HU216623B - Alumíniummátrix összetett szerkezeti anyag és eljárás annak előállítására - Google Patents

Alumíniummátrix összetett szerkezeti anyag és eljárás annak előállítására Download PDF

Info

Publication number
HU216623B
HU216623B HU9800652A HUP9800652A HU216623B HU 216623 B HU216623 B HU 216623B HU 9800652 A HU9800652 A HU 9800652A HU P9800652 A HUP9800652 A HU P9800652A HU 216623 B HU216623 B HU 216623B
Authority
HU
Hungary
Prior art keywords
fibrous
aluminum
preform
composite material
matrix composite
Prior art date
Application number
HU9800652A
Other languages
English (en)
Inventor
Franz Josef Feikus
Achim Sach
Original Assignee
Vaw Motor Gmbh.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Vaw Motor Gmbh. filed Critical Vaw Motor Gmbh.
Publication of HU9800652D0 publication Critical patent/HU9800652D0/hu
Publication of HUP9800652A1 publication Critical patent/HUP9800652A1/hu
Publication of HU216623B publication Critical patent/HU216623B/hu

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C47/00Making alloys containing metallic or non-metallic fibres or filaments
    • C22C47/02Pretreatment of the fibres or filaments
    • C22C47/025Aligning or orienting the fibres
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22DCASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D19/00Casting in, on, or around objects which form part of the product
    • B22D19/14Casting in, on, or around objects which form part of the product the objects being filamentary or particulate in form
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F1/00Metallic powder; Treatment of metallic powder, e.g. to facilitate working or to improve properties
    • B22F1/06Metallic powder characterised by the shape of the particles
    • B22F1/062Fibrous particles
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32LAYERED PRODUCTS
    • B32BLAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B15/00Layered products comprising a layer of metal
    • B32B15/14Layered products comprising a layer of metal next to a fibrous or filamentary layer
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32LAYERED PRODUCTS
    • B32BLAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B5/00Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts
    • B32B5/14Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts characterised by a layer differing constitutionally or physically in different parts, e.g. denser near its faces
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32LAYERED PRODUCTS
    • B32BLAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B5/00Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts
    • B32B5/22Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts characterised by the presence of two or more layers which are next to each other and are fibrous, filamentary, formed of particles or foamed
    • B32B5/24Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts characterised by the presence of two or more layers which are next to each other and are fibrous, filamentary, formed of particles or foamed one layer being a fibrous or filamentary layer
    • B32B5/26Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts characterised by the presence of two or more layers which are next to each other and are fibrous, filamentary, formed of particles or foamed one layer being a fibrous or filamentary layer another layer next to it also being fibrous or filamentary
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C47/00Making alloys containing metallic or non-metallic fibres or filaments
    • C22C47/02Pretreatment of the fibres or filaments
    • C22C47/06Pretreatment of the fibres or filaments by forming the fibres or filaments into a preformed structure, e.g. using a temporary binder to form a mat-like element
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C47/00Making alloys containing metallic or non-metallic fibres or filaments
    • C22C47/08Making alloys containing metallic or non-metallic fibres or filaments by contacting the fibres or filaments with molten metal, e.g. by infiltrating the fibres or filaments placed in a mould
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C49/00Alloys containing metallic or non-metallic fibres or filaments
    • C22C49/02Alloys containing metallic or non-metallic fibres or filaments characterised by the matrix material
    • C22C49/04Light metals
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02FCYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F7/00Casings, e.g. crankcases or frames
    • F02F7/0085Materials for constructing engines or their parts
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2998/00Supplementary information concerning processes or compositions relating to powder metallurgy
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2999/00Aspects linked to processes or compositions used in powder metallurgy
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C2204/00End product comprising different layers, coatings or parts of cermet
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05CINDEXING SCHEME RELATING TO MATERIALS, MATERIAL PROPERTIES OR MATERIAL CHARACTERISTICS FOR MACHINES, ENGINES OR PUMPS OTHER THAN NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES
    • F05C2253/00Other material characteristics; Treatment of material
    • F05C2253/16Fibres

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)
  • Chemical Or Physical Treatment Of Fibers (AREA)
  • Forging (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)
  • Laminated Bodies (AREA)

Abstract

Az alűmíniűmmátrix összetett szerkezeti anyag (13) egyalűmíniűmötvözetbe beágyazőtt pőrózűs rőstős előgyártmányból (11) áll,az alűmíniűmmátrixhőz viszőnyítva nagyőbb szilárdsággal és jav tőttkőpási tűlajdőnságőkkal. A rőstős előgyártmány fémes és/vagy fémközistrűktúrájú rőstős alaktest (9), amely szilísciűmtartalmúalűmíniűmötvözet-őlvadékkal van átitatva, ahől az őlvadék Si-tartal a5–14 tömegszázalék között van. Az előállítási eljárás sőrán a rőstőselőgyártmány rőstjait őlvasztásős kihúzási eljárással nyerik, majdhőmőgén vagy gradienses strűktúrájúra előkészítik, és szinter lésselszilárd, pőrózűs előgyártmánnyá kötik össze. Végül a rőstőselőgyártmányt (11) 200 řC hőmérséklet fölé előmelegítik, és egyszilíciűmtartalmú alűmíniűmöntvény-ötvözet őlvadékával átitatják. ŕ

