche zwischen dem Kolbenkopf 12 und dem Kolbenmantel 14 befindet. Der kleine Durchmesser der Ringschulter 24 entspricht dem Außendurchmesser des Kolbenkopfs 12 (falls ein Füllstück unbeachtet bleibt), und die Ringschulter 24 bildet eine Ringfläche, die quer zur Achse des Kolbenrohlings 10 verläuft.

Wie aus Fig. 2 hervorgeht, wird ein Verstärkungsring 30 aus Eisen teleskopartig auf dem Kolbenkopf 12 des Kolbenrohlings 10 angeordnet und liegt gegen die Ringschulter 24 an. Der Kolbenkopf 12 des Kolbenrohlings 10 wird dann geschmiedet, wodurch die konkave Vertiefung 16 abgebaut wird und der in Fig. 3 dargestellte Kolben A aus Aluminiumlegierung mit einer Verstärkung aus einem Eisenring entsteht.

Zum Erzeugen des zylinderförmigen Kolbenrohlings 10 können viele Aluminiumlegierungen Verwendung finden. Besonders zweckmäßig sind Aluminiumlegierungen mit relativ großen Siliziumanteilen. Bekanntermaßen bieten Aluminiumlegierungen mit hohem Siliziumanteil (8,5% bis 13,0%) die Vorteile einer geringen Wärmedehnung und einer relativ hohen Härte, beides erwünschte Eigenschaften für eine Kolbenlegierung. Obgleich andere Aluminiumlegierungen eingesetzt werden können, werden vorteilhafterweise Legierungszusammensetzungen der nachstehend angegebenen Art verwendet:

Chemische Zusammensetzungen ausgewählter Kolbenlegierungen

Element

MS-75

A-132

F-132

Si

Cu

Mn

Mg

Fe

Ni

Zn

Ti

Aluminium und Spuren von Unreinheiten

10,5-11,5	11,0-13,0	8,5-10,5
1,5-2,0	0,5-1,5	2,0-4,0
0,4-0,9	0,35 max.	0,5 max.
0,5-0,9	0,7-1,3	0,5-1,0
0,7 max.	1,3 max.	1,2 max.
-	2,0-3,0	0,5 max.
0,4 max.	0,35 max.	1,0 max.
-	0,25 max.	0,2 max.
Ausgleich	Ausgleich	Ausgleich

Als Verstärkungsring 30 aus Eisenmetall können die bekannten nickelreichen, chromreichen Eisenringe verwendet werden. Vorteilhafterweise werden die im Handel verfügbaren sogenannten Ni-Resist- und duktile Ni-Resist-Legierungen verwendet. Vorzugsweise werden Werkstoffe verwendet, die im wesentlichen aus maximal 3,00 Gew.-% Kohlenstoff, 1,00 bis 2,80 Gew.-% Silizium, 1,00 bis 1,50 Gew.-% Mangan, 13,50 bis 17,50 Gew.-% Nickel, 5,50 bis 7,50 Gew.-% Kupfer, 1,75 bis 2,50 Gew.-% Chrom und Rest Eisen und Spuren von Unreinheiten bestehen. Ein weiterer bevorzugter Werkstoff Tür den Eisenring besteht im wesentlichen aus 1,80 bis 2,90 Gew.-% Kohlenstoff, 1,75 bis 3,20 Gew.-% Silizium, 0,80 bis 1,50 Gew.-% Mangan, 18,00 bis 22,00 Gew.-% Nickel, 1,75 bis 2,50 Gew.-% Chrom, maximal 0,20 Gew.-% Phosphor und Rest Eisen und Spuren von Unreinheiten. Weitere vorteilhafte Werkstoffe für den Eisenring ergeben sich aus der nachstehenden Tabelle:

2,90 max.	3,00 max.	3,00 max.	2,60 max.	2,60 max.
1,75-3,2	1,75-3,2	2,0-3,0	1,5-2,8	5,0-6,0
0,80-1,5	0,80-1,5	1,8-2,4	0,4-0,8	0,4-0,8
0,2 max.	0,2 max.	0,1 max.	0,2 max.	0,2 max.
18.0-22,0	18,0-22,0	21,0-24,0	28,0-32,0	29,0-32,0
1,75-2,5	2,75-4,0	0,5 max.	2,5-3,5	4,5-5,5
Ausgleich	Ausgleich	Ausgleich	Ausgleich	Ausgleich

Kohlenstoff Silizium Mangan Phosphor Nickel Chrom

Eisen und Spuren von Unreinheiten

Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf irgendwelche spezielle Eisenlegierungen beschränkt.

