DE102005047037A1 - Motorized mating of an aluminum base alloy - Google Patents

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Abstract

The invention relates to a method for producing a wear-resistant aluminum alloy, to an aluminum alloy produced according to the method, and to the use thereof. The method comprises the steps of: (i) providing an aluminum alloy having the composition Fe: 3-10; X: 3-10; Y: 0-1.5; Z: 0-10; wherein X represents an element or combination of elements (a) V and Si; (b) Cr and Ti; (c) Ce; or (d) Mn; each time with the proviso that the proportion of the individual elements in the combinations of elements (a) and (b) is at least 0.5 wt %; Y represents one or more grain-refining elements selected from the group of B, Ce, Sr, Sc, Mg, Nb, Mn and Zr, unless already present as X; Z represents one or more additives increasing the heat resistance, selected from the group of ceramic fibers, particles and platelets, the figures referring to % by weight in the alloy, and Al and production-related impurities representing the remaining proportion in the alloy to make 100 wt %, with the proviso that the proportion of Al in the alloy is at least 80 wt %; (ii) melting the aluminum alloy, dissolving and homogenizing the alloy elements at temperatures of from 650° C. to 1,000° C.; and (iii) casting the melt into a casting mold at a casting temperature ranging from the melting temperature of the alloy up to a temperature 150° C. above the melting temperature.

Description

Die Erfindung betrifft motorische Gleitpaarungen mit aus einer Aluminiumbasis-Legierung hergestelltem Gleitelement. Diese Gleitelemente befinden sich z.B. in einer Kolben-Kolbenring-Zylinderlaufbahn-Baugruppe („Power cylinder" group) oder Kurbelwellen-Lagerschalen-Baugruppe, insbesondere die Tribo-/Gleitelemente Kurbelwellenlagerschalen, Zylinderlaufbahnen, Kolbenringe, Kolben und Ventilführungen.The The invention relates to motorized sliding mating with an aluminum-based alloy manufactured sliding element. These sliding elements are e.g. in a piston-piston ring-cylinder track assembly ("Power cylinder "group) or crankshaft bearing shell assembly, in particular the tribo / sliding elements Crankshaft bearing shells, cylinder liners, piston rings, pistons and valve guides.

Die Gleitflächen der Gleitelemente können zusätzlich auch beschichtet oder thermo-chemisch behandelt sein.The sliding surfaces the sliding elements can additionally also coated or thermo-chemical be treated.

Seit den dreißiger Jahren des vergangenen Jahrhunderts sind Zylinderlaufbahnen aus eutektischen AlSi-Legierungen („Silumin") mit groben Si-Primärkristallen bekannt und motorisch im Einsatz. Die Tabelle 1 faßt den Stand der Technik zu Zylinderlaufbahnen aus AlSi-Legierungen zusammen. Diese können bis zu 1,3 Gew.-% Eisen enthalten. Die Werkstoffmatrix dieser Konzepte baut auf Aluminium und Silizium auf. Zur funktionalen Ausgestaltung der Zylinderlaufbahnoberfläche kommt es im Wesentlichen darauf an, durch chemische oder mechanische Behandlungen der Laufbahnen die Aluminiummatrix um 0,5-2 μm zurückzusetzen, damit die harten Siliziumkristalle (Hv ∼12-14 GPa) den Traganteil ausbilden.since the thirties Years ago, cylinder liners are off eutectic AlSi alloys ("silumin") with coarse Si primary crystals known and motorized in use. Table 1 summarizes the prior art cylinder liners made of AlSi alloys together. these can up to 1.3 wt .-% iron. The material matrix of these concepts builds on aluminum and silicon. To the functional design the cylinder raceway surface It depends essentially on it, by chemical or mechanical Treatments of the raceways to reset the aluminum matrix by 0.5-2 μm, so that the hard silicon crystals (Hv ~ 12-14 GPa) form the supporting component.

Den niedrigsten Systemverschleiß (Kolbenring und Zylinderlaufbahn) erzielen AlSi-Laufbahnen gegen nitrierte Kolbenringinge, die mit der Verschleißerwartung von hochgekohlten Grauguß-Zylinderlaufbahnen (3,3-3,8 gew.-% C) identisch oder z.T. auch besser sein kann. Allerdings zeigt sich, daß diese bewährte Paarung aus AlSi-Legierungen tribologisch nicht mehr den Belastungen neuer bzw. zukünftiger hochaufgeladener und/oder mit wasserstoffbetriebenen Motoren standhält. Dabei kristallisiert sich heraus, daß dies sowohl für AlSi17- wie auch für AlSi25-Legierungen (SILITEC) gilt (Siehe Bild 17).The lowest system wear (piston ring and cylinder bore) AlSi raceways achieve nitrided piston rings, with the expectation of wear of highly carbonated gray cast cylinder liners (3,3-3,8 wt .-% C) identical or z.T. can also be better. Indeed it turns out that these proven Pairing of AlSi alloys tribologically no longer the loads newer or future highly-charged and / or with hydrogen-powered engines. there it crystallizes out that this both for AlSi17 as well as for AlSi25 alloys (SILITEC) applies (see Figure 17).

Für eine optimale Ausbildung der Verbrennung von H2-betriebenen Motoren ist die hohe thermische Diffusivität des Aluminiums (KRT ∼60-80 mm2/s) essentiell, wodurch sich Beschichtungen der Zylinderlaufbahn mit Ingenieurkeramiken, Cermets oder Hartmetallen, trotz erwiesener, besserer Verschleißbeständigkeit, ausschließen. Zum Vergleich: KRT= 16,6 mm2/s eines lamellaren Graugußes mit 3,7 Gew.-% C.For optimum combustion of H2-powered engines, the high thermal diffusivity of aluminum (K RT ~ 60-80 mm 2 / s) is essential, which results in coatings of the cylinder liner with engineering ceramics, cermets or hard metals, despite proven, better wear resistance, exclude. For comparison: K RT = 16.6 mm 2 / s of a lamellar gray cast iron with 3.7% by weight C.

Weiterhin limitiert sind die AlSi-Legierungen in der tribologischen Gutlast bzw. Freßlast hinsichtlich der tribologischen Hochdruckeigenschaften.Farther limited are the AlSi alloys in the tribological good load or Freßlast in terms of high-pressure tribological properties.

Die Patentschrift US 6,030,577 offenbart AlSi(17-35) mit 3-5 Gew.-% Fe. Der eigene Erfindungsgegenstand übersteigt nicht 3 Gew.-% Silizium, sondern liegt mit <2,0 Gew.-% Si darunter, da Silizium zwar die Gießbarkeit verbessert, aber die eutektische Schmelztemperatur erniedrigt.The patent US 6,030,577 discloses AlSi (17-35) with 3-5 wt% Fe. The invention's own subject matter does not exceed 3% by weight of silicon, but is less than 2.0% by weight of Si, since silicon improves the castability but lowers the eutectic melting temperature.

