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Verfahren zur Vermeidung der Grobkristallisation bei (ler Erstarrung von metallischen Gussstiieken.
Die Kristallisation eines Metalls bzw. einer Legierung geht bekanntlich von einzelnen Punkten aus, die Keime genannt werden. Beim Erstarren des Metalls oder der Legierung bedingt die Anzahl dieser Keime die Korngrösse. Die Anzahl der vorhandenen und der spontan entstehenden Keime ist in vielen Legierungen so gering, dass sich ein grobes Korn ausbildet. Das grobe Korn verringert die Fähigkeit der Legierungen zur spanlosen Formgebung oder macht sie sogar gänzlich unmöglich und schädigt auch die sonstigen mechanischen Eigenschaften der Legierungen. Als Massnahmen gegen diese Grobkörnigkeit sind beschleunigte Abkühlung und eine niedrige Giesstemperatur verwendet worden. Die erste Massnahme ist aber natürlich nur bei geringen Querschnitten der Gussblöcke wirksam.
Die Wirk- samkeit der zweiten Massnahme ist nicht in allen Fällen ausreichend. Ferner macht die Einhaltung dieser Massnahme insbesondere beim Vergiessen grosser Einheiten beträchtliche Schwierigkeiten.
Erfindungsgemäss wird die Grobkörnigkeit dadurch verringert, dass die im flüssigen Metall vorhandenen Keime durch Zusatz von festem Material der beim Erstarren sich bildenden oder ihnen isomorphen Kristallarten in der Schmelze nach Beendigung etwaiger metallurgischer Arbeiten (Legieren, Desoxydieren, Entgasen usw. ) in der Weise künstlich vermehrt werden, dass das Keimträgermaterial durch die verfügbare Wärme der Schmelze so weit aufgeschmolzen wird, dass nur noch kleine, aber zahlreiche Keime von mikroskopischer oder submikroskopischer Grösse von längerer Lebensdauer in der Schmelze verbleiben, während nach dem Erstarren keine ungeschmolzenen Teile mehr zu erkennen sind.
Es bleiben um so mehr Keime zurück, je feinkörniger das Material des Keimträgers ist. Allmählich schmelzen aber auch diese Keime auf, so dass die Keimzahl um so grösser ist, je kürzer die Zeit zwischen dem Zusatz des Keimträgers und der Erstarrung ist. Ist die Aufschmelzgeschwindigkeit der Keime von Stücken der gleichen Legierung zu gross oder kann die Zeit zwischen Zusatz des Keimträgers bis zur Erstarrung der Legierungen aus irgendwelchen Gründen nicht genügend kurz gewählt werden, um ein genügend feines Korn zu erreichen, so kann die Zusatzlegierung auch etwas von der Zusammensetzung der Schmelze derart abweichen, dass sie einen höheren Schmelzpunkt besitzt, der bis etwa 50 C über dem Schmelzpunkt des Metallbades liegt.
Die schädliche Keimzerstörung ist um so geringer, je niedriger die Temperatur der Schmelze beim Zusatz des Keimträgers ist. Daraus ist die Regulierung der Giesstemperatur ohne weiteres abzuleiten.
Sie muss möglichst niedrig sein, aber doch noch so hoch, dass die Keimträger einwandfrei gelöst werden.
Im allgemeinen wird eine Änderung der Giesstemperatur nicht erforderlich sein.
Auch jede Bewegung der Schmelze wirkt nach Zugabe des Keimträgers keimzerstörend. Am geringsten sind die Bewegungen, wenn der Keimträger sich in der Gussform (Kokille oder Sandform) befindet und erst beim Eingiessen des flüssigen Metalls in die Form bis zu Restkeimen aufschmilzt. Der Keimträger kann z. B. in Stab-oder Drahtform in der Gussform befestigt sein. Die Anzahl der Stäbe und ihre Dicke ist so gross zu wählen, dass die Bewegung der Schmelze in der Form ausreicht, um die Keime gleichmässig zu verteilen, was von Fall zu Fall durch einfache Versuche festzustellen ist.
Beispielsweise wurde eine beträchtliche Kornverfeinerung bei einer Stahlschmelze von 4 t mit 4% Silizium beobachtet, die in eine Kokille von 500 X 500 mm Blockquerschnitt vergossen wurde und in welcher insgesamt 10 Stäbe von 5 bis 20 mm Dicke über den Blockquerschnitt verteilt waren.
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Bei Zinkschmelzen, die bekanntlich stark zur Transkristallisation neigen, wurde die Transkristallisation einer 20 kg-Schmelze beim Guss in eine Rundkokille von 100 mm Blockquerschnitt durch den Einbau von vier Drähten von 1 mm Dicke fast völlig verhindert.
In der Nähe der abkühlenden Wand muss gegebenenfalls die Stabdicke geringer gewählt werden.
Die Dicke der Stäbe des Keimträgers ist der Wandstärke des Blockes in der Weise anzupassen, dass sie um so grösser ist, je grösser der Querschnitt des Blockes ist, da sonst die Keimträger zu rasch aufschmelzen und bei der langen Erstarrungszeit auch ein grosser Teil der Restkeime zerstört wird.
Bei dieser Anordnung des Keimträgers kann auf die rasche Abkühlung von den Seiten durch die bei Schmiedeblöcken übliche Verwendung einer Kokille gegebenenfalls verzichtet und an ihrer Stelle eine Sandform verwendet werden. Damit werden die inneren Spannungen, die in schnell erstarrten grossen Blöcken sehr gross sind, sehr viel geringer.
Die genaue Form und Abmessung der einzufügenden Stoffe, wie sie für jeden Zweck geeignet sind, lassen sich in der Praxis durch einen einfachen Versuch leicht bestimmen. Zu diesem Zweck werden in einem Vorversuch Stäbe verschiedener Dicke eingesetzt, und es wird dann festgestellt, bei welcher Dicke des Drahtes ein für die mikroskopische Betrachtung völliges oder fast völliges Aufschmelzen erfolgt.
Die Menge des als Keimträger zugesetzten Materials ist verschieden und kann nur anhaltsweise angegeben werden ; die untere Grenze der Wirksamkeit liegt bei etwa 0'1% des Gewichtes des Gussstückes.
Die zugesetzte Keimmenge kann aber wesentlich grösser sein und beispielsweise bis zu etwa 5% betragen.
Falls das Keimträgermaterialleicht korrodiert oder beim Erwärmen in stärkerem Ausmass zundert, so dass bei der Berührung mit der Schmelze Gase oder wenigstens unganze Stellen entstehen, kann es mit einem Schutzüberzug versehen werden.
An Stelle des Anbringens des Keimträgers in der Gussform kann sein Zusatz durch Einwerfen kleiner Stücke des Keimträgers in den Giessstrahl erfolgen.
Alle Massnahmen, Anbringen des Keimträgers in der Form, Hineinwerfen in den Giessstrahl oder Zusatz in der Pfanne, können auch kombiniert werden. Hiebei ist es vorteilhaft, den Zusatz in den Giessstrahl gegen Ende des Gusses grösser zu wählen. Ferner empfiehlt es sich, den Blockdurchmesser zur Vermeidung des Lunkerns oben breiter zu wählen als unten.
Schliesslich wird bemerkt, dass das Füttern von Stählen jeglicher Zusammensetzung in der Gusspfanne oder in der Gussform durch Einbringen von festem Schrott als Notbehelf zur Herabsetzung der Temperatur von überhitzten Chargen bereits bekannt ist, der nur ausnahmsweise, u. zw. bei überhitzten Chargen, angewendet wird und wenn möglich, insbesonders bei heiklerem Material wegen der Gefahr des Überfütterns, vermieden werden soll.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Vermeidung der Grobkristallisation bei der Erstarrung von metallischen Gussstücken, die einer spanlosen Formgebung unterworfen werden sollen, dadurch gekennzeichnet, dass die im flüssigen Metall vorhandenen Keime durch Zusatz von festem Material der beim Erstarren sich bildenden oder ihnen isomorphen Kristallarten in der Schmelze nach Beendigung etwaiger metallurgischer Arbeiten (Legieren, Desoxydieren, Entgasen usw. ) in der Weise künstlich vermehrt werden, dass das Keim- trägermaterial durch die verfügbare Wärme der Schmelze so weit aufgeschmolzen wird, dass nur noch
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dauer in der Schmelze verbleiben, während nach dem Erstarren keine ungeschmolzenen Teile mehr zu erkennen sind.