DD211983A1

DD211983A1 - METHOD OF MELTING, IN PARTICULAR MOTOR PISTON, BY ELECTRON BEAM

Info

Publication number: DD211983A1
Application number: DD82245736A
Authority: DD
Inventors: Goetz Sobisch; Siegfried Panzer
Original assignee: Zentralinstitut Schweiss
Priority date: 1982-12-09
Filing date: 1982-12-09
Publication date: 1984-08-01
Also published as: GB2131458A; FR2537484A1; DE3339906A1; FR2537484B1; GB8331334D0; JPS59113122A; SE8306760L; SE8306760D0

Abstract

Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf das oertliche Schmelzbehandeln des Bereiches der Flanken einer nach der Schmelzbehandlung auszustechenden Nut, vorzugsweise einer Ringnut von Kolben fuer Verbrennungsmotore mittels Elektronenstrahl. Ziel ist,bekannte Maengel bei der Herstellung verschleissfester Schichten, vorzugsweise von Kolben von Verbrennungsmotoren, zu vermeiden.Es sind Massnahmen vorzuschlagen, welche im Schmelzbereich eine Porenbildung vermeiden, keine in die ausgearbeitete Nut hineinreichenden Risse entstehen lassen und das Auftreten von Lunkern im Nutflankenbereich weitgehend vermindern. Erfindungsgemaess werden die den Nutflanken zugeordneten Aufschmelzbereiche in wechselweise einander ueberlappenden Abschnitten erzeugt, wobei das sich ueber die Laenge eines Abschnittes erstreckende Schmelzbad jeweils von der Nutflankenebene ausgehend und parallel zu dieser in Richtung zur Nutmitte mit monoton abnehmender Aufschmelztiefe gefuehrt wird.The invention relates in particular to the local melt treatment of the region of the flanks of a tongue to be ejected after the melt treatment, preferably an annular groove of pistons for combustion engines by means of an electron beam. The aim is to avoid known defects in the production of wear-resistant layers, preferably pistons of internal combustion engines. Measures must be proposed which avoid pore formation in the melting region, do not cause cracks extending into the machined groove and greatly reduce the occurrence of voids in the groove flank region , According to the invention, the melting areas allocated to the groove flanks are produced in mutually overlapping sections, wherein the melt pool extending over the length of a section is guided in each case from the groove flank plane and parallel to this with a monotonically decreasing melting depth in the direction of the groove center.

Description

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Verfahren zum Schmelzbehandeln, insbesondere von Motorkolben mittels Elektronenstrahl Anwendungsgebiet der ErfindungProcess for melt treatment, in particular of motor pistons by means of electron beam Field of application of the invention

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum örtlichen Schmelzbehandeln des Bereiches der Flanken einer nach der Schmelzbehandlung auszustechenden Nut, vorzugsweise einer Ringnut von Kolben fur Verbrennungsmotoren mittels tiektronenstrahlen im Sprmgstrahlverfahren, gegebenenfalls aucn zur Verbesserung der verschleißbestimmenden Werkstoffeigenschaften, wenn der herzustellende verschleißbeanspruchten Flache Bereiche geringer Beanspruchung unmittelbar benachbart sind oder die beanspruchte Flache durch der Schmelzbehandlung angeschlossene mechanische Bearbeitung aus dem Werkstoff herausgearbeitet wirdThe invention relates to a method for locally melt-treating the region of the flanks of a groove to be machined after the melt treatment, preferably an annular groove of pistons for internal combustion engines by means of jet spraying, optionally also for improving the wear-determining material properties, if the wear-stressed flat areas of low stress are immediately adjacent or the claimed surface is machined from the material by mechanical processing connected by the melting treatment

Characteristic of the known technical solutions

Es ist bekannt, durch ortlich begrenztes Aufschmelzen eines Werkstuckes, ζ B. mit Laser- oder Elektronenstrahlen die verschleißbestimmenden Werkstoffeigenschaften, die Harte, Biegewechselbestandigkeit oder andere Werkstoffeigenschaften bei geeigneten Werkstoffen юкаі zu erhohen Die Schmelzbehandlung erfolgt dabei so, daß die nachträglich auszuarbeitende besonders beanspruchte Flache im aufgeschmolzenen Werkstoffbereich liegt. Der den Eigenschaftsverbesserungen zugrunde liegende Effekt beruht auf der warmeleitungsbedmgten extrem scnnellen Abkühlung des Schmelzbereiches, die zur Ausbildung vom Grundwerkstoff deutlich unterscmedlichen Gefugeformen fuhrt Zur Herstellung verschleißbeanspruchter Nuten, wie z.B. der ersten Ringnut von Verbrennungsmotoren kolben, ist es bekannt, zwei den Nutflanken zugeordnete, über die Nuttiefe reichende Schme!z2onen zu erzeugen Es ist auch bekannt, diese zwei zueinander parallel verlaufenden Schmelzzonen durch periodisch sprungartige Strahlablenkung in feste, den Nutflanken zugeordnete, Ablenkzustande quasi gleichzeitig herzustellen Ein entscheidender Mangel dieser bekannten Verfahren besteht dann, daß es abhangig vom Gehalt und der Art im Werkstoff enthaltener Verunreinigungen zur Porenbildung im Schmelzbereich kommen kann, die Störungen in den Nutflankenflachen zur ^Polge haben können Weiterhin können zwischen den beiden Schmelzzonen infolge auftretender Schrumpfspannungen in die ausgearbeitete Nut hineinreichende Risse entstehen, wenn die notwendige Aufschmelztiefe ein bestimmtes Maß übersteigt. Ein weiterer Mangel, der besonders bei der Schmelzbehandlung von Gußkorpern auftritt besteht darm, daß im Guß vorhandene Lunker Hohlräume im Schmelzbereich hinterlassen, die ebenfalls zu fehlerhaften Nutflachen fuhren könnenIt is known to increase by locally limited melting of a workpiece, mit B. with laser or electron beams, the wear-determining material properties, hardness, Biegewechselbestandigkeit or other material properties with suitable materials юкаі The melt treatment is carried out so that the subsequently elaborated particularly stressed flat in molten material region is located. The effect underlying the property improvements is based on the hot-line-conditioned extremely rapid cooling of the melting region, which leads to the formation of base material of significantly undersized forms. For producing wear-stressed grooves, such as the first annular groove of combustion engine pistons, it is known to associate two of the groove flanks over the It is also known to produce these two mutually parallel melting zones by periodic jump-like beam deflection in solid, the groove flanks associated, Ablenkzustande almost simultaneously a crucial shortcoming of these known methods is that it depends on the content and the type contained impurities to pore formation can occur in the melting region in the material, the disturbances in the Nutflankenflachen for ^P can have olge Further, between the two melting zones as a result of shrinkage stresses occurring cracks extending into the machined groove arise when the necessary melting depth exceeds a certain level. Another shortcoming that occurs especially in the melting treatment of Gußkorpern is that intestinal voids left in the casting leave voids in the melting, which can also lead to faulty Nutflachen

Ziel der ErfindungObject of the invention

Durch die Erfindung ist ein Verfahren zu schaffen, welches die aufgeführten Mangel bei der Schmelzbehandlung mit Elektronsnestrahiern vermeidet und die Hersteilung von verschleißfesten Flachen, insbesondere Dei Kolben von Verorennungsmotoren, ermöglichtBy the invention, a method is to be created, which avoids the listed defect in the melt treatment with Elektronsnestrahiern and the Hersteilung of wear-resistant surfaces, in particular Dei piston of corrosion engines, allows

Das Wesen der ErfindungThe essence of the invention

Der Erfindung hegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum örtlichen Schmelzbehandeln insbesondere des ersten Rngnutbersiches von Kolben fur Verbrennungsmotor zu entwickeln, wobei dieses so zu gestalten st, daß im Schmelzbereich eine Porenbildung vermieaen wird, keine in die ausgearbeitete Nut hineinreichenden R'sse entstehen können und das Auftreten von Lunkern im Nutflankenbereich weitgehend vermindern wird. Erfinaungsgemaß wird die Aufgabe dadurch gelost, daß die den Nutflanken zugeordneten Aufschmelzbereiche in wechselweise einander gegenüberliegenden, m Nutlangsnchtung ausgedehnten und einander überlappenden gleichungen Abschnitten erzeugt werden, wobei das sich uoer die Lange eines Abschnittes erstreckende Schmelzbad jeweils von der Nutflankenebene ausgehend und parallel zu dieser in Richtung zur Nutmitte mit monoton abnehmender Aufschmelztiefe gefuhrt wirdThe invention has the object to develop a method for local melt treatment in particular of the first Rngnutbersiches of pistons for internal combustion engine, this st so that in the melting pore formation is vermieaen, no in the elaborated groove reaching R'sse can arise and the occurrence of voids in the groove edge area will largely reduce. Erfinaungsgemaß the object is achieved in that the groove flanks associated with the melting areas in mutually opposite, m Nutlangsnchtung extended and overlapping equations sections are generated, wherein the uoer the length of a section extending molten respectively from the Nutflankenebene starting and parallel to this in the direction is guided to Nutmitte with monotonically decreasing melting depth

Das wird dadurch erreicht, daß der Elektronenstrahl quer zur Längsrichtung der Nut periodisch sprungartig und wechselweise in die einander gegenüberliegende Nutflankenebenen aogelenkt und von dort aus mit von Null monoton ansteigender Ablenkgeschwindigkeit in Richtung Nutmitte gefuhrt wird und daß dieser Strahlablenkung eine zweidimensional Strahlpendelung mit gegenüber der Frequenz der Spripgfunktion wesentlich höherer Frequenz additiv überlagert wi^d, .wobei die Amplitude der Strahlpendelung in Nutlangsnchtung der Lange der besagten Abschnitte entspricht und groß gegenüber dem Strahldurchmesser ist und die Amplitude der dazu senkrechten Komponente der Stranlpendeiung kleiner als die Komponente in Längsrichtung der Nut istThis is achieved in that the electron beam transverse to the longitudinal direction of the groove periodically jumped and alternately aogelenkt in the opposing groove flank planes and from there with zero monotonically increasing deflection in the direction Nutmitte and that this beam deflection with a two-dimensional beam oscillation with respect to the frequency The amplitude of the beam oscillation in groove lengthening corresponds to the length of the said sections and is large in relation to the beam diameter and the amplitude of the component of the strand component perpendicular thereto is smaller than the component in the longitudinal direction of the groove

Es ,st zweckmäßig, als Pendelungsfigur eine >n Nutlangsnchtung liegende „8" oder eine zur Nutmitte geöffnete Dcppelparabef zu verwenden Es ¹St ferner vorteilhaft, der in Nutlangsrichtung liegenden StrahiablenKung zusatz'ich eine Sagezahnfunktion additiv zu überlagern, so daß der Elektronenstrahl wahrend der Verweildauer 'n einem Abschnitt in Nutiangsnchtung eine relativ zur bewegten Werkstuckoberflache ruhende Osziilationsfigur durchlauft.It st expedient as Pendelungsfigur a> n Nutlangsnchtung lying "8", or to use an open to the groove center Dcppelparabef it ¹ St also advantageous to the StrahiablenKung lying in Nutlangsrichtung zusatz'ich a sawtooth function additively superimpose so that the electron beam during the dwell time In a section in Nutiangsnchtung a rested relative to the moving workpiece stucco Osziilationsfigur.

AusfuhriingsbeispielAusfuhriingsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausfuhrungsbeispiel und der dazugehörigen Zeichnung naher erläutert werden, die einen Schnitt durch die Abwicklung eines Oberflachenbereiches eines Verorennungsmotorkolbens zeigt, der im Be^reich der Kolbenringnutflanken schmelzbehandelt wird Im dargestellten Werkstuckausschnitt 1 soll eine durch die punktierte Linie angedeutete Ringnut 2 hergestellt werden. Die Verschleißfestigkeit des Werkstoffs ist im Bereich der beiden Nutflanken 2 a und 2b durch lokales Aufschmelzen mit dem Elektronenstrahl 3 zu erhohen Nach ausgeführter Schmelzbehandlung ist die Nut 2 auszustechen, so daß die Nutflanken 2 a und 2 b im schmelzbehandelten Werkstoff liegen Die Schmelzbehandlung erfolgt derart, daß mit aem Elektronenstrahl 3 den Nutflanken 2a und 2 b zugeordnete Aufschmelzbereiche 4a und 4b erzeugt warden Zu diesem Zweck wird der Elektronenstrahl 3 wechselweise ir einander gegenuberiiegenaen, sich gegenseitig überlappenden gleichlangen Aöscnnitie 5 zur S.nwirkung gebracht. Dabei wird das sich über die Lange des Abschnitts 5 erstreckende Schmelzbad 6jeweiis von den Nutflanken 2 a bzw. 2 bausgehend ip Richtung zur Nutmitte mit monoton abnehmender Aufschmeiztiefe gefuhrt. Der Elektronenstrahl 3 ist iangs und quer zur vorgesehenen Ringnut 2 ablenkbar. Zur Durchführung der Scrmelzbenardiung wird der Elektronenstrahl 3 quer zur Längsrichtung der Ringnut 2 penodiscn sprungartig und wechselweise ir die einander gegenüberliegenden Ebenen derThe invention will be explained below using an exemplary embodiment and the accompanying drawing, in which shows a section through the provision of a top flat portion of an Verorennungsmotorkolbens, which is melt-treated in Be ^r calibration of Kolbenringnutflanken In the illustrated workpiece segment 1 a direction indicated by the dotted line ring groove 2 to prepared become. The wear resistance of the material is in the range of the two groove flanks 2 a and 2b to increase by local melting with the electron beam 3 After executed melt treatment, the groove 2 auszustechen so that the groove flanks 2 a and 2 b lie in the melt-treated material The melt treatment takes place such that with the aem electron beam 3 the reflow areas 4a and 4b associated with the groove flanks 2a and 2b are produced. For this purpose, the electron beam 3 is alternately positioned opposite one another to each other, overlapping the same length of azecnnite 5. In this case, the molten bath 6jeweiis extending over the length of the section 5 is guided by the groove flanks 2 a and 2, respectively, in the direction of the groove center with a monotonically decreasing melting depth. The electron beam 3 can be deflected transversely to the intended annular groove 2. To carry out the scrubbing, the electron beam 3 becomes penodiscn transversely to the longitudinal direction of the annular groove 2 and alternately ir the opposite planes of the