Das sehr gut gießbare Stoffsystem Al-Si-Mg, z.B. Al-9,0Si-0,5Mg (A359), zeichnet sich durch eine mit der Temperatur stark abfallende Festigkeit aus und durch folgende eutektische Gleichgewichte mit geringer Temperatur:

  • a. Al-Mg2Si-Mg mit einer Schmelztemperatur von 555°C,
  • b. Al-Mg2Si-Al3Mg2 mit einer Schmelztemperatur von 451 °C oder
  • c. Al30,9Mg69,1 ⟺ Mg + Mg17Al12 + Mg2Si mit einer Schmelztemperatur von 437°C.
The very readily castable material system Al-Si-Mg, eg Al-9.0Si-0.5Mg (A359), is characterized by a strongly decreasing strength with the temperature and by the following eutectic equilibria with low temperature:
  • a. Al-Mg 2 Si-Mg having a melting temperature of 555 ° C,
  • b. Al-Mg 2 Si-Al 3 Mg 2 with a melting temperature of 451 ° C or
  • c. Al 30.9 Mg 69.1 ⟺ Mg + Mg 17 Al 12 + Mg 2 Si with a melting temperature of 437 ° C.

Ähnliche Phasengleichgewichte existieren auch im Stoffsystem Al-Cu-Zn.Similar Phase equilibria also exist in the material system Al-Cu-Zn.

Die Warmfestigkeit von AlSi-Legierungen kann durch keramische Fasern, Partikel und/oder Platelets verbessert werden, wie z.B. AlSiMg 30 vol.-% SiCp (Lanxide Corp., Al-7,0Si-0,3Mg) oder A359-20 vol.-% SiCp (p= platelet) oder verstärkt durch Partikel aus Siliziumkarbid, wie DURALCAN F3S.20S, 20 Gew.-% SiC) oder AA6061+ 40 vol.-% Al2O3 (Al-1%Mg+ 30 Gew.-% Al2O3 (PRIMEXTM). Allerdings wird der Kolbenringverschleiß durch die keramischen Phasen sehr negativ beeinflußt.The hot strength of AlSi alloys can be improved by ceramic fibers, particles and / or platelets, such as AlSiMg 30 vol.% SiCp (Lanxide Corp., Al-7.0Si-0.3Mg) or A359-20 vol. % SiCp (p = platelet) or reinforced by particles of silicon carbide, such as DURALCAN F3S.20S, 20% by weight SiC) or AA6061 + 40% by volume Al 2 O 3 (Al-1% Mg + 30% by weight Al 2 O 3 (PRIMEX ™ ) However, the piston ring wear is very negatively affected by the ceramic phases.

Der vorliegende Erfindungsgegenstand verbessert die Verschleißbeständigkeit (Siehe Bild 17 ), die tribologische Tragfähigkeit und die Warmfestigkeit von Aluminiumbasis-Legierungen durch im Gefüge ausgeschiedene intermetallische Phasen, wie z.B. AlFe3, Al3Fe (HV ∼ 9,8 GPa), Al6Fe, Al13Fe4, Al3(Ti,Cr), Al3Ti, Al4(Cr,Fe), Al10(Cr,Fe), AlSi2 oder Al8Fe2Si, welche Mikrohärten von 4.000-8.000 MPa aufweisen. Diese Legierungssysteme bauen u.a. auf AlFeXY auf, wobei z.B. entweder V und Si oder Cr und Ti zusätzlich zu legiert werden. Nach dem Schmelzen und Homogenisieren können vorzugsweise noch bis zu 0,8 Gew.-% eines Gemisches der Elemente Bor, Ce, Sr, Sc, Mg, Nb oder Zr zur Kornfeinung zulegiert werden. Die Kornfeinung reduziert vorrangig die Größe der Dendriten der bei der Erstarrung ausgeschiedenen intermetallischen Phasen (Siehe Bild 1 und Bild 2 ), aber auch eine Erhöhung der Keimanzahl/-dichte während der Primärkristallisation des Aluminiums. Ein höhere Abkühlungsgeschwindigkeit von >100 K/s erzielt denselben Effekt, so daß die Kornfeinung vorteilhafterweise bei größeren Wandstärken der Gußteile anzuwenden ist, um ein gleichmäßiges Gefügebild zu erhalten. Die doch großen Dendriten sind für eine tribologische Gleitbeanspruchung und die für Anbindung der intermetallischen Phasen im Gefüge günstig, jedoch nicht für die Nachalimentierung der Erstarrungsfront mit Schmelze (Siehe Bild 1 +Bild 4). Deshalb muß durch Kornfeinungselemente ein Optimum in deren Größe jeweils gesucht werden ggfs. unter Zuhilfenahme des magnetischen Rührens.The present invention improves wear resistance (See Figure 17), tribological carrying capacity and hot strength of aluminum base alloys by intermetallic phases precipitated in the structure, such as AlFe 3 , Al 3 Fe (H V ~ 9.8 GPa), Al 6 Fe , Al 13 Fe 4 , Al 3 (Ti, Cr), Al 3 Ti, Al 4 (Cr, Fe), Al 10 (Cr, Fe), AlSi 2 or Al 8 Fe 2 Si, which have microhardnesses of 4,000-8,000 MPa exhibit. This Legie Systems rely on AlFeXY, where, for example, either V and Si or Cr and Ti are additionally alloyed. After melting and homogenization, preferably up to 0.8% by weight of a mixture of the elements boron, Ce, Sr, Sc, Mg, Nb or Zr can be alloyed for grain refining. Grain refining primarily reduces the size of the dendrites of the intermetallic phases precipitated during solidification (see Figure 1 and Figure 2), but also an increase in the number / density of nuclei during the primary crystallization of the aluminum. A higher cooling rate of> 100 K / s achieves the same effect, so that the grain refining is advantageously to be used for larger wall thicknesses of the castings in order to obtain a uniform microstructure. The large dendrites are favorable for a tribological sliding stress and for the connection of the intermetallic phases in the microstructure, but not for the Nachalimentierung the solidification front with melt (see Figure 1 + Figure 4). Therefore, an optimum in size must be sought by Kornfeinungselemente if necessary. With the aid of magnetic stirring.

In der erfindungsgemäßen Metallurgie bilden sich keine eutektischen Schmelzgleichgewichte mit Liquidustemperaturen unterhalb von 600-620°C aus. Vorzugsweise sollte deshalb der Siliziumgehalt nicht 2,0 Gew.-%, noch bevorzugter nicht 1,0 Gew.-% Si überschreiten. Die intermetallischen Phasen bilden sich aus eutektischen (α-Al ⟺ Al3Fe) und peritektischen Phasengleichgewichten.In the metallurgy according to the invention, no eutectic melt equilibria with liquidus temperatures below 600-620 ° C. are formed. Preferably, therefore, the silicon content should not exceed 2.0 wt%, more preferably not exceed 1.0 wt% Si. The intermetallic phases are formed from eutectic (α-Al ⟺ Al 3 Fe) and peritectic phase equilibria.