Description

A találmány tárgya alumíniummátrix összetett szerkezeti anyag alumíniumötvözetbe beágyazott porózus rostos előgyártmányból az alumíniummátrixhoz képest nagyobb szilárdsággal és javított kopási tulajdonságokkal, továbbá eljárás annak előállítására.
Az EP-0449356 számú szabadalmi leírás szerint ilyenfajta alumíniummátrix összetett szerkezeti anyagokat alumíniumötvözetből lévő egy-, illetve többhengeres blokként alkalmazzák, ahol a hengerbe a henger vezetőfelületét képező, egy hipoeutektikus alumíniumötvözettel átitatott üreges henger alakú, keramikus szálakból álló, abba beillesztett szilíciumtestekkel ellátott alaktestet öntenek bele. Ezzel az intézkedéssel a henger vezetőfelületének kopási tulajdonságait kívánják javítani.
Az ilyenfajta összetett szerkezeti anyagok mechanikus terhelésekor abban jelentkezik probléma, hogy a nagy szilíciumtartalom miatt a hengerblokk mechanikai megmunkálásakor megnövelt szerszámkopás, illetve üzemeléskor nagyobb dugattyúkopás lép fel. Ezt a hátrányt azáltal lehet csökkenteni, hogy a rostos előgyártmányt és a szilíciumrészecskék részarányát oly nagyra méretezik, hogy nagy felületű érintkezés ne jöjjön létre a henger alumíniumötvözet-mátrixa és a szerszám, illetve a dugattyú között. Ennek ellenére azonban a dugattyúszárat el kell látni egy vasréteggel, ami által a dugattyúszár kopását elviselhető határok között lehet tartani.
További probléma áll fenn az ismert rostos összetett szerkezeti anyagoknál amiatt, hogy a nyersanyagok ismételt felhasználása csak költséges visszanyerési eljárással és a rostok járulékos elválasztási műveletével lehetséges. Ennél a fémes anyagokat a nemfémes anyagoktól nem lehet teljességgel elválasztani és ezért egy következő külön feldolgozás szükséges.
Ismeretes továbbá, hogy a keramikus szálaknak a fémömledék általi nedvesítési viselkedése igen kedvezőtlen. Ezért ez idáig szükségesnek tekintették, hogy az alumíniumötvözet-ömledéket nagy - egészen 3000 bar értékű - nyomásnak tegyék ki, egészen a megszilárdulásáig. Ezáltal az eljárás lefolytatása az alumíniummátrix összetett szerkezeti anyag előállításánál jelentősen megdrágul.
Ugyanez vonatkozik a szórással kompaktált anyagból előállított erősítőelemekre, melyek az EP-0271222 A2 számú szabadalmi leírás szerint több réteg tűzálló anyagból állhatnak. Emellett természetesen fennáll a rostanyag és az ömledék reakciójának veszélye, úgyhogy csak rövid átitatási időket lehet alkalmazni, hogy ne képződjenek fém-karbidok vagy fém-nitridek.
Számos kísérlet alapján megállapítást nyert továbbá, hogy - a kerámia és a fémanyagok eltérő hőmérsékleti viselkedésére tekintettel - igen előnytelen tűréstartományok léphetnek fel a belső égésű motorok különféle üzemi követelményeinél. Ezek szélsőséges körülmények esetén a dugattyúszár és a henger vezetőpályája között horonyképződéshez vezetnek, vagy más szélső esetben megnövelt olajveszteséget okoznak a fellépő átfúvási hatás következtében.
A jelen találmány feladata az ismert alumíniummátrix összetett szerkezeti anyagok kopási tulajdonságainak megjavítása, különösen motorblokkokhoz szolgáló henger-vezetőperselyeknél való alkalmazáskor, továbbá a hőmérsékletfüggő szerkezeti anyagok tulajdonságaihoz való alkalmazkodás útján a tűrésmező szűkítése, ahol is az ismert alumíniummátrix összetett szerkezeti anyagok hátrányait az átitatás során a nedvesítési tulajdonságok javításával lehet kiküszöbölni.
A feladatot a találmány értelmében úgy oldjuk meg, hogy a bevezetőben ismertetett alumíniummátrix összetett szerkezeti anyagnál rostos előgyártmányként fémes és/vagy fémközi struktúrájú rostos alaktestet alkalmazunk, amely szilíciumtartalmú alumíniumötvözet-olvadékkal van átitatva, ahol az olvadék Si-tartalma 5 és 14 tömegszázalék között van.