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Nutflanken 2a und 2b abgelenkt und von dort mit von Null aus monoton ansteigender Geschwindigkeit in Richtung der Pfeile 7 zur Nutmitte gelenkt.Grooved edges 2a and 2b deflected and steered from there with monotonically increasing speed from zero in the direction of the arrows 7 to Nutmitte.

Dieser Ablenkung des Elektronenstrahls 3 ist eine zweidimensional Strahlpendelung mit gegenüber der Frequenz der Sprungfunktion wesentlich höherer Frequenz additiv überlagert. Die Amplitude der durch den Doppelpfeil 8 gekennzeichneten, in Nutlängsrichtung liegenden Komponente der Strahlpendelung ist groß gegenüber dem Durchmesser des Elektronenstrahls 3 und entspricht der Länge der Abschnitte 5, bestimmt also die Längsausdehnung des Schmelzbades 6.This deflection of the electron beam 3 is a two-dimensional beam oscillation with respect to the frequency of the jump function significantly higher frequency additive superimposed. The amplitude of the component marked by the double arrow 8, lying in Nutlängsrichtung component of the beam oscillation is large compared to the diameter of the electron beam 3 and corresponds to the length of the sections 5, thus determines the longitudinal extent of the molten bath. 6

Die durch den Doppelpfeil 9 gekennzeichnete Querkomponente der Strahlpendelung ist kleiner als die Längskomponente und klein gegenüber der Breite der Ringnut 2. Der Ablenkung in Längsrichtung der Ringnut 2 wird additiv eine zusätzlicne Sägefunktion doppelter Frequenz bezogen zur Sprungfunktion und phasentreu überlagert, so daß der Elektronenstrahl 3 während der Verweildauer in einem Abschnitt 5 in Längsrichtung der Nut 2 eine relativ zur in Richtung des Richtungspfeiles bewegten Werkstoffoberfläche ruhende Pendelfigur durchläuft. Damit wird der Elektronenstrahl 3 bei außeracht gelassener Pendelung stets entlang der Pfeile 7 über die Abschnitte 5 führt und springt entlang der gestrichelten Pfeile von einem Abschnitt 5 zu den nächstfolgenden.The transverse component of the beam oscillation characterized by the double arrow 9 is smaller than the longitudinal component and small with respect to the width of the annular groove 2. The deflection in the longitudinal direction of the annular groove 2 is additively overlaid with an additional sawing function of twice the frequency relative to the step function and superimposed in phase, so that the electron beam 3 during the residence time in a section 5 in the longitudinal direction of the groove 2 passes through a pendulum figure which is stationary relative to the material surface moving in the direction of the directional arrow. In this way, the electron beam 3 always leads along the arrows 7 over the sections 5 when the oscillation is left out of focus and jumps along the dashed arrows from one section 5 to the next.

Claims

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invention claims

1. A method for local melt treatment of the region of the flanks of auszustechenden after the melting of a groove, preferably an annular groove of pistons for internal combustion engines by electron beams in Springstrahiverfahren, characterized in that the groove flanks (2a, 2b) associated Aufschmeizbereiche (4a, 4b) in alternately The molten bath (6) extending over the length of a section (5) extends in each case from the groove flank plane and parallel to it in the direction of groove center with monotonically decreasing plating depth to be led.

2. A method for local melt treatment according to item 1, characterized in that is used as a pendulum figure lying in Nutlängsrichtung "8" or optionally a Nutmitte opened parabola.

3. A method for local melt treatment according to point!, Characterized in that the lying in the groove longitudinal direction beam deflection addition, a sawtooth function is additive so superimposed that the electron beam (3) during the dwell time in a section (5) in the groove longitudinal direction relative to the moving workpiece surface resting Oscillating figure goes through.

For this a sheet of drawings