Die erfindungsgemäßen Legierungen unterscheiden sich allein in der Ausbildungsform der Dendriten aus intermetallischen Phasen von den in AlSi-legierungen ausgeschiedenen Siliziumkristallen. Die Siliziumkristalle liegen in Aluminiumlegierungen als individuelle Einzelkristalle vor, während ein dendritisches Netzwerk eine hervorragende Einbindung in die Matrix ermöglicht zur Aufnahme für Schubspannungen aus der tribologischen Beanspruchung.The alloys according to the invention differ only in the form of education of dendrites intermetallic phases of those precipitated in AlSi alloys Silicon crystals. The silicon crystals are in aluminum alloys as individual single crystals, while a dendritic network a excellent integration into the matrix allows for absorption for shear stresses from the tribological stress.

In einer Graphitkokille abgegossene Legierung aus Al84,5Fe7Cr6Ti2,5 (Siehe Bild 9) verfügt über einen Elastizitätsmodul von ERT = 104,1 GPa, welcher bei 500°C auf E500°C = 83 GPa abfällt. Ebenfalls in einer Graphitkokille abgegossene Legierung Al88,5Fe8,5V1,3Si1,7 (Siehe Bild 4) offeriert einen E-Modul von ERT = 85,7 GPa und bei 500°C immer noch E500°C = 65 GPa. Derartige Werte des E-Moduls (Siehe Bild 3) sind also mit denen eines hochgekohlten, lamellaren Graugusses (∼3,7 Gew.-% C, GL11) vergleichbar und deutlich größer als die von AlSi-Legierungen. Es sei für beide beispielhaft vorgestellten, erfindungsgemäßen Al-Gußlegierungen darauf hingewiesen, daß die hohen E-Moduli ohne Zusatz von keramischen Fasern, Partikeln oder Platelets erzielt wurden. Allein durch den hohen E-Modul können die erfindungsgemäßen Legierungen Grauguß werkstoffmechanisch substituieren.Al84,5Fe7Cr6Ti2,5 alloy cast in a graphite mold (see Figure 9) has a Young's modulus of E RT = 104.1 GPa, which at 500 ° C falls to E 500 ° C = 83 GPa. Aluminum Al88,5Fe8,5V1,3Si1,7 cast in a graphite mold (see picture 4) offers an E modulus of E RT = 85,7 GPa and at 500 ° C still E 500 ° C = 65 GPa. Such values of modulus of elasticity (see Figure 3) are thus comparable to those of a high-carbon, lamellar gray cast iron (~ 3.7 wt .-% C, GL11) and significantly larger than that of AlSi alloys. It should be noted for both exemplified Al-casting alloys according to the invention that the high moduli of elasticity were achieved without the addition of ceramic fibers, particles or platelets. Alone due to the high modulus of elasticity, the alloys according to the invention can substitute cast iron for material mechanics.

Der Festigkeitsabfall der erfindungsgemäßen Legierungen wird auch zu höheren Temperaturen verschoben.Of the Strength decrease of the alloys of the invention also becomes higher Temperatures shifted.

Sämtliche ultrahochfesten Al-Sonderlegierungen mit 800 MPa < σZug RT < 1.600 MPa werden entweder pulvermetallurgisch oder durch Pulververdüsung oder nach dem Schmelzspinnverfahren bzw. Sprühkompaktieren hergestellt. Sie besitzen einen hohen Volumenanteil an intermetallischen Phasen, die Dank der raschen Erstarrung als feine Dispersoide kleiner als 50-100 nm vorliegen.All ultra-high-strength Al special alloys with 800 MPa <σ Tensile RT <1.600 MPa are produced either by powder metallurgy or by powder atomization or by melt spinning or spray compacting. They have a high volume fraction of intermetallic phases, which are present as fine dispersoids smaller than 50-100 nm due to the rapid solidification.

Die Patentschriften US 4,715,893 und US 4,948,558 vom 14.08.1990 von Allied Signal offenbaren z.B. die durch Schmelzspinnen mit anschließendem Extrudieren hergestellten Legierungen Al-8,5Fe-1,3V-1,7Si (AA 8009) mit der Herstellerbezeichnung FVS0812 oder Al-12,4Fe1,2V2,3Si mit der Herstellerbezeichnung FVS1212. Neben den intermetallischen Phasen kennzeichnen amorphe und kristalline Aluminiumphasen die Gefügemorphologie der rascherstarrten Al-Sonderlegierungen. In der Legierung Al-8,5Fe-1,3V-1,7Si (FVS0812) beträgt die Größe der Dispersoide aus Al12(Fe,V)3Si d< 50-100 nm.The patents US 4,715,893 and US 4,948,558 from 14.08.1990 Allied Signal disclose, for example, the alloys Al-8.5 Fe-1.3V-1.7Si (AA 8009) produced by melt spinning followed by extrusion with the manufacturer's designation FVS0812 or Al-12.4Fe1.2V2.3Si with the Manufacturer's name FVS1212. In addition to the intermetallic phases, amorphous and crystalline aluminum phases characterize the microstructure morphology of the rapidly solidified Al special alloys. In the alloy Al-8.5 Fe-1.3V-1.7Si (FVS0812), the size of the dispersoids of Al 12 (Fe, V) is 3 Si d <50-100 nm.

Die Patentschrift US 5,318,641 von ALCOA offenbart im Stoffsystem Al-Fe-Ce die Legierung (X8019) mit einer Zugfestigkeit bei RT von bis zu 1.600 MPa mit in einer teilamorphen Matrix ausgeschiedenen kristallinen Nanoteilchen.The patent US 5,318,641 ALCOA discloses in the Al-Fe-Ce material system the alloy (X8019) with a tensile strength at RT of up to 1,600 MPa with crystalline nanoparticles precipitated in a partially amorphous matrix.

Das amorphe oder teilamorphe Gefüge rekristallisiert oberhalb von 300-450°C (Al90,8Fe6,2Nb1,0Si2,0 (at.%), bei 450°C), wodurch die hohen Festigkeiten verloren gehen. Damit einher geht eine Kornvergröberung. Durch Pulververdüsung, Schmelzspinnen oder Sprühkompaktieren mit anschließendem Kompaktieren und/oder Strangpressen können wirtschaftlich in einer Großserie keine Zylinderlaufbahnen oder Motorblöcke gefertigt werden, insbesondere im Vergleich zu Wettbewerbslösungen, wie dem thermischen Spritzen oder Lasernitrieren von Grauguß.The amorphous or partially amorphous structure recrystallized above 300-450 ° C (Al90.8 Fe6.2 Nb1.0 Si2.0 (at.%), at 450 ° C), whereby the high strengths are lost. This is accompanied by a Grain coarsening. By powder atomization, Melt spinning or spray compacting followed by Compacting and / or extrusion can be economical in one high volume No cylinder liners or engine blocks are made, in particular compared to competitive solutions, such as thermal spraying or laser titration of gray cast iron.

Die besondere Aufgabe liegt nun darin, die im festen Zustand im Aluminium nicht oder kaum löslichen Legierungselemente, wie z.B. Fe, Ti, Cr, Mo oder V, auch mittels einfacher Gußtechnologie als homogene, seigerungsfreie Gefüge darzustellen. Dieses wird insbesondere durch die Kornfeinung mit Mg, Ce, Sc, Sr oder Zr und/oder durch spezielle Gieß- und Kokillentemperaturen erzielt.The special task is now that in the solid state in aluminum not or hardly soluble Alloy elements, such as Fe, Ti, Cr, Mo or V, also represent by means of simple casting technology as a homogeneous, segregation-free structure. This is achieved in particular by the grain refining with Mg, Ce, Sc, Sr or Zr and / or by special casting and mold temperatures.

