DK152179B - Stoebt aluminiumemne med indstoebt del af en austenitisk ferrolegering. - Google Patents

Description

DK 15 217 9 B

Opfindelsen angår en støbt metalgenstand af aluminium eller en aluminiumlegering med en indstøbt del af en austenitisk ferrolegering til forbedring af genstandens evne til at tåle belastning eller slid, især et stempel af aluminium eller en aluminiumlegering, hvori den 5 indstøbte del er en stempelringbærer.

Fra beskrivelsen til GB patent nr. 557.070 er det kendt at støbe et stempel af aluminium eller en aluminiumlegering med en indstøbt stempelringbærer af en austenitisk ferrolegering. Ifølge dette GB patentskrift, hvor den indstøbte del er støbt, blev den 10 indstøbte del givet en særlig form, fordi det havde vist sig, at der ved sådanne stempler kunne opstå vanskeligheder pi grund af fortsat ekspansion og kontraktion af de to forskellige metaller, som dannede stempel legemet og den indstøbte del, hvad der kunne resultere i, at den indstøbte del arbejdede sig løs.

15 Det er velkendt, at der er vanskeligheder ved at opnå en pålidelig binding mellem ringbæreren og stempellegemet. Beskrivelsen til GB patent nr. 892.770 omhandler en fremgangsmåde til støbning af aluminium eller en aluminiumlegering på en ferrometaldel, hvilken fremgangsmåde består i at sprøjte en molybdænbelægning på over-20 fladen af den ferrometaldel, hvorpå aluminium'et eller aluminiumlegeringen skal støbes, at sprøjte en belægning af aluminium eller en aluminiumlegering pi molybdænbelægningen under forvarmning af den belagte del og derefter at støbe aluminium eller en aluminiumlegering på den sprøjtebelagte overflade.

25 Beskrivelsen til GB patent nr. 1.161.663 omhandler en frem gangsmåde til fremstilling af en kompositmetalgenstand, hvilken fremgangsmåde omfatter påføring af et tinlag på en sintret ferro-metalkomponent og støbning af et metal mod den belagte, sintrede komponent.

30 Beskrivelsen til GB patent nr. 1.164.289 omhandler en frem gangsmåde til ' fremstilling af en kompositmetalgenstand, hvilken fremgangsmåde omfatter belægning af en ferrometa I komponent eller en sintret ferro- eller ikke-ferrokomponent med en sprøjtebelægning af molybdæn, belægning af molybdænet med et tinlag og derpå støbning 35 af et ikke-ferrometal mod den belagte metal komponent.

I disse tilfælde er et overfladelag af molybdæn eller af tin eller af molybdæn og tin essentielt for at tilvejebringe en binding mellem ferrometailet og ikke-ferrometallet.

Formålet med den foreliggende opfindelsen er at inkorporere en

DK 152179 B

2 ringbærer eller en anden indstøbt del i en støbt genstand at aluminium eller en aluminiumlegering uden brug af et overfladelag af metal til at danne en binding mellem den indstøbte del og det tilgrænsende aluminiumlegeme.

5 Dette formål opnås ifølge den foreliggende opfindelse med genstanden af den i indledningen omhandlede art, hvilken genstand er ejendommelig ved, at den indstøbte del er et sintret legeme af en austenitisk ferrolegering, som indeholder mindst 10 vægtprocent chrom og mindst 6 vægtprocent nikkel, hvorhos sinterlegemet er 10 blevet infiltreret med kobber eller en kobberbaseret legering under eller efter sintring af legemet.

Fra beskrivelsen til GB patent nr. 1.161.663 er det kendt at infiltrere sintrede genstande med et metal med det formål at undgå frigørelse af gas. Specielt er det fra beskrivelsen til GB patent nr.

