DE8700764U1 - Elongated, fiber-reinforced die-cast part - Google Patents
Elongated, fiber-reinforced die-cast partInfo
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Description
Bonn, den 17.07.1987
A—562 SfmBonn, 17.07.1987
A—562 Sfm
^Langgestrecktes, faserverstärktes Druckgußteil^> Beschreibung:^Elongated, fiber-reinforced die-cast part^> Description:
Die Erfindung betrifft ein langgestrecktes, faserverstärktes Druckgußteil mit im wesentlichen rechteckförmigem Querschnitt, insbesondere Pleuelstangen, bestehend aus einem in einer Aluminiummatrix eingebetteten Faserformkörper.The invention relates to an elongated, fiber-reinforced die-cast part with a substantially rectangular cross-section, in particular connecting rods, consisting of a fiber molded body embedded in an aluminum matrix.
Bei bisher üblichen faserverstärkten Druckgußteilen kann nur bis zu ca. 50 % der theoretisch möglichen Verbundfescigkeit erreicht werden. Dies liegt daran, daß durch die hier ausschließlich vorliegenden Adhäsionskräfte nur ein Teil der Zugspannungen zwischen Fasern und Matrixmetall übertragen werden kann.With the fiber-reinforced die-cast parts that have been used up to now, only up to about 50% of the theoretically possible bond strength can be achieved. This is because the adhesive forces that are exclusively present here can only transfer a portion of the tensile stresses between the fibers and the matrix metal.
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein faserverstärktes Druckgußteil mit wesentlich höherer Verbundfestigkeit. Die Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.The aim of the present invention is therefore to provide a fiber-reinforced die-cast part with significantly higher bond strength. The object is achieved by the characterizing features of claim 1.
Die der Al-Matrixlegierung zugesetzten Elemente reagieren beim Kontakt mit dem Al-O, des Fasermaterials und bilden eine Zwischenscicht aus Mischoxiden oder fJpinellen zwischen den Fasern und dem Matrixmetall. Die chemische Bindung zwischen Fasern und Matrixmetall in dieserm Zwischenschicht bewirkt eine erhebliche Steigerung der Festigkeit. Versuche haben gezeigt, daß faserverstärkte Druckgußteile mit einer derartigen Reaktionsschicht ca. 90 % und mehr der maximal (theoretisch) erzielbaren Verbundfestigkeit erreichen. Die theoretische Verbundfestigkeit wird dabei ermittelt aus den Festigkeitswerten der Fasern und des Matrixwerkstoffes im Verhältnis zu ihrem jeweiligen Volumenanteil. The elements added to the Al matrix alloy react on contact with the Al-O, of the fiber material and form an intermediate layer of mixed oxides or fluorides between the fibers and the matrix metal. The chemical bond between fibers and matrix metal in this intermediate layer causes a significant increase in strength. Tests have shown that fiber-reinforced die-cast parts with such a reaction layer achieve approximately 90% and more of the maximum (theoretically) achievable bond strength. The theoretical bond strength is determined from the strength values of the fibers and the matrix material in relation to their respective volume fractions.
Im folgenden wird die Erfindung anhand mehrerer Aüsführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:The invention is explained in more detail below using several examples. They show:
Fig. 1-3 - Querschnitt durch 3 verschieden hergestellte fäsefversfcärkte GußteileFig. 1-3 - Cross section through 3 differently manufactured fiber reinforced castings
Fig« 4 u. 5 = Querschliffe durch zwei faserverstärkte DrückgußteileFig« 4 and 5 = Cross sections through two fiber-reinforced die-cast parts
Fig. 6 - 8 = Röntgendurchstrahlungsbilder von drei faserverstärkten PleuelstangenFig. 6 - 8 = X-ray images of three fiber-reinforced connecting rods
In den Figuren 1 bis 3 sind 3 auf verschiedene Weise hergestellte faserverstärkte Gußteile dargestellt. Fig. 1 zeigt ein Güßteil, das nach herkömmlicher Vakuumdruckgießtechnik hergestellt wurde/ wobei der Vakuumkanal am oberen Ende des Formhohlraums hinter der Fasereinlage angebunden wurde.Figures 1 to 3 show three fiber-reinforced castings produced in different ways. Figure 1 shows a casting that was produced using conventional vacuum die casting technology/where the vacuum channel was connected to the upper end of the mold cavity behind the fiber insert.
Fig. 2 zeigt ein faserverstärktes Druckgußteil, das nach einer modifizierten Väküümdrückgußtechnik hergestellt wurde, wobei das Vakuum im Bereich des GießläUfs und aft oberen Ende des Formhohl^ raums hinter der Fasereinlage abgezog6rt wurde.Fig. 2 shows a fiber-reinforced die-cast part that was manufactured using a modified vacuum die-casting technique, whereby the vacuum was removed in the region of the casting runner and at the upper end of the mold cavity behind the fiber insert.