Die Ausbildung der Dendriten aus den intermetallischen Phasen (Siehe Bild 1 und Bild 4) kann auch durch magnetisches Rühren verhindert werden. Das magnetische Rühren verbessert dadurch auch die Alimentierung der Erstarrrungsfront mit frischer Schmelze und hilft so die Vermeidung von Leerstellen (Poren).The Formation of Dendrites from the Intermetallic Phases (See Picture 1 and picture 4) can also be prevented by magnetic stirring become. The magnetic stirring thereby also improves the Alimentierung the Erstarrrungsfront with fresh melt, thus helping to avoid blemishes (Pores).

Die zuvor genannten Patentschrift US 5,318,641 , US 4,715,893 und US 4,948,558 offenbaren die Stoffsysteme AlFeXY nicht im Zusammenhang mit verschleißbeanspruchten Bauteilen oder hergestellt mit „klassischem" Gießen unter Schwerkrafteinfluß oder Druck in Formen oder Kokillen.The aforementioned patent US 5,318,641 . US 4,715,893 and US 4,948,558 The AlFeXY fabric systems do not disclose in connection with wear-stressed components or manufactured with "classic" casting under the influence of gravity or pressure in molds or molds.

Bisher werden diese warmfesten Sonderlegierungen, z. B. Al88,5 Fe8,5 V1,3 Si1,7 oder Al84,2Fe7Cr6Ti2,8, technologisch aufwendig durch Schmelzverdüsung rascherstarrt und anschließend kompaktiert und stranggepresst oder pulvermetallurgisch dargestellt.So far These heat-resistant special alloys, z. B. Al88.5 Fe8.5 V1.3 Si1.7 or Al84.2Fe7Cr6Ti2.8, technologically complicated by rapid atomization by melt atomization and subsequently compacted and extruded or powder metallurgically represented.

Die Patentanmeldung US 2003/0185701 (K.L. Sahoo et al.) offenbart Gießparameter für das Stoffsystem Al-Fe-V-Si. Danach betragen die Gießtemperaturen 800-1.000°C, wobei in einer auf 350-500°C vorgewärmte Kokille abgegossen wird. Das Inokulum zur Kornfeinung besteht aus <1,0 Gew.-% Mg/Ni. Ein Bezug zu tribologisch beanspruchten Oberflächen wird weder nachgelegt noch offenbart, noch die erfindungsgemäßen Gießtemperauren.The Patent Application US 2003/0185701 (K.L. Sahoo et al.) Discloses casting parameters for the Fabric system Al-Fe-V-Si. Thereafter, the casting temperatures 800-1000 ° C, wherein in one at 350-500 ° C preheated Mold is poured off. The inoculum for grain refining consists of <1.0 wt.% Mg / Ni. No reference is made to tribologically stressed surfaces still disclosed, nor the Gießtemperauren invention.

Die Publikation von Sahoo et al., J. of. Materials Processing Technology 135 (2003) 253-257, präsentiert für eine Al-8,3Fe-0,8V-0,9Si-Legierung die mechanischen Eigenschaften und Gefügemorphologien korngefeint mit 0,18 Gew.-% Mg, welche mit 1 K/s bis 14 K/s erstarrten.The Publication of Sahoo et al., J. of. Materials Processing Technology 135 (2003) 253-257 for one Al-8.3Fe-0.8V-0.9Si alloy the mechanical properties and structural morphologies grain-fined with 0.18 wt .-% Mg, which solidified at 1 K / s to 14 K / s.

Die nach US 2003/0185701 hergestellte Al-8,3Fe-0,8V-0,9Si-Legierungen erzielten mit und ohne Kornfeinung durch 0,1-1,0 Gew.-% Mg Vickershärten zwischen 43-143, welche deutlich geringer als die der erfindungsgemäßen Legierungen.The according to US 2003/0185701 produced Al-8,3Fe-0.8V-0.9Si alloys achieved with and without grain refining by 0.1-1.0 wt.% Mg Vickers hardness 43-143, which are significantly lower than those of the alloys according to the invention.

Die chinesische Publikation von Z.-H. Chen et al., J. Cent. South Univ. Technol. Vol. 7, No. 4, Dec. 2000, stellt die Herstellung von Bauteilen aus einer AA8009-Legierung nach dem OSPREY-Verfahren dar. Ein Bezug zu tribologisch beanspruchten Oberflächen wird weder nachgelegt noch offenbart.The Chinese publication by Z.-H. Chen et al., J. Cent. South Univ. Technol. Vol. 7, no. 4, Dec. 2000, represents the manufacture of components from an AA8009 alloy according to the OSPREY method to tribologically stressed surfaces is neither refilled still revealed.

Die Patentanmeldung US 2004/0156739 offenbart für Turbinenanwendungen Aluminiumlegierungen mit bis zu 20 Gew.-% Seltener Erden, welche mit Abkühlungsgeschwindigkeiten von 10-100 K/s gegossen wurden. Ein Bezug zu tribologisch beanspruchten Oberflächen wird weder nachgelegt noch offenbart.The US 2004/0156739 discloses aluminum alloys for turbine applications up to 20% by weight of rare earths having cooling rates of 10-100 K / s were poured. A reference to tribologically stressed surfaces is neither refilled nor disclosed.

Die Patentanmeldung US 2004/0261916 offenbart das dispersionverfestigende Stoffsystem Al-Ni-Mn, wobei die Legierungen bestehend aus 0,5-6,0 Gew.-% Ni und 1,0-3,0 Gew.-% Mn mit bis zu 0,3 Gew.-% Zr und/oder Sc korngefeint sein können. Ein Bezug zu tribologisch beanspruchten Oberflächen wird weder nachgelegt noch offenbart.The Patent Application US 2004/0261916 discloses the dispersion-strengthening Material system Al-Ni-Mn, wherein the alloys consisting of 0.5-6.0 Wt% Ni and 1.0-3.0 Wt .-% Mn with up to 0.3 wt .-% Zr and / or Sc grain-fined can. No reference is made to tribologically stressed surfaces still revealed.

Die Patentanmeldung US 2004/0140019 offenbart das dispersionsverfestigende Stoffsystem Al+<11 Gew.-% (Mg, Li, Si, Ti, Zr), welches durch Tieftemperaturmahlen mit bis zu 0,3 Gew.-% Stickstoff angereichert wird. Daraus werden Rohre in US 2004/0255460 zur Führung von kryogene Medien gefertigt. Ein Bezug zu Gießtechnologien oder tribologisch beanspruchten Oberflächen wird weder nachgelegt noch offenbart.The Patent Application US 2004/0140019 discloses the dispersion strengthening Fabric system Al + <11% by weight (Mg, Li, Si, Ti, Zr), which by cryogenic milling with bis is enriched to 0.3 wt .-% nitrogen. This will become pipes in US 2004/0255460 for guidance made of cryogenic media. A reference to casting technologies or tribological stressed surfaces is neither refilled nor disclosed.

