Verfahren zum Einpressen eines gesinterten Aluminiumteils in einen Körper aus Aluminiumlegierung mit Schmelzintervall Es ist ein Verfahren bekannt, nach welchem Aluminiumkörper durch Zusammenpressen und Sin tern von praktisch fettfreiem oder fettarmem Alumi- niumblättchenpulver hergestellt werden. Solche Kör per besitzen eine beachtliche Zugfestigkeit und eine hohe Härte auch im geglühten Zustand; ausserdem weisen sie eine gute Warmhärte auf. Einzelheiten über das Verfahren sind in der Fachliteratur beschrie ben worden und können auch dem Patentschrifttum entnommen werden, z. B. den schweizerischen Patent schriften Nrn. 250118, 259878, 289775, 300665 und 304464.
Aus preislichen oder technischen Gründen hat man schon versucht, Verbundkörper aus dem gesinterten Aluminiumwerkstoff und aus Aluminium legierungen, die auf dem Schmelzwege erzeugt sind, herzustellen. So ist im deutschen Bundespatent Nr. 834793 ein Leichtmetallkolben für Brennkraft- maschinen beschrieben, der an Stellen, die beson deren thermischen Beanspruchungen ausgesetzt sind, mit Teilen aus gesintertem Aluminiumwerkstoff ver sehen ist. Die Verbindung zwischen der eigentlichen Kolbenlegierung und den gesinterten Teilen soll durch Zusammengiessen oder Zusammenpressen geschehen.
Es kann andere Fälle geben, in denen Verbundkör per aus gesintertem Aluminiumwerkstoff und _ auf dem Schmelzwege hergestellten Aluminiumlegierun gen erwünscht sind; die Aluminiumsinterkörper müs sen nicht in allen Fällen nach dem in den schwei zerischen Patentschriften Nrn. <B>250118</B> und 259878 beschriebenen Verfahren hergestellt sein.
Es hat sich nun gezeigt, dass es äusserst schwierig ist, nach den bekannten Verfahren des Giessens oder Pressens unterhalb des Schmelzpunktes eine befrie digende Verbindung zwischen den Sinterteilen und der auf dem Schmelzwege gewonnenen Legierung zu erzielen; dies ist vermutlich auf den hohen Oxyd gehalt der Aluminiumsinterkörper zurückzuführen.
Vorliegende Erfindung bezieht sich nun auf ein neuartiges Verfahren zum Einpressen eines gesinter ten Aluminiumteils in einen Körper aus Aluminium legierung mit Schmelzintervall. Das Neue besteht darin, dass beim Einpressen des gesinterten Teils der auf dem Schmelzwege erzeugte Körper aus Alumi niumlegierung sich auf einer Temperatur zwischen dem Liquiduspunkt und dem Soliduspunkt der Alu miniumlegierung befindet, und zwar um einen Tempe raturabstand unterhalb des Liquiduspunktes und oberhalb des Soliduspunktes, der mindestens 25 % des Schmelzintervalles der Aluminiumlegierung ent spricht.
Je nach den Umständen kann der Sinterteil im kalten oder erwärmten Zustand eingepresst wer den. Vorzugsweise wählt man für den Körper aus Aluminiumlegierung einen Temperaturbereich, der sich erstreckt von einer Temperatur, die ungefähr in der Mitte des Schmelzintervalles liegt, bis zu einer Temperatur, die um 25 0/a des Schmelzintervalles unter dem Liquiduspunkt liegt.
Am besten arbeitet man bei einer Temperatur etwa in der Mitte des Schmelzintervalles. Je höher die Temperatur des Grundkörpers (des Körpers aus auf dem Schmelz wege hergestellten Aluminiumlegierung), desto weni ger warm braucht der einzupressende Sinterteil zu sein.
