DE3344687A1

DE3344687A1 - Kolben aus magnesium oder einer magnesiumlegierung fuer brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE3344687A1
Application number: DE19833344687
Authority: DE
Inventors: Dieter Dr. 7070 Schwäbisch Gmünd Hedrich; Wolfgang Dr. 7076 Waldstetten Kleinekathöfer; Peter 7012 Fellbach Straub; Eggert 7314 Wernau Tank
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Daimler Benz AG
Priority date: 1983-12-10
Filing date: 1983-12-10
Publication date: 1984-10-18

Description

Kolben aus Magnesium oder einer
Magnesiumlegierung für Brennkraftmaschinen Kolben aus Magnesium oder Magnesiumlegierungen, z.B.
mit Zirkon, Zink oder Thorium, haben trotz ihres niedrigen Gewichts und ihrer guten Laufruhe infolge der großen Dämpfungskapazität außer im Rennmotorenbau keinen serienmäßigen Einsatz gefunden. Zurückzuführen ist dies insbesondere auf die ungünstigen physikalischen Eigenschaften, insbesondere auf die mangelnde Festigkeit, vor allem die Biegewechselfestigkeit sowie auf den verhältnismäßig hohen Verschleiß.
Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, einen Kolben aus Magnesium oder einer Magnesiumlegierung für Brennkraftmaschinen zu finden, der bezüglich seiner Festigkeits- und Verschleißeigenschaften wesentlich verbessert ist.
Diese Aufgabe wird durch einen Kolben aus Magnesium oder einer Magnesiumlegierung für Brennkraftmaschinen gelöst, bei dem das Magnesium oder die Magnesiumlegierung fein verteilte anorganische Fasern enthält.
Als Fasern geeignet sind anorganische, keramische bzw.
mineralische Fasern oder Whisker, insbesondere Wirrfasern aus Aluminiumoxid, Aluminiumsilikat mit hohem A1203-Anteil, SiC oder Aluminiumborsilicat geeignet. Die Fasern, die mitunter bereits dem zum Guß kommenden flüssigen Magnesium zugesetzt werden können, also mit vergossen werden, haben im allgemeinen ein Verhältnis von Länge zu Durchmesser 1:10 bis 1:100 und einen Durchmesser von 0,1 bis 20 um. Sind die Fasern zu kurz, so nimmt die Festigkeit verbessernde Wirkung des Faserzusatzes stark ab, werden die Fasern zu lang, so können mitunter Schwierigkeiten beim Guß des Kolbens auftreten. Bei längeren Fasern, aber auch bei höheren Fasergehalten ist es zweckmäßig, ein dem späteren Kolben entsprechendes Faserformteil herzustellen und dieses mit flüssigem Magnesium zu infiltrieren. Das Faserformteil kann nach den gängigen Techniken hergestellt werden, z.B. unter Verwendung temporärer Bindemittel oder aus einer Pulpe oder einem Schlicker nach den in Papierindustrie bzw. Keramikindustrie üblichen lecllrliken Die festigkeitsverbessernde Wirkung der in dem Magnesium verteilten Fasern wird bereits bei ganz geringen Faserzusätzen wirksam. Eine durchaus zufriedenstellende Wirkung erhält man bei Zusätzen von 5% und mehr, wobei das Ausmaß der Wirkung selbstverständlich von den Eigenschaften der individuell verwendeten Faser abhängt. Mehr als 60% Fasern können dem Magnesium oder der Legierung aus räumlichen Gründen nur unter größten Schwierigkeiten zugesetzt werden. Hervorragende Ergebnisse konnten mit Legierungen aus MgMn2, MgAl1Zn und MgAl3Zn erreicht werden.
Ein Kolben, der durch Infiltrieren eines Faservorformlings mit Magnesium hergestellt wurde, ist in der Abbildung gezeigt. Der in dem Kolben enthaltene Faserformling ist punktiert dargestellt.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile sind beachtlich: Es wird nicht nur die Festigkeit und der Elastizitätsmodul des Kolbenmaterials auf das bis zu 3-fache des ursprünglichen Materials erhöht, sondern es wird auch die Wärmeausdehnung auf bis zu einem Drittel des ursprünglichen Werts verringert. Da die Fasern bereits in dem geschmolzenen Metall vor dem Guß enthalten sind, ist ihre Verteilung regellos bzw. statistisch. Durch den Gießvorgang tritt keine wesentliche Ausrichtung dieser Fasern ein, so daß die Verstärkung des Metalls in allen Richtungen gleichmäßig ist. Als weiterer Vorteil hat sich gezeigt, daß die anorganische Fasern enthaltenden Magnesiumkolben eine wesentlich höhere ständigkeit gegen Fressen sowie gegen Abrieb und Verschleiß aufweisen als die bekannten Kolben ohne anorganischen Faserzusat z. Die bekannt gute 13earheitharkeit des Magnesiums bzw. seiner Legierungen bleibt auch bei dem beanspruchten Zusatz der Fasern weitgehend erhalten. We L te rh in tritt keill nennenswerter Abfall der Festigkeit mit ansteigender Temperatur ein, wie dies bei Magnesium-Gußlegierungen oder Aluminium-Kolbenlegierungen der Fall ist.

Claims

Patentansprüche 1. Kolben aus Magnesium oder einer Magnesiumlegierung für Brennkraftmaschinen, d a d u r c h g e k e n n z e 1 ch n e t, daß das Magnesium oder die Magnesiumlegierung fein verteilte anorganische Fasern in einer Menge von 5 bis 60 Gew. % enthält.
2. Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern aus Siliciumcarbid, Aluminiumoxid oder Aluminiumsilicaten mit hohem Al203-Gehalt bestehen.
3. Kolben nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t daß die Fasern ein Verhältnis von Durchmesser zu Länge von 1:10 bis 1:100 besitzen.
4. Kolben nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das Magnesium 15 bis 25 (ew.°O Fasern enthält.
5. Kolben nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnesiumlegierung aus MgMn2 oder MgAl3Zn mit einem Gehalt von 17 bis 22 Gew. % an g -A1203-Fasern mit 5 Gew.% SiO2 einem Faserdurchmesser von 3 bis 5 und einer maximalen Länge von 2 mm besteht.