15 639.138 kendt at infiltrere sintrede, jernholdige genstande med kobber til tilvejebringelse af visse ønskede fysiske egenskaber. Anvendelsen af kobber til infiltrering af porerne i et sintret legeme af en ferrolegering indeholdende de ovenfor angivne mængder chrom og nikkel til opnåelse af nærværende opfindelses formål har imidlertid 20 ikke hidtil været beskrevet. Årsagen til det heldige udfald af infiltreringen af den sintrede ferrolegering med kobber eller en kobberlegering ifølge den foreliggende opfindelse antages at skyldes, at det omhandlede chrom- og nikkelindhold i ferrolegeringen stort set ikke danner nogen skør/sprød intermetallisk forbindelse med det tilgræn-25 sende aluminium.

Som det fremgår, er der i forbindelse med den foreliggende opfindelse ikke noget behov for et overfladelag af et tredie metal til at medvirke til sammenbinding af ferrometallet og aluminiumlegering, og specielt giver kobberinfiltranten ikke et overf ladelag. Mængden af 30 infiltrant, der er synlig på overfladen, afhænger af sintringens massefylde, men er typisk kun 20% af overfladearealet.

Det har vist sig, at hvis ferrolegemet ifølge opfindelsen infiltreres med tin, og der støbes aluminiumlegering omkring det, opnås der utilstrækkelig binding.

35 Endvidere opnås der resultater, som ikke er brugbare, når der anvendes samme trin som i den foreliggende opfindelse, men der vælges en normal ferrolegering (til forskel fra en austenitisk ferrolegering); hvis der f.eks. vælges et pulver med sammensætningen 4% kobber, 0,8% carbon og resten (bortset fra urenheder)

DK 152179 B

3 o 3 jern, som sintres til en massefylde pi 6,6 g/cm , infiltreres med 15% kobber, hvilket efter infiltrering giver en massefylde pi 7,4 g/cm , og derefter støbes til et aluminiumlegeringsstempel, finder der ikke tilfredsstillende binding sted mellem aluminiumlegeringen og ferrosin-5 tringen.

For at tage et andet eksempel sintredes et pulver med en sammensætning i området 1,7 - 2,1% chrom, 13,5 - 16,0% nikkel, 0,8 - 1,0% mangan, 1,6 - 2,2% silicium, 6,0 - 8,0% kobber, 2,5 -2,7% total carbon, maksimalt 0,65% phosphor og resten jern til 10 dannelse af et ferroskelet. Det viste sig at være umuligt at infiltrere det tilfredsstillende, selv med mængder af kobber eller legering på kobberbasis på op til 30 vægtprocent af skelettet.

Opfindelsen omfatter også en fremgangsmåde til fremstilling af en støbt metalgenstand ifølge opfindelsen, hvilken fremgangsmåde er 15 ejendommelig ved, at et pulver af en austenitisk ferrolegering, som indeholder mindst 10 vægtprocent chrom og mindst 6 vægtprocent nikkel, presses og sintres til dannelse af et sintret legeme, at sinterlegemet samtidig med sintringen eller i et senere trin infiltreres med kobber eller en kobberbaseret legering, og at der støbes 20 aluminium eller en aluminiumlegering omkring sinterlegemet.

Et generelt eksempel på fremstillingen af en ringbærer og et ringbærerstempel ifølge opfindelsen vil nu blive givet, idet der henvises til tegningen, som viser et tværsnit gennem et dieselmotorstempel .

25 På tegningen ses, at stemplet omfatter et stempellegeme 11 af en hvilken som helst velkendt eller bekvem form fremstillet af aluminiumlegering, f.eks. en legering indeholdende 12% silicium og resten aluminium. Stemplet har en top 12, et ringfureområde 13, et p fej I -stangshul 14 og et skørt 15. Ringfureområdet indeholder en ring-30 bærer 16 fremstillet af ferrolegering, hvori den øverste ringfure 17 er tilvejebragt. Yderligere ringfurer 18 er vist som værende tilvejebragt i stemplets aluminiumslegeme, men hvis det ønskes, kan ringbæreren udvides, og der kan tilvejebringes to eller flere ringfurer i ringbæreren.

35 Ringbæreren fremstilles ved at vælge austenitisk rustfrit jern pulver med en sammensætning indeholdende mellem 10 og 30% chrom, mellem 6 og 40% nikkel og fakultativt små mængder mangan, silicium, molybdæn og/eller andre velkendte legeringsgrundstoffer.

