金属铸造构件以及用于制造金属铸造构件的方法技术

本发明专利技术涉及金属铸造构件(1)，其尤其设置成用于内燃机或活塞式压缩机的部件，例如活塞、变速器壳体、曲轴箱以及其他的壳体和/或气缸盖，其中，铸造构件(1)至少局部地包含铁铝化物和/或是带有至少两个区段(2,3)的复合铸造构件，这些区段包含铸铁和/或铁铝化物和/或轻金属。此外，本发明专利技术涉及用于制造金属铸造构件(1)的方法，金属铸造构件(1)尤其用于内燃机或活塞式压缩机的部件，例如活塞、变速器壳体、曲轴箱和其他的壳体和/或气缸盖，其包含一种或多种铸造材料，例如铸铁和/或铁铝化物和或轻金属，在其中，在第一铸造过程中产生铸造构件(1)的第一区段(2)，并且在另一铸造过程中产生铸造构件(1)的另一区段(3)，并且在其中，在另一铸造过程之前将尤其包含铁铝化物和/或镍合金的覆层作为增粘层施加到第一区段(2)上。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及金属铸造构件，其尤其设置成用于内燃机或活塞式压缩机的部件，例如活塞、气缸盖、变速器壳体、曲轴箱和/或其他的壳体。 此外，本专利技术涉及用于制造金属铸造构件的方法，该金属铸造构件尤其用于内燃机或活塞式压缩机的部件，例如活塞、气缸盖、变速器壳体、曲轴箱和/或其他的壳体，其包含一种铸造材料或多种铸造材料，例如铸铁和/或铁铝化物(Eisen-Aluminid)和/或轻金属，在其中，在第一铸造过程中产生铸造构件的第一区段，并且在第二铸造过程中产生铸造构件的第二区段。
技术介绍
从文献DE 10 2005 015 186 Al中已知提及的类型的方法。复合铸造构件的所描述的制造过程包括在铸造装置中的至少两级的铸造过程，其中，在第一方法步骤中，在铸造装置中由第一材料通过铸造制造浇注件(Eingussteil)，并且随后在第二方法步骤中通过以下方式完成铸造复合铸造构件，即，在第二方法步骤中在通过注入第二材料结束铸造过程之前，通过在第一材料的冷却期间更换第一方法步骤中的一个或多个芯部将带有改变的几何结构的芯部插入到铸造装置中。 为了在复合铸造构件中改进两个铸造区段的材料配合的连接，从印刷文献DE 10002 440 Al中已知可施加在首先铸造的区段(浇注件)上的增粘层，其包含镍一铝合金和镍一钛合金。印刷文献EP 2 024 116 BI给出了带有用于稳定包含轻金属的外罩壳体的支撑结构的气缸盖。 由于提高的燃烧压力以及提高的燃烧温度和排气温度引起的内燃机的铸造构件的负载尤其随着越来越多的减小尺寸的措施而增加。同时存在这样的要求，即，将铸造构件的重量保持得尽可能小。
技术实现思路
在该背景下，本专利技术的目的在于如此实施开头提及的类型的铸造构件和用于制造铸造构件的方法，即，铸造构件满足提高的要求。 该目的利用根据权利要求1的特征所述的铸造构件来实现。从属权利要求涉及本专利技术的特别适宜的改进方案。 根据本专利技术，设置了铸造构件的两个实施方式。第一实施方式涉及仅仅具有铁铝化物的铸造构件。第二实施方式涉及这样的铸造构件，其是包括至少两个区段的复合铸造构件，其中，区段中的每个具有在密度方面不同的铸造材料。已表明，完全包含铁铝化物的铸造构件也满足提高的要求。铁铝化物尤其在耐热性和强度方面具有与铸铁相似的性能。然而，铁铝化物的密度与轻金属(例如铝)的密度相似。由此，根据本专利技术已经实现了轻的且同时稳定的铸造构件。 铸造构件还可为复合构件，其包括至少两个区段，还称成铸造构件区段。该区段相继制成。优选地，区段中的一个包含更稳定的、密度更高的材料(例如铸铁)和/或铁铝化物和/或轻金属。理想地，另一区段包含更轻的材料，例如铁铝化物和/或轻金属。通过使用铁铝化物或使用稳定的材料与轻材料的组合实现制造满足更高要求的铸造构件。 铸造材料铸铁与铁铝化物、铝化物与铝以及铝与镁的组合已证实为特别有利。原因主要是，这些材料具有相似的热膨胀系数，这减小了间隙形成和固有应力。对于铸造材料铸铁和铝的另一优选的组合，虽然可在冷却到室温的构件之间形成间隙，然而该间隙是没有问题的，因为在加热铸造构件时，带有较小密度的材料具有较大的热膨胀，由此将该材料热装到带有较小的热膨胀的区段上并且由此封闭间隙。其他的材料组合是铸铁与镁或铁铝化物与铝或者铁铝化物与镁。所提及的材料不仅涉及纯的材料而且涉及以相应材料为基础的合金。 区段还可被称为铸造区域，其中，时间上较早制造的区段还称成浇注件。浇注件(其在至少部分凝固的状态中设置成用于布置在另一铸造工具中)还被称为插入件(Einleger)。在包括两个区段的铸造构件中，第一区段(浇注件或插入件)不仅可由稳定的材料而且可由轻材料制成。在生产中证实为特别实用的是，首先制造的区段包含稳定的材料。尤其在中间支承或引入到另一铸造工具中时，该区段可更容易地操作，因为其不那么敏感。在使用铁铝化物时，使用FexAl (尤其Fe3Al)证实为特别适宜的。 在本专利技术的一实施方式中设置成，在两个邻近的区段之间施加包含铁铝化物和/或镍合金的覆层作为增粘层。由此实现在加工成本方面提供显著的节省潜力。