Beim Einpressen ist es vorteilhaft, wenn eine genügende gegenseitige Reibung und Verformung an den in Berührung kommenden Oberflächen des Grundkörpers und des Sinterteils stattfindet. Das flachseitige Einpressen einer dünnen Scheibe grossen' Durchmessers z. B. führt nicht zu einer guten Ver bindung, denn es findet keine nennenswerte gegen seitige Bewegung der Aluminiumlegierung des Grund- körpers und der mit ihr in Berührung gebrachten Flachseite der gesinterten Scheibe statt, und am Um fang der Scheibe ist die Reibung unbedeutend.
Wer den aber dicke, massive Sinterteile eingepresst, so fin det an den miteinander in Berührung kommenden Stellen ein Fliessen und eine erhebliche Reibung, ge- gegebenenfalls auch ein Stauchen statt, und es ent steht bei Einhalten der richtigen Temperaturbedin gungen eine gute, innige Verbindung zwischen Grund körper und Sinterteil. Es empfiehlt sich, die Sinter- teile so zu bemessen, dass das Verhältnis ihrer Dicke zu ihrer Breite bzw.
zu ihrem Durchmesser (bei Ovalformen zu ihrem kleinsten Durchmesser) min destens 2: 10 beträgt, wenn sie flach eingepresst werden sollen; beim Einpressen von Sinterteilen mit solchen Dimensionsverhältnissen findet eine ausrei chende gegenseitige Bearbeitung der Verbindungs- flächen statt.
Die zweckmässigsten Arbeitsbedingungen werden am einfachsten durch Versuche festgestellt. Ein nach dem Einpressen vorgenommenes Lösungsglühen zwecks Härtens der Grundkörperlegierung bewirkt eine Diffusion von Legierungselementen in den Sin- terteil, was eine weitere Verbesserung der Verbindung zur Folge haben kann.
<I>Beispiel</I> Eine nicht erwärmte Rundscheibe von 8 mm Dicke und 16 mm Durchmesser aus warmfestem, ge sintertem Reinaluminium wird in einen auf 600 C erwärmten Zylinder von 30 mm Höhe und 30 mm Durchmesser aus gegossener Y-Legierung (einer Legierung aus handelsüblichem Aluminium mit 4,5 0/0 Kupfer, 2% Nickel und 1,5% Magnesium) unter einem Druck von ungefähr 1,5 t/cm2 so weit einge- presst,
bis die obere Scheibenfläche sich in der glei chen Ebene befindet wie die obere Fläche des Zylin ders. Der Soliduspunkt der Y-Legierung liegt bei 550 C und der Liquiduspunkt bei 640 C,
so dass die angewandte Temperatur etwas über der Mitte des Schmelzintervalles liegt (bei Einhalten eines Tempe- raturabstandes von 25% des Schmelzintervalles 90 C - liegt der anzuwendende Temperaturbereich ungefähr zwischen 572 und 618 C). Der Zylinder ist in einem dickwandigen Gefäss aus warmfestem Stahl angeordnet, und es wird ein im Gefäss satt passender Pressstempel aus warmfestem Stahl für das Einpressen benützt.
Es wird eine innige Verbindung der Rundscheibe mit dem Zylinder (Grundkörper) erzielt. Bei bekannten Aluminiumkolbenlegierungen sind die Temperaturverhältnisse beispielsweise die folgenden:
EMI0002.0058
Anzuwendender
<tb> Legierung <SEP> Zusammensetzung <SEP> AI <SEP> mit <SEP> /o <SEP> Schmelzintervall <SEP> <SEP> C <SEP> Temperaturbereich
<tb> <SEP> C <SEP> (ungefähr)
<tb> 18S <SEP> Cu <SEP> 4, <SEP> Ni <SEP> 2, <SEP> Mg <SEP> 0,5 <SEP> 507-638 <SEP> = <SEP> 131 <SEP> 540-605
<tb> 32S <SEP> Si <SEP> 12,5, <SEP> Mg <SEP> 1, <SEP> Cu <SEP> 0,9, <SEP> Ni <SEP> 0,9 <SEP> 532-571 <SEP> = <SEP> 39 <SEP> 542-561
<tb> Leg.