Die nachfolgenden Bilder 4-16 beschreiben die Herstellungsparameter und die Gefügemorphologien von zwei erfindungsgemäßen Legierungen auf Basis von AlFeVSi und AlFeCrTi in Argonatmosphäre.The The following figures 4-16 describe the production parameters and the morphologies of two alloys of the invention based on AlFeVSi and AlFeCrTi in argon atmosphere.

Das Bild 4 verdeutlicht, daß durch eine auf 500°C vorgewärmte Graphitkokille die gleichmäßige Ausbildung der Gefügestruktur der 88,5Al8,5Fe1,3V1,7Si-Legierung über den Querschnitt erzielt wird, allerdings fördern diese Bedingungen den Wachstum großer Dendriten aus Al3Fe (001-1265) von mehreren Millimeter Länge. Erst die Kornfeinung mit 0,1 Gew.-% Zr, eine auf 600°C vorgewärmte Graphitkokille in Verbindung mit einer Gießtemperatur von 750°C erzielt ein deutlich feineres Gefügebild, welches homogen über den Querschnitt ausgeprägt ist. Die in Bild 5 und Bild 6 vergrößerten Gefügemorphologien aus denen in Bild 3 verdeutlichen die Wirkungsweise des Kornfeinungselementes Zr auf die Legierung 88,5Al8,5Fe1,3V1,7Si.Fig. 4 shows that the uniform formation of the microstructure of the 88.5Al8.5Fe1.3V1.7Si alloy over the cross section is achieved by a graphite mold preheated to 500 ° C, but these conditions promote the growth of large dendrites of Al 3 Fe ( 001-1265) of several millimeters in length. Only the grain refining with 0.1 wt .-% Zr, a preheated to 600 ° C graphite mold in conjunction with a casting temperature of 750 ° C achieves a much finer micrograph, which is pronounced homogeneous over the cross section. The micrograph morphologies in Figure 5 and Figure 6 from those in Figure 3 illustrate the mode of action of the grain refining element Zr on the alloy 88.5Al8.5Fe1.3V1.7Si.

Die 88,5Al8,5Fe1,3V1,7Si-Legierung neigt eher zur Ausbildung von sternchenförmigen Kristallen im Vergleich zur Al84,4Fe7,0Cr6,0Ti2,5-Legierung mit einem Dendritennetzwerk. Außerdem offenbart das REM-Bild (S. Bild 10 ) zusätzlich zu den Al3Fe-Dendriten Ausscheidungen aus Al4(V,Fe).The 88.5Al8.5Fe1.3V1.7Si alloy is more prone to formation of star-shaped crystals in the Comparison to the Al84.4Fe7.0Cr6.0Ti2.5 alloy with a dendrite network. In addition, the SEM image (see Figure 10) discloses precipitates of Al 4 (V, Fe) in addition to the Al 3 Fe dendrites.

Das Legierungssystem Al84,4Fe7,0Cr6,0Ti2,5 scheidet auch ein dichtes, aber geschlossenes, primäres Dendritennetzwerk aus (Siehe Bild 9 und Bild 10), welche mittels EDX als ein Al4(Fe,Cr) analysiert wurde. Innerhalb der lamellaren Drendriten finden man eine globulare Unterstruktur (Siehe Bild 10 ). Zusätzlich finden man imselben Gefüge weitere Ausscheidungen aus Al3(Ti,Cr) (Siehe Bild 12 ).The alloy system Al84,4Fe7,0Cr6,0Ti2,5 also exudes a dense but closed primary dendrite network (see Figure 9 and Figure 10), which was analyzed by EDX as an Al 4 (Fe, Cr). Within the lamellar drendrites one finds a globular substructure (see picture 10). In addition, the same microstructure contains further precipitates of Al 3 (Ti, Cr) (see Figure 12).

Wie schon bei der 88,5Al8,5Fe1,3V1,7Si-Legierung, zeigt das Bild 15 ein feines, „perlitartiges" Muster aus dem eutektischen Zerfall der Restschmelze der Al84,4Fe7,0Cr6,0Ti2,5-Legierung. Neben der Ausscheidung von „primären" Dendriten aus Al3Fe (001-1265) und Al80V12Fe7,5 (040-1229) in der 88,5Al8,5Fe1,3V1,7Si-Legierung zeigt Bild 7 das feine „perlitartige" Muster aus dem eutektischen Zerfall der Restschmelze, welches als AlSi2 (Aluminiumdisilicid) besteht. Dieses bildet den Schlüssel für die Ausbildung der hohen Warmfestigkeit einer „klassisch" gegossenen AlFe-XY-Legierung ohne Verwendung der Verfahren zur Rascherstarrung.As with the 88.5Al8.5Fe1.3V1.7Si alloy, Figure 15 shows a fine, "pearlitic" pattern of the eutectic decay of the residual melt of the Al84.4Fe7.0Cr6.0Ti2.5 alloy "Primary" dendrites of Al 3 Fe (001-1265) and Al 80 V 12 Fe 7,5 (040-1229) in the 88.5Al8.5Fe1.3V1.7Si alloy, Figure 7 shows the fine "pearlite" pattern eutectic disintegration of the residual melt, which consists of AlSi 2 (aluminum disilicide), which forms the key to the formation of the high heat resistance of a "classically" cast AlFe-XY alloy without the use of rapid solidification techniques.

Durch Verringerung der Differenz zwischen Gieß- und Kokillentemperatur auf 250K und der Kornfeinung mittels 0,1 Gew.-% Mg erscheint das Dendritennetzwerk in der Al84,4Fe7,0Cr6,0Ti2,5-Legierung etwas feiner (Siehe Bild 13), was insbesondere durch deren Verzweigung bzw. Verästelung verursacht wird (Siehe Bild 14).By Reduction of the difference between casting and mold temperature 250K and grain refining using 0.1 wt.% Mg, the dendrite network appears slightly finer in the Al84.4Fe7.0Cr6.0Ti2.5 alloy (See picture 13), which in particular by their branching or ramification caused (See Figure 14).

Es hat sich auch gezeigt, daß die AlFeXY-Legierungen vorteilhafterweise mit geringer Ubertemperatur von max. 100-150K zu gießen sind.It has also been shown that the AlFeXY alloys advantageously with low overheating of Max. 100-150K to pour are.