通过使用铁铝化物，尤其作为增粘层，可使用简单的铸造设备和简单的铸造技术，因为尤其对于轻金属(例如铝)，不需要有目的地调整确定的组织结构。此外，还可使用再生原料，例如再次回收的铝。还可取消在铸造之后的热处理过程。覆层最大20mm厚，然而优选地薄于2mm并且由此明显薄于区段的截面。铁铝化物的特征在于即使在高温的情况下也具有极高的强度。其相对于传统的钢在不同的介质中在同时非常好的耐腐蚀性的情况下具有明显很小的密度。材料铁铝化物由于其化学成分特别适合作为在材料铁和铝之间的增粘层。 本专利技术的另一设计方案涉及铸造构件，在其中，区段中的一个与内燃机或活塞式压缩机的燃烧腔和/或气体管路相关联，和/或限制内燃机或活塞式压缩机的燃烧腔和/或气体管路。第一区段例如是燃烧室的限制壁并且包括用于排气的燃烧室的至少一个离开开口。优选地，首先制成的区段是插入件，其通过至少一个第二区段至少局部地包围铸造。因为限制内燃机的燃烧腔或排气管路的区段与铸造构件的另一区段相比受到温度和/或压力更高地加载，所以第一区段优选由钢、铸铁、铁铝化物或高强度的轻金属合金制成。包围插入件的区段还被称成外罩壳体。外罩壳体优选包含铁铝化物或轻金属。 本专利技术的设计方案还涉及这样的铸造构件，在其中，第一区段在几何结构、抗压性能和耐热性方面实施为铸造构件的支撑元件。在铸体的内部中和/或外面处的这种支撑结构为由具有更小密度的轻材料制成的另一区段提供附加的稳定性、抗疲劳强度和刚性。通过借助于部分地应用高强度的材料的这种局部的强化还可提高内燃机的功率系数。用于气缸盖的铸造构件例如可通过组合轻金属铝和镁实现分开引导介质的不同的通道。同时，为了屏蔽燃烧室的热气，该铸造构件可具有包含铸铁的单独的表面，并且为了提高刚性或为了消除应力集中，铸造构件可具有包含铸铁或铁铝化物的支撑结构。 本专利技术的一种设计方案是，第一区段设计为热保护元件或冷却元件。热保护元件反射热辐射，从而其不可穿透到铸造构件的深度中。同时，热保护元件还可实现冷却元件的功能并且有针对性地将热引开。带有大的表面的热交换器还被称为冷却元件。 本专利技术的设计方案还是，区段(其是包括用于排气的、燃烧室的至少一个离开开口的至少一个燃烧室的限制壁)包括排气歧管。通过将排气歧管例如集成到气缸盖壳体的所谓的燃烧室板中使气缸盖壳体和排气歧管成为一件式的铸造构件。这一方面节省了加工步骤，并且另一方面取消了将排气歧管高成本地联接到气缸盖壳体处，排气歧管必须能承受高温和高压。根据本专利技术，与区段中的一个共同铸造的排气歧管例如包含铸铁和/或铁招化物。 此外，本专利技术实现将内燃机的满足不同功能的区域结合在一个铸造构件中。例如是这样的设计形式，在该设计形式中，铸造构件是气缸盖或气缸壳体，在其中，一区段与涡轮增压器的壳体的至少一部分构造成一体。由此实现降低部件的数量和装配花费。 此外，已经证实为有利的是,在每个区段中设置有独立的水套(Wassermantel),冷却流体相应在该水套中循环。通过独立的铸造工艺步骤，尤其通过使用一区段作为插入件，可以简单本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种金属铸造构件(1)，其尤其设置为内燃机的部件，例如活塞、气缸盖、气缸壳体和/或曲轴箱，其特征在于，所述铸造构件(1)仅仅具有铁铝化物或者为包括至少两个区段(2,3)的复合铸造构件，其中，所述区段(2,3)中的每个具有在密度方面不同的铸造材料。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.06.16 DE 102012011992.51.一种金属铸造构件(1),其尤其设置为内燃机的部件，例如活塞、气缸盖、气缸壳体和/或曲轴箱，其特征在于，所述铸造构件(1)仅仅具有铁铝化物或者为包括至少两个区段(2,3)的复合铸造构件，其中，所述区段(2,3)中的每个具有在密度方面不同的铸造材料。2.根据权利要求1所述的铸造构件(1),其特征在于，在邻近的区段(2,3)中，所述区段(2,3)中的一个具有铸铁合金或者铁铝化物或者铝合金，并且所述区段(2,3)中的另一个具有铁铝化物或者铝合金或者镁合金。3.根据权利要求1或2中至少一项所述的铸造构件(1),其特征在于，在两个邻近的区段(2,3)之间施加有包含铁铝化物的、作为增粘层的覆层(12)。4.根据权利要求1或2中至少一项所述的铸造构件(1),其特征在于，所述区段(2,3)中的具有密度更高的铸造材料的一个与内燃机的燃烧腔和/或气体管路相关联，和/或限制内燃机的燃烧腔和/或气体管路。5.根据上述权利要求中至少一项所述的铸造构件(1),其特征在于，所述区段(2,3)中的具有密度更高的铸造材料的一个在几何结构、应力分布、抗压性能和/或耐热性方面实施为所述铸造构件(1)的支撑元件(18)。6.根据权利要求6所述的铸造...

【专利技术属性】
技术研发人员：R贝尔，I贝姆，S沙尔夫，S勒普克，J施奈贝尔，M克吕格，
申请(专利权)人：大众汽车有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE