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AT504924A1 - VEHICLE COMPONENT - Google Patents

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AT504924A1
AT504924A1 AT0037407A AT3742007A AT504924A1 AT 504924 A1 AT504924 A1 AT 504924A1 AT 0037407 A AT0037407 A AT 0037407A AT 3742007 A AT3742007 A AT 3742007A AT 504924 A1 AT504924 A1 AT 504924A1
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aluminum alloy
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Description

• · « · · • · · ··· · · * • ··· · · · 1• · " · · • · · ··· · · * • ··· · · · 1

Fahrzeugkomponentevehicle component

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer insbesondere dynamisch belasteten Fahrzeugkomponente wie eines Kolbens oder eines anderen Teiles eines 5 Verbrennungsmotors.The invention relates to a method for producing a particular dynamically loaded vehicle component such as a piston or another part of a 5 internal combustion engine.

Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Fahrzeugkomponente.Furthermore, the invention relates to a vehicle component.

Im Einsatz zu bewegende Bauteile von Verbrennungsmotoren, beispielsweise Kolben, 10 werden mit Vorzug aus möglichst leichtgewichtigen Materialien gefertigt. Dabei greift man unter anderem auf Aluminium oder dessen Legierungen zurück, welche bekanntermaßen eine relativ geringe Dichte aufweisen.In use to moving components of internal combustion engines, such as pistons, 10 are made with preference from lightweight materials as possible. Here, inter alia, one resorts to aluminum or its alloys, which are known to have a relatively low density.

Um den eingesetzten Legierungen eine hohe Festigkeit zu verleihen, wie es für viele 15 Einsatzzwecke notwendig ist, werden diese ausscheidungsgehärtet, so dass Bauteile erhalten werden können, die bei Raumtemperatur eine hohe Zugfestigkeit aufweisen. Dabei bleibt allerdings oftmals unberücksichtigt, dass die Bauteile vor allem in Extremsituationen auch Einsatztemperaturen von mehreren Hundert Grad Celsius ausgesetzt sein können. In diesem Fall kann ein ausscheidungsgehärteter Bauteil im 20 Hochtemperatureinsatz seine bei Raumtemperatur hohe Zugfestigkeit sehr rasch verlieren. So zeigt sich bei der häufig eingesetzten Aluminiumlegierung 2618 bei 300 °C und einer Haltezeit von 20 Stunden ein Festigkeitsabfall von nahezu 50 %. Ein derartiger Festigkeitsabfall und damit verbundene Gefahren können nur durch eine vorab massivere Auslegung von Bauteilen kompensiert werden, was wiederum dem angestrebten Prinzip 25 einer leichtgewichtigen Bauweise bewegter Bauteile entgegensteht.In order to impart a high strength to the alloys used, as is necessary for many applications, they are precipitation hardened, so that components can be obtained which have a high tensile strength at room temperature. However, it is often disregarded that the components can be exposed to operating temperatures of several hundred degrees Celsius, especially in extreme situations. In this case, a precipitation-hardened component may lose its high tensile strength at room temperature very rapidly in high-temperature use. Thus, with the frequently used aluminum alloy 2618 at 300 ° C. and a holding time of 20 hours, a decrease in strength of almost 50% is evident. Such a drop in strength and associated risks can only be compensated by a more massive design of components, which in turn precludes the desired principle 25 of a lightweight construction of moving components.

Davon ausgehend setzt sich die Erfindung das Ziel, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, mit welchem eine leichtgewichtige Fahrzeugkomponente bereitgestellt werden kann, die eine bleibend hohe Warmfestigkeit aufweist.On this basis, the invention has the object to provide a method of the type mentioned, with which a lightweight vehicle component can be provided, which has a consistently high heat resistance.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, eine leichtgewichtige Fahrzeugkomponente anzugeben, welche eine bleibend hohe Warmfestigkeit aufweist. 30 • · · · · · · · · · • · · · · ♦ · ·φ· ··· • · · · · ··· t · · ····· · · · · 2Another object of the invention is to provide a lightweight vehicle component which has a consistently high thermal stability. 30 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ···············

Das verfahrensmäßige Ziel der Erfindung wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch erreicht, dass es folgende Schritte umfasst: a) Bereitstellen von gasverdüsten Partikeln aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, wobei eine durchschnittliche Größe der Partikel weniger als 10 pm 5 beträgt, b) Verdichten der Partikel, optional in Kombination mit Verstärkungspartikeln, zu einem formstabilen Block, danach c) Umformen des Blockes bei einer Temperatur von zumindest 250 °C, d) Erstellen der Fahrzeugkomponente aus dem umgeformten Block oder Teilen davon. 10The method of the invention is achieved in a method of the type mentioned above in that it comprises the following steps: a) providing gas atomized particles of aluminum or an aluminum alloy, wherein an average size of the particles is less than 10 pm 5, b) compacting the particle, optionally in combination with reinforcing particles, to a dimensionally stable block, then c) forming the block at a temperature of at least 250 ° C, d) creating the vehicle component from the formed block or parts thereof. 10

