[发明专利]用于生产铝活塞的方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于生产内燃机用铝活塞的方法，根据权利要求1前序部分，所述铝活塞至少在碗边缘和/或碗底部的区域经过焊接处理。本发明还涉及使用这种方法所生产的铝活塞。

背景技术

铝活塞在碗状区域的再熔化是显著增加铝活塞的强度、因此还增加服务寿命时间的一种可行方式。但是，这种再熔化处理受限，因为尤其在活塞受到高热应力的情形下已经显示的是，在聚焦光束区域中会产生肉眼可见程度的表面破坏。微镜检测揭示了，破坏是由于热机械疲劳，破裂主要发生在初晶硅和铝矩阵之间的相界。破坏归因于两个原因。第一个原因是初晶硅/铝矩阵相界代表了材料的强度方面的弱点，其因两个相的不同热膨胀系数而恶化。第二个原因是，高温引起硅骨架的变形和退化，从而导致合金的强度局部降低，最终由于温度变化使得更容易发生破裂。为了获得尽可能高的耐热机械破裂，因此期望的是防止该影响，或者至少减轻该影响。

EP1 386 687B1公开了一般类型的用于生产铝活塞的方法，其中使用电弧焊接方法执行焊接处理，在焊接处理之后将活塞以100-1000K/s速度冷却。发现的是，增加冷却速度可引起熔化物中的结晶颗粒的细度增加。总之，利用公知方法可实现提高耐热疲劳性。

DE10 2005 034 905A1公开了用于生产内燃机用活塞的额外方法，其中燃烧室碗的至少一个区域包括至少一个碗底部，对所述至少一个区域焊接处理，以再熔化焊接处理区域的材料，这意味着焊接处理区域中积累的材料能够控制在具有特定深度的层中。

用于生产活塞的其他方法公知于DE199 02 864A1和DE691 02 313T2。

DE600 22 845T2还公开了用于加强内燃机的铝活塞的方法，所述方法包括通过熔化将包含铜和镍的合金施加在燃烧室碗的边缘或者周边的至少一个段上。

公知的是，通过添加铜、镍、铁、镁和其他元素以及结果形成的金属间相来增加AlSi活塞合金的强度。这些合金元素的比例越高也可引起更高强度。在热机械应力下，强度的增加代表最小化循环塑性应变，这意味着在热机械应力下这种材料以更高弹性和更少塑性的方式变形，这有益于服务寿命。但是，合金元素的增加受到限制，因为尤其随着合金元素量Ni、Cu和Fe的增加，形成的金属间相趋于变大或者具有粗针或者裂片的形式。这些具有有害效应，因为获得了脆性材料行为，因而极大地降低了耐久性。这消除了上述优势，或者取决于合金成分甚至会使上述情况更严重。但是，为了合金的适当耐久性，在结构中绝对需要以尽可能细微分散的方式生成金属间相。该问题的公知方案是增加凝固速度，因为在更高凝固速度下，金属间相生长时间更少，从而发展成更精细的结构。但是，在用于活塞生产的重力压铸处理中，凝固速度仅能够在限度内增加，该限度通常设定得低，使得技术上可行的凝固速度不适于生产具有更高比例铜、镍或者铁的充分精细的结构，而不允许发展粗化的金属间相。为了避免该问题，因此，尤其在铝活塞的情形下通过局部焊接方法来生产期望合金。此处的优势在于，由于铝活塞充当散热片，相对小熔池的热量能够非常快的消散，这导致形成了显著更精细的金属间相。但是，实践中已经显示的是，虽然总体上获得了金属间相的增加细度，但是这结合了两个反效应。首先是，生成了大型的硬金属间相的绝缘发生，由于它们的尺寸，这不得不被视为是非常不利的。其次，非常大的碎片状金属间相形成的数量增加了，因此这些是非常不期望的。除了其他方面，导致形成材料的微结构的因素还取决于添加剂、在熔池中其浓度和分配、底部材料、能量输入水平、所使用的焊接方法等。

发明内容

因而本发明关注克服现有技术的公知缺点的问题，尤其是极大地降低或者完全消除大型粗针状或者碎片状金属间相，因而在处理区域获得更高耐热疲劳性。

该问题根据本发明通过独立权利要求的主题解决。有利实施例是从属权利要求的主题。