NO175490B - Fremgangsmåte for fremstilling og anvendelse av en aluminiumsilisiumlegeringsartikkel - Google Patents

Abstract

En presformet aluminium-sllisiumsylinderfSring til en forbrenningsmotor blir fremstilt fra en smelte somdet vesentlige består av følgende vektsammensetnlng: Silisium 14* til 16*, kobber 1,9* til 2,296, nikkel. 1,0* til 1,4*, magnesium 0,4* til 0,55*. Jern.0,6* til 1,0*. mangan 0,3* til 0,6*, sillsiummodifiserer 0,02* til 0,1*. der resten av balansen er aluminium og en hvilken som helst uunngåelig urenhet. Den således dannede artikkelen har 1 hovedsak en eutektlsk mikrostruktur som ikke inneholder mer enn 10* primær alfa-aluminiumdendritter og som i det vesentlige er fri fra intermetalliske partikler som overskrider 10 p i diameter. Veksthastigheten R til fastfasen under størkningen er fra 1000 til 2500 p/s og temperaturgradienten G ved faststoff/væskegrensesnittet, uttrykt 1 •C/cm er slik at forholdet G/R er fra 100 til 1000. •Cs/cm1 .

Description

Oppfinnelsen vedrører en fremgangsmåte for fremstilling og anvendelse av en aluminium-silisiumlegeringsartikkel fremstilt ved en pressformingsprosess og særlig vedrører den en pressformet aluminium-silisiumlegeringssylinderforing til en forbrenningsmotor.

Det er kjent at sylinderf6ringer kan bli fremstilt ved å pressforme aluminiumlegeringer, men for å frembringe tilstrekkelig slitasjeegenskaper, har de indre boringene til slike foringer inntil nå vært nødvendige å plettere med et nikkel-silisiumkarbidsammensetningsdekke. Generelt tilfører en slik tildekkingsprosess uakseptable fremstillingskostnader for slike foringer.

Det er foreslått i GB-A-2085920 fra Comalco Limited, å utnytte en avstøpningsaluminium-silisiumlegering i fremstilling av forskjellige bevegelige komponenter der legeringen har en vesentlig eutektisk mikrostruktur som ikke inneholder mer enn 10$ av primære alfa-aluminiumdendritter og som i det vesentlige er fri fra intermetalliske partikler som overskrider 10 pm i diameter. Videre diskusjon med hensyn til legeringen kan finnes i SAE Technical Paper serie 840123 og 860558 der legeringen, identifisert ved Comalco Limited som 3HA, er beskrevet ved å være støpbar ved tyngdekraft, lavt trykk eller høytrykkstøpingsmetoder.

Man kan forstå fra den ovenfor nevnte patentbeskrivelsen og de nevnte dokumentene at egenskapene til 3HA-legeringen blir bestemt ved korrekt mikrostruktur som i sin tur er fremstilt ved den spesifikke legeringssammensetningen og dens størk-ningsparametre. For eksempel er det i patentbeskrivelsen fastslått at forsterking av matriksen blir øket i nærvær av stabile mangan- og zirkoniuminneholdende partikler. Det er også fastslått at titan, på grunn av dens kjente kornrens-ingskjennetegn, blir tilsatt for å forbedre støpbarheten og forbedre de mekaniske egenskapene til legeringen.

Det er nå oppdaget at artikler fra en aluminium-silisiumlegering som har tilsvarende ønskede kjennetegn som de i 3HA-legeringen, kan bli fremstilt fra en legeringssmelte som har en forskjellig sammensetning i forhold til 3HA og med forskjellig størkningsparametre. Således er det et mål med foreliggende oppfinnelse å frembringe en ny og forbedret artikkel av en slik aluminium-silisiumlegering og fremgangsmåte for dens fremstilling.

