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Entwicklung eines Gießverfahrens zur Erzeugung elektromagnetisch induzierter Gradierungen primärer Siliziumausscheidungen in Aluminiumbauteilen während der Erstarrung (EIS)

Leitung:Prof. Dr.-Ing. B. Nacke (Teilprojekt ETP)
Bearbeitung:Dr.-Ing. M. Langejürgen (Teilprojekt ETP, Tätigkeit am Institut beendet)
Laufzeit:01.04.2004 - 30.09.2007
Förderung durch:BMBF Förderkennzeichen 03X3002
Bild Entwicklung eines Gießverfahrens zur Erzeugung elektromagnetisch induzierter Gradierungen primärer Siliziumausscheidungen in Aluminiumbauteilen während der Erstarrung (EIS)

Projektbeschreibung

 

Das EIS-Verfahren wurde im Rahmen des Forschungsprojektes zur Herstellung monolithischer Zylinderkurbelgehäuse aus einer Aluminium-Silizium-Legierung AlSi7Cu4Mg weiterentwickelt und an den bestehenden Produktionsprozess zum Gießen der Gehäuse angepasst. 

Mittels numerischer Simulation ist ein geeignetes Induktorsystem entstanden, das für die Gradierung einer Laufbuchse optimiert wurde. Der theoretische Verlauf der Gradierung erfolgt in vier Zonen. An der Innenfläche bildet sich eine Randschale mit Ausgangskonzentration (1), deren Breite sich durch Vorwärmen der auch Pinole genann-ten Hülle variieren lässt. Die Anrei-cherungszone (2) kann durch die Magnetfeldstärke, Frequenz, sowie durch Parameter der Schmelze (Siliziumgehalt, Kornfeinung, Restkeimzustand) beeinflusst werden. Entsprechend lässt sich auch der Abstand des Konzentrationsmaximums von der Innenfläche wählen. Die Verarmungszone (3) ist der Bereich aus dem das primäre Silizium abgezogen worden ist. Er ist von seiner Form und Ausprägung eher von untergeordneter Bedeutung, da die Oberflächen nach der Endbearbeitung in dem Bereich maximaler Anreicherung liegen sollten, um die bestmöglichen Eigenschaften zu nutzen. Sind die Bauteilabmessungen im Vergleich zur elektromagnetischen Eindringtiefe groß, schließt sich eine ungradierte Zone (4) an, deren Eigenschaften der Ausgangslegierung entsprechen.

Mittels eines Prototyps des Induktorsystems wurden zunächst Gießversuche beim Projektpartner ACCESS e.V. durchgeführt, die die generelle Eignung des EIS-Verfahrens für das Gießen von gradierten Legierungen für Zylinderkurbelgehäuse nachweisen konnten. Anschließend wurden die entwickelten Induktorsysteme in eine Produktionsanlage zum Gießen von Zylinderkurbelgehäusen beim Projektpartner KS Aluminium-Technologie AG integriert. Die Ergebnisse der Versuche sowohl in der Versuchsanlage bei ACCESS als auch in der Produktionsanlage bei ATAG zeigten, dass eine ausreichende Gradierung in radialer und zusätzlich auch in axialer Richtung erzeugt wird. Durch Schliffbilder mit anschließender Untersuchung mittels Bildverarbeitung wird der Verlauf der Anreicherung im Bauteil bestimmt und der Einfluss der Parameter auf das Ergebnis untersucht.

     

Das Projekt wurde abgeschlossen mit dem erfolgreichen Testlauf eines 8-Zylinder-Motors beim Projektpartner BMW, in den 4 mittels EIS-Verfahren eingebaute Laufbuchsen eingesetzt wurden.

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