Das erfindungsgemäße Konzept besteht darin, einen verdichteten formstabilen bzw. selbsttragenden Block aus kleinen Aluminium- oder Aluminiumlegierungs-Partikeln zu schaffen, welcher Block in der Folge beispielsweise durch Gesenkschmieden mit einem Umformgrad von mindestens vierfach umgeformt wird. Das vorgesehene Vorverdichten in 15 Schritt b) ist erforderlich, um nach der anschließenden Umformung einen im Wesentlichen dichten Körper zu erhalten. Bei der Umformung selbst werden ab Temperaturen von ca. 250 °C die Oxidhäute, welche sich auf Grund der hohen Affinität von Aluminium zu Sauerstoff auf den Oberflächen der Partikeln befinden, aufgebrochen, so dass während der Umformung, bei der auch eine weitere Verdichtung des Materials erfolgt, Oxide 20 feindispers im Matrixmaterial verteilt bzw. in dieses eingearbeitet werden, wobei gleichzeitig die feinen Partikel, die vor Umformen eine durchschnittliche Größe von weniger als 10 pm aufweisen, eine Größenabnahme erfahren können. Die im Matrixmetall fein verteilten Oxide verhindern bzw. behindern Versetzungsbewegungen in den Körnern, was eine hohe Zugfestigkeit des so erstellten Materials bewirkt. Das Material bzw. der 25 Werkstoff ist also strukturverfestigt und behält eine hohe Zugfestigkeit auch über lange Zeiträume bei hohen Temperaturen von beispielsweise 300 °C. Das Material eignet sich vorzüglich zur Erstellung von Fahrzeugkomponenten mit stabil hoher Warmfestigkeit.The inventive concept is to provide a compact dimensionally stable or self-supporting block of small aluminum or aluminum alloy particles, which block in the sequence, for example, by drop forging is formed with a degree of deformation of at least fourfold. The intended precompression in step b) is required in order to obtain a substantially dense body after the subsequent forming. During the forming itself, the oxide skins, which are due to the high affinity of aluminum to oxygen on the surfaces of the particles are broken from temperatures of about 250 ° C, so that during the forming, in which also a further compression of the material takes place, oxides 20 finely dispersed in the matrix material or incorporated into this, wherein at the same time the fine particles, which have an average size of less than 10 pm prior to reshaping, can undergo a decrease in size. The oxides finely distributed in the matrix metal prevent or hinder dislocation movements in the grains, which causes a high tensile strength of the material thus produced. The material or the material is thus structurally solidified and retains a high tensile strength even over long periods of time at high temperatures of, for example, 300 ° C. The material is ideal for creating vehicle components with stable high heat resistance.

