DE4221448A1

DE4221448A1 - Bewehrungsmaterial für Kolben von Verbrennungsmotoren

Info

Publication number: DE4221448A1
Application number: DE19924221448
Authority: DE
Inventors: Ulrich Dr Bischofberger; Dieter Mueller-Schwelling
Original assignee: Mahle GmbH
Current assignee: Mahle GmbH
Priority date: 1992-06-30
Filing date: 1992-06-30
Publication date: 1994-01-13
Also published as: WO1994000614A3; EP0648282A1; BR9306637A; WO1994000614A2; JPH08501349A

Description

Die Erfindung betrifft Bewehrungsmaterialien für Kol ben aus dem Grundmaterial Aluminium für Verbrennungs motoren, in denen das Bewehrungsmaterial in dem Alu minium-Grundmaterial intermetallisch gebunden ist. Das gilt insbesondere für den Ringträger und den Mul denrandschutz des Kolbens. Die intermetallische Bin dung wird dadurch erzielt, daß das Bewehrungsmaterial beispielsweise in der Form eines sogenannten Ringträ gers in die Gießform eines zu gießenden Aluminiumkol bens eingelegt und mit der Aluminiumschmelze des Kol bens umgossen wird. Vor dem Einlegen in die Gießform wird das Bewehrungsmaterial in eine Aluminiumschmelze getaucht und direkt aus dem Tauchbad in die Gießform eingelegt, in der es von dem Aluminiumgrundmaterial des Kolbens umgossen wird, während die Tauchschicht auf dem Bewehrungsmaterial noch zumindest oberfläch lich schmelzflüssig ist. Diese Art der intermetalli schen Bindung wird in der Praxis allgemein als Alfin- Bindung bezeichnet.

Bei den bisher insbesondere für Ringnuten bekannten Bewehrungsmaterialien wie beispielsweise GGL-Ni-Cu-Cr 1562 (DIN 1694) mit lamellarer Graphitausbildung ist die Festigkeit der Alfin-Bindung zwischen dem Beweh rungsmaterial und dem Kolbengrundmaterial für die bei tretenden Belastungen in Extremfällen nicht immer ausreichend, so daß es zu erhöhtem Produktionsaus schuß infolge von Anrissen in der Bindungsschicht kommen kann.

Das vorstehend erwähnte Material GGL-NI-Cu-Cr 1562 besitzt folgende Legierungselemente:

2,4-2,8% C
1,8-2,4% Si
1,0-1,4% Mn
13,5-17,0% Ni
1,0-3,0% Cr
5,0-7,0% Cu.

Die Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, ein Bewehrungsmaterial zu schaffen, das ohne Verschlech terung der übrigen bei einem Bewehrungsteil, wie bei spielsweise einem Ringträger, erforderlichen Eigen schaften zusätzlich eine verbesserte Bindungsfestig keit gegenüber dem angrenzenden Aluminium-Grundmate rial des Kolbens besitzt.

Gelöst wird diese Aufgabe nach der Lehre des An spruchs 1 durch die Verwendung eines austenitischen Gußeisens mit überwiegend vermicularer und/oder glo bularer Graphitausbildung, wobei dieses Material bei der Verwendung für Ringträger beispielsweise die Le gierungszusammensetzung des obengenannten GGL-Ni-Cu- Cr 1562 haben kann.

Eine vorteilhafte Ausbildung eines solchen austeniti schen Gußeisens gibt der Anspruch 2 an.

Eine vermiculare Graphitbildung wirkt sich durch eine gleichmäßige Schichtausbildung und geringe Kerbwir kung der in der Schicht eingebundenen Graphitteilchen positiv auf die Bindungsfestigkeit des Bewehrungsma terials in einem angegossenen Aluminium-Grundmaterial aus. Für eine globulare Graphitausbildung trifft dies in noch verstärktem Maße zu.

Eine besonders zweckmäßige Zusammensetzung eines Guß eisens mit globularer Graphitausbildung ist Gegen stand des Anspruchs 3.

Die unterschiedlichen Graphitausbildungen "lamellar", "vermicular" und "globular" werden durch entsprechen de jeweils an sich bekannte verschiedenartige Impfbe handlungen der Ausgangsschmelze erzielt.

Eine weitere alternative Lösung besteht in der Ver wendung eines austenitischen oder austenitisch-karbi dischen Stahles.