Fig. 3 zeigt ein faserverstärktes Druckgußteil, das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren mit einer Vakuumanbindung im Bereich des Gießlaufs hergestellt wurde.Fig. 3 shows a fiber-reinforced die-cast part that was produced according to the inventive method with a vacuum connection in the area of the casting runner.
Die Gießdaten für alle drei Herstellungsverfahren lauten; Legierung: AlSil2CuNiMg nach DIN 1725, Blatt 2
Gießtemperatur: 730 0C
Formtemperatur: 200 - 250 0CThe casting data for all three manufacturing processes are: Alloy: AlSil2CuNiMg according to DIN 1725, Sheet 2 Casting temperature: 730 0 C
Mold temperature: 200 - 250 0 C
Faserformkörper: aus Al-O3 auf > 650 0C vorgewärmt Gießdruck: variierte zwischen 980 und 1020 bar. Nach dem Herausnehmen wurden die Gußteile an Luft abgekühlt und bei Temperaturen von 500 0C eine Stunde lang lösungsgeglüht. Danach erfolgte ein Abschrecken in heißem Wasser mit einer anschließenden Warmauslagerung bei 180 - 250 0C für 4 Stunden.Fibre moulded body: made of Al-O 3 preheated to > 650 0 C. Casting pressure: varied between 980 and 1020 bar. After removal, the cast parts were cooled in air and solution annealed at temperatures of 500 0 C for one hour. This was followed by quenching in hot water followed by artificial ageing at 180 - 250 0 C for 4 hours.
Das in Fig. 1 dargestellte Gußteil weist Mikrolunker mit Durchmessern von 10 bis 200 ,um sowie gasgefüllte Poren auf, die Restgase aus der Atmosphäre sowie dampfförmige Anteile des Schmiermittels enthalten. Die Porosität betrug bei diesem Teil mehr als 1,5 %, berechnet aus der Differenz zwischen tatsächlicher Dichte und theoretisch vorhandener Dichte.The cast part shown in Fig. 1 has micro-cavities with diameters of 10 to 200 μm as well as gas-filled pores that contain residual gases from the atmosphere and vaporous parts of the lubricant. The porosity of this part was more than 1.5%, calculated from the difference between the actual density and the theoretical density.
Teile aus dem im Zusammenhang mit Fig. 2 beschriebenen Hetstellungsveffahren weisen Porositäten zwischen 0,5 und 1,0 % auf. Es ist erkennbar, daß insbesondere in den Fäsereihlagen noch viele gasförmige Einschlüsse vorhanden sind.Parts from the manufacturing process described in connection with Fig. 2 have porosities between 0.5 and 1.0%. It can be seen that there are still many gaseous inclusions, particularly in the fiber layers.
Die Porosität eines ndch dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Gußteils lag unter 0,3 %. Das Gefüge ist homogen und ohne Störstellen.The porosity of a cast part produced using the process according to the invention was less than 0.3%. The structure is homogeneous and without defects.
Fig. 4 und 5 zeigen Querschnitte durch ein mit und ohne Wärmebehandlung hergestelltes Gußteil. Es handelt sich um energiedispersive Röntgenaufnahmen zur Magnesiumverteilung bei einer AlSil2CuNiMg-Legierung mit einem Vergrößerungsfaktor von 3600*Fig. 4 and 5 show cross sections through a cast part produced with and without heat treatment. These are energy dispersive X-ray images of the magnesium distribution in an AlSil2CuNiMg alloy with a magnification factor of 3600*
Man erkennt in Fig. 4 eine relativ gleichmäßige Magnesiumverteilung zwischen den Fasern 27, 28, während in Fig. 5 nach einer Wärmebehandlung von 500 0C für 3,5 Stunden und einer anschließenden Abschreckung mit heißem Wasser eine ringförmige Reaktionsschicht 29 um die Alo0--Fasern 30 entstanden ist.In Fig. 4 one can see a relatively uniform magnesium distribution between the fibers 27, 28, while in Fig. 5 after a heat treatment of 500 0 C for 3.5 hours and a subsequent quenching with hot water an annular reaction layer 29 has formed around the Al o 0- fibers 30.
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Die Reaktionsschicht besteht im vorliegend gewählten Beispiel aus AlMg-Spinellen vom Typ MgO &khgr; Al2O3, die die Haftung zwischen der Matrix und den Fasern durch chemische Bindung um einen Faktor 2 bis 10 verstärken, wobei die höheren Werte mit einerIn the example chosen here, the reaction layer consists of AlMg spinels of the type MgO × Al 2 O 3 , which increase the adhesion between the matrix and the fibers by a factor of 2 to 10 through chemical bonding, with the higher values being associated with a
1 anschließenden Warmauslagerung bei 200 C für 4 Stunden erzielt wurden.1 subsequent artificial aging at 200 C for 4 hours were achieved.