Die außermotorischen Charakterisierung des tribologischen Verhaltens der erfindungsgemäßen AlFeXY-Legierungen erfolgte nach der BAM-Prüftechnik, welche die Literaturstelle „Woydt M. and N. Kelling, Characterization of the tribological behaviour of lubricants and materials for the tribosystem „piston ring/Cylinder Liner, in: ASTM STP 1404 „Bench testing of industrial fluid lubrication and wear properties used in machinery applications", June 2000, Seattle, ISBN 0-8031-2867-3, p. 153" detailliert beschreibt. Beide in Bild 17 verwendeten AlFeXY-Legierungen wurden im Vakuum gegossen und die intermetallischen Phasen durch chemisches oder mechanisches (Honen) Freistellen nicht frei gelegt. Die tribologischen Funktionsflächen waren auf RPK ∼0,43 μm beim Al88,4Fe8,5V1,3Si1,7Zr0,1 und RPK ∼ 0,37 μm beim Al84,4Fe7,0Cr6,0Ti2,5Mg0,1 geläppt.The off-engine characterization of the tribological behavior of the AlFeXY alloys according to the invention was carried out according to the BAM test technique, which is the reference "Woydt M. and N. Kelling, Characterization of the tribological behavior of lubricants and materials for the tribosystem" piston ring / cylinder liner, in : ASTM STP 1404, "Bench testing of industrial fluid lubrication and wear properties used in machinery applications," June 2000, Seattle, ISBN 0-8031-2867-3, p.153 ". Both AlFeXY alloys used in Figure 17 were cast in vacuum and the intermetallic phases were not exposed by chemical or mechanical (honing) release. The tribological functional surfaces were lapped to R PK ~0,43 microns in Al88,4Fe8,5V1,3Si1,7Zr0,1 and R PK ~ 0.37 microns when Al84,4Fe7,0Cr6,0Ti2,5Mg0,1.

Das Bild 17 gibt die erzielten Versuchsergebnisse in Form des Verschleißkoeffizienten des Grundkörpers (Kolbenring) getrennt vom Gegenkörper (rotierende Probe bzw. Zylinderlaufbahn) mit der zu der jeweiligen Paarung gehörenden Misch-/Grenzreibungszahl wieder. Die in Bild 17 verwendeten Erstbefüllungsöle SAE 5W-30 (Renault) und SAE 0W-30 („PCX") auf Basis von Kohlenwasserstoffen verfügen über eine High-Temperature-High-Shear-Viscosity (HTHS) von 3,0 mPas. Der GG20HCN ist ein mit 3,66 Gew.-% Kohlenstoff hochgekohlter Grauguß mit lamellarem Graphit. Die Kolbenringbezeichnungen „MKP81A®", „MKJet502® (WC/Cr3C2, „superpoliert")" und „CKS36®" sind Markenbezeichnungen der Firma Federal Mogul Burscheid GmbH. Die atmosphärisch, plasmagespritzte (APS) TinO2n-1- und Tin-2Cr2O2n-1-Ringbeschichtungen stellen Experimentalbeschichtungen für Kolbenringe der Firma CIE Automotive (Tarabusi, ES-48140 Igorre) dar. Die AlFeXY-Legierungen Al84,4Fe7,0Cr6,0Ti2,5Mg0,1 und 88,5Al8,5Fe1,3V1,7SiZr0,1 waren im Vakuum bei 750°C in einer auf 600°C vorgewärmten Graphitkokille abgegossen.Figure 17 shows the test results obtained in the form of the wear coefficient of the main body (piston ring) separated from the counter body (rotating sample or cylinder bore) with the corresponding to the respective pairing mixed / boundary friction number again. The primary filling oils SAE 5W-30 (Renault) and SAE 0W-30 ("PCX") based on hydrocarbons used in Fig. 17 have a high-temperature high-shear viscosity (HTHS) of 3.0 mPas The GG20HCN is a with 3.66 wt .-% of carbon high-carbon gray cast iron with lamellar graphite. the piston ring designations "MKP81A ®", "MKJet502 ® (WC / Cr 3 C 2," super polished ")" and "CKS36 ®" are trademarks of the company Federal Mogul Burscheid GmbH The atmospheric, plasma-sprayed (APS) Ti n O 2n-1 and Ti n-2 Cr 2 O 2n-1 ring coatings are experimental coatings for piston rings from CIE Automotive (Tarabusi, ES-48140 Igorre) AlFeXY alloys Al84.4Fe7.0Cr6.0Ti2.5Mg0.1 and 88.5Al8.5Fe1.3V1.7SiZr0.1 were vacuum degassed at 750 ° C in a graphite mold preheated to 600 ° C.

In der BAM-Prüfanordnung gelten nitrierte Ringe gegen AlSi17 (AlSi17Cu4Mg) oder AlSi25Ni4 (Silitec) bis 25 N Normalkraft als verschleißarm bzw. befinden sich in der Verschleißtieflage (Siehe Tabelle 2), wobei sie oberhalb von ∼ 25 N (ölabhängig!) in die Verschleißhochlage übergehen.In the BAM test arrangement nitrided rings are considered to be AlSi17 (AlSi17Cu4Mg) or AlSi25Ni4 (Silitec) up to 25 N normal force as wear-resistant or are in the wear depression (See Table 2), where they go above ~ 25 N (oil dependent!) In the high wear.

Im Durchschnitt aus über 200 Versuchen mit GGL20HCN beträgt in der BAM-Prüfanordnung der mittlere Verschleißkoeffizient bei FN= 50 N von GGL20HCN 4,8 10–8 mm3/Nm. Die Verschleißbeständigkeit der mit 0,1 Gew.-% Mg korngefeinten Al84,4Fe7Cr6Ti2,5-Legierung erzielt gegen den molybdänbasierten MKP81A-Kolbenring eine mit hochgekohltem Grauguß vergleichbare Verschleißbeständigkeit und Tragfähigkeit. Die im Gefüge der 88,5Al8,5Fe1,3V1,7SiZr0,1-Legierung mit dem Auge sichtbaren, harten Dendriten wirken in dieser Größe beim Kolbenring verschleißerhöhend (Siehe Bild 17).On average over 200 trials with GGL20HCN in the BAM test set-up, the mean wear coefficient at F N = 50 N of GGL20HCN is 4.8 10 -8 mm 3 / Nm. The wear resistance of the Al84.4Fe7Cr6Ti2.5 alloy grain-refined with 0.1 wt% Mg gives the molybdenum-based MKP81A piston ring wear resistance and bearing capacity comparable to high carbon gray cast iron. The hard dendrites which are visible to the eye in the microstructure of the 88.5Al8.5Fe1.3V1.7SiZr0.1 alloy act to increase the wear on the piston ring in this size (see Fig. 17).

Auffällig in Bild 17 sind die höheren Reibungszahlen mit dem Erstbefüllungsöl SAE 5W-30 unter Misch-/Grenzreibung der AlFeXY-Legierungen im Vergleich zum GGL20HCN.Striking in Picture 17 are the higher ones Coefficients of friction with the first filling oil SAE 5W-30 under mixed / boundary friction AlFeXY alloys compared to GGL20HCN.