Hvis mangan er til stede, bør indholdet fortrinsvis ikke over- 4

DK 152179B

stige 2%; hvis silicium er til stede, bør indholdet ikke overstige 3%; hvis molybdæn er til stede, bør indholdet ikke overstige 4%; hvis carbon er til stede, bør indholdet ikke overstige 0,02%; hvis phosphor er til stede, bør indholdet ikke overstige 0,05%, og hvis svovl 5 er til stede, bør indholdet ikke overstige 0,05%.

Det skal bemærkes, at det er betydningsfuldt, at pulveret er austenitisk, og at ikke alle ferromaterialer, der indeholder 10 - 30% chrom og 6 - 40% nikkel, vil være austenitiske til trods for, at austenitiske pulvere pi jernbasis kan indeholde op til 30% chrom og 10 op til 40% nikkel. Opfindelsen er begrænset til sintrede legemer af austenitisk materiale.

Foretrukne indhold af chrom og nikkel er 10 - 21% chrom og 6 -14% nikkel. Mere foretrukne indhold er 6 - 20% chrom og 8 - 14% nikkel; 18 - 20% chrom og 8 - 12% nikkel og 16 - 18% chrom og 10 -15 14% nikkel. Alle procentangivelserne i beskrivelsen er pi vægtbasis.

Infiltranten kan være stort set rent kobber eller kan være legeringer, der overvejende er af kobber men f.eks. indeholder smi mængder legeringsgrundstoffer, såsom mangan, jern eller kobolt. Kobberet eller legeringen på kobberbasis kan udgøre fra 12 til 22 20 vægtprocent af ferrolegeringen.

Et egnet smøremiddel, f.eks. 0,75% zinkstearat tilsættes til pulveret og blandes grundigt med dette i en egnet blander. Zink-stearatet forsvinder under fresmtillingsprocessen og er ikke til stede i det fremkomne produkt. I etr specielt eksempel pressedes pulver 25 med sammensætningen 18% chrom, 8% nikkel, 2,3% molybdæn, 1,5% mangan, 0,3% silicium, 0,01% bundet carbon og resten (bortset fra urenheder) jern i en egnet presse, og pulveremnet sintredes derefter i en egnet sintringsovn i en reducerende, beskyttende atmosfære, fortrinsvis i mindst 30 minutter ved en temperatur pi ca. 1100°C, 30 hvorved der frembragtes et sintret, porøst legeme eller skelet med en austenitisk matrix.

Porerne i det porøse legeme fyldtes med kobber ved at anbringe kobber på pulverform eller i form af en massiv ring på legemet, hvorhos kobbermængden beløb sig til 18 vægtprocent af det porøse 35 legeme, og anbringe legemet med kobberet i en ovn ved en temperatur på 1100°C i en reducerende, beskyttende atmosfære i tilstrækkelig tid til, at kobberet infiltrerede porerne i det rustfri stillegeme.

Efter infiltreringen bestemtes massefylden af legemet til 7,6

DK 152179 B

5 0 g/cm og hårdheden til 185 HV^ (Vickers Diamant hårdhed med brug af en 5 kg belastning).

Ringbæreren, som udgjordes af det infiltrerede legeme, dyppedes derefter i smeltet aluminiumlegering, anbragtes i formen til 5 stemplet, og aluminiumlegering støbtes omkring den. Det viste sig, at bindingen mellem ringbæreren og stemplets aluminiumlegeme var god; ved metallografisk undersøgelse af tværsnit af stempler ifølge opfindelsen har det f.eks. vist sig, at ringbæreren bindes til stempellegemet over 100% af sammenføjningslinien i det pågældende snit, 10 hvilket er exceptionelt.

Stemplet, der indeholdt ringbæreren, bearbejdedes derefter, og specielt bearbejdedes ringfuren i ringbæreren således, at en stempelring kunne optages. I et andet specielt eksempel blandedes pulver med sammensætningen 18% chrom, 10% nikkel, 1,1% mangan, 0,5% 15 silicium, 0,01% bundet carbon og resten (bortset fra urenheder) jern og pressedes som ovenfor beskrevet.

