DE4005097A1 - Verfahren zur herstellung von verbundgussstuecken mit wenigstens einem metall durch an- oder umgiessen, insbesondere aus leicht- und schwermetallen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein im Oberbegriff des Hauptanspruches beschriebenes Verfahren zur Herstellung von Verbundgußstücken mit wenigstens einem Metall durch An- oder Umgießen.

Bei diesem Herstellverfahren können Oxidschichten der zu verbindenden Materialien im Bereich der Verbundstelle der Ausbildung einer Verbindung von metallurgischer Art entgegenstehen. Diese Schwierigkeiten werden im Stand der Technik dadurch vermindert, daß die Verbundstelle des anzugießenden oder zu umgießenden festen Verbund­ teiles nach mechanischer und/oder chemischer Entfernung der Oxidschicht mit einer Deckschicht vor Reoxydation geschützt wird. So ist es beispielsweise aus der DE-PS 4 81 363 für eine aus Leichtmetall gefertigte, als Verbundteil dienende Lagerschale bekannt, die Verbund­ stelle für eine aufzubringende Laufschicht nach vor­ heriger Reinigung zu verzinnen. Im nachfolgenden An­ gießen durch Spritzguß einer aus Schwermetallen gebil­ deten Weichmetallauflage als Laufschicht geht das Zinn der Deckschicht im wesentlichen im Gießwerkstoff in Lösung.

Wird jedoch ein beim Gießen eine Oxidhaut ausbildender Gießwerkstoff, wie beispielsweise Leichtmetall, für einen Verbundguß mit einer festen Einlage bzw. einem festen Verbundteil vorgesehen, kann zwar die Einlage in der vorbeschriebenen Weise wirksam vor Reoxydation durch eine Deckschicht geschützt werden, die Gießoxidhaut der Schmelze läßt sich jedoch nicht ohne weiteres verhin­ dern. Diese Gießoxidhaut kann die Ausbildung einer ausreichenden metallurgischen Verbindung zwischen Schmelze bzw. Gußwerkstoff und fester Einlage, z. B. aus einem Schwermetall oder einer Keramik, erheblich behin­ dern.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das gattungs­ gemäße Verfahren derart zu verbessern, daß eine die metallurgische Verbindung von Schmelze und Einlage behindernde Gießoxidhaut im Bereich der Verbundstelle sicher vermieden wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeich­ nenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst.

Der Grundgedanke der Erfindung ist, durch eine auf­ schmelzende Deckschicht auf der Einlage in Kombination mit einer entsprechend gewählten Strömung der Gieß­ schmelze deren Gießoxidhaut im Bereich der Verbundstelle zu vermeiden, so daß die Schmelze unmittelbar mit dem festen, vorzugsweise vorgewärmten Verbundteil bzw. der Einlage in Berührung kommt. Der Vorteil dabei ist, daß zwischen beiden Materialien eine metallurgische Verbin­ dung über die gesamte Verbundstelle zustandekommt. Diese intermetallische Verbindung bietet neben hoher Festig­ keit auch den Vorteil eines guten Wärmeüberganges bzw. guter Wärmeleitfähigkeit.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann somit vorzugsweise Verwendung finden bei der Herstellung von Verbundguß­ stücken aus Leicht- und Schwermetallen, wobei in hoch­ belasteten, insbesondere hoch temperaturbelasteten Maschinenbereichen aus einem Schwermetall bzw. einer Schwermetall-Legierung vorgesehene Einlagen, z. B. Bewehrungen/Auskleidungen und/oder Armierungen einwand­ frei durch An- oder Umgießen mit einem Leichtmetall verbunden werden.

Die Erfindung ist anhand eines bevorzugten Beispiels beschrieben.

Zur Erzielung einer hohen Leistung aus einer Hubkolben- Brennkraftmaschine mit mehreren Ein- und Auslaß-Ventilen je Brennraum wird dieser in einem aus Leichtmetall gegossenen Zylinderkopf mittels einer Einlage aus einer Kupfer-Beryllium-Legierung bewehrt. Um ferner bei erhöhter Anzahl an Gaswechselventilen ausreichend große Ventildurchmesser zu erzielen, weist die Einlage bzw. Brennraumauskleidung mit Gaswechselkanälen des Zylinder­ kopfes korrespondierende Durchbrechungen mit integrier­ ten Ventilsitzen auf.