Az előállítási eljárás során a rostos előgyártmány rostjait olvasztásos kihúzási eljárással nyerjük, majd homogén vagy gradienses struktúrájúra előkészítjük, és szintereléssel szilárd, porózus előgyártmánnyá kötjük össze, végül a rostos előgyártmányt 200 °C hőmérséklet fölé előmelegítjük, és egy szilíciumtartalmú alumíniumöntvény-ötvözet olvadékával átitatjuk.
A találmány szerint előállított alumíniummátrix összetett szerkezeti anyag kopási tulajdonságait a következőképpen lehet befolyásolni:
1. Elsősorban is lehetséges, hogy egyező fajta (fémes) szerkezeti anyagokat összepárosítsunk szálerősítéses anyagokkal súrlódópárként. Ezáltal a hőmérsékletfüggő szilárdsági viszonyok jelentősen megjavulnak.
2. A pórusnagyság szabályozásával befolyásoljuk a mátrix és a szábész térfogateloszlását, úgyhogy a szilárdságok és a súrlódópárok helyileg beállíthatók.
3. Szélsőséges esetben a súrlódó felületeket teljesen rostos anyagból, a látható, azaz külső felületeket pedig teljesen fémmátrixból állíthatjuk elő.
Az említett szélsőséges esetet a következő példával mutatjuk be:
Egy- vagy többhengeres motornál vezetőfelületként történő alkalmazás esetében a találmány szerinti alumíniummátrix összetett szerkezeti anyag különösen előnyös tulajdonságai miatt játék- és tűréskiegyenlítés céljából alkalmazható. Azonos fajta szerkezeti anyag (átitatási szerkezeti anyag) által a henger-vezetőpersely, valamint a dugattyúpalást esetén mind a motor hidegindításánál, mind tartós üzemnél, a gyorsítási és teljes gázzal működés ciklusaiban nem állapítható meg méreteltérés az alkalmazott anyagok között. Ezzel a találmány szerinti eljárással előállított futófelületek emissziós tulajdonságai egy- vagy többhengeres motoroknál az egész üzemelési tartományban lényegesen megjavíthatok a hagyományosan előállított összetett szerkezeti anyagokkal összehasonlítva, amelyek teljesen keramikus szálakkal voltak megerősítve.
További előny adódik az átitatás alatti kedvező nedvesítési tulajdonságokból, mivel a fémes és/vagy fémközi szálak egy alumíniumöntvény-ötvözet útján különösen könnyen, azaz nyomás alkalmazása nélkül nedvesíthetők. Ez különösen automatizált megmunkálási eljárásoknál, például nyomásos öntési eljárásnál bír nagy jelentőséggel, mivel az egyes eljárási lépések viszonylag rövid idő alatt lefuthatnak és mégis biztosítani
HU 216 623 A lehet a rostos előgyártmány szálainak teljes felületi nedvesítését. A jó nedvesítés nagyfokú formakitöltést jelent, s ezáltal a rostos előgyártmány jó beépülését eredményezi a mátrixba, úgyhogy a találmány szerinti összetett szerkezeti anyag legalább kétszer olyan alakstabilitást mutat, mint a hagyományos, nyomással öntött alumíniummátrix szerkezeti anyag, oxidkeramikus szálakkal.
A rostos előgyártmány javított alakstabilitása által másrészről nagy gyártási sebességek érhetők el, korszerű gyártási eljárásokkal. Például emelni lehet a nyomásos öntési eljárásnál az egymást követő adagokat, a présnyomás egyidejű fokozása mellett, úgyhogy a darabszám csökkenő selejtaránynál több mint háromszorosa a keramikus alapú, összehasonlítható összetett szerkezeti anyagokénak.
A találmány szerinti alumíniummátrix összetett szerkezeti anyag illeszthető a mindenkori igénybevételi esetekhez. Ezzel új, gradiensstruktúrájú és speciális szilárdsági-nyúlási tulajdonságú összetett szerkezeti anyagok állíthatók elő. Ezáltal csökken a gyártási ráfordítás, különösen a komplikált kialakítású alkatrészeknél.
