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
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.