DE901104C - Composite casting and process for its manufacture - Google Patents
Composite casting and process for its manufactureInfo
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- DE901104C DE901104C DEF5009A DEF0005009A DE901104C DE 901104 C DE901104 C DE 901104C DE F5009 A DEF5009 A DE F5009A DE F0005009 A DEF0005009 A DE F0005009A DE 901104 C DE901104 C DE 901104C
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Description
Verbundgußstück und Verfahren zu dessen Herstellung Die Erfindung bezieht sich auf Kolben für Verbrennungskraftmaschinen aus Leichtmetall.Composite casting and method for making the same. The invention refers to pistons for internal combustion engines made of light metal.
Bisher wurde vorgeschlagen, die Abnutzungseigenschaft von Aluminiumkolben dadurch zu verbessern, daß in der Nähe des Kolbenbodens ein Band eingelegt wird, in das die Kolbenringnuten eingedreht sind. Für solche Bänder wurden Stahl und Gußeisen wegen der geringeren Abnutzung dieser Metalle gegenüber Aluminium und Aluminiumlegierungen vorgeschlagen. Wegen der weit äuseinanderliegenden Wärmeausdehnungskoeffizienten von Gußeisen und Stahl einerseits und Aluminium und Aluminiumlegierungen andererseits wurde weiterhin vorgeschlagen, d!em Eisen und Stahl ein Legierungsmetall, wie beispielsweise Nickel, hinzuzufügen, das diesem einen Wärmeausdehnungskoeffizienten verleiht, der dem des Aluminiums oder der Aluminiumlegierung, die den Kolbenkörper bildet, näherkommt. Jedoch sogar in diesem Fall läßt die Verschiedenheit der Wärmeausdehnung zwischen dem eingelegten Band und dem Kolbenkörper aus Aluminium das Aluminium während des Erhitzungsvorganges gegen die zurückhaltende Wirkung des Eisen- oder Stahlbandes wachsen. Dadurch ergibt sich :eine sehr geringe Stauchung des Aluminiums, so daß bei dessen Abkühlung das Band nicht mehr so dicht anliegt wie ursprünglich. Weitere Erhitzungsvorgänge vergrößern diesen Zustand, bis das Ringband am Ende in dem Aluminiumkolben lose: wird. Obgleich Einlagen aus hochnickelhalti-gem Gußeisen mit hohem Wärmeausdehnungskoeffizienten bei Aluminiumkolben nützlich und erwünscht sind, wird dadurch das Problem nicht vollständig gelöst.So far it has been suggested the wear property of aluminum pistons to be improved by inserting a band near the piston crown, into which the piston ring grooves are screwed. Steel and cast iron were used for such belts because of the lower wear of these metals compared to aluminum and aluminum alloys suggested. Because of the widely differing thermal expansion coefficients of cast iron and steel on the one hand and aluminum and aluminum alloys on the other it has also been proposed that iron and steel be an alloy metal such as Nickel, which gives it a coefficient of thermal expansion that closer to that of aluminum or the aluminum alloy that makes up the piston body. However, even in this case the mismatch in thermal expansion leaves between the inserted band and the piston body made of aluminum, the aluminum during the Heating process against the reticent effect of the iron or steel strip grow. This results in: a very low compression of the aluminum, so that when it Cooling down the tape is no longer as tight as it was originally. Further heating processes increase this state until the ring band is loosely at the end in the aluminum piston: will. Although inlays made of high-nickel cast iron with a high coefficient of thermal expansion in aluminum pistons are useful and desirable, this does not add to the problem completely resolved.