A javított reológiai tulajdonságú munkafelületen nagyobb megmunkálások elkerülhetők, ha a munkadarab konstrukciója ehhez van igazítva. A találmány szerinti eljárással egy alkatrészen mind nagy igénybevételű csúszófelületek, mind hőigénybevételnek kitett tömítőfelületek állíthatók elő, például a hengerfej környezetében. Még javított nyúlási tulajdonságokkal rendelkező befogási helyek is előállíthatok kedvező összköltséggel.
Meghatározó emellett a rostos előgyártmány struktúrája, felépítése és összetétele, amely nyílt pórusú, fémes struktúrával rendelkezhet 30%-97% közötti porozitási tartományban, 1 μτη-3 mm közötti pórusnagysággal. Változtatható továbbá a porózus struktúra felületi érdessége, és ezzel befolyásolható az olvadék beitatódási képessége a porózus struktúrába. így lehetséges, hogy jó mechanikus horgonyzódást érhessünk el a szálak részére, az érdes struktúra által, miközben a szálak sima felülete esetén a porózus struktúra jobban átitatódhat.
Mivel a találmány szerinti alumíniummátrix összetett szerkezeti anyag azonos fajtájú alkatelemekből van összetéve, homogén szilárdsági struktúrát mutat, amely igen jó hősokkviszonyt eredményez. Mivel ezenkívül a fémalapnak megfelelően igen magas hővezető képességet lehet elérni, ezért a belső égésű motorok területén való alkalmazás különösen jelentős. Ehhez járul a jó forgácsoló- és forgács nélküli megmunkálhatóság, különösen a tisztán fémes és az alumíniummátrix összetett szerkezeti anyag átmeneti zónájában, ami ez ideig problémát jelentett a különböző szerkezetianyag-struktúráknál.
Az összetett szerkezeti anyagokból készült hengervezetőperselyek alkalmazásához szükség van arra, hogy a rostos alaktest hőtágulási együtthatója a mátrixanyaghoz, illetve az alapötvözethez illeszkedjen. Ez először a találmány szerinti alumíniummátrix összetett szerkezeti anyaggal volt elérhető, mivel a rostos alaktest egy fémes és/vagy fémközi szálasanyagból készül, és összetételének változtatásával messzemenően hozzáigazítható a fémes környezethez. Porózus kerámiastruktúrák ezzel szemben igen korlátozott tulajdonságképet mutatnak.
A kopási tulajdonságok optimális értékének eléréséhez az igénypontokban is felsorolt vas és nikkel bázisanyagok, vagy fémközi anyagok, mint a vas-, nikkel-, titán-aluminidek, volfrám, réz, kobalt, magnézium állnak rendelkezésre. Ésszerű kombinációval a követelményeknek megfelelő tulajdonságok - mint a kis fajtömeg, jó hővezető képesség, jó mechanikai megmunkálhatóság - előnyösen kikombinálhatók.
Az anyagmegválasztáson túlmenően a találmány szerinti alumíniummátrix összetett szerkezeti anyagnál fennáll annak lehetősége, hogy a rostos előgyártmányban gradiens struktúrát alakítsunk ki. Ez például lehet egy emelkedő vagy csökkenő porozitás, vagy pedig növekvő vagy csökkenő pórusnagyság a keresztmetszetben. Ezáltal lehetséges a szükséges tulajdonságok létesítése a fémmátrix-rost összetett anyagban, az igénybevételnek megfelelően.
A találmányt a továbbiakban annak előállítási eljárása, valamint néhány jellegzetes alkalmazási példa kapcsán ismertetjük részletesebben, melyekből megismerhető a találmányi gondolat előnyös érvényesítése és további hasznos tulajdonságai. Ehhez a csatolt rajzokat használjuk, melyeknél:
- az 1. ábra a találmány szerinti alumíniummátrix szerkezeti anyag előállításának műveleti lépéseit mutatja vázlatosan;
- a 2. ábrán a találmány szerinti szerkezeti anyag csapágyanyagkénti alkalmazását láthatjuk;
- a 3. ábrán a találmány szerinti szerkezeti anyagot henger-vezetőfelületként alkalmazva mutatjuk be; végül
- 4. ábránkon a találmány szerinti szerkezeti anyag szelepülékkénti alkalmazása látható.
Amint az 1. ábrán az I műveleti lépésből látható, először egy 9 rostos alaktestet egy 10 kályhában való szintereléssel szilárd struktúrává egyesítjük. A 9 rostos alaktestet lehűlése után 11 rostos előgyártmánnyá képezhetjük ki.