Die verbesserte Bindefestigkeit erklärt sich hier durch den Aufbau einer einphasigen störstellenfreien Schicht mit erhöhter Eigenfestigkeit.

Eine bevorzugte Zusammensetzung eines solchen Stahles zeigt Anspruch 5.

Bewehrungsteile aus den erfindungsgemäßen Materialien können insbesondere der Ringträger oder Brennraummul denschutz des Kolbens sein.

In der Praxis reicht häufig eine lokale Verstärkung der Bindefestigkeit des Bewehrungsmaterials, d. h. beispielsweise des Ringträgers in dem radial innen liegenden Übergangsbereich zu dem Kolbengrundmaterial aus. Für diesen Fall schlägt die Erfindung nach An spruch 7 vor, lediglich den radial innenliegenden Grenzbereich des Bewehrungsmaterials aus einem der Materialien der Ansprüche 1-5 vorzusehen, während das übrige sich nach radial außen anschließende Mate rial ein übliches bisher bekanntes Ringträgermaterial sein kann.

Nach Anspruch 7 kann die radial innenliegende Grenz schicht aus unterschiedlichem Material auch aus Nickel- oder einer Nickelbasislegierung bestehen.

Ein Verfahren zur Herstellung solcher materialmäßig radial gestufter Ringträger ist Gegenstand des An spruchs 8.

Ein derartiges Schleudergußverfahren, mit dem es mög lich ist, ring- bzw. rohrförmige Körper mit radial geschichteten unterschiedlichen Materialien herzu stellen, ist im Stand der Technik bekannt und bei spielsweise recht ausführlich beschrieben in DE-OS- 21 39 880.

In Fällen, in denen bei einem Ringträger die radial innenliegende Grenzschicht aus einem gegenüber dem übrigen Bewehrungsmaterial anderen Material besteht, kann das übrige Material beispielsweise das eingangs erwähnte GGL-Ni-Cu-Cr 1562 (DIN 1694) mit überwiegend lamellarer Graphitausbildung sein. Dies hat bei einem Ringträger den Vorteil, daß für den durch die Ringe des Kolbens beanspruchter Bereich das für diese Bean spruchungsart optimale Bewehrungsmaterial eingesetzt werden kann, während der radial innen liegende inter metallische Bindungsbereich dagegen aus einem für die Bindung optimalen Material bestehen kann.

Claims

1. Austenitisches Gußeisen mit überwiegend vermicu larer und/oder globularer Graphitausbildung als intermetallisch in dem Aluminiumgrundmaterial ei nes Kolbens für Verbrennungsmotoren gebundenes Bewehrungsmaterial.

2. Austenitisches Gußeisen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil der vermicularen, und/oder globu laren Graphitausbildung über 80% beträgt.

3. Austenitisches Gußeisen nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch die Legierung GGG-NiCr 202 nach DIN 1694 in der Zusammensetzung: max 3% C
1,5-3,0% Si
0,5-1,5% Mn
18,0-22,0% Ni
1,0-2,5% Cr.

4. Austenitischer oder austenitisch-karbidischer Stahl als intermetallisch in dem Aluminium-Grund material eines Kolbens für Verbrennungsmotoren gebundenes Bewehrungsmaterial.

5. Material nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch folgende Zusammensetzung: max. 0,030% C
max. 1,000% Si
max. 2,000% Mn
max. 0,045% P
max. 0,025% S
17,00-18,500% Cr
2,50-3,000% Mo
12,50-15,000% Ni.

6. Ringträger oder ringförmiger Kolben-Brennraummul denschutz aus dem Material nach einem der vorher gehenden Ansprüche.

7. Material nach einem der vorhergehenden Ansprüche für den Kolben-Ringträger, dadurch gekennzeichnet, daß dieses lediglich in einem radial innenliegen den Grenzbereich des Ringträgers vorgesehen ist, während der übrige Bereich aus einem anderen be kannten Ringträgermaterial besteht.

8. Kolben-Ringträger aus einem Material nach An spruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der radial innen liegende Grenzbereich abwei chend von dem übrigen Bewehrungsmaterial aus Nickel- oder einer Nickelbasislegierung besteht.

9. Verfahren zur Herstellung einer Kolben-Ringnut Bewehrung (Ringträger) aus einer Materialkombina tion nach Anspruch 7 oder 8 dadurch gekennzeichnet, daß die Herstellung im Schleudergußverfahren durch zeitlich getrenntes Aufgeben der unter schiedlichen Materialien erfolgt.