<SEP> 122 <SEP> Cu <SEP> 10, <SEP> Mg <SEP> 0,2 <SEP> 54<B>1</B>-627 <SEP> = <SEP> 86 <SEP> 563-605
<tb> KS <SEP> 280 <SEP> Si <SEP> 20-22, <SEP> Cu <SEP> 1,5, <SEP> Mg <SEP> 1,5, <SEP> 520-700 <SEP> = <SEP> 180 <SEP> 565-655
<tb> Fe <SEP> 0,6, <SEP> Ni<B>l,</B> <SEP> Cr <SEP> 0,2, <SEP> Sb <SEP> 0,15 Selbstverständlich können die angegebenen Min dest- und Höchsttemperaturen in der Praxis nicht auf den Grad genau eingehalten werden.
Obwohl die erwähnten Legierungen zu den warm festen Legierungen gehören, ist die Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens nicht auf solche Alu miniumlegierungen beschränkt.
Der Ausdruck auf dem Schmelzwege herge stellt in bezug auf die Aluminiumlegierung bedeutet, dass diese nicht durch Sintern, sondern auf dem üblichen Wege durch Schmelzen hergestellt worden ist, worauf gegebenenfalls eine Knetbearbeitung, z. B. durch Schmieden, Strangpressen oder Walzen, statt gefunden haben kann. Dieser Ausdruck bedeutet also nicht eine Einschränkung auf Gussstücke aus Alu miniumlegierungen.
Method for pressing a sintered aluminum part into a body made of aluminum alloy with a melting interval A method is known according to which aluminum bodies are produced by pressing and sintering practically fat-free or low-fat aluminum flake powder. Such Kör have a considerable tensile strength and a high hardness even in the annealed state; they also have good hot hardness. Details of the method have been described in the literature and can also be found in the patent literature, e.g. B. Swiss patent documents nos. 250118, 259878, 289775, 300665 and 304464.
For price or technical reasons, attempts have already been made to produce composite bodies from the sintered aluminum material and from aluminum alloys that are produced by melting. For example, in German Federal Patent No. 834793, a light metal piston for internal combustion engines is described, which is provided with parts made of sintered aluminum material in places that are particularly exposed to thermal stresses. The connection between the actual piston alloy and the sintered parts should be done by casting or pressing together.
There may be other cases in which composite bodies made of sintered aluminum material and aluminum alloys made by melting are desired; The sintered aluminum bodies do not have to be manufactured in all cases using the process described in Swiss patent specifications Nos. 250118 and 259878.
It has now been shown that it is extremely difficult to achieve a satisfactory connection between the sintered parts and the alloy obtained by melting using the known methods of casting or pressing below the melting point; this is probably due to the high oxide content of the aluminum sintered bodies.
The present invention relates to a novel method for pressing a sintered aluminum part into a body made of aluminum alloy with a melting interval. The novelty is that when the sintered part is pressed in, the aluminum alloy body produced by the melting path is at a temperature between the liquidus point and the solidus point of the aluminum alloy, namely by a temperature distance below the liquidus point and above the solidus point, which at least 25% of the melting range of the aluminum alloy corresponds.
Depending on the circumstances, the sintered part can be pressed in when it is cold or heated. A temperature range is preferably chosen for the body made of aluminum alloy which extends from a temperature which is approximately in the middle of the melting range to a temperature which is 25 ° / a of the melting range below the liquidus point.
It is best to work at a temperature roughly in the middle of the melting range. The higher the temperature of the base body (the body made of aluminum alloy produced by melting), the less warm the sintered part to be pressed needs to be.