Az 1. ábra II műveleti lépésében all rostos előgyártmányt körülöntjük egy alumíniumötvözettel, amely a 12 mátrix szerkezeti anyagot alkotja. így létrejön a 13 alumíniummátrix összetett szerkezeti anyag, amit például csapágyanyagként, henger-vezetőfelületként vagy szelepvezetékként lehet használni.
A példákban a 2. ábrán csapágy anyagként van az anyagkombináció alkalmazva, éspedig az 1 tengely és a 2 csapágypersely alumíniumötvözetekből van, például az 1 tengely egy alakítható Al-ötvözetből, a 2 csapágypersely pedig Al-öntvényből készült, átitatott rostos előgyártmány alakjában és ezáltal azonos fajtájú szerkezetianyag-párosítás jön létre. A külső 3 burkolat tiszta mátrixfémből állítható elő, például jól hegeszthető AlMgSi-, vagy AIZnMg-ötvözetből.
Abban az esetben, ha a felhasználás henger-vezetőfelületként történik, akkor a 3. ábrán látható 4 dugattyú és az 5 béléscső közötti szerkezetianyag-párosítás javított csúszási tulajdonságokhoz vezethet. Például a 4 dugatytyú alumíniumból van, a henger 5 futófelülete (Inliner)
HU 216 623 A pedig egy alumíniumbázisú, átitatott gradienses szerkezeti anyagból. Nincsen szükség játékkiegyenlítésre, mivel a beszivárogtatott - átitatott - rostos előgyártmány külső rétege közel azonos hőtágulási tulajdonságú, mint a dugattyúpalást felülete.
A 4. ábrán látható harmadik alkalmazási példánál a szelepülék és a 6 szelep eltérő anyagokból van előállítva. Amíg a 6 szelep szerkezeti anyaga, például acél, igen jó szilárdsági tulajdonságokkal kell rendelkezzen magas hőmérsékletállás mellett, addig a 7 szelepvezető egy alumíniummátrix-ötvözettel átitatott gradienses szerkezeti anyagból van kialakítva. Ez a gradiens-szerkezete által kopásállóság tekintetében hozzáigazítható a 8 szelepszár kopásállóságához.
Amint a példából kitűnik, a motorspecifikus futási tulajdonságok és a motorspecifikus kopásviszonyok a találmány szerinti szerkezetianyag-párok használata által jelentősen javíthatók. Várható volt, hogy a futási teljesítmények azonos értékű kopásviszonyok és állandó tűrésmértékek által lényegesen megjavíthatok.
Továbbá az olajfogyasztás és ezáltal a találmány szerinti összetett szerkezeti anyagok alkalmazási területén az emissziós viselkedés javítható. Ez az elvárás kapcsolódik ahhoz a felismeréshez, hogy az alkalmazott szerkezeti anyagok kopása és az emissziós viselkedés szorosan összefügg egymással. Az olajtapadás a találmány szerinti összetett szerkezeti anyag sajátságos felülete által javítható.
A találmány szerinti összetett szerkezeti anyag kopási viselkedése összehasonlítható a nikkel-kalciumszilikát rétegekével, melyek igen kedvező kopási tulajdonságokat mutatnak. A kiterjedési viselkedés igen közel van a keramikus összetett szerkezeti anyagokéhoz.
Oxidálódással szemben ellenálló ötvözetek használatával a rostos előgyártmány átitatódása olyan kedvező lesz, hogy az összetett anyag teljes nedvesítéséről beszélhetünk.
A találmány szerinti összetett anyagok célzott felépítéséhez irányított rostszerkezetek hozhatók létre, melyek például a rostok, szálak mágneses tájolásával előre megadott térbeli szerkezetté lehetnek elrendezve. Ilyen módon tetszőleges, aszimmetrikus rostos előgyártmányok állíthatók elő, melyeknek egyes szálai a kívánt térbeli irányban helyezkednek el.
Dacára a nagyszámú alkalmazási lehetőségnek és az átitatott rostos előgyártmány, valamint a mátrix különféle ötvözet-összetételének, a találmány szerinti összetett szerkezeti anyagok problémamentesen újra feldolgozhatok. Az ez idáig szükséges költséges tisztítási eljárás, illetve a nem keramikus rostok szétválasztása többé nem szükséges.