Die Partikel aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung mit einer Größe von weniger 30 als 10 pm können unter Sauerstoff, aber auch unter Stickstoff verdüst sein. Auch in letzterem Fall bildet sich die im Rahmen der Erfindung gewünschte Oxidhaut mit einem für die Strukturverfestigung geeigneten Verhältnis von Metallkem zu Oxidhaut aus. • · · · · · · ··· ··· • · · · · ··· · · · ····· · ··· 3 Günstig ist es, wenn eine durchschnittliche Größe der Partikel aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung weniger als 5 pm, bevorzugt 0,1 gm bis 1,5 gm, beträgt. Je kleiner die gasverdüsten Partikel sind, desto höher wird ein relativer Anteil der beim Verdüsen oder danach ausgebildeten Oxidhaut am Gesamtvolumen eines Partikels. Dadurch steigt 5 auch ein Anteil an feindispersem Oxid im verarbeiteten Material, was wiederum einer wirksamen Strukturverfestigung und damit einer hohen Warmfestigkeit zugute kommt. Ein optimaler Aluminiumoxidgehalt der Partikeln beträgt in Bezug auf ein Gesamtvolumen derselben 5 % bis 12 %. 10 Um hohe Zugfestigkeiten zu erreichen kann vorgesehen sein, dass im Schritt b) beispielsweise Verstärkungspartikel aus einem amorphen Metall und/oder einer amorphen Legierung beigemengt werden. Auf Grund eines Fehlens einer kristallinen Struktur und damit von Gleitebenen sind durch derartige Partikeln Versetzungen noch stärker behindert, mit dem Vorteil, dass auch eine Festigkeit, insbesondere 15 Warmfestigkeit, erhöht ist. Wenn Verstärkungspartikel aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung eingesetzt werden, kann eine gute Einbindung der Verstärkungspartikel in die matrixbildenden Partikeln erzielt werden.The particles of aluminum or an aluminum alloy with a size of less than 30 pm may be atomized under oxygen but also under nitrogen. Also in the latter case, the oxide skin desired in the context of the invention forms with a ratio of metal core to oxide skin which is suitable for structural strengthening. It is favorable if the average size of the aluminum or aluminum alloy particles is less is 5 pm, preferably 0.1 gm to 1.5 gm. The smaller the gas atomized particles are, the higher becomes a relative proportion of the oxide skin formed on atomization or thereafter on the total volume of a particle. As a result, a proportion of finely dispersed oxide in the processed material also increases, which in turn benefits effective structural consolidation and thus high heat resistance. An optimum alumina content of the particles is 5% to 12% with respect to a total volume thereof. In order to achieve high tensile strengths it can be provided that in step b), for example, reinforcing particles of an amorphous metal and / or an amorphous alloy are mixed in. Due to a lack of a crystalline structure and thus of slip planes dislocations are even more hampered by such particles, with the advantage that also a strength, in particular 15 heat resistance, is increased. When reinforcing particles of aluminum or an aluminum alloy are used, good incorporation of the reinforcing particles into the matrix-forming particles can be achieved.

Sofern Verstärkungspartikel eingesetzt werden, weisen diese bevorzugt eine 20 durchschnittliche Größe von weniger als 500 pm, bevorzugt weniger als 200 pm, auf.If reinforcing particles are used, they preferably have an average size of less than 500 μm, preferably less than 200 μm.

Mit Bezug auf eine optimale Festigkeit und Zähigkeit einerseits sowie gute Verarbeitbarkeit der Partikelmischung andererseits kann es zweckmäßig sein, dass ein Volumenanteil der Verstärkungspartikel 5 % bis 45 %, vorzugsweise 15 % bis 35 %, 25 beträgt.With regard to optimum strength and toughness on the one hand and good processability of the particle mixture on the other hand, it may be appropriate that a volume fraction of the reinforcing particles is 5% to 45%, preferably 15% to 35%, 25.

Das erfindungsgemäß vorgesehene Verdichten der gasverdüsten Aluminium- oder Aluminiumlegierungs-Partikel kann durch ein an sich bekanntes kaltisostatisches Pressen erfolgen.The inventively provided compression of the gas atomized aluminum or aluminum alloy particles can be done by a known per se cold isostatic pressing.

Hinsichtlich einer Umformung des so erstellten Blockes bei einer Temperatur von zumindest 250 °C stehen mehrere Möglichkeiten offen: 30 • ·· ·· · · ·· · • * · 9 · · · ··· ··· • · · · · ··· · # · ····· · · · · 4With regard to a transformation of the block thus produced at a temperature of at least 250 ° C, there are several possibilities: 30 • ················································································ ··· # · ····· · · · · 4

Zum einen kann die Umformung durch Extrudieren bzw. Strangpressen erfolgen. In diesem Fall wird einerseits durch das Pressen ein Aufbrechen und Verteilen der auf den Aluminium- bzw. Aluminiumlegierungs-Partikeln befindlichen Oxidhäute bewirkt. Andererseits wird der vorverdichtete Block gleichzeitig konsolidiert bzw. kompaktiert, so 5 dass eine Porosität des umgeformten Materials in der Regel unter einem Volumenprozent liegen kann.On the one hand, the deformation can be carried out by extrusion or extrusion. In this case, on the one hand, the pressing causes a break-up and distribution of the oxide skins located on the aluminum or aluminum alloy particles. On the other hand, the precompressed block is simultaneously consolidated so that a porosity of the reshaped material can typically be less than one percent by volume.

