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förmige Gussstüeke dadurch zu erhalten, dass geschmolzenes Metall einer Pressform an einem Ende zugeführt und am andern Ende das feste Metall entnommen wird, wobei das Metall durch seitlichen Wärmeentzug durch die Formwand hindurch zum Erstarren gebracht wird, so dass der Übergang in den festen Zustand von aussen her gegen die Mitte zu fortschreitet.
Das sieh ergebende Kristallgefüge hat ungenügende Festigkeit im Bildungsstadium zur Folge, was eine kontinuierliche Entnahme des Gussstüekes behindert.
Gemäss vorliegendem Verfahren wird aus dem geschmolzenen Metall, unmittelbar durch die vor der Erstarrungszone liegenden Formwände, ausschliesslich Überhitze entzogen, während die gesamte latente Wärme im wesentlichen durch das jeweils zuletzt erstarrte Metall abgeleitet wird. Vorzugweise sind für die Abfuhr der Überhitze und der latenten Wärme zwei voneinander getrennte Abfuhr-
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KÜhlbereich vereinigen.
Es erweist sich als zweckmässig, den grössten Teil der Überhitze aus dem dem Ofen entnommenen Metall in einer nahe dem inneren Ende der Form gelegenen Zone abzuleiten, d. h. nahe der Wärmequelle bzw. dem im Ofen befindlichen Metall, so dass sich die Temperatur des zugeführten Metalls leicht ermitteln lässt. Sodann wird das geschmolzene Metall durch eine Zone geleitet, in der der Wärmefluss nach aussen sehr eingeschränkt ist. Beim Durchgang durch diese Zone nähert sich das geschmolzene Metall dem Erstarren. Da in dieser Zone der Wärmefluss nach aussen weitgehend eingeschränkt ist, verliert das diese Zone passierende geschmolzene Metall seine restliche Überhitze langsam und gleichmässig.
Infolgedessen ergibt sieh ein allmählicher Temperaturabfall bis zum Erstarren, wobei die Temperatur über die einzelnen Querschnitte des geschmolzenen Metalls im wesentlichen gleichmässig ist.
Das Abkühlen des aus der Erstarrungszone hervorgehenden festen Metalls bewirkt die Abfuhr von latenter Wärme aus dem mit diesem in Berührung stehenden flüssigen Metall. Dies kann durch beliebige geeignete Mittel erfolgen, wie z. B. durch das Bespülen der austretenden Gussstücke mit Wasser.
Beim erfindungsgemässen Verfahren findet die Erstarrung kontinuierlich über einen im Wesen ebenen, allenfalls schwach konvexen Querschnitt statt, wobei die Kristallbildung im Wesen in der Längsrichtung des Gussstuckes verläuft. Bei richtiger Einstellung aller Arbeitsbedingungen sowie bei genügend langsamer Wärmeabfuhr bestehen die Gussstücke ans Kristallen, bei welchen die üblichen kleinen gleichachsigen Kristalle zur Gänze fehlen. Die Kristalle können viel länger sein als bei den üblichen Gussverfahren, besonders bei Gussstücken aus einzelnen Metallen. Das Kristallgefüge ist dicht, homogen und frei von niehtmetallischen Einschlüssen.
Röntgenuntersuchungen der erhaltenen Gussstücke zeigen ein auffallendes Fehlen sowohl von Interkristallspannungen als auch von Intrakristallspannungen. Die Oberflächen der Gussstüeke sind dabei glatt.
Bei derart abweichenden Bedingungen, dass die Überhitze nicht zur Gänze entzogen wird, ehe das Metall die Erstarrungszone erreicht, zeigen sieh gleichachsige Kristalle an der Umfläche des Forw-
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stückes ; dies beeinflusst jedoch nicht die einwandfreie Beschaffenheit der Gussstücke und ist demnach innerhalb angemessener Grenzen zulässig. Bei übermässigem Überhitzen zeigt sieh eine rauhe Oberfläche des Gussstüekes. Eine beträchtliche Abgabe latenter Wärme durch die Formwand zeigt sieh durch das Vorhandensein längsverlaufender V-förmiger Risse in der Oberfläche des Gussstückes.
Um dies zu vermeiden, ist es zweckmässig, das Metall mit einem geringen Gehalt an Überhitze zur Erstarrungzone gelangen zu lassen. Es ist jedoch durchaus praktisch möglich, das Ideal einer vollständigen Teilung des Flusses der Überhitze vom Flusse der latenten Wärme zu verwirkliehen. Der regulierbare ein- geschränkte Wärmefluss durch die Formwand lässt sieh durch verschiedene, im folgenden näher dargelegte Mittel erreichen.