Claims (21)

1. Alumíniummátrix összetett szerkezeti anyag, amely egy alumíniumötvözetbe beágyazott porózus rostos előgyártmányból áll, az alumíniummátrixhoz viszonyítva nagyobb szilárdsággal és javított kopási tulajdonságokkal, azzal jellemezve, hogy a rostos előgyártmány fémes és/vagy fémközi struktúrájú rostos alaktest, amely szilíciumtartalmú alumíniumötvözet-olvadékkal van átitatva, ahol az olvadék Si-tartalma 5-14 tömegszázalék között van.
2. Az 1. igénypont szerinti alumíniummátrix összetett szerkezeti anyag, azzal jellemezve, hogy a rostos alaktest szálai a kereszteződési pontokon szintereléssel össze vannak kötve.
3. Az 1. vagy 2. igénypont szerinti alumíniummátrix összetett szerkezeti anyag, azzal jellemezve, hogy az összetett szerkezeti anyag legalább egy működési felületén javított kopási tulajdonságokkal rendelkezik, mi mellett a beágyazott rostos előgyártmány a működési felület felé eső oldalánál kisebb porozitási értéket mutat, mint az összetett anyag működési felületétől elfordult oldala.
4. Az 1-3. igénypontok bármelyike szerinti alumíniummátrix összetett szerkezeti anyag, azzal jellemezve, hogy a működési felület az összetett szerkezeti anyag előgyártmány-struktúrájából van kialakítva.
5. Az 1 -4. igénypontok bármelyike szerinti alumíniummátrix összetett szerkezeti anyag, azzal jellemezve, hogy az előgyártmány struktúrája keresztmetszetében gradiens felépítésű, ahol is a porozitási értékek 20% és 98% között vannak.
6. Az 1-5. igénypontok bármelyike szerinti alumíniummátrix összetett szerkezeti anyag, azzal jellemezve, hogy az előgyártmányban 20%-tól 98%-os porozitású homogén tartományok találhatók.
7. Az 1-6. igénypontok bármelyike szerinti alumíniummátrix összetett szerkezeti anyag, azzal jellemezve, hogy az előgyártmány réteges felépítésű, éspedig egy durva pórusú támasztóréteggel és egy finom pórusú előgyártmány-struktúrájú külső réteggel, s ezek a kereszteződési pontokon össze vannak színtéréivé.
8. Az 1-7. igénypontok bármelyike szerinti alumíniummátrix összetett szerkezeti anyag, azzal jellemezve, hogy a rétegek eltérő kémiai és fizikai tulajdonságú szálakból állnak.
9. Az 1-8. igénypontok bármelyike szerinti alumíniummátrix összetett szerkezeti anyag, azzal jellemezve, hogy a rostos alaktest oxidálódásra érzéketlen vas-króm-alumínium ötvözet szálaiból áll, ahol a Fe = 50-85 tömegszázalék, a Cr= 10-30 tömegszázalék, az Al =5-20 tömegszázalék, amelyből olvasztásos kihúzással L=0,5-5 mm hosszúságú és 1-50 pm szálátmérőjű egyedi szálak jönnek létre.
10. Az 1-9. igénypontok bármelyike szerinti alumíniummátrix összetett szerkezeti anyag, azzal jellemezve, hogy az olvasztásos kihúzással készült szálak előállításához egy alumínium-nikkel ötvözet nyer alkalmazást, 7%-40% közötti alumíniumtartalommal.
11. Az 1-10. igénypontok bármelyike szerinti alumíniummátrix összetett szerkezeti anyag, azzal jellemezve, hogy a szálak előállításához vas-nikkel-alumínium ötvözet van alkalmazva.
12. Az 1-11. igénypontok bármelyike szerinti alumíniummátrix összetett szerkezeti anyag, azzal jellemezve, hogy a rostos alaktest szálai AlFe, AlTi, AlNi típusú fémközi aluminidből állnak.
HU 216 623 A
13. Eljárás alumíniummátrix összetett szerkezeti anyag előállítására, amely egy alumíniumötvözettel átitatott porózus rostos előgyártmányból áll, azzal jellemezve, hogy a rostos előgyártmány rostjait olvasztásos kihúzási eljárással nyerjük, majd homogén vagy gradienses struktúrájúra előkészítjük, és szintereléssel szilárd, porózus előgyártmánnyá kötjük össze, továbbá hogy a rostos előgyártmányt 200 °C hőmérséklet fölé előmelegítjük, majd egy szilíciumtartalmú alumíniumöntvény-ötvözet olvadékával átitatjuk.
14. A 13. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a rostos előgyártmányt fémes szálak célzott szálelrendezésével bíró, a kereszteződési pontokon szintereléssel összekötött rostos alaktestként alakítjuk ki.
15. A 13. vagy 14. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az átitatást gravitációs öntési eljárással hajtjuk végre.
16. A 13. vagy 14. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az átitatást nyomásos öntéssel, 5 m/mpnél nagyobb sebességgel végezzük.
17. A 13.-16. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a rostos előgyártmányt egy présöntő szerszámban, présöntvényötvözettel itatjuk át, 80 bar minimális nyomással.
18. A 13-17. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a rostos előgyártmány 20%-98%-ig nyitott porozitású, ahol a porozitás szabályozását a szálgeometria és a rétegzésnél a szálirányítottság segítségével végezzük.
19. A 13-18. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a rostos előgyártmány pórusnagyságát az előgyártmány térfogategységnyi száltartalma segítségével a 20 pm-1000 pm közötti tartományba állítjuk be.
20. A 13-19. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az átitatást nyomással támogatott öntési eljárással végezzük, ahol a nyomást addig tartjuk fenn, amíg egy diffúziós zóna alakul ki a rostos szerkezeti anyag és a mátrix között.
21. A 13-20. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az alumíniummal való átitatással egyidejűleg, vagy azt követően a rostos előgyártmányt körülöntjük egy mátrixszerkezeti anyaggal, a következő csoport egy vagy több fémjéből kiválasztva:
- alumínium-szilícium-magnézium-cink (önthető szerkezeti anyagok), kombinálva a fémközi vas-, nikkel-, titán-aluminid, volfrám, réz, kobalt és/vagy magnéziummal.
HU9800652A 1997-03-26 1998-03-25 Alumíniummátrix összetett szerkezeti anyag és eljárás annak előállítására HU216623B (hu)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19712624A DE19712624C2 (de) 1997-03-26 1997-03-26 Aluminiummatrix-Verbundwerkstoff und Verfahren zu seiner Herstellung