Alternativ ist es andererseits auch möglich und im Hinblick auf mechanische Eigenschaften bevorzugt, wenn vorerst im Schritt b) zusätzlich ein heißisostatisches 10 Pressen erfolgt und anschließend die Umformung des Blockes durch Schmieden bei einer Temperatur von zumindest 250 °C durchgeführt wird. Dabei erfolgt beim heißisostatischen Pressen eine weitere Verdichtung des bereits kaltisostatisch vorverdichteten Blockes. Beim anschließenden Schmieden werden das bereits beschriebene Aufbrechen der Oxidhäute und eine feindisperse Verteilung von Oxidbruchstücken im Material bei weiterer 15 Verdichtung desselben erreicht. Im Vergleich mit einem Extrudieren ist dabei von Vorteil, dass ein Aufbrechen der Oxidhäute über den gesamten Querschnitt des Blockes homogen erfolgt, wohingegen beim Extrudieren bei Blockdurchmessem von beispielsweise 95 mal 40 Millimeter teilweise lediglich ein Aufbrechen von Oxidhäuten im Bereich des Blockrandes beobachtet wird, weshalb nur diese Bereiche zur weiteren 20 Bearbeitung gesetzt werden können. Eine Erklärung liegt vermutlich darin, dass beim Gesenkschmieden das ver- bzw. bearbeitete Material im Gegensatz zum Extrudieren keine Ausweichmöglichkeit hat und die Umformenergie optimal über den gesamten Querschnitt des Materials verteilt in dieses eingebracht werden kann. 25 Im Zusammenhang mit einem heißisostatischen Pressen hat sich überraschenderweise auch gezeigt, dass zumindest teilweise amorphe Verstärkungspartikel aus Aluminium bzw. einer Aluminiumlegierung, wie Bänder aus einer zumindest teilweise amorphen Aluminiumlegierung, zum Beispiel aus einer Schmelze gesponnene und verstärkt abgekühlte Bänder aus so genanntem „rapidly solidified“ Alg^Fea mit amorphen, 30 kristallinen und quasikristallinen Anteilen, diesen Verfahrensschritt mit Bezug auf ein Gefüge im Wesentlichen unverändert überstehen und daher als Verstärkungspartikel eingesetzt werden können. • ·· ·· · · * φ · • · · · · · * ·§· ··« • · t · « ··· · · « ····» · · · · 5Alternatively, on the other hand, it is also possible and preferred in terms of mechanical properties if, for the time being, in step b) a hot isostatic pressing is carried out and then the forming of the block is carried out by forging at a temperature of at least 250 ° C. In hot isostatic pressing, a further compression of the already cold isostatically precompressed block takes place. During the subsequent forging, the already described breaking up of the oxide skins and a finely dispersed distribution of oxide fragments in the material are achieved with further densification thereof. In comparison with an extrusion process, it is advantageous that the oxide skins break up homogeneously over the entire cross section of the block, whereas in the case of extrusion at block diameters of, for example, 95 by 40 millimeters, in some cases only cracking of oxide skins in the region of the block edge is observed these areas can be set for further processing. One explanation is probably that during die forging the processed or processed material, in contrast to extruding has no alternative and the forming energy can be optimally distributed over the entire cross-section of the material introduced into this. In connection with a hot isostatic pressing, it has surprisingly also been found that at least partially amorphous reinforcing particles of aluminum or an aluminum alloy, such as strips of an at least partially amorphous aluminum alloy, for example, from a melt spun and increasingly cooled bands of so-called "rapidly solidified Alg ^ Fea with amorphous, crystalline and quasicrystalline fractions, this process step with respect to a structure substantially unchanged survive and therefore can be used as reinforcing particles. • ···························································································································································································

Als besonders günstiges Temperaturfenster für eine Umformung des gegebenenfalls heißisostatisch gepressten Blockes hat sich eine Temperatur zwischen 350 °C und 500 °C, vorzugsweise 350 °C bis 400 °C, erwiesen. Bei Temperaturen von weniger als 350 °C kann es dazu kommen, dass die individuellen oxidüberzogenen Partikel aneinander 5 abgleiten bzw. abrollen, ohne dass es zu einem Aufbrechen der Oxidhäute kommt.A temperature between 350 ° C and 500 ° C, preferably 350 ° C to 400 ° C, has proved to be a particularly favorable temperature window for forming the optionally hot isostatically pressed block. At temperatures of less than 350 ° C, it may happen that the individual oxide-coated particles slide off each other or roll without causing the oxide skins to break up.

Beträgt hingegen eine Temperatur mehr als 400 °C, insbesondere mehr als 500 °C, so kann eine Verarbeitung erschwert sein, weil eine Entfestigung des Matrixmaterials ein Zersetzen der Oxidhäute nicht mehr zulässt. 10 Das weitere Ziel der Erfindung wird durch eine Fahrzeugkomponente wie einen Kolben eines Verbrennungsmotors erreicht, die durch Verdichten von Partikeln aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung mit einer durchschnittlichen Größe von weniger als 10 pm, optional zusammen mit Verstärkungspartikeln, zu einem Block und anschließendes Umformen des Blockes bei einer Temperatur von zumindest 250 °C mit einer Umformrate 15 von beispielsweise 4:1 oder mehr, erhältlich ist.On the other hand, if a temperature is more than 400 ° C., in particular more than 500 ° C., processing may be impeded because softening of the matrix material no longer permits decomposition of the oxide skins. The further object of the invention is achieved by a vehicle component, such as a piston of an internal combustion engine, by compacting particles of aluminum or an aluminum alloy having an average size of less than 10 μm, optionally together with reinforcing particles, into a block and then forming the block at a temperature of at least 250 ° C with a forming rate 15 of, for example, 4: 1 or more.

