DE3343976A1

DE3343976A1 - Verfahren zum behandeln von gusseisenteilen vor der verbindung mit anderen teilen

Info

Publication number: DE3343976A1
Application number: DE19833343976
Authority: DE
Inventors: Masayoshi Numazu Shizuoka Usui; Osamu Nagoya Aichi Yonemochi
Original assignee: Usui Kokusai Sangyo Kaisha Ltd
Current assignee: Usui Kokusai Sangyo Kaisha Ltd
Priority date: 1983-04-08
Filing date: 1983-12-06
Publication date: 1984-11-15
Also published as: GB2137659B; GB2137659A; FR2543861A1; GB8330744D0; FR2543861B1; JPS59185567A; US4561484A; JPS6336874B2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbindung eines Gußeisenteils mit einem anderen Teil aus Gußeisen oder anderem Metall.

Gußeisen wird in verschiedenen Gebieten der Industrie, und insbesondere in der Maschinenindustrie und in Verbrennungsmaschinen in weitem Umfang verwendet, da es kostengünstig ist und ausgezeichnete Schmelz- und Vibrationsdämpfungseigenschaften aufweist. Es gibt jedoch erhebliche Beschrän-JO kungen bei der Verwendung von Gußeisen in Industrieerzeugnissen, da es nicht leicht ist, zwei Gußeisenteile miteinander oder ein Gußeisenteil und ein Teil aus einem anderen Metall durch Löten, Schweißen oder Schmelzen zu verbinden.

Beispielsweise ist es erforderlich, daß das Oberteil eines Kolbens aus Aluminiumgußlegierung für Dieselmaschinen hitze- und abnutzungsbeständig ist, um einer erhöhten thermischen Belastung zu widerstehen. Es ist deshalb bereits vorgeschlagen worden, Gußeisen oder ein keramisches Material am Oberteil des Kolbens durch Schmelzen, Verstemmen oder Verbolzen oder auf andere Art zu befestigen. Die Kombination solcher verschiedenen Materialien ist jedoch vom Standpunkt der Sicherheit und Wirtschaftlichkeit bei weitem nicht zufriedenstellend. Beispielsweise kann der Kolben infolge der schnellen Erhitzung oder des ungenügenden Schmelzens brechen, oder er kann während des Betriebs der Maschine bei hohen Temperaturen durch Schwingungen Schaden nehmen.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die ausgezeichneten Formbarkeiten, Schwingungsdämpfungseigenschafteh, Wirtschaftlichkeit und die Hitze- und Abnutzungsbeständigkeit des Gußeisens auszunutzen und die Herstellung einer wirksamen Verbindung zwischen einem Gußeisenteil und einem weiteren Teil aus Gußeisen, Aluminiumlegierung oder anderem Metall oder Legierungen zu ermöglichen.

Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, das Gußeisenteil in eine heiße wässrige Chromsäurelösung zu tauchen und es anschließend vorzugsweise mit Wasser zu waschen/ bevor es durch Schweißen, Löten oder Schmelzen mit einem weiteren Gußeisenteil oder einer Aluminiumlegierung oder einem weiteren Metallteil verbunden wird. Eine solche Vorbehandlung bewirkt eine vollständige Dekarbonisation des Gußeisenteiles.

Die Erfindung ermöglicht die Behandlung von Gußeisenteilen mit komplizierter Form, wie z.B. Zylinderköpfen, Zylinder oder Kolben von Verbrennungsmaschinen, um ihre Gasdichtheit und Anpassungsfähigkeit an andere Teile zu verbessern.

Die Verwendung eines solchen Gußeisenteiles verbessert die Hitze- und Abriebsbeständigkeit von zusammengesetzten Teilen, die bisher allein aus Aluminiumlegierung oder einem anderen Metall hergestellt wurden.

Im folgenden werden Ausführungsformen der Erfindung im einzelnen unter Bezugnahme auf die Beispiele und die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben:

Figur 1 ist eine Mikrophotographie, die die Oberfläche eines unbehandelten duktilen Gußeisens zeigt;

Figur 2 ist eine Mikrophotographie, die die Oberfläche eines duktilen Gußeisens zeigt, das mit einer Lösung von H₃QrO₄ erfindungsgemäß behandelt worden ist; und

Figur 3 zeigt eine Mikrophotographie, die den Querschnitt eines Produkts zeigt, das durch Verbindung von Kohlenstoffstahl mit duktilem Gußeisen erhalten wurde, das erfindungsgemäß behandelt wurde.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist auf verschiedenste Arten von Gußeisen anwendbar, wie z.B. gewöhnliches Gußeisen, hochbruchfestes Gußeisen, dehnbares Gußeisen und Ferrolegierungsguß. Insbesondere ist es beispielsweise anwendbar für Graugußeisen, duktiles Gußeisen und Ferronickel oder Ferrochrom-Molybdängüsse.

Das Verfahren wird auf beliebige solcher Gußeisensorten angewendet, bevor sie beispielsweise mit Eisenguß .oder Stahlguß, wie z.B. Kohlenstoff- oder Nickel-Chromstahl, Kupf erleg.ierungen,. wie z.B. Messing, oder Aluminiumlegierungen, wie z.B. Y-Metall oder Lo-Ex, verbunden werden. Obwohl die Struktur von Gußeisen von den Legierungsbestandteilen abhängt, und auch von der Geschichte der Vor- behandlung, enthält es im allgemeinen Ferrit, Pearlit, Martensit oder Troostit, was durch Umwandlung von Eisen, Zementit (Fe₃C) und Graphit gebildet wurde. Graphit ergibt Schwierigkeiten beim Löten oder Schweißen von Gußeisen, da es durch geschmolzenes Metall nicht benetzt wird, und CO₂-Gas entwickelt und einem Strukturwandel unterworfen wird, wenn, es hohen Temperaturen ausgesetzt wird.

Das Eintauchen des Gußeisenteils in eine konzentrierte wässrige Lösung von Chromsäure hat zur Folge, daß der Graphit, der sich auf der Oberfläche des Teils befindet oder der Lösung anderweitig ausgesetzt ist, mit der Chromsäure reagiert und dadurch entfernt wird. Die Reaktion geht bei Raumtemperatur sehr langsam vonstatten, und deshalb ist es bevorzugt, heiße Lösungen von Chromsäure, bevorzugt bei Temperaturen von 70 bis 100⁰C zu verwenden. Obwohl die Zeitdauer, die das Gußeisenteil in die Lösung eingetaucht werden muß, von der Größe abhängt, sind gewöhnlich 5 bis 30 Minuten ausreichend. Die Konzentration der Chromsäurelösung kann dergestalt sein, daß sie eine spezifische Dichte von 1,3 bis 1,6 aufweist. Die Behandlung ermöglicht die voll-

ständige Entfernung des Graphits von der Oberfläche des Gußeisenteils, wobei nachfolgend ein sorgfältiges Waschen mit Wasser wünschenswert ist, da die Oberfläche des Gußeisenteils Nadellöcher aufweist. Auch ist es bevorzugt, die Oberfläche des Gußeisenteils vor der Behandlung mit Chromsäure mit einer 5 bis 10 %igen NaOH-Lösung zu waschen.

Da keine kohlenstoffartige Substanz auf der Oberfläche des Gußeisenteils zurückbleibt, kann es leicht durch übliche Metallöt- oder Schweißverfahren mit anderen Gußeisenteilen oder Teilen aus anderem Metall verbunden werden. Das Gußeisenteil kann mit einer Aluminiumlegierung nicht nur durch Löten oder Schweißen, sondern auch durch Vergießen verbunden werden. Eine geschmolzene Aluminiumlegierung kann durch jede übliche Methode mit der.decarbonisierten Oberfläche des Gußeisenteils verbunden werden. Da Gußeisen eine relativ niedrige thermische Leitfähigkeit hat, ist es jedoch bevorzugt, das Gußeisenteil auf eine Temperatur von 250"C bis 350°C vorzuheizen, um die Bildung feiner Bruchstellen zu vermeiden, obwohl solches Vorheizen nicht erforderlich ist, wenn das Teil klein ist.

Duktiles Gußeisen enthält an seiner Oberfläche Graphit, wie durch die schwarzen Flecken in der Mikrophotographie in 500-facher Vergrößerung in Fig. 1 gezeigt ist..Wenn duktiles Gußeisen mit H₃CrO₄ behandelt wird, wird Graphit entfernt und es werden Leerstellen gebildet, entsprechend den Zentren der weißen Flecken in Fig. 2. Fig* 3 zeigt eine Mikrophotographie des Querschnitts eines Produkts, das durch Verbinden von solchem duktilen Gußeisen mit Kohlenstoffstahl erhalten wurde, es zeigt duktiles Gußeisen 1, das durch eine Messinglötschicht 2 fest mit Kohlenstoffstahl 3 verbunden worden ist. Wenn die Gußeisenoberfläche nicht mit H₂CrO^ behandelt wird, werden Schlieren gebildet

durch eine Schicht bzw. Luft zwischen dem Gußeisen und der Lötung.

Beispiel 1

Zwei Stücke Gußeisen (Typ FC25 japanischer Industrie-Standard), jeweils mit einer Länge von 30 mm, einer Breite von 20 mm und einer Dicke von 8 mm wurden durch Waschen mit einer 10 %igen wässrigen NaOH-Lösung entfettet und mit 6N wässriger HCl-Lösung gewaschen, um die Oxide an der Gußeisenoberfläche zu lösen. Die beiden Teile wurden dann in eine heiße wässrige Chromsäurelösung mit einer spezifischen Dichte von 1,37 getaucht und etwa 6 Minuten bei 85⁰C in der Lösung gelassen. Sie wurden dann sorgfältig mit warmem Wasser gewaschen und getrocknet.