Ifølge oppfinnelsen blir det frembragt en pressformet aluminium-silisiumlegeringsartikkel fremstilt fra en smelte som består i det vesentlige av følgende sammensetning ved vekt:

der balansen er aluminium og uunngåelige" urenheter, og fremgangsmåten er kjennetegnet ved at under pressformings-operasjonen blir smeiten størknet under betingelser med vedvarende temperatur og trykk slik at veksthastigheten R i den faste fasen under størkningen er fra 1000 til 2500 jj/s og temperaturgradienten G ved faststoff/væskegrensesnittet, uttrykt i •C/cm er slik at forholdet G/R er fra 100 til 1000 °Cs/cm<2> for å skaffe tilveie en størknet dannet artikkel som har en hovedsakelig eutektisk mikrostruktur som ikke inneholder mer enn 10% av primære alfa-aluminiumdendritter og som i hovedsak er fri for intermetalliske partikler som overskrider 10 jj i diameter.

Vekten til silisiummodifiserer i smeiten kan være innenfor området 0, 02% til 0,08$, og si 1 isiummodifisereren er fortrinnsvis strontium.

Fremgangsmåten kan omfatte det ytterligere trinnet med å utsette den således dannede artikkelen for en full varmebehandlingsprosess som er en oppløsningsbehandling som inkluderer oppvarming og holding av artikkelen ved en første temperatur, bråavkjøle og herde artikkelen i vann og oppvarme og holde artikkelen ved en andre temperatur som er lavere enn nevnte første temperatur.

Den pressformede aluminium-silisiumlegeringsartikkelen referert til over, omfatter vanligvis en sylinderforing til en forbrenningsmotor selv om pressformede artikler som blir fremstilt ifølge oppfinnelsen kan omfatte andre komponenter der slitasjemotstandsegenskaper er viktige; således kan f.eks. artikkelen omfatte et vekselvirkende stempel for en forbrenningsmotor eller en kompressor, eller en bremseskive eller trommel eller bremsesylinder til kjøretøyanvendelser.

For de som har kunnskap innenfor fagområdet består teknikken med pressforming i det vesentlige av å innføre flytende metall i en første del av en støpeform, lukke formen under trykk slik at det flytende metallet fyller hulrommene i formen uten å sperre inne luft, opprettholde metallet under trykk mens størkningen foregår for å forsikre at enhver sammentrekning av hulrom som kan dannes blir lukket og fylt, og deretter åpne formen og fjerne den formede artikkelen.

Pressformingsprosessen er således forskjellig fra tyngde-kraftsprosessen, lavt trykk eller høytrykksstøping ved at størkning av smeiten foregår under betingelser med fastholdt temperatur og trykk. Det typiske trykk som blir anvendt til smeiten kan være i størrelsesorden 70MPa og kan bli fastholdt i en tidsperiode i størrelsesorden 40 sekunder. Størknings-parametrene til pressformingsprosessen er forskjellig i forhold til de som er oppnådd i andre kjente formstøpings-prosesser, og således ifølge fremgangsmåten i oppfinnelsen kan den ønskede mikrostrukturen bli oppnådd ved en størk-ningsveksthastighet R til faststoffasen på fra 1000 til 2500 p/s selv om zirkonium og titan utelates fra sammensetningen.

Titan er ikke nødvendig i og med at den ønskede grad av korn-rensing er funnet å være tilstede i dannede artikler som en direkte konsekvens av pressformingsmetoden i fremstillingen.

Sylinderforinger til en forbrenningsmotor ble fremstilt ifølge oppfinnelsen og mikrostrukturen og snitt av en foring er vist i de vedlagte figurene der: Fig. 1 er et mikrofotografi i en forstørrelse på X 400 av en

ikke-etset del av foringen som er dannet, og

Fig. 2 er et mikrof otograf i i en forstørrelse på X 400 av en korresponderende ikke-etset del av fQringen etter en full varmebehandlingsprosess (T6).