Die mit einer erfindungsgemäßen Fahrzeugkomponente erzielten Vorteile sind insbesondere darin zu sehen, dass diese eine hohe Warmfestigkeit aufweist, und zwar auch bei längeren Einsatzdauem bei erhöhten Temperaturen von beispielsweise 300 °C. 20 Auf Grund einer hohen Zugfestigkeit bei hohen Temperaturen über lange Zeiträume sowie guter Biegewechseifestigkeit und Zugdruckwechselfestigkeit können nunmehr Bauteile erstellt werden, die weniger massiv als Bauteile gemäß dem Stand der Technik ausgebildet sind und dennoch gewünschten Sicherheitskriterien entsprechen. Anders ausgedrückt: Eine Überdimensionierung von Bauteilen, um einen Festigkeitsveriust bei 25 erhöhten Einsatztemperaturen zu kompensieren, ist nicht mehr oder nicht in dem bisher nötigen Ausmaß notwendig.The advantages achieved with a vehicle component according to the invention are to be seen in particular in that it has a high heat resistance, even with prolonged Einsatzdauem at elevated temperatures of, for example, 300 ° C. Due to a high tensile strength at high temperatures over long periods of time as well as good flexural fatigue strength and Zugdruckwechselfestigkeit now components can be created that are less massive than components according to the prior art and yet meet desired safety criteria. In other words, over-dimensioning of components in order to compensate for a loss of strength at elevated use temperatures is no longer necessary or not necessary to the extent hitherto required.

Dabei ist es wie bereits beschrieben günstig, wenn eine durchschnittliche Größe der Partikeln aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung weniger als 5 pm beträgt und 30 bevorzugt in einem Bereich von 0,1 pm bis 1,5 pm liegt.As already described, it is advantageous if an average size of the particles made of aluminum or an aluminum alloy is less than 5 μm and 30 is preferably in a range of 0.1 μm to 1.5 μm.

Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass die Fahrzeugkomponente Verstärkungspartikel aus einem amorphen Metall und/oder einer amorphen Legierung aufweist. • · • · • · • · • ··· ·♦♦ • ·· · · · • · • · · t 6Furthermore, it can be provided that the vehicle component comprises reinforcing particles of an amorphous metal and / or an amorphous alloy. • • • • • • • • • • · · · · · · · · · · · · · · · · · t 6

Einer Kompatibilität der Aluminium- oder Aluminiumlegierungs-Partikel mit dem Verstärkungsmaterial wegen ist die amorphe Legierung günstigerweise eine Aluminiumlegierung. Die Verstärkungspartikel selbst weisen bevorzugt eine durchschnittliche Größe von weniger als 500 pm, bevorzugt weniger als 200 pm, auf. 5 Dabei beträgt ein Volumenanteil der Verstärkungspartikel vorzugsweise 5 % bis 45 %, insbesondere 15 % bis 35 %.Because of the compatibility of the aluminum or aluminum alloy particles with the reinforcing material, the amorphous alloy is desirably an aluminum alloy. The reinforcing particles themselves preferably have an average size of less than 500 .mu.m, preferably less than 200 .mu.m. In this case, a volume fraction of the reinforcing particles is preferably 5% to 45%, in particular 15% to 35%.

Weitere Vorteile, Merkmale und Wirkungen der Erfindung ergeben sich aus dem Zusammenhang der Beschreibung und den nachfolgenden Ausführungsbeispielen. 10Further advantages, features and effects of the invention will become apparent from the context of the description and the following embodiments. 10

Es zeigenShow it

Fig. 1: Eine TEM-Aufnahme (TEM... Transmissionselektronenmikroskop) eines Gefüges eines Kolbenrohlings im Randbereich;1: a TEM image (TEM ... transmission electron microscope) of a microstructure of a piston blank in the edge region;

Fig. 2: Eine TEM-Aufnahme im Zentrum des Kolbenrohlings aus Fig. 1. 15Fig. 2: A TEM image in the center of the piston blank of Fig. 1. 15