Weitere Versuche haben gezeigt, daß Gußteile mit einer ringförmigen Reaktionsschicht zwischen Fasern und Matrix ca. 90 % und mehr der maximal erzielbaren Verbundfestigkeit erreichen. Die theoretische Verbundfestigkeit wird dabei ermittelt aus den Festigkeitswerten der Fasern und des Matrixwerkstoffes im Verhältnis zu ihrem jeweiligen Volumenanteil.Further tests have shown that cast parts with a ring-shaped reaction layer between fibers and matrix achieve approximately 90% or more of the maximum achievable bond strength. The theoretical bond strength is determined from the strength values of the fibers and the matrix material in relation to their respective volume fraction.
Ohne die erfindungsgemäße Reaktionsschicht lassen sich nur ca. 50 % der theoretisch möglichen Verbundfestigkeit erreichen. Dieses liegt daran, daß durch Adhäsionskräfte nur ein Teil der Zugspannungen zwischen Fasern und Matrix übertragen werden können.Without the reaction layer according to the invention, only about 50% of the theoretically possible bond strength can be achieved. This is because only a portion of the tensile stresses between fibers and matrix can be transferred by adhesion forces.
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Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Druckgußteils besteht darin, daß durch die große Porenfreiheit auch aushart" bare Altfminiumlegierüngen als Matrixwerkstoff verwendet werden können. Bisher wurden durch die bei der Aushärtung erforderliehen hohen Temperaturen die Gäfüge durch gasförmige Einschlüsse und Mikrolüriker derart gedehnt, daß größe Risse und Blasen auf der Oberfläche entstanden. Bei dem erfindungsgemäßen Druckgußteil kann daher nicht nur die Einbettung der Fasern mittels einer reaktionsfähigen Zwischenschicht verbessert, sondern gleichzeitig die Festigkeit der Matrix an sich und damit die Gesamtfestigkeit des Verbundwerkstoffs erhöht werden.A particular advantage of the die-cast part according to the invention is that, due to the large absence of pores, hardenable old aluminum alloys can also be used as matrix material. Previously, the high temperatures required for hardening caused the structure to be stretched by gaseous inclusions and micropores to such an extent that large cracks and bubbles appeared on the surface. In the die-cast part according to the invention, therefore, not only can the embedding of the fibers be improved by means of a reactive intermediate layer, but at the same time the strength of the matrix itself and thus the overall strength of the composite material can be increased.
Die Fig. 6 bis 8 zeigen Aufnahmen der Röntgendurchstrahlung im Maßstab 1:1 von faserverstärkten Pleueln. Das Teil in Fig. 6 wurde nach herkömmlicher Vakuumdruckgießtechnik hergestellt.Fig. 6 to 8 show X-ray images on a scale of 1:1 of fiber-reinforced connecting rods. The part in Fig. 6 was manufactured using conventional vacuum die casting technology.
Man erkennt in Fig. 6 zahlreiche Gasporen und Lenker im Bereich des Angusses, während im Schaftbereich nur einzelne Poren erkennbar sind. Nach Fig. 7 sind im Bereich des Pleuellagers noch einige Gasporen und Lunker vorhanden, während in Fig. 8 diese Stelle keinerlei Unregelmäßigkeiten mehr aufweist. Die Unregelmäßigkeiten (Lunker und Glasblasen) im Gefüge sind Ansatzpunkte für Rißbildungen, die zu einer Schwächung der Festigkeitswerte insbesondere der Kerbschlagzähigkeit führen. Vergleichende Untersuchungen zeigen, daß die Festigkeit etwa proportional zur Menge des Porenvolumens abnimmt.In Fig. 6, one can see numerous gas pores and guides in the area of the sprue, while only individual pores are visible in the shaft area. According to Fig. 7, there are still some gas pores and cavities in the area of the connecting rod bearing, while in Fig. 8 this area no longer shows any irregularities. The irregularities (cavities and glass bubbles) in the structure are starting points for crack formation, which lead to a weakening of the strength values, particularly the notched impact strength. Comparative studies show that the strength decreases approximately proportionally to the amount of pore volume.
Claims (4)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| DE8700764U DE8700764U1 (en) | 1987-01-17 | 1987-01-17 | Elongated, fiber-reinforced die-cast part |
Applications Claiming Priority (1)
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| DE8700764U DE8700764U1 (en) | 1987-01-17 | 1987-01-17 | Elongated, fiber-reinforced die-cast part |
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| DE8700764U1 true DE8700764U1 (en) | 1988-05-11 |
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ID=6803710
Family Applications (1)
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Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE8700764U1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2676101A1 (en) * | 1991-05-03 | 1992-11-06 | Daimler Benz Ag | ROD FOR PISTON ENGINES. |
-
1987
- 1987-01-17 DE DE8700764U patent/DE8700764U1/en not_active Expired
Cited By (1)
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