1 stedet for, at sintringen og infiltreringen gennemførtes i på hinanden følgende arbejdsoperationer, anbragtes i dette tilfælde emnet sammen med en kobberring, der udgjorde 15 vægtprocent af 20 ferrolegeringen, i en passende ovn og opvarmedes fortrinsvis i mindst 30 minutter i en reducerende, beskyttende atmosfære ved ca.

1100°C, og det fremkomne produkt var et sintret ferrolegeme, hvori porerne stort set var fyldt med kobber. Dette infiltrerede legeme støbtes derefter til et aluminiumlegeringsstempel som beskrevet 25 ovenfor.

I et tredie specielt eksempel valgtes pulver med sammensætningen 12% chrom, 12% nikkel, 2,1% molybdæn, 1,3% mangan, 0,07% silicium, 0,01% bundet carbon og resten (bortset fra urenheder) jern; i et fjerde specielt eksempel valgtes pulver med sammensæt-30 ningen 25% chrom, 20% nikkel, 0,9% mangan, 0,2% silicium, 0,02% bundet carbon og resten (bortset fra urenheder) jern. Der opnåedes tilsvarende resultater, både ved successiv sintring og infiltrering, og når operationerne gennemførtes samtidig som ovenfor beskrevet.

Sintringstemperaturen er ikke kritisk, men ligger fortrinsvis i 35 området 1100 - 1120°C, og til infiltreringen er det klart, at den anvendte temperatur skal være over smeltepunktet af det anvendte kobber eller den anvendte kobberbaserede legering. Infiltreringstiden afhænger af størrelsen af det ferrolegeme, der skal infiltreres.

Selv om opfindelsen er beskrevet i forbindelse med et alumi- 6

DK 152179 B

niumstempel, som er blevet støbt omkring en sintret ferrostempel-ringbærer, er opfindelsen også anvendelig ved fremstillingen af et cylinderhoved af aluminium eller af aluminiumlegering, som er blevet støbt omkring et sintret ferroventilsæde eller normalt en flerhed af 5 sådanne ventilsæder.

10 15 20 25 30 35

Claims (4)

1. Støbt metalgenstand (11) af aluminium eller en aluminiumlegering med en indstøbt del (16) af en austenitisk ferrolegering til 5 forbedring af genstandens evne til at tåle belastning eller slid, f.eks. et stempel af aluminium eller en aluminiumlegering, hvori den indstøbte del er en stempel ring bærer, kendetegnet ved, at den indstøbte del (16) er et sintret legeme af en austenitisk ferrolegering, som indeholder mindst 10 vægtprocent chrom og mindst 10. vægtprocent nikkel, hvorhos sinterlegemet er blevet infiltreret med kobber eller en kobberbaseret legering under eller efter sintring af legemet.

2. Støbt metalgenstand ifølge krav 1, kendetegnet ved, at ferrolegeringen indeholder mellem 10 og 30 vægtprocent 15 chrom og mellem 6 og 40 vægtprocent nikkel, 0-2 vægtprocent mangan, 0-3 vægtprocent silicium, 0-4 vægtprocent molybdæn og 0-0,2 vægtprocent carbon.

3. Støbt metalgenstand ifølge krav 1 eller 2, kendetegnet ved, at kobberet eller den kobberbaserede legering 20 udgør fra 12 til 22 vægtprocent af ferrolegeringen.

4. Fremgangsmåde til fremstilling af en støbt metalgenstand ifølge krav 1, 2 eller 3, kendetegnet ved, at et pulver af en austenitisk ferrolegering, som indeholder mindst 10 vægtprocent chrom og mindst 6 vægtprocent nikkel presses og sintres til dannelse 25 af et sintret legeme, at sinterlegemet samtidig med sintringen eller i et senere trin infiltreres med kobber eller en kobberbaseret legering, og at der støbes aluminium eller en aluminiumlegering omkring sinterlegemet. 30 35