EP0854939B1 - Bewehrungsteil, dessen grundwerkstoff austenitisches gusseisen ist - Google Patents

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    • Y10T428/1275—Next to Group VIII or IB metal-base component
    • Y10T428/12757—Fe

Definitions

  • the invention relates to a reinforcement part, the base material is austenitic cast iron and that is intermetallic with a motor part made of an aluminum-based alloy, in particular a piston is connected.
  • Generic Reinforcement parts are used especially as ring girders, occasionally also as trough edge protection for aluminum pistons for diesel engines use.
  • connection of the - mostly consisting of austenitic GGL - Reinforcement part with the piston material is with the Alfin process known in the prior art since approx. 1950 made by pouring the reinforcement part before overmolding with the piston material immersed in an AlSi melt is, with on the surface of the reinforcement part intermetallic layer.
  • the disadvantage of this solution is the move away from one for a long time proven ring carrier material, the poorer machinability, lower thermal conductivity and the slightly worse Wear resistance of the GGG compared to the GGL ring carrier material.
  • the GGG material is also something more expensive than the GGL material.
  • the invention is therefore concerned with the problem of the generic reinforcement parts the strength and Reproducibility of the intermetallic bond independent whether the base material used is GGG or GGL graphite has to increase.
  • the surface in the area of the intermetallic bond of the reinforcement part can either be completely or only in Partial areas - preferably in the area of the ring bearer Ring carrier back - by melting austenitic-ledeburitic be trained.
  • a ring carrier 1 with two ring grooves 2a and 2b for receiving One piston ring each has a ring carrier back 3 TIG remelting resulting austenitic-ledeburitic remelting zone 4 on.
  • the ring carrier material consists of GGL-NiCuCr 15 6 2 with approx.2.6% C, 2.1% Si, 1.2% Mn, 15% Ni, 1.5% Cr and 6% Cu, balance Fe.
  • This ring carrier is refined in an AlSi melt, in a mold is inserted and the Alfin layer has not yet solidified cast with the piston base material AlSil2CuNiMg.
  • intermetallic connection layer 7 compared to the previously known alfin layers has significantly increased bond strength.