Vor dem Verbundguß wird an dieser Einlage an ihrer dem Zylinderkopf zugewandten Verbundstelle mechanisch und chemisch die Oxidschicht entfernt. Die Verbundsteile wird sodann vor Reoxydation durch eine geschlossene Deckschicht geschützt, die beispielsweise aus einer Zink-Legierung gebildet wird. Vorzugsweise wird diese Schicht in einer Stärke von 50 bis 70 µm ausgeführt. Anschließend erfolgt das Einlegen der Kupfer-Beryllium- Einlage in eine Gießform, wobei als weitere Gießvorbe­ reitung die Einlage auf 260° bis 280°C erwärmt wird. Diese Anwärmtemperatur ist unterhalb der Oxidations­ temperatur der Deckschicht gewählt.

Beim Gießen des Zylinderkopfes wird die Leichtmetall- Schmelze in ihrer Strömung relativ zur Deckschicht der Einlage so geführt, daß einerseits ein rasches, groß­ flächiges Aufschmelzen der Deckschicht erfolgt und daß andererseits mit der aufgeschmolzenen Deckschicht in Verbindung mit der gewählten Strömung der Gießschmelze deren Gießoxidhaut aus dem Bereich der Verbundstelle des Leichtmetalles mit der Schwermetall-Einlage wegge­ schwemmt wird. Damit sind die Voraussetzungen der Ausbildung einer durch Diffusion bewirkten intermetal­ lischen Verbindung zwischen der Schwermetall-Einlage und dem Leichtmetall des Zylinderkopfes erzielt.

Mit der Erfindung kann in vorteilhafter Weise die Verbindung einer Einlage mit einem Gußkörper durch Formschluß, z. B. mittels hinterschnittener Vorsprünge, vermieden werden, da hierbei durch Spalte mangels metallurgischer Verbindung sich ein schlechter Wärme­ übergang ergibt.

Claims (8)

1. Verfahren zur Herstellung von Verbundgußstücken mit wenigstens einem Metall durch An- oder Umgießen, insbesondere aus Leicht- und Schwermetallen,

• - wobei ein festes Verbundteil nach einer Ober­ flächenbehandlung mit einer im wesentlichen ge­ schlossenen Deckschicht versehen wird, dadurch gekennzeichnet,
• - daß die Deckschicht aus einem von der Gießschmelze aufschmelzbaren Material gewählt wird, und
• - daß mit dem aufgeschmolzenen Material eine Gieß­ oxidhaut der Gießschmelze aus dem Bereich der Verbundstelle durch eine entsprechend gewählte Strömung der Gießschmelze weggeschwemmt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für ein aus einer Kupfer-Legierung gebildetes Verbundteil zur Ver­ bindung mit Leichtmetall in einer Schmelze die Deckschicht aus Zink oder einer Zink- oder Silber- Legierung gewählt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stärke der Deck­ schicht mindestens 10 µm beträgt.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein aus einer Kupfer- Beryllium-Legierung gebildetes Verbundteil auf eine Temperatur vorgewärmt wird, die unterhalb der Oxidationstemperatur der Deckschicht liegt.

5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch die Verwendung für Verbundguß­ stücke mit hoher Temperaturbelastung (z. B. Gleit­ lager).

6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch die Verwendung für Verbundguß­ stücke von Brennkraftmaschinen.

7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, gekennzeichnet durch die Verwendung für aus Kupfer- Legierungen gebildete Brennraumauskleidungen, Ventilsitzringen und/oder Armierungen in aus Aluminium- oder Magnesium-Legierungen gegossenen Zylinderköpfen.

8. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 7, gekennzeichnet durch die Verwendung für eine aus einer Kupfer-Beryllium-Legierung gebildeten Brenn­ raumauskleidung mit integrierten Ventilsitzen in mit Gaswechselkanälen des Zylinderkopfes korrespon­ dierenden Durchbrechungen.