技术领域
[0001] 本
发明涉及金属铸造构件，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。
[0002] 此外，本发明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。
背景技术
[0003] 从文献DE 10 2005 015 186 A1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。
[0004] 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 A1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－铝
合金和镍－
钛合金。印刷文献EP 2 024 116 B1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。
[0005] 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。
发明内容
[0006] 在该背景下，本发明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。
[0007] 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发明的特别适宜的改进方案。
[0008] 根据本发明，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，根据本发明已经实现了轻的且同时稳定的铸造构件。
[0009] 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。
[0010] 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。
[0011] 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。
[0012] 在本发明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。
[0013] 本发明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。
[0014] 本发明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。
[0015] 本发明的一种设计方案是，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。
[0016] 本发明的设计方案还是，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。根据本发明，与区段中的一个共同铸造的排气歧管例如包含铸铁和/或铁铝化物。
[0017] 此外，本发明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。
[0018] 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，可以简单的方式分开引导介质的区域。引导介质的区域的分开防止了腐蚀，因为与不同的金属
接触的冷却流体彼此分开。在水套或气体交换通道的区域中的抗疲劳强度可通过构造支撑结构实现。支撑结构优选地由铁铝化物制成并且至少局部地通过铝材料包围铸造。
[0019] 例如在
卡车中使用包含铸铁的气缸盖。包含铸铁的气缸盖具有的优点是，在燃烧腔和气体交换通道中可实现高的压力。包含轻金属(例如铝)的气缸盖常常使用在乘用车中。这具有的优点是，具有小的重量。轻金属的强度在较高的温度的情况下下降。在包括两个区段的根据本发明的复合气缸盖中，一个区段包含耐压的材料，例如铸铁，而另一区段包含轻材料，例如铝。包含耐压或耐温度变化的材料的气缸盖的铸造构件的元件例如是进入通道和离开通道。其他的元件(例如用于冷却介质和润滑介质的管路)由轻金属制成。
[0020] 包含铁和铝、铁铝化物的混合物已经证实为特别有利，其满足提高的要求。根据本发明，气缸盖的铸体部分地或者完全包含该材料。在由多种材料构成的铸体中，根据本发明，使铁铝化物与铸铁和/或轻金属相组合。
[0021] 在包含材料铸铁和轻金属的组合的铸造构件中，由于材料的不同的热膨胀而可在过渡区域中形成间隙。将铁铝化物根据本发明用作在两个区段之间的增粘层实现在不同的轻金属合金之间或在轻金属和铸铁之间的过渡区域中改善材料配合，并且由此尤其在铸造之后冷却时降低间隙形成的趋势。这首先通过在制造另一区段之前将铁铝化物作为覆层施加到已有的区段上来实现。
[0022] 此外，该目的利用根据权利要求7的特征的方法来实现。从属权利要求尤其涉及本发明的适宜的改进方案。
[0023] 因此，根据本发明设置有这样的方法，在其中，在第二铸造过程之前将尤其包含铁铝化物的覆层作为增粘层施加到第一区段上。通过使用包含铁铝化物的增粘层可实现相对于