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Description

Die Erfindung betrifft ein Bewehrungsteil, dessen Grundwerkstoff austenitisches Gußeisen ist und das intermetallisch mit einem Motorenteil aus einer Aluminiumbasis-Legierung, insbesondere einem Kolben verbunden ist. Gattungsgemäße Bewehrungsteile finden insbesondere als Ringträger, vereinzelt auch als Muldenrandschutz bei Aluminiumkolben für Diesel-Motoren Verwendung.
Die Verbindung des - meist aus austenitischem GGL bestehenden - Bewehrungsteils mit dem Kolbenwerkstoff wird mit dem im Stand der Technik seit ca. 1950 bekannten Alfin-Verfahren hergestellt, indem das Bewehrungsteil vor dem Umgießen mit dem Kolbenwerkstoff in eine AlSi-Schmelze getaucht wird, wobei sich an der Oberfläche des Bewehrungsteils eine intermetallische Schicht ausbildet.
Mit den bei Dieselmotoren in der Vergangenheit kontinuierlich gestiegenen Kolbenbelastungen zeigten sich die Festigkeitsgrenzen der bisher produzierten Alfin-Bindung, so daß eine höhere Bindungsfestigkeit gefordert wird.
Es wurde daher in DE-OS 42 21 448 schon vorgeschlagen, als Bewehrungsmaterial austenitisches Gußeisen mit globularer oder vermicularer Graphitausbildung zu verwenden, wodurch im Vergleich mit dem üblichen GGL-Werkstoff mit lamellarer Graphitausbildung die Bindungsfestigkeit verbessert wird.
Nachteil dieser Lösung ist die Abkehr von einem seit langem bewährten Ringträgerwerkstoff, die schlechtere Bearbeitbarkeit, niedrigere Wärmeleitfähigkeit und die etwas schlechtere Verschleißfestigkeit des GGG- verglichen mit dem GGL-Ringträgerwerkstoff. Außerdem ist der GGG-Werkstoff etwas teurer als der GGL-Werkstoff.
Die Erfindung beschäftigt sich daher mit dem Problem, bei den gattungsgemäßen Bewehrungsteilen die Festigkeit und die Reproduzierbarkeit der intermetallischen Bindung unabhängig davon, ob der verwendete Grundwerkstoff eine GGG- oder GGL-Graphitausbildung aufweist, zu erhöhen.
Dieses Problem wird gelöst durch das kennzeichnende Merkmal des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Unter einem austenitisch-ledeburitischen Gefüge ist hierbei ein - vorzugsweise durch Umschmelzen von austenitischem Gußeisen entstandenes - Gefüge zu verstehen, bei dem Austenit und Ledeburit nebeneinander vorliegen.
Bedingt durch das sehr feine austenitisch-ledeburitische Gefüge und die ebenfalls sehr feine, nichtlamellare Ausbildung des Graphits kann sich beim Tauchen des Bewehrungsteils in einem Schmelzbad auf Al-Basis eine störungsfreie intermetallische Schicht ausbilden. Erste Abreißversuche zeigen, daß die Zugfestigkeit der erfindungsgemäßen Schicht - verglichen mit der aus DE-OS 42 21 448 bekannten intermetallischen Schicht bei globularer Graphitausbildung - nochmals um mindestens 30% erhöht werden konnte.
Die im Bereich der intermetallischen Bindung liegende Oberfläche des Bewehrungsteils kann entweder ganz oder nur in Teilbereichen - bei Ringträgern vorzugsweise im Bereich des Ringträgerrückens - durch Umschmelzen austenitisch-ledeburitisch ausgebildet sein.
Als Verfahren zum Umschmelzen des Bewehrungsmaterials kommen Laser-, Induktions- oder WIG-Umschmelzverfahren in Betracht.
Als weitere Möglichkeit der Herstellung von Bewehrungsteilen aus austenitischem Gußeisen mit austenitisch-ledeburitischer Oberfläche kommt Kokillen-Hartguß in Betracht. Bei Ringträgern entsteht dann allerdings das Problem, daß diese nicht mehr im Schleudergießverfahren hergestellt werden können und daß sie infolge der schlechten Bearbeitbarkeit des Ledeburits nicht wie üblich spanend aus Gußbuchsen herausgearbeitet werden können, sondern zusätzlich durch Trenn- und Formschleifen bearbeitet werden müssen oder einzeln abgegossen werden müssen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von drei Schliffbildern dargestellt. Es zeigt
Fig. 1
einen Ringträger mit austenitisch-ledeburitisch umgeschmolzenem Ringträgerrücken im Querschliff
Fig. 2
die Gefügeausbildung im Bereich der intermetallischen Bindung
Fig. 3
den Übergang zwischen austenitischledeburitischer Umschmelzzone und dem austenitischem Grundwerkstoff mit Lamellengraphit.
Ein Ringträger 1 mit zwei Ringnuten 2a und 2b zur Aufnahme je eines Kolbenrings weist am Ringträgerrücken 3 eine durch WIG-Umschmelzen entstandene austenitisch-ledeburitische Umschmelzzone 4 auf. Der Ringträgerwerkstoff besteht aus GGL-NiCuCr 15 6 2 mit ca. 2,6% C, 2,1% Si, 1,2% Mn, 15% Ni, 1,5% Cr und 6% Cu, Rest Fe.
Dieser Ringträger wird in einer AlSi-Schmelze alfiniert, in eine Gießform eingelegt und bei noch nicht erstarrter Alfin-Schicht mit dem Kolbengrundwerkstoff AlSil2CuNiMg umgossen.
Fig. 2 zeigt das Gefüge im Bereich der so entstandenen intermetallischen Bindung. In der umgeschmolzenen, austenitisch-ledeburitischen Zone 5 liegt noch fein verteilter, nichtlamellarer Restgraphit vor. Es hat sich gezeigt, daß die Umschmelzzone nur sehr schwach magnetisch ist, so daß von einem überwiegenden Anteil an Austenit und einem kleineren Anteil an Ledeburit auszugehen ist. Eine derartige Ausbildung der Umschmelzzone ist insofern günstig, als der Wärmeausdehnungskoeffizient der Umschmelzzone nur unwesentlich von dem des Grundwerkstoffs abweicht und insofern keine Spannungen zwischen Umschmelzzone und Grundwerkstoff auftreten.
An der Grenze zwischen Umschmelzzone 5 und Kolbengrundwerkstoff 6 liegt die intermetallische Verbindungsschicht 7, die verglichen mit den bisher bekannten Alfin-Schichten eine deutlich erhöhte Bindungsfestigkeit aufweist.

Claims (7)

  1. Bewehrungsteil, dessen Grundwerkstoff austenitisches Gußeisen ist und das intermetallisch mit einem Motorenteil aus einer Aluminiumbasis-Legierung, insbesondere einem Kolben verbunden ist,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß das Gefüge zumindest an einer Teilfläche (3) der im Bereich der intermetallischen Bindung liegenden Oberfläche des Bewehrungsteils (1) austenitisch-ledeburitisch ausgebildet ist.
  2. Bewehrungsteil nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß das Gefüge an der gesamten Oberfläche des Bewehrungsteils (1) im Bereich der intermetallischen Bindung austenitisch-ledeburitisch ausgebildet ist.
  3. Bewehrungsteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß das Bewehrungsteil ein Ringträger (1) zur Aufnahme eines Kolbenringes ist.
  4. Bewehrungsteil nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß das Bewehrungsteil ein Muldenrandschutz ist.
  5. Verfahren zur Herstellung eines Bewehrungsteils nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß das austenitisch-ledeburitische Gefüge durch Umschmelzen des austenitischen Grundwerkstoffs mittels Laserstrahlen erzielt wird.
  6. Verfahren zur Herstellung eines Bewehrungsteils nach einem der Ansprüche 1 - 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß das austenitisch-ledeburitische Gefüge durch Umschmelzen des austenitischen Grundwerkstoffs durch Induktions-Umschmelzen erzielt wird.
  7. Verfahren zur Herstellung eines Bewehrungsteils nach einem der Ansprüche 1 - 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß das austenitisch-ledeburitische Gefüge durch WIG-Umschmelzen erzielt wird.
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