Gemäß der Erfindung sind aus Aluminium und aus Aluminiumlegierungen hergestellte Kolben, in die den Verschleiß verringernde Ringbänder eingelegt sind, durch ein Gießverfahren hergestellt, bei dem die ringförmige Einlage molekular mit dem Aluminium mit dem Kolben unter solchen Bedingungen verbunden wird, daß ein Unterschied in dem Wärmeausdebnungskoeffizient zwischen dem Aluminium und dem Eisenmetall nicht ausreicht, um beim Abkühlen nach dem Gießen eine Spannung zu erzeugen, die die Festigkeit der Verbindung übersteigt. Demzufolge wird der Kolben auch hinterher im Betrieb bei großen Temperaturschwankungen nicht zerstört. Das Ringband bleibt, wie es durch harten Betrieb im tatsächlichen Gebrauch nachgewiesen wurde, fest in dem Kolben.According to the invention are made of aluminum and aluminum alloys manufactured pistons in which wear-reducing ring bands are inserted, produced by a casting process in which the ring-shaped insert is molecularly with the aluminum is bonded to the piston under such conditions that there is a difference in the coefficient of thermal expansion between the aluminum and the ferrous metal sufficient to generate tension on cooling after casting, which increases the strength the connection exceeds. As a result, the piston will also operate afterwards not destroyed by large temperature fluctuations. The ring ligament stays as it is through hard operation in actual use has been proven firmly in the piston.
Erfindungsgemäß sind bei den Kolben für Verbrennungskraftmaschinen die Eisenringe und das Aluminium durch einen dünnen Film von wenigen hundertstel Millimetern einer iEisen- und Aluminiumlegierung verbunden. Außerdem muß der Ring aus einem Eisen von hoher Festigkeit und einem Elastizitätsmodul unter etwa 1,i2 X los kg/cm2 bestehen. Vorzugsweise soll der Elastizitätsmodul des (Eisenringes zwischen etwa 0,77 X los kg/cm2 und etwa i,o5i X los kg/crrm2 liegen. Besonders geeignet ist Grauguß mit einem niedrigen Elastizitätsmodul. Das Verbinden des Aluminiums mit dem Eisenring erfolgt in der Weise, däß der Eisenring aus Grauguß mit niedrigem Elastizitätsmodul zuerst mit einem dünnen Film geschmolzenen Aluminiums von wenigen hundertstel Millimetern überzogen wird.According to the invention, the iron rings and the aluminum in the pistons for internal combustion engines are connected by a thin film of a few hundredths of a millimeter of an iron and aluminum alloy. In addition, the ring must be made of an iron of high strength and a modulus of elasticity below about 1.12 X los kg / cm2. The modulus of elasticity of the iron ring should preferably be between about 0.77 X los kg / cm2 and about i, o5i X los kg / cm2. Gray cast iron with a low modulus of elasticity is particularly suitable. that the iron ring made of gray cast iron with a low modulus of elasticity is first coated with a thin film of molten aluminum of a few hundredths of a millimeter.
Während der mit Aluminium überzogene Ring noch mindestens die Schmelztemperatur besitzt, bei der das für den Kolbenkörper verwendete Aluminium bzw. Aluminiumlegierung gegossen wird, und der Aluminiumfilm auf dem Band flüssig oder plastisch ist, wird das Metall des Aluminiumkörpers in bekannter Weise vorzugsweise in einer Dauergießform um die Einlage herum egossen. Wenn der Kolben abgekühlt ist und aus der Form genommen wird, ist der Ring mittels der dazwischenliegenden Schicht aus einer Eisen-Aluminium-Legierung, die wegen ihrer spröden Natur auf wenige hundertstel Millimeter bemessen wird, äußerst fest mit dem Aluminium verbunden.During the aluminum-coated ring, at least the melting temperature in which the aluminum or aluminum alloy used for the piston body is poured, and the aluminum film on the tape is liquid or plastic, becomes the metal of the aluminum body in a known manner, preferably in a permanent casting mold poured around the insert. When the flask has cooled down and removed from the mold the ring is made of an iron-aluminum alloy by means of the intermediate layer, which due to its brittle nature is measured to a few hundredths of a millimeter, extremely firmly connected to the aluminum.
Das Herstellungsverfahren gemäß der Erfindung ergibt einen festgefugten und gegen Verschleiß widerstandsfähigen Verbundgußko:lben. Er besitzt das niedrige Gewicht des Aluminiums und an der Stelle, an der die größte Abnutzung auftritt, die Festigkeit von Gußeisen oder Stahl. Die Erfindung ist im folgenden an Hand. schematischer Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel erläutert.The manufacturing method according to the invention results in a firmly jointed one and composite cast iron resistant to wear: lben. He owns the low one Weight of the aluminum and where the greatest wear occurs, the strength of cast iron or steel. The invention is illustrated below. Schematic drawings explained on an exemplary embodiment.