Das Verfahren zum Herstellen des Kolbens A umfaßt als ersten Schritt die Bereitstellung des im wesentlichen zylinderförmigen Kolbenrohlings 10 aus einer Aluminiumlegierung, vorzugsweise in der in Fi g. 1 dargestellten Form. Der Kolbenrohling 10 kann nach irgendeinem geeigneten Verfahren hergestellt werden. Beispielsweise kann ein Rohling aus einer gegossener, gewalzten oder extrudierten Stange aus Aluminiumlegierung auf geeignete Länge geschnitten werden, so daß das gewünschte Kolbengewicht erreicht wird. Dieser Rohling wird dann auf Schmiedetemperatur erwärmt und zu einer Zwischenform des Kolbenrohlings 10 verformt, deren Durch-

messer in etwa dem Durchmesser des grobgeschmiedeten Kolbens A entspricht.

Durch einen nachfolgenden Schmiedevorgang wird dann der Kolbenrohling 10 mit der in Fig. 1 dargestellten Ringschulter 24 und dem Kolbenkopf 12 gebildet. Wahlweise kann der in Fig. 1 dargestellte Kolbenrohling 10 ,,

aus einer Aluminiumlegierung gegossen werden.

Der Kolbenrohling 10 aus Aluminiumlegierung wird dann einem Lösungsglühen unterzogen und nachfolgend zur Erzeugung einer übersättigten festen Lösung aus Aluminiumlegierung schroff abgekühlt.

Unter »Lösungsglühen« ist hierbei allgemein eine Behandlung zu verstehen, bei welcher eine Legierung auf eine geeignete Temperatur über eine Zeitdauer erwärmt wird, welche ausreicht, daß ein gewünschter Bestandteil in eine feste Lösung gelangt, wonach eine schroffe Abkühlung folgt, um diesen Bestandteil in Lösung zu halten. Der Werkstoff befindet sich dann in einem übersättigten, unstabilen Zustand und kann nachfolgend einer Alterungshärtung unterzogen werden.

Diese »Alterungshärtung« ist als ein Verfahren zur Erhöhung der Festigkeit und Härte eines metallischen lj|

Werkstoffs definiert, welches durch Wärmebehandlung bei relativ geringer Temperatur ausgeführt wird, was die ||

Ausscheidung eines zweiten Gefügebestandteils oder einer Phase aus der festen Lösung zur Folge hat, die ||

gewöhnlich submikroskopisch ist.

Die Behandlung eines Körpers aus Aluminiumlegierung durch Lösungsglühen bedingt demnach, daß die Komponenten und intermetallischen Verbindungen der ausgewählten Legierung im wesentlichen homogen in der festen Lösung innerhalb des Körpers des Werkstoffs dispergiert sind. Wenn der durch Lösungsglühen behandelte Körper abgeschreckt wird, wird eine unstabile feste Lösung erhalten. Der abgekühlte Körper ist auf diese Weise mit bestimmten intermetallischen Legierungsbestandteilen übersättigt, welche normalerweise nicht bei einer geringen Temperatur in feste Lösung gehen würden. Eine nachfolgende Wärmebehandlung bei einer geringen Temperatur oder Alterungshärtung befreit den Werkstoff aus diesem unstabilen übersättigten Zustand, so daß die intermetallischen Verbindungen als diskrete, kristalline Komponenten der Legierung ausscheiden. Die Ausscheidung führt zu einer leichten, jedoch spürbaren Volumenzunahme des Körpers, ein Merkmal, welches für die Erfindung von besonderem Vorteil ist.

Hinsichtlich der oben aufgeführten, bevorzugten, siliziumreichen Legierungen wird das Lösungsglühen dadurch ausgeführt, daß der Kolbenrohling 10 aus Aluminiumlegierung auf eine Temperatur im Bereich von 483°C bis 510⁰C, vorzugsweise 493°C, erwärmt und mindestens eine Stunde lang auf dieser Temperatur gehalten wird. Der Kolbenrohling 10 wird dann durch Abschrecken in Wasser mit einer Temperatur innerhalb des Bereichs von 71°C bis 82°C schroff abgekühlt, so daß eine in fester Lösung übersättigte Aluminiumlegierung entsteht. Andere Legierungen können geringere oder höhere Temperaturen und unterschiedliche Zeitspannen für das Lösungsglühen erfordern. Die Parameter für diese Vergütungsbehandlung sind dem Fachmann ohne weiteres aus der entsprechenden Literatur verfügbar.