Unter Stickstoff gasverdüste, handelsübliche Partikel aus Aluminium mit einer durchschnittlichen Größe von ca. 1 pm (dso, arithmetischer Mittelwert), wurden kaltisostatisch zu selbsttragenden Bolzen gepresst. Die so hergestellten Bolzen mit einer relativen Dichte von rund 0,8 wurden anschließend einer Vakuum-Wärmebehandlung 20 unterworfen und danach bei ca. 475 eC heißisostatisch gepresst und dabei auf eine relative Dichte von größer als 0,95 verdichtet. Anschließend wurde so erstelltes Material bei ca. 350 °C mit einem Umformgrad von größer vierfach auf Rohlingsdimensionen eines Motorkolbens geschmiedet, wobei das Material eine endgültige Verdichtung erfuhr und die Aluminium-Partikel gegeneinander verschert und miteinander verschweißt wurden. 25Commercially available particles of aluminum vaporized under nitrogen with an average size of approx. 1 μm (dso, arithmetic mean) were pressed cold-isostatically into self-supporting bolts. The thus prepared bolts with a relative density of about 0.8 were then subjected to a vacuum heat treatment 20 and then hot isostatically pressed at about 475 eC and thereby compressed to a relative density of greater than 0.95. Subsequently, material thus prepared was forged at about 350 ° C with a degree of deformation of greater than four times on blank dimensions of an engine piston, the material underwent a final compression and the aluminum particles were mutually verschert and welded together. 25

Die so hergestellten, durch Fräsen in eine endgültige Form zu bringenden Kolbenrohlinge wiesen über den Querschnitt betrachtet eine durchschnittliche Härte vonjnehr als 80 HB bei 25 °C auf, was umgerechnet einer Zugfestigkeit von)ca^7&4rtFapei 25 °C entsprach. Die Rohlinge wurden anschließend für 20 Stunden bei einer Temperatur von 300 °C 30 gehalten, ehe an den so behandelten Rohlingen bei 300 °C Zugfestigkeitsprüfungen durchgeführt wurden. Bei diesen Zugfestigkeitsprüfungen zeigte sich, dass eine Zugfestigkeit Rm für alle Rohlinge mehr ateigOO'MPäVetrug. Für die Dehn- bzw. Streckgrenzen Rpo,2 wurden Werte von jeweils mehr als^T5^MPa|erhalten. Im Vergleich damit erbrachte ein Kolben aus einer Legierung 2618 trotz höherer Zugfestigkeit bei 25 °C I I j • · · · · · · ··· ··· • · · · ··· · · · «···· · ··· wmmm 7 (440 MPa) nach Durchwärmung bei 300 °C lediglich 110 MPa, welcher Wert sich nach einer Haltezeit von 20 Stunden bei dieser Temperatur nochmals um ca. 45 % verringerte.The as-prepared piston blanks to be finalized by milling had an average hardness of greater than 80 HB at 25 ° C when viewed across the cross-section, which corresponded to a tensile strength of ≈7 ° C to 4 ° C at 25 ° C. The blanks were then held for 20 hours at a temperature of 300 ° C before tensile tests were carried out on the thus treated blanks at 300 ° C. In these tensile tests it was found that a tensile strength Rm for all blanks was more ateigOO'MPäVetrug. For the yield strengths Rpo, 2 values of more than TT5 ^ MPa | were obtained. In comparison with this, a piston made of an alloy 2618, despite a higher tensile strength at 25 ° C., produced II j. •. wmmm 7 (440 MPa) after soaking at 300 ° C only 110 MPa, which value decreased again after a holding time of 20 hours at this temperature by about 45%.

Gefügeuntersuchungen durch Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) zeigten, dass 5 die Rohlinge sowohl im Randbereich (Fig. 1) als auch im Zentrum (Fig. 2) mit einem \ porenfreien Gefüge aus Aluminiumpartikeln (hell) und in diesen bzw. an den Partikelgrenzen verteilten Oxiden im Sub-Mikrometerbereich (in Fig. 1 und Fig. 2 schwarz erscheinend) bestand. 10 Eine erfindungsgemäße hergestellte Fahrzeugkomponente hat folgendes nutzbares Potential: - Gewichtsreduktion von Bauteilen bei gleicher Sicherheit - Höhere Einsatztemperaturen bei temperaturbelasteten Bauteilen - Engere Einsatzdauem bei erhöhten Temperaturen ohne deutlichen Abfall von 15 Materialeigenschaften - Mit Bezug auf Motoren bzw. Kolben höhere Wirkungsgrade - Gute Dämpfungseigenschaften zur Reduktion einer SchallemissionStructural investigations by transmission electron microscopy (TEM) showed that the blanks in the marginal area (Fig. 1) as well as in the center (Fig. 2) with a non - porous structure of aluminum particles (light) and oxides distributed in these or at the particle boundaries Sub-micrometer range (appearing black in Figs. 1 and 2). A vehicle component produced according to the invention has the following useful potential: - Weight reduction of components with the same safety - Higher operating temperatures with temperature-loaded components - Tighter Einsatzdauem at elevated temperatures without significant decrease of 15 material properties - With respect to engines or pistons higher efficiencies - Good damping properties for reduction a sound emission