Publications (3)

Publication Number Publication Date
HU9800652D0 HU9800652D0 (en) 1998-05-28
HUP9800652A1 HUP9800652A1 (hu) 1998-10-28
HU216623B true HU216623B (hu) 1999-07-28

Family

ID=7824630

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
HU9800652A HU216623B (hu) 1997-03-26 1998-03-25 Alumíniummátrix összetett szerkezeti anyag és eljárás annak előállítására

Country Status (7)

Country Link
EP (1) EP0867517B1 (hu)
JP (1) JPH10265870A (hu)
AT (1) ATE194170T1 (hu)
BR (1) BR9806333A (hu)
CA (1) CA2232177A1 (hu)
DE (2) DE19712624C2 (hu)
HU (1) HU216623B (hu)

Families Citing this family (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19909675B4 (de) * 1999-03-05 2005-07-14 Mtu Aero Engines Gmbh Schichtstruktur und Verfahren zu ihrer Herstellung
DE60032728T2 (de) * 1999-08-10 2007-04-26 NHK Spring Co., Ltd., Yokohama Kolben mit einem metallischen verbundwerkstoff
DE10012787B4 (de) * 2000-03-16 2008-04-10 Volkswagen Ag Verfahren zur Herstellung von Leichtmetallgussteilen mit eingegossenen Buchsen
DE10121928A1 (de) * 2001-05-05 2002-11-14 Univ Friedrich Alexander Er Verfahren zur Herstellung lokal verstärkter Leichtmetallteile
KR20030000544A (ko) * 2001-06-26 2003-01-06 현대자동차주식회사 밸브시트 일체형 실린더 헤드 및 그 제조방법
DE10133757A1 (de) * 2001-07-11 2003-02-13 Mahle Ventiltrieb Gmbh Einsatz als Bodenbereich eines Zylinderkopfes
DE10157478A1 (de) * 2001-11-23 2003-06-05 Fne Gmbh Metall-Verbundwerkstoff und Verfahren zur Herstellung eines Metall-Verbundwerkstoffs
DE10251426A1 (de) * 2002-11-05 2004-05-13 Volkswagen Ag Verfahren zum Herstellen eines Zylinderkurbelgehäuses
DE102004005799A1 (de) * 2004-02-06 2005-09-01 Daimlerchrysler Ag Verfahren zur Herstellung einer lokalen Verstärkung für ein Bauteil einer Brennkraftmaschine
DE102004039306A1 (de) * 2004-08-12 2006-02-23 Bayerische Motoren Werke Ag Verfahren zum Herstellen eines Verbundgussteils
DE102005043193A1 (de) * 2005-09-09 2007-03-15 Ks Aluminium-Technologie Ag Zylinderkurbelgehäuse für Kraftfahrzeuge
DE102006007148A1 (de) * 2006-02-16 2007-08-30 Volkswagen Ag Kolben für Verbrennungsmotoren und Verfahren zur Herstellung eines Kolbens für Verbrennungsmotoren
JP5185178B2 (ja) 2009-03-31 2013-04-17 トヨタ自動車株式会社 Mmcシリンダーライナー及びその製造方法
WO2011078934A1 (en) * 2009-12-01 2011-06-30 Applied Nanostructured Solutions, Llc Metal matrix composite materials containing carbon nanotube-infused fiber materials and methods for production thereof
EP2531558B1 (en) 2010-02-02 2018-08-22 Applied NanoStructured Solutions, LLC Carbon nanotube-infused fiber materials containing parallel-aligned carbon nanotubes, methods for production thereof, and composite materials derived therefrom
US9017854B2 (en) 2010-08-30 2015-04-28 Applied Nanostructured Solutions, Llc Structural energy storage assemblies and methods for production thereof
JP2013027936A (ja) * 2012-10-24 2013-02-07 Tpr Co Ltd 支持部材
GB201223197D0 (en) * 2012-12-21 2013-02-06 Jaguar Cars Component and method of formation thereof
DE102013215020A1 (de) 2013-07-31 2015-02-05 Mahle International Gmbh Infiltrierbares Einlegeteil
CN107841659A (zh) * 2017-10-27 2018-03-27 黄林海 一种高强度耐腐蚀铝合金复合材料的制备方法