Nach dem erfindungsgemässen Verfahren vergossenes Metall weist gute mechanische Eigenschaften auf. Z. B. ist eine aus schwach legiertem Messing (95% Kupfer und 5% Zink) gemäss diesem Verfahren gegossene Stange von 1%"Durchmesser auf einen Durchmesser von 3/4"kalt gewalzt und sodann auf %"gezogen worden, ohne jegliches Glühen. Beim nachfolgenden üblichen Zerreissversuch ergab sieh eine weitere Einschnürung von 70% an der Bruchstelle. Überdies wurde diese Einschnürung ohne das übliche Abschleifen erreicht, welchem gewöhnliche Gussstüeke vor dem Kaltwalzen unterworfen werden.
Es zeigte sich weiter, dass erfindungsgemäss hergestellte Gussstüeke, wenn sie kalt bearbeitet werden, in ihrer Mitte und an ihrer Oberfläche des Formstückes gleichmässig fliessen. Auch sind die Seigerungs-, Aussonderungs- und Kernbildungserscheinungen weitgehend herabgesetzt, unter Umständen sogar ausgeschaltet.
Bei Legierungen und Metallgemischen, die einen Bestandteil mit hohem Schmelzpunkt und einen oder mehrere Bestandteile mit niedrigeren Schmelzpunkten aufweisen, wird die Abkühlung und das Mass des Austrittes des Gussstückes derart geregelt, dass die dem Bestandteile mit hohem Schmelzpunkt eignende Überhitze im wesentlichen zur Gänze direkt in die Formwandungen übertritt. also nicht durch das erstarrte Metall entweicht, so dass das Gemisch für das einsetzende Erstarren in der gleichen Weise vorbereitet wird wie ein einzelnes Metall. Die bei niedrigeren Temperaturen schmelzenden Bestandteile werden naturgemäss noch ein beträchtliches Mass der ihnen entsprechenden Überhitze aufweisen, da ihre Temperatur noch über den Erstarrungspunkten liegt.
Die Erstarrung vollendet sich aber durch den weiteren Entzug von Wärme über die vorher erstarrten Metallteile.
Nach Verfahren gemäss der Erfindung hergestellte Gussstücke sind im gegossenen Zustande von gleichmässig höherer Dichte als aus gleichen Metallzusammensetzungen nach früheren Verfahren hergestellte. Dies ist offenbar zum Teil darauf zurückzuführen, dass nichtmetallische Einschlüsse vermieden sind, da sie scheinbar durch die fortschreitende Kristallbildung auf einem im Wesen ebenen Querschnitt beim Erstarren des Metalls ausgetrieben werden. Es zeigt sich auch, dass gelöste Gase, noch ehe das Metall seine Liquidustemperatur erreicht, entweichen.
Die Kristallisierungsgrenzen bei nach dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellten Gussstücken sind auffallend frei von Oxyden und weisen eine charakteristisch scharfe, klare Begrenzungslinie auf.
Das Gussverfahren nach der Erfindung lässt sich durch verschiedenartige Vorrichtungen durchführen, wovon eine in der Praxis angewendete Ausführungsform in der Zeichnung dargestellt ist.
Hiebei stellt Fig. 1 eine Ansieht der Giessvorrichtung dar. Fig. 2 ist der zugehörige Grundriss, Fig. 3 ist eine Vorderansicht des bei der Ausführungsform nach Fig. 1 und 2 verwendeten Formblockes, Fig. 4 ist der zugehörige Grundriss. Fig. 5 stellt im Schnitt einen Teil des Behälters für das geschmolzene Metall bzw. der Ofenkammer dar, wobei die Sehnittebene durch den in Fig. 3 dargestellten Formblock geht. Fig. 6 ist eine Ansicht der in Fig. 5 im Schnitt dargestellten Formkammer.
In den Fig. 1 und 2 bedeutet 1 die Ofenkammer, welche aus feuerfesten Steinen oder sonstigem geeigneten, hitzebeständigen Baustoff besteht. Der dargestellte Ofen ist ein Induktionsofen, wobei der übliche Transformator am Boden, der das geschmolzene Metall in bekannter Weise bei der richtigen Temperatur erhält, mit 2 bezeichnet ist. Zum Zuführen von Kühlflüssigkeit zu diesem Transformator dient in bekannter Weise eine geeignete Rohrleitung 4. Der Ofen kann beliebig abgeschlossen werden.