Um die Anordnung des Verstärkungsrings 30 auf dem Kolbenkopf 12 in Anlage an die Ringschulter 24 zu erleichtern, wird der Verstärkungsring 30 auf eine Temperatur oberhalb der späteren Betriebstemperatur des Kolbens A in einem Verbrennungsmotor vorgewärmt. Vorzugsweise wird der Verstärkungsring 30 auf etwa 538° C und der Kolbenrohling 10 auf eine Verarbeitungstempera tür von etwa 204° C erwärmt, Letztere Temperatur ist geringer als die Temperatur des Kolbenkopfs 12 während des Einsatzes des Kolbens A bei Betrieb des Verbrennungsmotors. Der vorgewärmte und dadurch aufgeweitete Verstärkungsring 30 wird teleskopartig auf den Kolbenkopf 12 des Kolbenrohlings 10 bis zur Anlage an die Ringschulter 24 gesetzt, und der Kolbenkopf 12 wird geschmiedet, so daß der Werkstoff aus Aluminiumlegierung, welcher sich aufgrund des Lösungsglühens in übersättigtem Zustand befindet, in Axialrichtung und quer zur Achse des Kolbenrohlings 10 gegen den Verstärkungsring 30 fließt.

Das Lösungsglühen härtet das Aluminium. Somit ist es schwierig, insbesondere bei einer Temperatur um 204⁰C, ohne Rißbildung zu schmieden. Die konkave Vertiefung 16 unterstützt jedoch den Schmiedevorgang, weil dadurch eine verringerte Dicke des Metalls bewirkt und somit das Fließen des Metalls nach außen über den Verstärkungsring 30 erleichtert wird. Auf diese Weise wird die Möglichkeit einer Rißbildung minimiert.

Der nächste Verfahrensschritt besteht in der Alterungshärtung der in fester Lösung übersättigten Aluminiumlegierung, nachdem der Schmiedevorgang beendet worden ist. 13ie Alterungshärtung wird vorzugsweise innerhalb des Temperaturbereichs von 21O⁰C bis 221°C, z. B. bei 216°C über ungefähr 9 Stunden ausgeführt. so

Die angegebene Verfahrensfolge und insbesondere das Lösungsglühen des Kolbenrohlings 10 vor dem Zusammensetzen und Schmieden verhindert eine Überlastung des Verstärkungsrings 30 aufgrund der ansonsten stattfindenden unterschiedlichen Dehnung des Rings und des Aluminiumkörpers. Die nachfolgenden Härtungstemperaturen von 210⁰C bis 221⁰C haben ebenfalls nicht diese nachteilige Wirkung, da die normale Betriebstemperatur für den Kolbenkopf 12 in dem Verbrennungsmotor um etwa 38° C höher liegt als die Temperatur für die Alterungshärtung.

Da zudem der Kolbenkopf 12 um den Verstärkungsring 30 geschmiedet wird, wenn sich der Kolbenrohling 10 auf etwa 204⁰C und der Verstärkungsring 30 auf etwa 53 8° C befindet, wirken auf den letzteren keine unterschiedlichen Dehnbelastungen. Somit schrumpft er beim Abkühlen fest um den Kolbenkörper. Da außerdem die Temperatur des Kolbenrohlings 10 bei diesem Schmiedevorgang unterhalb der späteren Betriebstemperatur des Verbrennungsmotors und die des Verstärkungsrings 30 oberhalb dieser Betriebstemperatur liegt, besitzt der Verstärkungsring 30 die Neigung, sich bei der Betriebstemperatur des Verbrennungsmotors auf dem Kolbenkörper festzusetzen. Des weiteren verursacht, wie oben erwähnt, die Ausscheidung der intermetallischen Bestandteile aus der festen Lösung während der Alterungshärtung ein Anwachsen des Kolbenkörpers. Diese permanente Volumenzunahme vergrößert den Festsitz zwischen dem Verstärkungsring 30 und dem Kolbenkopf 12.

