202635. lajstromszámú szabadalom • Eljárás öntött alumínium és vas alkatrészek közötti fémes kapcsolat létrehozására
1 HU 202 635 B 2 A találmányi eljárás különböző, közel azonos hőtágulású fémek közötti fémes kötés létrehozására vonatkozik, különös tekintettel a Ni-Resist öntöttvas és az alumíniumötvözetek között létrehozandó fémes kapcsolatra. Az ipari gyakorlatban elterjedten alkalmaznak olyan, különféle fémekből álló szerkezeti elemeket, melyek egyes fémrészeinek mechanikai tulajdonságai, például keménység, szilárdság stb. különbözőek, de más tulajdonságuk, például a hőtágulásuk közel azonos. Ezen ismérveik alapján ezek az alkatrészek kitűnő gépelemek. Számos előnyt biztosítanak, így élettartósságuk nagy, szerkezeti súlyuk kedvező. Ilyen szerkezeti elemek a különféle kerekek csapágyperselyei, a tengelyek, dugattyúk stb. Legtöbb esetben a különféle fémek között csak mechanikus, úgynevezett zsugorkötés jön létre. A nagy igénybevételnek kitett szerkezeti elemeknél azonban kívánatos, hogy a különféle fémek között a zsugorkötéstől minőségileg jobb, vagyis fémes kapcsolatot létesítsünk. Ilyen esettel állunk szemben a dugattyúgyártás esetében. A korszerű dízelmotorok dugattyúinál kívánatos, hogy a vasalapú ötvözetből készült ún. hordozógyűrűk és az alumíniumtest között egy fémes kötést hozzunk léire. Az alumínium-ötvözettel közel azonos hőtágulású ún. Ni-Resist öntöttvas betétek és az alumínium-ötvözet közötti fémes kapcsolat megteremtésére széles körű kutatómunkát végeztünk. A nemzetközi irodalomban e tárgyban fellelhető hiányos utalások alapján gyártástechnológiát kialakítani nem volt lehetséges. A különböző irodalmi források fémes kötés kialakítására (Litejnoe Proizv. 1979. 9. sz.) azt javasolják, hogy a különféle módszerekkel előállított Ni-Resist gyűrűket első lépcsőben kémiai felülettisztításnak célszerű alávetni, amely célra vegyszeres maratást, mosást, majd szárítási műveletet jelölnek meg. Van olyan közlemény is, (2. Fachtagung „Dieselkolben” 1971. április), amelyik a mechanikus koptatást helyezi előtérbe. Köztudott, hogy ezek a folyamatok számottevő költséget, időt igényelnek, és megbízhatóságuk enyhén szólva is kétségesek. Ha a vasbetét fémesen tiszta, akkor annak felületén - a különböző tanulmányok által is említett feltételek teljesülése esetén - (mint pl. az alfináló fürdő összetétele, hőmérséklete, alacsony oxidtartalma, a betét mozgatása az alfinálás során, az optimális alfmálási idő stb.) kellő vastagságú és egyenletességű vegyületréteg, ún. „alfin” réteg jön létre. Az „alfin” réteg az összekötő kapocs az alumíniumötvözet és az öntöttvas betét között. Ezt a szerepét akkor tudja ellátni, vagyis a biztonságos kötés csak akkor jön létre, ha az „alfin” réteg a vasbetét teljes felületén kialakul, majd e vasbetét alumíniummal való körbeöntésekor az „alfin” réteg fémes kapcsolatba kerülhet az alumínium olvadékkal. Az „alfin” réteg kialakulását megakadályozhatja az öntöttvas betét felületének szennyezettsége (zsír, olaj stb.). A fémesen tiszta vasbetét felületén kialakult,fifin’’ réteg és az alumínium olvadék közötti fémes kapcsolatot pedig az „alfin” réteg felületén, a betét alfináló-fürdőből való kiemelésekor azonnal kialakuló oxidréteg akadályozhatja meg. Ha ezt az oxidhártyát nem sikerül eltávolítani, a fémes kötés akkor sem jön létre, ha a betétet tökéletesen „alfin” réteg borítja. Számos irodalmi forrás azt javasolja, hogy a különféle módon megtisztított öntöttvas betétet 750-850 °C-os alumínium olvadékba kell mártani, majd az így elkészített, ún. „alfinált” betétet kell körbeönteni fémmel, pl. alumíniummal. Ezen módszert kísérleteink során ellenőriztük, és kétségesnek tartjuk, mivel: a) a megmunkálás és tárolás során elszennyeződött vasbetéteket az irodalmakban található módszerek egyikével sem lehet olyan tökéletesen fémtisztára megtisztítani, hogy annak felületén megfelelő,alfin” réteg alakuljon ki, b) az alfináló fémfürdőből kiemelt fémgyűrű felületén lévő,alfin” rétegen azonnal képződik egy oxidhártya, melynek későbbi eltávolítása az öntés során szükséges és nehéz feladat A kitűzött feladatot a bevezetőben leírt eljárásnál a találmány szerint úgy oldottuk meg, hogy az alumínium ötvözettel azonos hőtágulási együtthatójú, adott esetben fémtiszta Ni-Resist öntöttvas betéteket készre munkáljuk, majd azonnal fémfürdőbe, célszerűen legalább 400 ”C-os hőmérsékletű cink vagy ónfürdőbe, vezetjük és ezután egy formaüregben alumíniummal körbeöntjük. Találmányi eljárásunk alapján a fémes kötés létesítésére az öntöttvas betétek készremunkálását kenőemulzió nélkül célgépekkel kell végrehajtani, vagy plazmaforgácsolást kell alkalmazni. A készremunkált öntöttvas betéteket azonnal egy olyan fémolvadékba kell mártani, amelyik a fémek potenciálsorában a vastól pozitívabb elem, és az alumíniummal vegyületet képez. Elméleti megfontolásainkat gyakorlati eredmények igazolják. Jelen esetben, ha a zsír-, olaj stb. szennyeződéstől megóvott pl. Ni-Resist öntöttvas betétet megmunkálás után azonnal 400 “C-os cinkfürdőbe mártjuk, és azt kb. egy percen keresztül megfelelő sebességgel mozgatjuk, a belét felületén kialakul egy védő-vegyületréteg. A nagyobb oxidpotenciállal rendelkező cinkfürdőben a Ni-Resist öntöttvas betét felületén lévő esetleges oxidszennyeződések feloldódnak, és ezáltal intenzívebb diffúzió indulhat meg a cink olvadék és a bemártott vasbetét között Végeredményben a cink- vagy ónfürdőbe történő elsődleges bemártás az oxidtalanílásnak is megbízható eszköze. Nagyon döntő az a felismerésünk, hogy a cinkvagy ónfürdőt bizonyos darabszám bemártása után cserélni kell. Akkor, amikor azoknak oxigénszennyezettsége a megengedhető 20 ppm fölé emelkedik. Az öntöttvas betéteknek ugyanis cink- vagy ónfürdőbe történő bemártáskor olyan elektronátrendeződés zajlik le, amely az alábbi reakcióegyenlettel írható le: FeO + Zn Fe + ZnO A cinkfürdőből kiemelt és már védő-vegyületréteggcl takart öntöttvas betétek lehűlésük után gyakorlatilag korlátlan ideig tárolhatók minden különösebb védelem mellőzésével anélkül, hogy a tárolás közben azokat ért szennyeződés károsan befolyásolná a betétek alumínium-fürdőbe való mártásakor az „alfin” réteg kialakulását. Az alumínium fürdő oxigéntartalma max. 10 ppm kell hogy legyen. Végeredményben, ha az előzőek szerint védő-vegyületréteggel ellátott öntöttvas betétet mártunk alumínium-olvadékba, a betét felületén egybefüggően és egyenletes vastagságban alakul ki az „alfin” réteg, amely 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