Nach dieser Vorbehandlung wurden die Gußeisenstücke auf gleiche Oberflächen mit den Abmessungen 20 mm χ 8 mm befestigt, um eine V-förmige Verbindung auszubilden, und durch kaltes Lichtbogenschweißen unter Verwendung einer weichen Stahlelektrode verschweißt. Bei der anschließenden Untersuchung der Bruchfestigkeit der Schweißverbindung wurden die Gußeisenstücke zerbrochen, wobei sich zeigte, daß die Verbindung eine Haftfestigkeit von mindestens 27,7

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kg/mm aufwies. ·

Beispiel 2

2 Ein Stück duktiles Gußeisen mit den Abmessungen 30 mm zu 7 mm Dicke wurde mit 10 % wässriger NaOH-Lösung gewaschen, und dann wurden die Oxide und weitere Verunreinigungen auf der Gußeisenoberfläche durch Waschen mit 6N wässriger HCl-Lösung entfernt. Danach wurde es in eine heiße wässrige Chromsäurelösung mit einer spezifischen Dichte von 1,37 eingetaucht, etwa 8 Minuten auf 70⁰C erwärmt, sorgfältig mit warmem Wasser gewaschen und getrocknet.

Ein Gußstück aus handelsüblicher Aluminiumlegierung Lo-Ex (Typ AC 8A japanischer Industrie-Standard) mit den Abmessungen 30 mm² zu 10 mm Dicke wurde mit 10 %iger wässriger NaOH-Lösung gewaschen, etwa 4 Minuten in eine Mischlösung getaucht, die 10 % HNO₃ und 0,2 % HF enthielt, um Siliziumoxide zu entfernen, sorgfältig mit warmem Wasser gewaschen und getrocknet.

Ein Schweißmaterial (Al-IO % Si, 4 % Cu), das BAL-O (Alcoa Nr. 719) entsprach, wurde zwischen den Oberflächen der Ab-

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messungen 30 mm von zwei Stücken angeordnet, indem sich die oben beschriebene Vorbehandlung anschloß, und das Ganze wurde bei einer Temperatur von 500"C in einen elektrischen Ofen gebracht. Die Ofentemperatur wurde auf 560^eC erhöht, das Ganze etwa 10 Minuten bei dieser Temperatur gehalten, mit dem Ergebnis, daß das Gußeisenteil mit dem Teil aus Aluminiumgußlegierung verbunden war.

Die Lötstelle wurde mit einem Test auf die Bruchstärke untersucht, bei dem der Aluminiumlegierungsteil weggebrochen wurde, wobei eine Bruchfestigkeit der Bindung von mindestens '24,5 kg/mm² festgestellt wurde.

Es wird ein Verfahren zum Verschweißen, Verlöten oder Verschmelzen bzw. Versintern eines Gußeisenteils mit einem weiteren Teil aus Gußeisen oder einer anderen Legierung geschildert, wobei das Gußeisenteil in eine heiße konzentrierte wässrige Chromsäurelösung getaucht wird und vor dem Verbinden mit dem anderen Teil mit Wasser gewaschen wird.

Claims

Usui Kokusai Sangyo Kabushiki Kaisha, Shizuoka, JP

Verfahren zum Behandeln von Gußeisenteilen vor der Verbindung mit anderen Teilen

Patentansprüche

Verfahren zum Verbinden eines Gußeisenteils mit einem weiteren Teil aus Gußeisen oder einem anderen Metall durch Schweißen, Löten oder Schmelzen bzw. SjLntern, dadurch gekennzeichnet, daß das Guß.eisenteil vor dem Verbinden mit dem anderen Teil in eine heiße kqn^eritrierte ,Chrom'saurelösung getaucht und anschließend gewaschen wird.

2„ Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lösung eine Temperatur von 70 bis 100⁰C und eine spezifische Dichte von 1,3 bis 1,6 hat.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Eintauchzeit 5 bis 30 Minuten beträgt.

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4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis

3, dadurch gekennzeichnet, daß das Gußeisenteil vor dem Eintauchen mit einer 5 bis 10 %igen wässrigen NaOH-Lö-

5 sung gewaschen wird.

5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis

4, dadurch gekennzeichnet, daß das weitere Teil aus einer Aluminiumlegierung besteht, die nach dem Tauchen

10 und Waschen auf das Gußeisenteil aufgegossen wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Gußeisenteil weiterhin auf eine Temperatur von 250 bis 35O^CC erhitzt wird, bevor die geschmolzene Le-15 gierung vergossen wird.

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