WO1995003905A1 - Giesstechnisches verfahren zur herstellung eines bauteiles, insbesondere kolben, bestehend aus zwei unterschiedlichen werkstoffen - Google Patents

Giesstechnisches verfahren zur herstellung eines bauteiles, insbesondere kolben, bestehend aus zwei unterschiedlichen werkstoffen Download PDF

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Definitions

  • EP-OS 0 353 480 discloses a method for introducing a local reinforcement, consisting of an iron-based material, into an aluminum piston.
  • the component to be introduced is first coated on the surfaces to be contacted with aluminum with a material which consists of particles and is also oxidation-resistant even at higher temperatures.
  • the strength of the bond increases significantly compared to the alfine bond.

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein gießtechnisches Verfahren zur Herstellung eines Bauteiles, insbesondere Kolbens, aus zwei unterschiedlichen Werkstoffen. Um eine gute Bindungsfestkeit zwischen Grundmaterial und zweitem Werkstoff zu erreichen, wird vorgeschlagen, das einzugießende Teil vorher galvanisch mit einer chromhaltigen Schicht zu versehen und es anschließend zu alfinieren.

Description

Gießtechnisches Verfahren zur Herstellung eines
Bauteiles, insbesondere Kolben, bestehend aus zwei unterschiedlichen Werkstoffen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteils, bestehend aus zwei unterschiedlichen Werkstoffen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Aus der EP-OS 0 353 480 ist ein Verfahren zum Einbringen einer lokalen Verstärkung , bestehend aus einem Eisenbasis¬ werkstoff, in einen Aluminiumkolben bekannt. Dabei wird das einzubringende Bauteil zunächst auf den mit Aluminium zu kontaktierenden Flächen mit einem auch bei höheren Tempera¬ turen oxidationsbeständigen aus Partikeln bestehenden Mate¬ rial beschichtet.
Das hierzu eingesetzte Verfahren ist üblicherweise ein Spritzverfahren, wobei Flammspritzen, Plasmaspritzen oder Lichtbogenspritzen in Frage kommen.
Anschließend wird das Teil vorgewärmt, in eine Gießform eingelegt und mit einer Aluminiumlegierung umgössen.
Dieses Verfahren hat mehrere Nachteile:
Spritzschichten sind nicht aus einem homogenen Material aufgebaut, sondern aus vielen einzelnen, zunächst schmelz¬ flüssigen und anschließend schnell erstarrten Partikeln. Poren und Bindefehler sowohl an der Grenzfläche als auch in der Schicht selbst können nie vollkommen ausgeschlossen werden. Die Beschichtung von Kanten und Ecken bereitet er¬ hebliche Probleme. Definierte Schichtstärken mit Abstufun¬ gen im Bereich von wenigen My eter lassen sich nicht her¬ stellen und es wird unter Umständen mehr Material als unbe¬ dingt notwendig aufgetragen.
Einen Hinweis auf die ungleichmäßige Ausbildung der Spritz¬ schicht liefert schon die in obengenannter Schrift enthal¬ tene Tabelle mit Festigkeitswerten, bei der selbst bei gleicher Schichtstärke Unterschiede von 26% in der Festig¬ keit gemessen wurden. Ein so hergestellter Verbundwerkstoff weist also lokal unterschiedliche Festigkeitswerte auf.
Ein weiterer Nachteil liegt in der Beschränkung der Schichtwerkstoffe, die erfindungsgemäß auch bei höheren Temperaturen oxidationsbeständig sein müssen, da sich sonst beim Vorwärmen Oxidschichten bilden, die zu einer schlech¬ ten Haftung zwischen Schicht und Umgußmaterial führen.
Der Erfindung liegt daher das Problem zugrunde, ein zu um¬ gießendes Teil mit einer Schicht zu versehen, die homogen ist, keine Bindefehler oder inneren Fehler aufweist, eine gute Schichthaftung sowohl gegenüber Eisen- bzw. Kupfer-Ba¬ sislegierungen als auch gegenüber Aluminiumbasislegierungen aufweist und somit zu einer gleichmäßig hohen Belastbarkeit des WerkstoffVerbundes führt. Insbesondere soll die Festig¬ keit des erfindungsgemäßen Werkstoffverbundes die Festig¬ keit der seit ca. 40 Jahren bekannten und bis heute beim Großteil der Kolben für Dieselmotoren in Serie produzierten Alfin-Ringträger-Bindung weit überschreiten, da die Zünd¬ drücke dieser Kolben und damit die Belastungen in den letz- ten Jahren erheblich gestiegen sind.
Eine Lösung dieses Problems zeigt das kennzeichnende Merk¬ mal des Anspruchs 1 auf. Durch die galvanische Aufbringung einer Chromschicht auf das eisen- oder kupferhaltige Teil wird in Verbindung mit den weiteren Verfahrensschritten des Alfinverfahrens eine homogene und gut haftende Verbindung mit der Aluminiumbasislegierung geschaffen.
Dabei beschränkt sich die Auswahl der Legierungen für das Tauchbad nach Merkmal b) des Oberbegriffs nicht auf die üb¬ licherweise beim AI-Fin-Verfahren verwendeten Al-Legierun- gen, sondern es können auch andere Tauchbäder, vorzugsweise auf Zink- oder Zinn-Basis eingesetzt werden.
Die Festigkeit der Bindung nimmt, verglichen mit der Alfin- bindung, stark zu.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von zwei Ausfüh¬ rungsbeispielen näher erläutert: Ein Ni-Resist-Bauteil (Zu¬ sammensetzung ca. 2,6 % C / 2,l % Si / l,2 % Mn / 15 % Ni / 1,3 % Cr / 6 % Cu, Rest Fe) wird zunächst galvanisch ca. 50 Mymeter stark mit Chrom beschichtet. Das Teil wird an¬ schließend ca. 3 min. bei 720 Grad Celsius in einer AlSiβ- Schmelze getaucht, in die Gießform gelegt und sofort bei noch nicht vollständig erstarrter Tauchschicht umgössen. Die Bindungsfestigkeit von so hergestellten Proben liegt bei 140 - 150 N/mm . Die Bindungsfestigkeit von entspre¬ chend hergestellten Proben ohne Chromschicht liegt nur bei 50 - 60 N/mm . Führt man beide Verfahren an einem Bauteil aus CuNi2Si durch, so liegt beim ersten Verfahren die Bin-
2 dungsfestigkeit bei 140 - 150 N/mm , beim zweiten Verfahren bei 30 - 45 N/mm . Im Schuffbild ist die Verbindung dargestellt.
Es zeigt Fig. 1 den erfindungsgemäßen Schichtaufbau im Querschliff:
Zwischen einem vorstehend definierten NiResist-Werkstoff 1 und einem AlSi- Werkstoff 4 liegt eine Bindeschicht aus galvanisch abgeschiedenem Chrom 2, die auf der AlSi-Seite einen Saum 3 aus intermetallischen Phasen aufweist.

