DE3339867A1 - Verfahren zur herstellung verschleissfester oberflaechen der ringnuten von aus aluminiumlegierungen bestehenden kolben fuer brennkraftmaschinen - Google Patents
Verfahren zur herstellung verschleissfester oberflaechen der ringnuten von aus aluminiumlegierungen bestehenden kolben fuer brennkraftmaschinenInfo
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Description
Verfahren zur Herstellung verschleißfester Oberflächen der Ringnuten von aus Aluminiumlegierungen bestehenden
Kolben für Brennkraftmaschinen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung verschleißfester
Oberflächen der Ringnuten, wengistens der obersten Ringnut, vorzugsweise der Ringnutflanken, von aus
Aluminiumlegierungen bestehenden Kolben für Brennkraftmaschinen, wobei nach Patent ... (Patentanmeldung
P 32 46 630.7) am Kolbenrohling im Bereich der mit verschleißfesten
Oberflächen zu versehenden Ringnuten jeweils eine Nut vorgestochen wird, die bei um seine Längsachse
rotierendem Kolbenrohling durch Lichtbogenschweißen mit einem aus einer siliziumhaltigen Aluminiumlegierung bestehenden
Zusatzwerkstoff ausgefüllt und danach die Kolbenringnut
eingestochen wird.
Die durch die Anwendung dieser Verfahrensmaßnahmen erzielte
verschleißfeste und festhaftende Oberflächenschicht mit
einer Härte von ^ 150 HB stellt einen Kompromiß zwischen der vergleichsweise hohen Verschleißfestigkeit der Ringnut
eines mit einem Ringträger aus Eisenwerkstoff bestückten
Aluminiumkolbens und der relativ geringen Verschleißfestigkeit der Ringnut eines Kolbens, bei dem die Verschleißschutzschicht
durch Auflegieren des Kolbenwerk-
stoffs mit einem aus einer Aluminiumlegierung bestehenden
Zusatzwerkstoff erzeugt worden ist, ohne daß das Gewicht
des Aluminiumkolbens und der Herstellungsaufwand in beachtenswerter Weise erhöht werden.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den vorstehend beschriebenen Kompromiß weiter zu verbessern.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß
durch Anschmelzen des Kolbenwerkstoffs und gleichzeitiges Abschmelzen einer aus einer siliziumhaltigen Aluminiumlegierung
und wenigstens einer weiteren aus einem anderen die Härte und Verschleißfestigkeit erhöhenden Zusatzwerkstoff
bestehenden Elektrode durch Lichtbogenschweißen mit hoher Schweißgeschwindigkeit die vorgestochene Nut mit
einer Hartlegierung ausgefüllt wird.
Als Hartlegierungen werden Komplexe mehrphasiger Legierungen bezeichnet, deren Gefüge aus einer relativ
plastischen Matrix und darin eingelagerten Hartstoffen besteht. Zu den Hartlegierungen zählen auch sogenannte
Pseudolegierungen (Metall- oder Phasenmischungen).
Zweckmäßigerweise werden zur Erzeugung der Hartlegierung zusammen mit der siliziumhaltigen Aluminiumlegierung als
weitere Zusatzwerkstoffe Eisen, Nickel, Chrom, Kupfer, Wolfram, Mangan, Molbydän, Titan, Zirkonium, Vanadium,
Niob, Bor oder deren Legierungen, Pseudolegierungen oder Mischungen dieser Elemente eingesetzt.
Durch das wechselseitige Abtropfen der aus der siliziumhaltigen Aluminiumlegierung und dem bzw. den weiteren Zusatzwerkstoffen
bestehenden Elektroden wird eine gute Vermischung zwischen den Zusatzwerkstoffen und der daraus gebildeten
Hartlegierung mit dem angeschmolzenen Kolbenwerkstoff erreicht.
Nach einem besonderen Merkmal des erfindungsgemäßen Verfahrens
beträgt die Schweißgeschwindigkeit 0,25 bis 1,5 m/s, vorzugsweise 0,5 bis 1 m/s, wodurch an
der Erstarrungsfront der Hartlegierung eine Abkühlge-
2 5
schwindigkeit von 10 bis 10 Kelvin pro Sekunde erreicht
wird, die von entscheidendem Einfluß auf die optimale Gefügeausbildung der Hartlegierung ist.