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3025636A1 (de) * 1980-07-07 1982-02-04 Alfred Teves Gmbh, 6000 Frankfurt Gegossenes werkstueck
GB2106433B (en) * 1981-09-22 1985-11-06 Ae Plc Squeeze casting of pistons
DE3418405A1 (de) * 1983-05-18 1984-11-29 Mazda Motor Corp., Hiroshima Verfahren zur herstellung von gussteilen aus aluminiumlegierung und aus einer aluminiumlegierung bestehender kolben
DE3404092C1 (de) * 1984-02-07 1985-06-13 Daimler-Benz Ag, 7000 Stuttgart Verfahren zur Herstellung faserverstaerkter Leichtmetallgussstuecke durch Druckgiessen
JPS61166935A (ja) * 1985-01-18 1986-07-28 Mazda Motor Corp 耐摩耗性に優れた複合部材およびその製造方法
JPS6267132A (ja) * 1985-09-19 1987-03-26 Nippon Kokan Kk <Nkk> 金属系複合材料の製造方法
BR8706087A (pt) * 1986-11-12 1988-06-21 Alcan Int Ltd Processo para a producao de um artigo composito fundido
BR8700527A (pt) * 1987-01-29 1988-08-16 Metal Leve Sa Processo de fabricacao de embolo e embolo para motores de combustao interna
JP2909545B2 (ja) * 1988-04-30 1999-06-23 トヨタ自動車株式会社 金属基複合材料の製造方法
JPH0636984B2 (ja) * 1990-04-27 1994-05-18 東海カーボン株式会社 部分的複合部材の製造方法
DE4115057A1 (de) * 1991-05-08 1992-11-12 Austria Metall Verfahren und einrichtung zum infiltrieren von geschmolzenem metall
DE4328619C2 (de) * 1993-08-26 1995-08-10 Peak Werkstoff Gmbh Partiell verstärktes Al-Gußbauteil und Verfahren zu dessen Herstellung
GB9414660D0 (en) * 1994-07-20 1994-09-07 Gkn Sankey Ltd An article and method for its production

Also Published As

Publication number Publication date
DE19712624A1 (de) 1998-10-01
DE19712624C2 (de) 1999-11-04
CA2232177A1 (en) 1998-09-26
DE59800182D1 (de) 2000-08-03
HU9800652D0 (en) 1998-05-28
MX9802324A (es) 1998-12-31
BR9806333A (pt) 1999-12-14
ATE194170T1 (de) 2000-07-15
HUP9800652A1 (hu) 1998-10-28
JPH10265870A (ja) 1998-10-06
EP0867517B1 (de) 2000-06-28
EP0867517A1 (de) 1998-09-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
HU216623B (hu) Alumíniummátrix összetett szerkezeti anyag és eljárás annak előállítására
US6648055B1 (en) Casting tool and method of producing a component
US4548253A (en) Method for making composite material object by plastic processing
EP0363159B1 (en) Method of dimensionally stabilizing interface between dissimilar metals in an internal combustion engine
US4708104A (en) Reinforced pistons
CA2081048C (en) Nickel coated carbon preforms
US6543334B2 (en) Cylinder block and method of making the same
US5199481A (en) Method of producing reinforced composite materials
WO2001058621A1 (en) A method for producing a cylinder block for an internal combustion engine
JP3041421B1 (ja) セラミックス強化金属基複合材料およびその製造方法
DE102004005458B4 (de) Zylinderblock für eine Brennkraftmaschine und Verfahren zur Herstellung eines Zylinderblocks
EP0870919B1 (en) Piston for an internal combustion engine and a method for producing same
RU2402413C1 (ru) Способ изготовления заготовок поршней двигателей внутреннего сгорания с металлокерамическими вставками
CN1293216C (zh) 一种高强耐磨硅基铝合金缸套及其制造方法
JPS59120755A (ja) 内燃機関用ピストン
Köhler et al. Aluminum‐matrix Composite Materials in Combustion Engines
EP1087123A2 (en) Piston with tailored mechanical properties
KR20030016696A (ko) 엔진용 실린더 블록 제조방법
MXPA98002324A (en) Combined material of aluminum matrix and process for your manufacturer
JP3323396B2 (ja) シリンダライナ及びシリンダブロック並びにそれらの製造方法
Skryabin et al. The technology of manufacture of the pistons of the heat engine by the method of liquid stamping
JPH0339828B2 (hu)
Verma et al. Manufacturing of composites by squeeze casting
JP3577748B2 (ja) 金属基複合体およびその製造方法
JPH08303297A (ja) 内燃機関のピストン及びその製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
HMM4 Cancellation of final prot. due to non-payment of fee