Fig. i ist ein Querschnitt durch einen die Erfindung erläuternden Verbundgußkolben; Fig. 2 ist ein vergrößerter Querschnitt durch die Kolbeneinlage (Kolbenring) der Fig. i.Fig. I is a cross-section through an illustrative of the invention Composite cast piston; Figure 2 is an enlarged cross-section through the piston liner (Piston ring) of Fig. I.
In den Zeichnungen ist mit io, eine ringförmige Einlage aus Gußeisen oder -stahl bezeichnet, die in einem Kolben m aus gegossenem Aluminium bzw. Aluminiumlegierung eingelegt ist. Diese Einlage io wird vorzugsweise von einem Vollring ohne die Kolbenringnuten i2 gebildet, die erst nach der Fertigstellung des Verbundkolbens eingedreht werden. Außerdem isst die Einlage io vorzugsweise im Außendurchmesser größer als der Kolben, so daß sie in einer Vertiefung der Dauergießform angeordnet werden kann, in der das Aluminium oder die Aluminiumlegierung gegossen wird.In the drawings, with io, is a ring-shaped insert made of cast iron or steel referred to in a piston m made of cast aluminum or aluminum alloy is inserted. This insert io is preferably made of a full ring without the piston ring grooves i2 formed, which are only screwed in after the composite piston has been completed. In addition, the insert preferably eats larger in outer diameter than the piston, so that it can be arranged in a recess of the permanent mold in which the aluminum or aluminum alloy is cast.
Vor dem Einlegen in die Form wird die Einlage aus Gußeisen oder Stahl auf die Temperatur erhitzt, bei der Aluminium mit dem Gußesen oder Stahl legiert, was vorzugsweise dadurch geschieht, daß die Einlage io in ein Bad geschmolzenen Aluminiums bzw. einer Aluminiumlegierung genügend lange eingetaucht wird, um diese Temperatur zu erreichen und die Legierungsbildung in der gewünschten dünnen Schicht zwischen der Oberfläche des Metalls der Einlagen io und dem geschmolzenen Aluminium bzw. Aluminiumlegierung stattfindet.Before it is placed in the mold, the insert is made of cast iron or steel heated to the temperature at which aluminum is alloyed with cast iron or steel, which is preferably done in that the deposit is melted io in a bath Aluminum or an aluminum alloy is immersed long enough to this To reach temperature and alloy formation in the desired thin layer between the surface of the metal of the inserts and the molten aluminum or aluminum alloy takes place.
Die überzogene Einlage io wird dann, solange der Oberflächenfilm aus Aluminium noch flüssig oder plastisch ist, in die Dauergießform eingebracht und das geschmolzene Aluminium b:zw. Aluminiumlegierung des Kolbenkörpers i i um die Einlage io herumgegossen. Infolge der Schmelzvereinigung zwischen dem flüssigen oderplastischen Aluminiumfilm auf der Einlage io, und dem angegossenen Aluminium oder der angegossenen Aluminiumlegierung sind der Kolbenkörper @i;i und der Eisenring io: über die Eisen-Aluminium-Legierung 13 homogen miteinander verb:un@ Wie bekannt, sind die thermischen und mechanischen Spannungen bzw. Schlag- und Verschleißbeanspruchungen, denen der Kolben im Betrieb unterworfen ist, beträchtlich. Es ist deshalb in erster Linie erwünscht, diese auf ein Mindestmaß herabzudrücken. Deshalb wird, um die Verschiedenheit der Ausdehnungskoeffizienten zwischen dem Material des Ringes i0 und dem Material des Kolbenkörpers i i zu verringern, die Ringeinlage io aus einem Eisen oder Stahl von hoher Festig= keit und einem Elastizitätsmodül unter etwa 16 X ioB gefertigt. Geeignet ist z. B. ein hochnickelbaltiges Gußeisen, @d'as etwa i2,5 °/a Nickel enthält. Diese Differenz in der Wärmeausdehnung kann weiterhin dadurch verringert werden, daß als Material für den Kolbenkörper i i eine Aluminiumlegierung mit Legierungsbestandteilen, welche die Wärmeausdehnung des. Aluminiums verringern, verwendet wird. Eine solche Legierung ist z. B. ein Aluminium, das UNO, Silizium, 2,5 % Nickel, r,2 % Magnesium und o,8% Kupfer enthält. Wenn ein Gußeisenring io mit dem vorher erwähnten hohen Nickelgehalt und für den Kolbenkörper i i eine Aluminiumlegierung mit niedrigen Ausdehnungskoeffizienten verwendet wird, dann widersteht der Kolben gemäß der Erfindung dem härtesten Betrieb ohne Schaden außer einer normalen Abnutzung.The coated inlay is then as long as the surface film is off Aluminum is still liquid or plastic, introduced into the permanent casting mold and the molten aluminum b: betw. Aluminum alloy of the piston body i i around the Inlay poured around. As a result of the fusion between the liquid or plastic aluminum film on the insert io, and the cast aluminum or the cast aluminum alloy are the piston body @i; i and the iron ring io: homogeneously with each other via the iron-aluminum alloy 13 verb: un @ As known, are the thermal and mechanical stresses or impact and wear loads, to which the piston is subjected in operation, considerably. It is therefore in the first place Line wanted to keep this down to a minimum. That is why, in order to the disparity the expansion coefficient between the material of the ring i0 and the material of the piston body i i to reduce the ring insert io made of an iron or steel of high strength and a modulus of elasticity below about 16 X ioB. Suitable is z. B. a cast iron with high nickel content, @ d'as contains about i2.5 ° / a nickel. This difference in thermal expansion can be further reduced by that the material for the piston body i i is an aluminum alloy with alloy components, which reduce the thermal expansion of the aluminum is used. Such alloy is z. B. an aluminum, the UNO, silicon, 2.5% nickel, r, 2% magnesium and o, 8% Contains copper. If a cast iron ring is ok with the aforementioned high nickel content and an aluminum alloy with a low expansion coefficient for the piston body i i is used, then the piston according to the invention withstands the toughest operation without damage other than normal wear and tear.
Auch Grauguß mit niedrigem Elastizitätsmodul kann mit guten Ergebnissen als Material für die Einlage verwendet werden. Der Elastizitätsmodul muß aber unter etwa i,i2 X iog kg/em2 und vorzugsweise zwischen 0,717 X IOß und i,oi51 X iog kg/cm2 liegen.Gray cast iron with a low modulus of elasticity can also be used as the material for the insert with good results. The modulus of elasticity must, however, be less than about 1.12 X 10 kg / cm2 and preferably between 0.717 X IOß and 1.051 X 10 kg / cm2.
Die Festigkeit der Verbindung 13 des Kolbens dieser Erfindung ergibt einen. solchen Sicherheitsfaktor, daß die Verbindung i'3, auch ohne weiteres axial so weit ausgedehnt werden kann, daß, falls erwünscht, die nächste benachbarte Kolbenringnut 12' ebenfalls in der Einlage io untergebracht werden kann, obwohl gewöhnlich die obersten ein oder zwei Ringe die stärkste Abnutzung erleiden und deshalb die Eiseneinlage in erster Linie für diese erforderlich ist.The strength of the joint 13 of the piston of this invention provides one. such a safety factor that the connection i'3 can easily be expanded axially so far that, if desired, the next adjacent piston ring groove 12 'can also be accommodated in the insert io, although usually the top one or two rings are the strongest Suffering wear and tear and therefore the iron insert is primarily required for this.
Claims (2)
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US901104XA | 1949-11-10 | 1949-11-10 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE901104C true DE901104C (en) | 1954-01-07 |
Family
ID=22221367
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DEF5009A Expired DE901104C (en) | 1949-11-10 | 1950-11-10 | Composite casting and process for its manufacture |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE901104C (en) |
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