Nachdem der Verstärkungsring 30 nach dem hier beschriebenen Verfahren am Kolbenrohling 10 befestigt worden ist, können eine oder mehrere ringförmige Kolbenringnuten 32 in die äußere Zylinderfläche des Verstärkungsrings 30 in bekannter Weise eingebracht werden. Es ist zwar auch möglich, den Verstärkungsring30 bereits

vor dem Befestigen mit den Kolbenringnuten 32 zu versehen, doch können durch den Schmiedevorgang und die Wärmebehandlung Spannungen in ihm erzeugt werden, welche zu Verwindungen oder anderen Verformungen führen können, wodurch die bereits ausgebildeten Kolbenringnuten 32 unbrauchbar werden können.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen eines Verbrennungsmotorkolbens aus einer Aluminiumlegierung mit einem Verstärkungsring aus Eisen, bei welchem ein im wesentlichen zylinderformiger, aus der Aluminiumlegierung bestehender Kolbenrohling lösungsgeglüht, zur Bildung eines Zustandes übersättigter Mischkristalle schroff abgekühlt und bei einer unterhalb der späteren Betriebstemperatur des Verbrennungsmotors liegenden Temperatur einer Alterungshärtung mit durch Ausscheidung von Legierungskomponenten hervorgerufener, bleibender Volumenzunahme unterzogen wird, bei welchem ferner der Kolbenrohling zwischen dem Kolbenkopf und dem Kolbenmantel mit einer Ringschulter versehen wird, die eine zur Achse des Kolbenrohlings quer verlaufende Ringoberfläche bildet, deren kleiner Durchmesser dem Außendurchmesser des Kolbenkopfes entspricht, der Verstärkungsring und der Kolbenrohling auf unterschiedliche Temperaturen erwärmt werden, von denen die des Verstärkungsringes höher als die des Kolbenrohlings liegt und die bei der späteren Betriebstemperatur einen Schrumpfsitz gewährleisten, in diesem Erwärmungszustand der Verstärkungsring auf den Kolbenkopf aufgesetzt und gegen die Ringschulter zur Anlage gebracht wird und dann der Kolbenkopf so geschmiedet wird, daß sein Werkstoff in Richtung der Achse des Kolbenrohlings und quer dazu fest gegen den Verstärkungsring fließt, und schließlich der mit dem Verstärkungsring verbundene Kolbenrohling wieder abgekühlt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Lösungsglühen und schroffe Abkühlen des Kolbenrohlings vor dem Erwärmen und Zusammensetzen mit dem Verstärkungsring vorgenommen wird, daß beim Erwärmen vor dem Zusammensetzen der Verstärkungsring auf eine über der späteren Betriebstemperatur des Kolbenkopfes liegende, der Kolbenrohling auf eine unterhalb dieser Betriebstemperatur liegende Temperatur gebracht wird und daß die Alterungshärtung nach dem Zusammensetzen und Schmieden erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärkungsring vor dem Aufsetzen auf den Kolbenkopf auf etwa 538°C erwärmt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolbenrohling vor dem Aufsetzen des Verstärkungsringes auf eine Temperatur von etwa 204⁰C vorgewärmt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Alterungshärtung innerhalb eines Temperaturbereichs von ungefähr 210⁰C bis ungefähr 221°C über eine Zeitdauer von etwa 9 Stunden ausgeführt wird.

5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Lösungsglühen bei einer Temperatur innerhalb des Bereichs von etwa 483°C bis etwa 510⁰C durchgeführt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das schroffe Abkühlen in Wasser mit einer Temperatur innerhalb des Bereichs von etwa 71°C bis etwa 82°C erfolgt.

7. Verstärkungsring zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er aus maximal 3,00 Gew.-% Kohlenstoff, 1,00 bis 2,80 Gew.-% Silizium, 1,00 bis 1,50 Gew.-% Mangan, 13,50 bis 17,50 Gew.-% Nickel, 5,50 bis 7,50 Gew.-% Kupfer, 1,75 bis 2,50 Gew.-% Chrom, Rest Eisen und Spuren von Unreinheiten besteht.

8. Verstärkungsring zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er aus 1,80 bis 2,90 Gew.-% Kohlenstoff, 1,75 bis 3,20 Gew.-% Silizium, 0,80 bis 1,50 Gew.-% Mangan, 18,00 bis |f 40 22,00 Gew.-% Nickel, 1,75 bis 2,50 Gew.-% Chrom, maximal 0,2 Gew.-% Phosphor, Rest Eisen und Spuren (p von Unreinheiten besteht.

P 9. Kolbenrohling zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er aus

Ü? 10,50 bis 11,50 Gew.-% Silizium, 0,50 bis 0,90 Gew.-% Magnesium, 1,50 bis 2,00 Gew.-% Kupfer, 0,40 bis

![ 0,90 Gew.-% Mangan, maximal 0,70 Gew.-% Eisen, maximal 0,40 Gew.-% Zink, Rest Aluminium und Spuren

ti; 45 von Unreinheiten besteht.