Gemäss der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsform ist ein Deckel 5 vorgesehen, welcher die das geschmolzene Metall enthaltende Kammer 6 abschliesst. Dieser Deckel ist von einer Stange 7 getragen, die mit einer am Deckel befestigten gabelförmigen Konsole 8 verbunden ist. Auf dieser Stange 7 ist ein Arm 9 verschiebbar angeordnet, auf dem ein Lenker 10 drehbar befestigt ist. Dieser Lenker ist seinerseits an den kurzen Arm 11 eines L-förmigen Hebels angelenkt, dessen längerer Arm
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drehbar angeordnet, wobei der Ständer 14 mit einem Gelenkzapfen 15 versehen ist, der in einem am Oberteil des Ofens vorgesehenen Lager sitzt. Beim Verschwenken des Hebels nach links in Fig. 1 hebt der Lenker den Arm 9, bis er mit dem auf der Stange 7 vorgesehenen Flansch 16 in Eingriff kommt.
Weiteres Verschwenken des Griffes 12 hebt dann den Deckel 5 etwas über den Oberteil des Ofens.
Auf den Deckel kann sodann ein Zug ausgeübt werden, z. B. entgegen dem Uhrzeigersinn in Fig. 2, wodurch der Ofendeckel samt der ihn tragenden Einrichtung gegen rechts verdreht wird, so dass der Vorratsbehälter zum zeitweiligen Nachfüllen des Metalls abgedeckt wird. Die umgekehrte Bewegung führt den Deckel in seine Anfangslage zurück.
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Die Ofenwandung kann mit einer beliebigen Anzahl von Formkammern versehen werden, wobei in den Zeichnungen beispielsweise drei Formen dargestellt sind. Das Material der Formen 17 ist dem zu vergiessenden Metall angepasst ; z. B. hat sich Achesongraphit als geeignet für eisenfreie Metalle erwiesen.
Die Wandstärke dieser Formkammer ist ihrer Aufgabe entsprechend ganz dünn gehalten, z. B. bei der dargestellten Ausführungsform im Ausmass von ungefähr 6 mm. Die Wandstärke hängt jedenfalls in erster Linie von der Wärmeleitfähigkeit des jeweils angewendeten Materials ab.
Die Form ist in dem Kopfe 18 durch genaues Zusammenpassen von reichlich dimensionierten, bearbeiteten Flächen festgehalten. Der Kopf erweitert sieh konisch in der Vorschubrichtung des
Metalls, um entsprechend dessen ständig abnehmender Temperatur dem Wärmefluss eine sich ständig vergrössernde Oberfläche zu bieten und so die Abfuhr des grössten Teiles der in dem durch die Öffnungen des Kopfes eintretenden Metall vorhandenen überhitze zu ermöglichen. Die Ableitung der übrig- gebliebenen Überhitze erfolgt durch den langsamen Wärmeverlust durch die dünnwandigen Formen 17 hindurch.
Der Formkopf 18 kann aus beliebigem feuerfesten Material hergestellt sein, doch besteht er vorzugsweise aus demselben Material wie die Formen 17, um Ausdehnungsdifferenzen auszuschalten.
Die Form 17 ist, soweit sie nicht vom Kopf 18 umgeben ist, von isolierendem Material 19 umgeben, zu welchem Zweck jedes beliebige feuerfeste Material verwendet werden kann. Diese Isolierung verlang- samt die Wärmeabfuhr durch die Formwände hindurch derart, dass die Überhitze gerade bis zu dem
Zeitpunkt abgeführt wird, in welchem das Metall die Erstarrungszone erreicht. Die Formkammer soll sachgemäss gedichtet sein, um Luft auszuschliessen ; es ist zweckmässig, eine kleine Menge Leuchtgases aus einem Rohr 20' (Fig. 1 und 5) austreten zu lassen, damit das brennende Gas das austretende Guss- stück mit einer neutralen, nicht oxydierenden Atmosphäre umgibt und verhindert, dass Luft eintritt und die das Gussstück umgebende Graphitwand oxydiert.
Bei gewissen Metallen ist es empfehlenswert, eine temperaturgesteuerte Wärmestauvorrichtung anzuordnen, welche die wahlweise Erreichung und Aufrechterhaltung von verschiedenen Arbeitsbedingungen gestattet. Diese Wärmestauung wird dadurch vorgesehen, dass die Form mit einem Medium von entsprechend gleichgehaltener Temperatur umgeben wird. wodurch der Wärmeabgang von der Form eingeschränkt wird und wodurch eine ausreichende Reserve an Liquidusmetall vor der Erstarrungszone erhalten wird. Diese Wärmestauvorrichtung besteht zweckmässig aus einem elektrischen Heizelement.
Durch Regelung des durch das Heizelement fliessenden Stromes kann die Temperatur der Wärmestauvorrichtung leicht geändert und durch Einstellung der Temperatur der Wärmestauvorrichtung der Fluss der Überhitze leicht geregelt werden, wodurch dieser Fluss auf dem für die Herstellung der Gussstücke richtigen Ausmass gehalten werden kann.