Claims (22)

• · • · • · • ·• • • • • • • δ Patentansprücheδ claims 1. Verfahren zur Herstellung einer insbesondere dynamisch belasteten Fahrzeugkomponente, beispielsweise eines Kolbens oder eines anderen Teiles eines 5 Verbrennungsmotors, umfassend folgende Schritte: a) Bereitstellen von gasverdüsten Partikeln aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, wobei eine durchschnittliche Größe der Partikel wt w beträgt, b) Verdichten der Partikel, optional in Kombination mit Verstärkungspartikeln, zu einem 10 formstabilen Block, danach c) Umformen des Blockes bei einer Temperatur von zumindest 250 °C, d) Erstellen der Fahrzeugkomponente aus dem umgeformten Block oder Teilen davon.1. A method for producing a particular dynamically loaded vehicle component, such as a piston or another part of a 5 internal combustion engine, comprising the following steps: a) providing gas atomized particles of aluminum or an aluminum alloy, wherein an average size of the particles wt wt is w, b) Compacting the particles, optionally in combination with reinforcing particles, into a dimensionally stable block, then c) reshaping the block at a temperature of at least 250 ° C, d) creating the vehicle component from the formed block or parts thereof. 2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei eine durchschnittliche Größe der Partikel aus 15 Aluminium oder einer Aluminiumlegierung weniger als 5 pm beträgt.2. The method of claim 1, wherein an average size of the particles of aluminum or an aluminum alloy is less than 5 pm. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei eine durchschnittliche Größe der Partikel aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung 0,1 pm bis 1,5 pm beträgt.3. The method according to claim 1 or 2, wherein an average size of the particles of aluminum or an aluminum alloy is 0.1 pm to 1.5 pm. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Partikel aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung einen Aluminiumoxidgehalt von 5 Volumenprozent bis 12 Volumenprozent aufweisen.4. The method according to any one of claims 1 to 3, wherein the particles of aluminum or an aluminum alloy have an alumina content of 5 percent by volume to 12 percent by volume. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei im Schritt b) Verstärkungspartikel 25 aus einem amorphen Metall und/oder einer amorphen Legierung zugesetzt werden.5. The method according to any one of claims 1 to 4, wherein in step b) reinforcing particles 25 are added from an amorphous metal and / or an amorphous alloy. 6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei Verstärkungspartikel aus Aluminium und/oder einer Aluminiumlegierung eingesetzt werden.6. The method of claim 5, wherein reinforcing particles of aluminum and / or an aluminum alloy are used. 7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, wobei die Verstärkungspartikel eine durchschnittliche Größe von weniger als 500 pm, bevorzugt weniger als 200 pm, aulweisen. • · · · • ·. · • · *A method according to claim 5 or 6, wherein the reinforcing particles have an average size of less than 500 μm, preferably less than 200 μm. • · · · · ·. · • · * 99 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei ein Volumenanteil der Verstärkungspartikel 5 % bis 45 %, vorzugsweise 15 % bis 35 %, beträgt.8. The method according to any one of claims 5 to 7, wherein a volume fraction of the reinforcing particles is 5% to 45%, preferably 15% to 35%. 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Verdichten im Schritt b) durch 5 kaltisostatisches Pressen erfolgt.9. The method according to any one of claims 1 to 8, wherein the compression in step b) is carried out by 5 cold isostatic pressing. 10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei Schritt b) ein heißisostatisches Pressen umfasst.10. The method according to any one of claims 1 to 9, wherein step b) comprises a hot isostatic pressing. 11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei die Fahrzeugkomponente in Schritt d) durch Schmieden und optional anschließende spanabhebende Bearbeitung erstellt wird.11. The method of claim 10, wherein the vehicle component is created in step d) by forging and optionally subsequent machining. 