Die relativ hohen Mischreibungszahlen können durch die Verwendung eines Polyalkylenglykoles (PAG46-4+2,6 Phopani, HTHS = 3,6 mPas) oder eines Polypropylenglykolmonobutylethers (PPG32-2+2,6 Phopani; HTHS = 2,87 mPas) vermindert werden (Siehe Bild 18). Der im Erstbefüllungsöl SAE 0W-30 („PCX") mit einer HTHS von 3,0 mPas enthaltene, metallfreie Reibungserniedriger wirkt beim AlFeCrTi nicht. Gegen einen nitrierten Kolbenring unterstreicht Bild 18, daß die Al84,4Fe7,0Cr6,0Ti2,5Mg0,1-Legierung laufbahnseitig, bei gleicher Normalkraft von 50 N, im Rahmen der Präzisionsgrenzen des Prüfverfahrens hinsichtlich des Verschleißkoeffizienten mit dem hochgekohlten Grauguß vergleichbar ist. Insbesondere im PPG32-2 ist der Gesamtverschleiß vom Kolbenring und Laufbahn mit denen von GG20HCN vergleichbar.The relatively high mixed friction numbers can be achieved by the use of a polyalkylene glycol (PAG46-4 + 2.6 Phopani, HTHS = 3.6 mPas) or a polypropylene glycol monobutyl ether (PPG32-2 + 2.6 Phopani; HTHS = 2.87 mPas) (see Figure 18). The metal-free friction reducer contained in the first filling oil SAE 0W-30 ("PCX") with an HTHS of 3.0 mPas has no effect on the AlFeCrTi Alloy on the raceway side, with the same normal force of 50 N, within the precision limits of the test method in terms of wear coefficient with the highly carbonated cast iron is comparable .. In particular, in the PPG32-2 the total wear of the piston ring and raceway with those of GG20HCN comparable.

Bezogen nur auf den „nitrierten" Kolbenring zeigt Bild 19, daß das AlFeVSi, jedoch insbesondere das AlFeCrTi, in den Ölen FUCHS PCX 0W-30 und dem Polyglykol PPG32-2+2,6 Phopani eine mit dem hochgekohlten Grauguß GGL20HCN vergleichbare Verschleißbeständigkeit aufweist. In Bild 19 ist noch der Verschleißkoeffizient eines Langzeitversuches (108 km) wiedergegeben, wodurch ein starkes, verschleißsenkendes Einlaufverhalten der AlFeCrTi-Legierung dokumentiert wird.Based only on the "nitrided" piston ring shows Picture 19, that the AlFeVSi, but in particular the AlFeCrTi, in the oils FUCHS PCX 0W-30 and the polyglycol PPG32-2 + 2.6 Phopani one with the high carbon Gray cast iron GGL20HCN comparable wear resistance having. Figure 19 still shows the wear coefficient of a long-term test (108 km), making a strong, wear-reducing Run-in behavior of the AlFeCrTi alloy is documented.

Kurbelwellen-Gleitlagerschalen aus „eutektischer" AlSi12CuNiMg (Karl Schmidt GmbH, KS 1275 (3210.9), heute Kolbenschmidt AG mit 11-13,5% Si, 0,5-1 ,3 Cu, 0,8-1,3 Mg, 0,5-1,3 Ni, ∼0,25 Zn, ∼0,1 % Cr, Rest Al) fanden im Doppelstern-Flugmotor BMW 801 anwendung (Ing. Buske, Die Abhängigkeit der Lagerbelastbarkeit von der Lagerbauform, Bericht über die Schmierstoff-Tagung, Teil 1: Reibung und Verschleiß, Kälteverhalten, 11./12. 12. 1941, Berlin-Adlershof, S. 119-148), wobei der Kurbelwellenzapfen aus einem "Nitrierstahl" mit HRC 58 bestand. Eine derartige Werkstofflösung ist in der Automobil- und Baumaschinenindustrie seitdem unüblich. Die heutigen Laufflächen der Gleitlagerschalen aus AlSn14Cu8, AlSn20, PbSn10Cu3, GZ- CuSn7ZnPb oder Bleibronzen erfordern in den Schmierstoffen Korrosionschutzadditive für Bundmetalle, welche die ökotoxikologischen Eigenschaften deutlich verschlechtern. AlSi- oder AlFeXY-Legierungen sind insgesamt weniger korrosionsgefährdet und ermöglichen einen Verzicht oder eine deutliche Senkung der Konzentration der Korrosionsschutzadditive. Bekannt im Stand der Technik ist noch eine Al96(Ni,Mn)-Legierung (Glyco-172) mit einer maximal zulässigen geometrischen Lagerpressung von 80 MPa, welche ermüdungs- und korrosionsbeständig ist, jedoch neigt sie unter Mangelschmierung zum adhäsiven Versagen, was durch die AlFeXY-Metallurgie unterdrückt wird.Crankshaft half bearings from "eutectic" AlSi12CuNiMg (Karl Schmidt GmbH, KS 1275 (3210.9), today Kolbenschmidt AG with 11-13.5% Si, 0.5-1, 3 Cu, 0.8-1.3 Mg, 0.5-1.3 Ni, ~0.25 Zn, ~0,1 % Cr, remainder Al) were used in the double-star BMW 801 aircraft engine (Ing. Buske, Dependence the bearing load capacity of the bearing design, report on the Lubricant Conference, Part 1: Friction and Wear, Cold Behavior, 11-12. 12. 1941, Berlin Adlershof, P. 119-148), wherein the crankshaft journal made of a "nitriding steel" with HRC 58. Such a material solution has been uncommon in the automotive and construction machinery industry ever since. The today's treads plain bearing shells made of AlSn14Cu8, AlSn20, PbSn10Cu3, GZ-CuSn7ZnPb or lead bronzes require in the lubricants corrosion protection additives for federal metals, which the ecotoxicological Properties deteriorate significantly. AlSi or AlFeXY alloys are less susceptible to corrosion and allow a waiver or a significant reduction in the concentration of Anticorrosion additives. It is still known in the art an Al96 (Ni, Mn) alloy (Glyco-172) with a maximum allowable geometric Bearing pressure of 80 MPa, which is fatigue and corrosion resistant, however, it tends to adhesive failure due to lack of lubrication, which is caused by the AlFeXY metallurgy suppressed becomes.

Die tribologische Grenzbelastbarkeit von 100 MPa (geometrische Flächenpressung) der Gleitpaarung „AlSi12CuNiMg/Nitrierstahl" bei einer Öleintrittstemperatur von 99°C des vollsynthetischen Schmierstoffes „SS-1600" auf Basis eines Adipinesters und Ethylenöles ist bemerkenswert, da es mit einer kinematischen Viskosität η100C∼ 6,2 mm2/s noch deutlich „dünner" war als heutige Leichtlauföle mit η100C∼ 9-12 mm2/s.The tribological limit load capacity of 100 MPa (geometrical surface pressure) of the sliding combination "AlSi12CuNiMg / Nitrierstahl" at an oil inlet temperature of 99 ° C of the fully synthetic lubricant "SS-1600" based on an adipic ester and ethylene oil is noteworthy because it has a kinematic viscosity η 100C ~ 6.2 mm 2 / s was still significantly "thinner" than today's light-running oils with η 100C ~ 9-12 mm 2 / s.

Weiterhin vorteilhaft eines AlFeXY-Systems ist, daß die Verschleißschutz- und Hochdruckadditive in Motor- und Getriebölen auf Eisen abgestimmt sind und nicht auf Silizium.Farther An advantage of an AlFeXY system is that the wear protection and high pressure additives in engine and transmission oils are tuned to iron and not on silicon.