Claims

Patentansprüche
Gießtechnisches Verfahren zur Herstellung eines Bau¬ teils, insbesondere Kolbens, bestehend aus zwei unter¬ schiedlichen Werkstoffen, von denen der eine Werkstoff eine Legierung auf Eisen- oder Kupferbasis und der an¬ dere eine Legierung auf Aluminiumbasis ist mit den Ver¬ fahrensschritten
a) Beschichten des eisen- bzw. kupferhaltigen Teiles
b) Tauchen des eisen- bzw. kupferhaltigen Tei¬ les in einer Metall-Schmelze, bestehend vor¬ zugsweise aus einer Legierung auf Alumini¬ um-, Zink- oder Zinnbasis
c) Einlegen des Teiles in eine Gießform
d) Umgießen des Teiles mit einer Legierung auf Aluminiumbasis,
dadurch gekennzeichnet, daß auf das zu beschichtende Teil galvanisch eine chromhaltige Schicht aufgebracht wird und diese chrom¬ haltige Schicht bei den weiteren Verfahrensschritten nur angelöst, nicht jedoch ganz aufgelöst wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Chromgehalt in der galvanisch erzeugten Schicht bei mindestens 25% liegt.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Chromgehalt in der galvanisch erzeugten Schicht bei mindestens 50% liegt.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Chromgehalt in der galvanisch erzeugten Schicht bei mindestens 80% liegt.
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