Zweckmäßigerweise besitzt der gleichzeitig mit der siliziumhaltigen
Aluminiumlegierung durch Lichtbogenschweißen mit abschmelzender Elektrode eingesetzte weitere Zusatzwerkstoff
eine solche Zusammensetzung, daß der summierte Anteil der Zusatzwerkstoffe ohne Aluminium und Silizium in
der Hartlegierung mehr als 15 bis 50 Vol.% beträgt.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung kann die Hartlegierung zu wenigstens 30 bis 50 % die gleiche Zusammensetzung
wie der Kolbenwerkstoff aufweisen.
Die Oberfläche der eingestochenen Ringnut sollte im Bereich·
der Hartlegierung zu mehr als 30 bis 80 % aus Hartphasen gebildet sein.
Die Erfindung ist im folgenden durch ein Beispiel erläutert.
In einen aus einer Aluminiumlegierung des Typs AlSil2CuNiMg bestehenden Kolbenrohling wird im Bereich der
einzustechenden obersten Ringnut eine Nut von 4 mm Breite, 2 mm Tiefe mit einem Ausrundungsradius von R2 vorgestochen,
die anschließend unter Verwendung des MIG-PuIs-Schweißverfahrens
durch gleichzeitiges Abschmelzen einer aus AlSi12 und einer aus NiCu30Fe bestehenden Elektrode
(Qs 1,6 mm bzw. 0,6 mm) bei einer Schweißgeschwindigkeit von 1 m/s, mit der sich aus den beiden Zusatzwerkstoffen
in der Nut bildenden Hartlegierung gefüllt wird. Die harten Phasen der Hartlegierung sind vorzugsweise durch
Nickel und Nickel Aluminide und die Matrix durch AlSil2 gebildet. Die Hartlegierung besitzt eine Härte von 210 HB
und weist nachstehende Zusammensetzung auf:
Si 9,77 % Mn 0,19 %
Cu 6,65 % Zn 0,03 %
Mg 0,39 % Pb 0,02 %
Ni 12,86 % Ti 0,03 %
Fe 0,56 % Al Rest
Fig. 1 zeigt in 8-facher Vergrößerung ein Schliffbild
eines Teillängsschnittes durch das Oberteil des Kolbens
mit vorgestochener und mit der Hartlegierung ausgefüllter Nut. Die Fig. 2 und Fig. 3 geben in 100- bzw. 500-facher
Vergrößerung das Gefüge im Übergangsbereich von Kolben-' werkstoff und Hartlegierung wieder. Das Gefüge hat eine
vernachlässigbare Porosität und weist keine oxidischen Einschwemmungen auf.
Der durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen erzielte Vorteil
besteht insbesondere darin, daß eine relativ hohe Härte und Verschleißfestigkeit ohne merkliche Gewichtserhöhung
des Kolbens erzielt werden.
Claims (4)
- 3333867PATENTANSPRÜCHEf 1.) Verfahren zur Herstellung verschleißfester Oberflächen der Ringnuten, wengistens der obersten Ringnut, vorzugsweise der Ringnutflanken, von aus Aluminiuralegierungen bestehenden Kolben für Brennkraftmaschinen, wobei nach Patent ... (Patentanmeldung P 32 46 630.7) am Kolbenrohling im Bereich der mit verschleißfesten Oberflächen zu versehenden Ringnuten jeweils eine Nut vorgestochen wird, die bei um seine Längsachse rotierendem Kolbenrohlihg durch Lichtbogenschweißen mit einem aus einer siliziumhaltigen Aluminiumlegierung bestehenden Zusatzwerkstoff ausgefüllt und danach die Kolbenringnut eingestochen wird, dadurch gekennzeichnet, daß durch Anschmelzen des Kolbenwerkstoffs und gleichzeitiges Abschmelzen einer aus der silizumhaltigen Aluminiumlegierung und wenigstens einer weiteren aus einem anderen Zusatzwerkstoff bestehenden Elektrode durch Lichtbogenschweißen mit hoher Schwexßgeschwindigkeit die vorgestochene Nut mit einer Hartlegierung ausgefüllt wird.
- 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der andere Zusatzwerkstoff aus Eisen, Nickel, Chrom, Kupfer, Wolfram, Mangan, Molybdän, Titan, Zirkonium, Vanadium, Niob, Bor oder deren Legierungen, Pseudolegie- rungen oder Mischungen dieser Elemente besteht.
- 3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schweißgeschwindigkeit 0,25 bis 1,5 m/s, vorzugsweise 0,5 bis 1 m/s, beträgt.
- 4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche der eingestochenen Ringnut im Bereich der Hartlegierung zu mehr als 30 bis 80 % aus Hartphasen besteht.
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