Um solche Verhältnisse zu erhalten, kann man die Gussform auch beispielsweise mit geschmol- zenem Metall, wie Blei od. dgl., umgeben, welches auf der entsprechenden Temperatur erhalten wird, oder aber andere zweckentsprechende Mittel verwenden, welche die Aufrechterhaltung einer konstanten Temperaturgrenze ermöglichen, die Form umgeben und geeignet sind, Wärme in einem bestimmten vorerwählten Ausmass aufzunehmen oder zu zerstreuen. Beispielsweise kann ein von einem Thermostaten geregeltes, die Gussform umgebendes Widerstandsheizelement verwendet werden. Die Gussform kann auch von einem zweckentsprechend angeordneten, wassergekühlten Konduktor für elektrische Hochfrequenzströme umgeben sein, der auf induktivem Wege in dem in der Gussform befindlichen Metall oder aber in einem die Form umgebenden Mantel Wärme erzeugt.
Endlich kann die Temperatur der Form auch durch Wasser-oder Luftumlauf geregelt werden.
Die in Fig. 1 und 2 dargestellten gegossenen Formstücke sind Stangen 20", welche die Querschnittsform der in den Fig. 3 und 5 dargestellten Formen annehmen. Jede Stange kann zwischen Tragrollen 20, 21, 22 und 23 geführt werden, welche in Hebeln 24,25, 26 und 27 drehbar angeordnet sind. Diese Hebel sind auf Stangen 28, 29,30 und 31 schwenkbar, welche von Wänden 32 und 33 getragen werden. Die Wände sind am Bodenstück 34 befestigt, welches mittels Bolzen 35 auf dem Doppel-T-Träger 36 befestigt ist. Mittels Federn 37 werden die Tragrollen nachgiebig in Eingriff mit der Stange gehalten, wobei gleichmässige Radialbewegung der Tragrollen durch Anordnung eines Zahnes 38 in den Armen 25 und 27 gewährleistet wird, welcher in je eine entsprechende Vertiefung der Arme 24 und 26 eingreift.
Die soeben beschriebene Einrichtung stellt die Zentrier-oder Ausrichte- vorrichtung dar und kann gegebenenfalls weggelassen werden.
Die Ausziehvorrichtung ist bei 39 angedeutet und besteht aus einem Elektromotor 40, welcher mittels Riemens mit einem Reduziergetriebe 41 gekuppelt ist, um die erforderliche langsame Drehung der Welle 42 zu erhalten, auf welcher die Treibrollen 43 befestigt sind. Diese nehmen mittels Rillenprofils die Stangen auf. Die Stangen werden mittels in einem Arm 45 drehbar angeordneter Rollen 44 nachgiebig gegen die Treibrolle 43 gepresst, wobei der Arm 45 in dem Rahmen der Ausziehvorrichtung bei 46 angelenkt und eine regelbare Feder 47 vorgesehen ist, die die Rollen 44 nachgiebig gegen die Stangen drückt. Die beschriebene Ausziehvorrichtung ist auf dem Doppel-T-Träger 36 befestigt.
Sobald ein Stangenstüek von geeigneter Länge aus den Formen ausgetreten ist, wird es mittels einer nicht dargestellten Vorrichtung abgeschnitten oder es werden die Stangen durch beliebige Mittel aufgewickelt.
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Das Kühlen der Stangen wird mittels fliessenden Wassers, wie bei 48 dargestellt, bewirkt. Das KÜhlwasser tritt durch je eine mittels des Ventils 50 absperrbare Düse 49 aus und wird den Düsen durch eine Rohr- oder Schlauchleitung 51 zugeführt, welche mit der Hauptwasserleitung 52 verbunden ist. Das Hauptventil 53 steuert die Wasserzufuhr zu allen drei Düsen gleichzeitig, wobei die einzelweise
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durch eine Rohrleitung 54 dem Abflussstutzen 55 zuführt.
Die Fig. 6 zeigt eine mit dünnen Wänden versehene Form, welche eine derart kleine Masse aufweist, dass ihre wärmesammelnde Fläche leicht auf der Temperatur ihrer Wärmequelle (d. h. des angrenzenden Metalls) gehalten werden kann. Die Vorsprünge 57 der Form dienen dazu, die Form in der Formeinrichtung zu verankern, welche mit entsprechender Dichtung in die Ofenauskleidung
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PATENT-ANSPRÜCHE :
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Verfahren zur Herstellung von Gussstücken durch Zuführen überhitzten geschmolzenen Metalls zu einem Ende der Form und Entfernen des unter Verwendung wärmeentziehender Mittel erstarrten Metalls am andern Ende der Form, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem geschmolzenen Metall, unmittelbar durch die vor der Erstarrungszone liegenden Formwände, ausschliesslich Über- hitze entzogen wird. während die gesamte latente Wärme im wesentlichen durch das jeweils zuletzt erstarrte Metall abgeleitet wird.