现有技术降低加工成本，并且在铸造时在两个区段之间产生改进的材料配合的连接。可实现使用简单的铸造设备和铸造技术，因为不需要有针对性地调整确定的组织结构，尤其在轻金属(例如铝)的情况下。此外，还可使用再生原料，例如再次回收的铝。已证实，适当的铁铝化物的特征在于在相对小的密度的情况下具有极高的强度值。其热膨胀性能近似相应于铝
硅合金的热膨胀性能，从而通过例如铸铁与铝的材料组合不会得到固有应力的提高。由至少两种不同的材料制造铸造构件还被称为混合铸造。
[0024] 区段可在共同的铸造工具中制成。然而已经证实为适宜的是，在分开的铸造工具中制造这些区段，其中，将第一区段在第二或其他的铸造过程之前布置在为第二或其他的铸造过程设置的铸造工具中。无论如何，首先铸造的且已经部分地或完全凝固的区段通过第二区段包围铸造。在此，这些区段材料配合地相连接。
[0025] 如果方法设置成用于制造根据权利要求1至6中任一项所述的铸造构件，这是本发明的一实施方式。
[0026] 此外，适宜的是，借助于浇注、沉浸、喷洒和/或
热喷涂施加覆层。形成增粘层的覆层理想地完全施加在这些区段之间。覆层是液态的或固态的材料。对于固态的材料，实际上使用粉末或絮状物。根据本发明的一改进方案是，为了施加，不同地静态地装载覆层和覆层施加在其上的区段。在区段之间通过覆层改善的材料配合降低在铸造过程之后冷却铸造构件时的间隙形成。
[0027] 用于增粘层的铁铝化物作为覆层优选地以固相(例如作为粉末)来提供。优选地，覆层的施加借助于
热喷涂(例如
火焰喷涂、
电弧喷涂或高速喷涂)实现。在本发明的改进方案中，第一区段(尤其设置为铸造构件的插入件的第一区段)在涂覆之前经受
喷砂处理。
[0028] 有利地，在第一铸造过程中使用第一铸造材料，并且在第二铸造过程中使用第二铸造材料。在此，第一铸造材料是与第二铸造材料不同的金属合金。在利用另一区段和/或其他的铸造材料包围铸造经涂覆的第一区段和/或第一铸造材料时，覆层不仅与第一区段而且与另一区段达到材料配合的连接，并且由此形成增粘层。借助于增粘层形成的在区段之间的材料配合的连接尤其在铸造构件冷却时相对于现有技术具有更小的间隙形成倾向。
附图说明
[0029] 本发明允许多种实施方式。为了进一步说明其基本原理，在附图中示出了其中的三个并且以下对其进行说明。其中：图1显示了铸造构件的一个区段的第一实施方式的示意图；
图2显示了在铸造铸造构件的另一区段之前的在图1中显示的区段与铸造工具的铸芯的示意图；
图3显示了铸造构件的在图1中显示的区段和在铸造时形成的另一区段的示意性的分解图；
图4显示了在图3中显示的铸造构件的示意图，其中，区段材料配合地相连接；
图5显示了带有两个区段和设置在其之间的覆层的铸造构件的示意图；
图6显示了用于制造铸造构件的方法的
流程图的示意图；
图7显示了铸造构件的在图1中显示的区段的背对内燃机的燃烧室的侧部的示意图；
图8显示了铸造构件的在图1中显示的区段的面对内燃机的燃烧室的侧部的示意图；
图9显示了带有支撑结构的铸造构件的区段的第二实施方式的示意图；
图10显示了带有排气歧管的铸造构件的区段的第三实施方式的示意图。
具体实施方式
[0030] 图1至6显示了用于制造金属铸造构件1的方法。在此示例性地显示的铸造构件1是未进一步示出的内燃机的气缸盖。铸造构件1是混合式气缸盖，其包含两种不同的铸造材料。铸造构件1的第一区段2包含铸铁或铁铝化物，而铸造构件1的第二区段3包含铁铝化物或轻金属。在第一铸造过程4中，在第一铸造工具中产生铸造构件1的第一区段2。
尤其在图1中示出了从未进一步示出的第一铸造工具中取出的第一区段2。在凝固之后，将第一区段2放入5到第二铸造工具中。对于第二铸造工具，在图2中仅仅绘出了用于产生空腔的油芯(Ölkern)6(其稍后用于容纳
润滑剂)和水芯(Wasserkern)7。水芯7在第二区段3中产生空腔，还称为水套10，其可用于容纳冷却介质或冷却流体。布置在第一区段2中的水套11与第二区段3的水套10不相关。这用于减轻在气缸盖中的腐蚀。在紧接着的第二铸造过程9中产生铸造构件1的第二区段3。在图3和4中可看出带有第一区段2和第二区段3的整个铸造构件1。在第二铸造过程9之前，将覆层12施加8到第一区段2上。
在第一区段2和第二区段3之间用作增粘层的覆层12包含铁铝化物并且优选地通
过热喷涂来施加8。如果第一区段2和第二区段3包含铁铝化物，取消施加铁铝化物覆层。
[0031] 图7和8显示了在第一实施方式中作为气缸盖的燃烧室板的第一区段2。燃烧室板包括两个气体离开通道13、两个气体进入通道14且此外包括已经描述的水套11的一部分。在图8中显示了面对燃烧室的侧部。该侧部还称成气缸盖面15并且具有气体离开通道13的离开开口16和气体进入通道14的进入开口17。
[0032] 图9显示了铸造构件1(尤其其第一区段2)的第二实施方式。第一区段2包括由支撑元件18构成的支撑结构。第二区段3包围第一区段2并且形成气缸盖的外罩壳体，而第一区段2实施为带有气缸盖面15的燃烧室板。
[0033] 图10显示了铸造构件1(尤其其第一区段2)的第三实施方式。第一区段2包括排气歧管19。在排气歧管19处借助于
螺栓连接布置有
涡轮增压器20的壳体。
[0034] 参考标号列表1 铸造构件
2 第一区段
3 第二/另一区段
4 第一铸造过程
5 插入
6 油芯
7 水芯
8 施加
9 第二铸造过程
10 水套
11 水套
12 覆层
13 气体离开通道
14 气体进入通道
15 气缸盖面
16 离开开口
17 进入开口
18 支撑元件
19 排气歧管
20
涡轮增压器。