Ventilführungen erfordern eine hohe thermische Diffusivität, da sie die Wärme aus dem Ventilschaft in den Zylinderkopf ableiten, verbunden mit einer entsprechenden Verschleißbeständigkeit. Deshalb bestehen Ventilführungen bevorzugt aus Kupferbasis-Legierungen, wie CuZn36Mn3Al2SiPb (≅ CuZn40Al2 nach DIN 17660 bzw. CW713R) mit λRT ∼63 W/mK bzw. KRT ∼ 19,7 mm2/s. An den Oberflächen im unteren Teil der Führung des Auslaßventiles sind Temperaturen von 500°C nicht ungewöhnlich. Die erfindungsgemäßen Aluminiumlegierungen offerieren eine 3-4 mal höhere thermische Diffusivität verbunden mit der notwendigen Temperaturbeständigkeit ohne Schmelzgleichgewichte bis >600°C.Valve guides require high thermal diffusivity because they dissipate heat from the valve stem into the cylinder head, with associated wear resistance. Therefore, valve guides are preferably made of copper-based alloys, such as CuZn36Mn3Al2SiPb (≅ CuZn40Al2 according to DIN 17660 or CW713R) with λ RT ~63 W / mK or K RT ~ 19.7 mm 2 / s. Temperatures of 500 ° C are not uncommon on the surfaces in the lower part of the outlet valve guide. The aluminum alloys according to the invention offer a 3-4 times higher thermal diffusivity combined with the necessary temperature resistance without melt equilibria up to> 600 ° C.

Aluminium-Kolbenwerkstoffe bestehen aus eutektischen AlSi12CuXX-Legierungen oder übereutektischen AlSi18CuXX-Legierungen mit ebenfalls bis zu 0,85 Gew.-% Eisen. Die thermischen Diffusivitäten liegen zwischen 55 mm2/s < KRT < 61,7 mm2/s.Aluminum piston materials consist of AlSi12CuXX eutectic alloys or hypereutectic AlSi18CuXX alloys with up to 0.85% iron by weight. The thermal diffusivities are between 55 mm 2 / s <K RT <61.7 mm 2 / s.

Tabelle 1 : Leichtmetall-Legierungen für Zylinderlaufbahnen

Figure 00080001
Table 1: Alloy alloys for cylinder liners
Figure 00080001

Tabelle 2 : Verschleißkoeffizienten unter Misch-/Grenzreibung von AlSi-Legierungen (chemisch freigestellt) in der BAM-Prüfanordnung (T= 170°C; s= 24 km; v= 0,3 m/s) im Vergleich zum Al84,4Fe7,0Cr6,0Ti2,5Mg0,1

Figure 00080002
Table 2: Wear coefficients under mixed / boundary friction of AlSi alloys (chemically released) in the BAM test setup (T = 170 ° C, s = 24 km, v = 0.3 m / s) compared to Al84.4Fe7, 0Cr6,0Ti2,5Mg0,1
Figure 00080002

Claims (9)

Gleitelemente eines Verbrennungsmotors oder Hydrauliksystems, welche unter den Reibungszuständen der Misch/Grenzreibung und/oder der Hydrodynamik aber auch des Trockenlaufs (mit Trockenlaufanteilen) betrieben werden, dadurch gekennzeichnet, daß diese im Werkstoffvolumen und/oder an der Reiboberfläche aus einer Aluminiumbasis-Legierung mit mindestens 80 Gew.-% Aluminium besteht,Sliding elements of an internal combustion engine or hydraulic system, which are operated under the friction conditions of mixed / boundary friction and / or hydrodynamics but also dry running (with dry running portions), characterized in that these in the material volume and / or on the friction surface of an aluminum-based alloy with at least 80 wt .-% aluminum, Die Aluminiumbasislegierung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß ein Gemisch von maximal 20 Gew.-% aus den Legierungselementen Fe, V, Mn, Ce, Ti, Si, Nb, Ni, Cr, Zr und Mo zulegiert werden kann,The aluminum base alloy according to claim 1 characterized characterized in that a Mixture of not more than 20% by weight of the alloying elements Fe, V, Mn, Ce, Ti, Si, Nb, Ni, Cr, Zr and Mo can be alloyed, Die Aluminiumbasislegierung nach den vorangegangenen Ansprüchen dadurch gekennzeichnet, daß Silizium kleiner als 2,0 Gew.-% enthalten ist,The aluminum base alloy after the previous ones claims characterized in that silicon is less than 2.0% by weight, Die Aluminiumbasislegierung nach den vorangegangenen Ansprüchen dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung zusätzlich mit einem Gemisch von maximal 1,5 Gew.-%, vorzugsweise von maximal 0,8 Gew.-% der Elemente Bor, Ce, Sr, Sc, Mg, Zr und/oder Nb korngefeint werden kann,The aluminum base alloy after the previous ones claims characterized in that the Alloy in addition with a mixture of at most 1.5 wt .-%, preferably of maximum 0.8 wt .-% of the elements boron, Ce, Sr, Sc, Mg, Zr and / or Nb grain-fined can be, Die Aluminiumbasislegierung nach den vorangegangenen Ansprüchen dadurch gekennzeichnet, daß zur Verstärkung keramische Fasern, Partikel und/oder Platelets werden können,The aluminum base alloy after the previous ones claims characterized in that the reinforcement ceramic fibers, particles and / or platelets can be, Die Aluminiumbasislegierung nach den vorangegangenen Ansprüchen dadurch gekennzeichnet, daß die Formgebung und Verarbeitung durch metallurgische Schmelzgießprozesse des Sandgußes, Druckgusses, Stranggusses oder Dünnbandgießens oder OSPREY an Luft oder im Vakuum oder unter Stickstoff-, Argon- oder CO2-Atmosphäre erfolgt,The aluminum base alloy according to the preceding claims, characterized in that the shaping and processing takes place by metallurgical melt casting processes of sand casting, die casting, continuous casting or thin strip casting or OSPREY in air or in vacuum or under a nitrogen, argon or CO 2 atmosphere, Die Aluminiumbasislegierung nach den vorangegangenen Ansprüchen dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Erstarrungsfront magnetisches Rühren eingesetzt werden kann,The aluminum base alloy after the previous ones claims characterized in that in the area the solidification front magnetic stirring can be used Die Aluminiumbasislegierung nach den vorangegangenen Ansprüchen dadurch gekennzeichnet, daß die Gießtemperatur kleiner als 790°C ist,The aluminum base alloy after the previous ones claims characterized in that the casting temperature less than 790 ° C is Die Aluminiumbasislegierung nach den vorangegangenen Ansprüchen dadurch gekennzeichnet, daß Kurbelwellenlagerschalen, Zylinderlaufbahnen, Kolbenringe, Kolben, Ventilführungen und Lagerbuchsen die Triboelemente bilden.The aluminum base alloy after the previous ones claims characterized in that crankshaft bearing shells, Cylinder tracks, piston rings, pistons, valve guides and bearing bushes the tribo elements form.
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