12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die Behandlung des Blockes im Schritt c) bei einer Temperatur zwischen 350 °C und 500 °C erfolgt.12. The method according to any one of claims 1 to 11, wherein the treatment of the block in step c) takes place at a temperature between 350 ° C and 500 ° C. 1515 13. Fahrzeugkomponente, insbesondere Kolben eines Verbrennungsmotors, durch Verdichten von Partikeln aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung mit einer durchschnittlichen Größe von weniger als 10 pm, optional zusammen mit Verstärkungspartikeln, zu einem Block und anschließendes Umformen des Blockes bei 20 einer Temperatur von zumindest 250 °C mit einer Umformrate von beispielsweise 4:1 oder mehr.13. Vehicle component, in particular piston of an internal combustion engine, by compacting particles of aluminum or an aluminum alloy with an average size of less than 10 pm, optionally together with reinforcing particles, into a block and then forming the block at 20 a temperature of at least 250 ° C. at a forming rate of, for example, 4: 1 or more. 14. Fahrzeugkomponente nach Anspruch 13, wobei eine durchschnittliche Größe der Partikel aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung weniger als 5 pm beträgt. 2514. The vehicle component of claim 13, wherein an average size of the particles of aluminum or an aluminum alloy is less than 5 pm. 25 15. Fahrzeugkomponente nach Anspruch 13 oder 14, wobei eine durchschnittliche Größe der Partikel aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung 0,1 pm bis 1,5 pm beträgt.15. The vehicle component according to claim 13 or 14, wherein an average size of the particles of aluminum or an aluminum alloy is 0.1 pm to 1.5 pm. 16. Fahrzeugkomponente nach einem der Ansprüche 13 bis 15, wobei 30 Verstärkungspartikel aus einem amorphen Metall und/oder einer amorphen Legierung vorgesehen sind.16. Vehicle component according to one of claims 13 to 15, wherein 30 reinforcing particles of an amorphous metal and / or an amorphous alloy are provided. 17. Fahrzeugkomponente nach Anspruch 16, wobei die amorphe Legierung eine Aluminiumlegierung ist. • · • ♦ • · • · • · ··· « · · • · · · 1017. The vehicle component of claim 16, wherein the amorphous alloy is an aluminum alloy. • • • • • • • • • • ··· «· · · · · · 10 18. Fahrzeugkomponente nach Anspruch 16 oder 17, wobei die Verstärkungspartikel eine durchschnittliche Größe von weniger als 500 pm, bevorzugt weniger als 200 pm, aufweisen.18. Vehicle component according to claim 16 or 17, wherein the reinforcing particles have an average size of less than 500 pm, preferably less than 200 pm. 19. Fahrzeugkomponente nach einem der Ansprüche 16 bis 18, wobei ein Volumenanteil der Verstärkungspartikel 10 % bis 45 %, vorzugsweise 15 % bis 35 %, beträgt.19. Vehicle component according to one of claims 16 to 18, wherein a volume fraction of the reinforcing particles is 10% to 45%, preferably 15% to 35%. 20. Fahrzeugkomponente nach einem der Ansprüche 13 bis 19, wobei die Fahrzeugkomponente geschmiedet und optional durch anschließende spanabhebende 10 Bearbeitung erstellt ist.20. Vehicle component according to one of claims 13 to 19, wherein the vehicle component is forged and optionally created by subsequent machining 10 processing. 21. Fahrzeugkomponente nach einem der Ansprüche 13 bis 20, wobei die Fahrz$ugkomponente nach 20 Stunden bei 300 °C eine Zugfestigkeit Rm von mehr als 200 M£a aufweist. 1521. The vehicle component according to any one of claims 13 to 20, wherein the Fahrzugkomponente after 20 hours at 300 ° C has a tensile strength Rm of more than 200 M a. 15 22. Verwendung von heißisostatisch gepresstem Vormaterial enthaltend gasverdüste Partikel aus Aluminium und/oder einer Aluminiumlegierung mit einer durchschnittlichen Partikelgröße von weniger als 10 pm sowie optional Verstärkungspartikel zum Schmieden von Kolbenrohlingen. 20 Capital Technology Beteiligungs GmbH vertret«22. Use of hot isostatically pressed primary material containing gas atomized particles of aluminum and / or an aluminum alloy with an average particle size of less than 10 pm and optionally reinforcing particles for forging piston blanks. 20 Capital Technology Beteiligungs GmbH represents « Dipl Ing. Dt G. WIRNSBERGER 6 00Leoben, Mühlgasse 3 pi Ing. Dt G. 1 ( OOLeoben, Leoben, am 8. März 2007Dipl Ing. Dt G. WIRNSBERGER 6 00Leoben, Mühlgasse 3 pi Ing. Dt G. 1 (OOLeoben, Leoben, March 8, 2007
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