Til eksempler og undersøkelser ble sylinderfQringer til en forbrenningsmotor fremstilt ved pressforming av aluminium-silisiumlegeringsmateriale mrd de følgende sammensetningene ved vekt:

Eksempel 1

med balansen som er aluminium og tilfeldige urenheter. Eksempel 2

med balansen som er aluminium og tilfeldige urenheter.

Under pressforming av sylinderforinger til begge de ovenfor nevnte sammensetningene, var veksthastigheten R til fastfase under størkning fra 1000 til 2500 jj/s og temperaturgradienten G ved faststoff/vaeskegrensesnittet, uttrykt i °C/cm<2>, slik at forholdet G/R var fra 100 til 1000 •Cs/cm<2>. 1 den således dannede sylinderforingen var mikrostrukturen som er vist i mikrof otograf iet som omfatter fig. 1, i det vesentlige funnet å være eutektisk og ikke inneholde mer enn 10$ av primære alfa-aluminiumdendritter og i det vesentlige fri for intermetalliske partikler som overskrider 10p i diameter.

De således dannede fQringene ble gitt en full varmebehandlingsprosess (T6) som er en oppløsningsbehandling med oppvarming og holding av foringene ved tilnærmet 480°C til 530° C i mellom 5 og 20 timer, avkjøle og herde foringene i varmt vann og deretter elde dem kunstig ved å oppvarme på nytt og holde ved en temperatur på rundt 140°C til 250°C i en tid mellom to og 30 timer. Mikrostrukturen til en slik oppvarmet foring er vist i mikrofotografiet som omfatter fig. 2 og etter denne fulle varmebehandlingen var gjennomsnittlig mekaniske egenskaper funnet å være: <y>tterligere mekanisk testing ved forhøyede temperaturer ble gjennomført og ga følgende UTS-verdier:

Under glideslitasjeforhold, ble slitasjemotstandsegenskapene i sylinderfBringene som ble fremstilt som beskrevet over, funnet å være utmerkede. Således har artikkelen fra foreliggende oppfinnelse de iboende fordelene fra et pressformet produkt ved at de blir produsert med en høy tetthet uten innesperring av luft i en relativt kort produksjonssyklustid og tar også med seg de ønskede egenskapene fra den i hovedsak eutektiske mikrostrukturen. Ved å utnytte en pressformingsprosess, kan de kostbare legeringselementeiie zirkonium og titan bli utelatt.

Claims (5)

1. Fremgangsmåte for å fremstille en pressformet artikkel fra en smelte bestående av følgende vektsammensetning: der balansen er aluminium og uunngåelige urenheter, karakterisert ved at under pressformingsopera-sjonen blir smeiten størknet under betingelser med vedvarende temperatur og trykk slik at veksthastigheten R i den faste fasen under størkningen er fra 1000 til 2500 jj/s og temperaturgradienten G ved faststoff/vaeskegrensesnittet, uttrykt i •C/cm er slik at forholdet G/R er fra 100 til 1000 ° Cs/cm2 for å skaffe tilveie en størknet dannet artikkel som har en hovedsakelig eutektisk mikrostruktur som ikke inneholder mer enn 10$ av primære alfa-aluminiumdendritter og som i hovedsak er fri for intermetalliske partikler som overskrider 10 p i diameter.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved et ytterligere trinn der man utsetter den således dannede artikkelen for en full varmebehandlingsprosess som er en oppløsningsbehandling som innbefatter oppvarming og holding av artikkelen ved en første temperatur, bråavkjøle artikkelen med vann og oppvarme på nytt og holde artikkelen ved en andre temperatur som er lavere enn nevnte første temperatur.

3. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av kravene 1 eller 2,karakterisert ved at vekten av silisiummodifisereren som anvendes i smeiten er innenfor området 0, 02% til 0,08$.

4. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av kravene 1 til 3, karakterisert ved at silisiummodifisereren som anvendes i smeiten er strontium.

5. Anvendelse av en pressformet artikkel ifølge et hvilket som helst av kravene 1 til 4 som en sylinderf6ring i en motor med indre forbrenning.