When pressing in, it is advantageous if there is sufficient mutual friction and deformation on the surfaces of the base body and the sintered part that come into contact. The flat-sided pressing in of a thin disc of large 'diameter z. B. does not lead to a good connection, because there is no significant reciprocal movement of the aluminum alloy of the base body and the flat side of the sintered disc brought into contact with it, and the friction around the disc is insignificant.
If, however, thick, solid sintered parts are pressed in, there will be flow and considerable friction, possibly also compression, at the points that come into contact with one another, and if the correct temperature conditions are maintained, a good, intimate connection is created between Basic body and sintered part. It is advisable to dimension the sintered parts so that the ratio of their thickness to their width or
to their diameter (for oval shapes to their smallest diameter) is at least 2:10 if they are to be pressed flat; When sintered parts with such dimensional relationships are pressed in, there is sufficient mutual processing of the connecting surfaces.
The easiest way to determine the most suitable working conditions is through experiments. A solution heat treatment carried out after pressing in for the purpose of hardening the base alloy causes a diffusion of alloying elements into the sintered part, which can result in a further improvement of the connection.
<I> Example </I> An unheated round disk 8 mm thick and 16 mm in diameter made of heat-resistant, sintered pure aluminum is placed in a cylinder 30 mm high and 30 mm in diameter made of cast Y-alloy (an alloy made of commercially available aluminum with 4.5% copper, 2% nickel and 1.5% magnesium) pressed in under a pressure of around 1.5 t / cm2 so far,
until the upper disk surface is in the same plane as the upper surface of the cylinder. The solidus point of the Y alloy is 550 C and the liquidus point 640 C,
so that the temperature used is slightly above the middle of the melting range (if a temperature difference of 25% of the melting range 90 C is maintained - the temperature range to be used is approximately between 572 and 618 C). The cylinder is arranged in a thick-walled vessel made of heat-resistant steel, and a press ram made of heat-resistant steel that fits snugly in the vessel is used for the pressing.
An intimate connection between the circular disk and the cylinder (base body) is achieved. In known aluminum piston alloys, the temperature conditions are, for example, the following:
EMI0002.0058
Applicable
<tb> alloy <SEP> composition <SEP> AI <SEP> with <SEP> / o <SEP> melting interval <SEP> <SEP> C <SEP> temperature range
<tb> <SEP> C <SEP> (approximately)
<tb> 18S <SEP> Cu <SEP> 4, <SEP> Ni <SEP> 2, <SEP> Mg <SEP> 0.5 <SEP> 507-638 <SEP> = <SEP> 131 <SEP> 540 -605
<tb> 32S <SEP> Si <SEP> 12.5, <SEP> Mg <SEP> 1, <SEP> Cu <SEP> 0.9, <SEP> Ni <SEP> 0.9 <SEP> 532- 571 <SEP> = <SEP> 39 <SEP> 542-561
<tb> Leg.
<SEP> 122 <SEP> Cu <SEP> 10, <SEP> Mg <SEP> 0.2 <SEP> 54 <B> 1 </B> -627 <SEP> = <SEP> 86 <SEP> 563- 605
<tb> KS <SEP> 280 <SEP> Si <SEP> 20-22, <SEP> Cu <SEP> 1.5, <SEP> Mg <SEP> 1.5, <SEP> 520-700 <SEP> = <SEP> 180 <SEP> 565-655
<tb> Fe <SEP> 0.6, <SEP> Ni <B> l, </B> <SEP> Cr <SEP> 0.2, <SEP> Sb <SEP> 0.15 Of course, the specified min In practice, minimum and maximum temperatures are not precisely adhered to.
Although the alloys mentioned belong to the heat-resistant alloys, the application of the method according to the invention is not limited to such aluminum alloys.
The expression on the melting path Herge provides in relation to the aluminum alloy means that this has not been produced by sintering, but in the usual way by melting, whereupon a kneading process, e.g. B. by forging, extrusion or rolling, may have taken place. This expression does not mean a restriction to castings made of aluminum alloys.