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Verfahren zum Herstellen von Formgussstiieken in Metallkokillen.
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Die zum Herstellen von Formgussstücken dienenden, aus Eisen, Stahl oder andern Metallen bestehenden Dauerformen oder Kokillen werden vielfach an der Innenwand mit einer Schlichte bestrichen, die aus in Wasser gelösten isolierenden Stoffen besteht. Durch diesen Isolierüberzug soll verhindert werden, dass der Baustoff der Kokille sich mit den zu vergiessenden Metallen chemisch verbindet. Dieser bisher von Hand, z. B. mittels eines Pinsels, hergestellte Überzug hat jedoch den Nachteil, dass hiedurch in der Kokille Unebenheiten entstehen, die das Aussehen und die Genauigkeit der Formgussstücke beeinträchtigen. Die Gussstücke können deshalb ohne Nachbearbeitung nicht verwendet werden.
Bei der Herstellung von einwandfreien Formgussteilen aus Schwermetallen, insbesondere aus Nichteisen- metallegierungen, mittels metallener Kokillen tritt noch der weitere Nachteil auf, dass das Gussmetall wegen der Undurchlässigkeit der Kokille in der Form unruhig fliesst, wobei sich Lunker und Blasen bilden, was die Herstellung von brauchbaren Formgussteilen erschwert, wenn nicht unmöglich macht.
Das Giessen von Metallegierungen auf Kupferbasis mit einem Gehalt von Zink, Zinn, Blei oder ähnlichen
Metallen in Metallkokillen hat die weitere Schwierigkeit, dass sich wegen der leichten Oxydierbarkeit der Legierungsbestandteile nach jedem Gussvorgang auf der Innenseite der Kokille ein Oxydnieder- schlag bildet, der beim nachfolgenden Guss durch das geschmolzene Gussmetall zum Glimmen gebracht wird und auf der Oberfläche des Gussstückes Brandlöcher oder andere Unebenheiten hervorruft.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, Formgussstücke aus Metallegierungen mit leicht oxydierbaren Bestandteilen durch Giessen in Metallkokillen in solcher Weise herzustellen, dass die Guss- stücke eine glänzende glatte Oberfläche erhalten und ohne jede Nachbearbeitung verwendet werden können. Dies wird gemäss der Erfindung dadurch erreicht, dass die Kokille in erhitztem Zustand vor jedem Giessvorgang in ein Wasserbad getaucht wird. Durch das Eintauchen der von dem vorher- gehenden Giessvorgang hocherhitzte Kokille werden die auf der Innenwand der Kokille nieder- geschlagene Oxyde durch das zum Kochen gebrachte Wasserbad abgelöst, ohne dass eine mechanische Entfernung der Oxydniederschläge, z. B. durch Bürsten, zur Erzielung einer glatten Oberfläche der
Gussstücke erforderlich ist.
Dieses durch das Bad bewirkte Ablösen der Oxydschicht ist besonders wichtig bei Metallegierungen mit einem Zusatz von Blei oder Zink, da die Blei-und Zinkoxyde durch das in die Kokille gegossene, geschmolzene Metall zum Glimmen kommen, was die Oberfläche des
Gussstückes verschlechtert und unansehnlich oder rauh macht. Durch die Erfindung ist es daher möglich, zur Verbesserung der Bearbeitbarkeit der Gussstücke der zu vergiessenden Kupferlegierungen einen geringen Bleigehalt in Höhe von etwa 1% beizumischen, was bisher nicht möglich war, da das Giessen hiedurch erschwert wird.
Es empfiehlt sich, in dieses Wasserbad pulverförmige isolierende Stoffe, beispielsweise Mineralien oder Oxyde, in gleichmässiger, feiner Verteilung einzubringen, u. zw. vorzugsweise solche Stoffe, die nicht gasbildend sind, z. B. Graphit, Kreide, Ton, Aluminiumoxyd, Tonerde, Zinkoxyd, Bleioxyd, Talkum, Sand und andere Erden mit ähnlichen Eigenschaften. Die auf etwa 4000 C oder höher durch den vorhergehenden Guss erhitzte Kokille wird in dem Bad, das die pulverförmigen Stoffe in feiner Verteilung enthält, abgeschreckt. Durch das Eintauchen der hocherhitzte Kokille wird das Bad zum Kochen gebracht, wodurch die von dem vorhergehenden Giessvorgang zurückgebliebene Isolierschicht abgelöst wird, die durch den Guss, ähnlich wie die Form beim Sandgiessverfahren, ganz oder zum Teil zerstört worden ist.
Nachdem die Kokille in dem Bad eine tiefere Temperatur angenommen hat, setzen
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sich die isolierenden Stoffe des Bades an der Kokillenwand ab, wodurch der Isolierüberzug in vollkommen gleichmässiger Schicht erneuert wird.
Die Stärke der durch das Eintauchen auf der Kokillenwand erzeugten Isolierschicht ist von der Menge der in dem Bade enthaltenen pulverförmigen Stoffe abhängig. Diese bilden nach dem Verdampfen des Wassers eine Isolierschicht von gleichbleibender Stärke, die eine Gleichmässigkeit hat, wie sie sonst nicht erzielt werden kann.
Die von den Mineralien gebildete Isolierschicht braucht nicht vollkommen in sich zusammenhängend geschlossen zu sein. Es ist von Vorteil, wenn in der Isolierschicht kleine Zwisehenräume enthalten sind, wodurch in der Isolierschicht geringe Luftmengen eingeschlossen werden, die sich auf den Gussvorgang günstig auswirken. Es entsteht nämlich während des Giessens in der Kokille ein Druck einerseits durch die Schwere des Gussmetalls, aber noch in erhöhtem Masse durch das Luftpolster, das sich zwischen dem fliessenden Metall und den Kokillenwänden in der Isolierschicht bildet, namentlich wenn diese nicht völlig in sich zusammenhängt.
Diese geringen Luftmengen dehnen sieh infolge der hohen Temperatur des fliessenden Metalls aus und entwickeln in der Kokille einen solchen Druck, dass das Metall in die feinsten Ecken und Winkel der Kokille gedrückt wird, wodurch das Entstehen eines eekenseharfen, genauen Gussstilekes unterstützt wird. Das fertige Gussstück kann dann ohne weitere Nachbearbeitung verwendet werden.
Die Qualität der Gussstücke kann, insbesondere beim Vergiessen von Kupferlegierungen, dadurch verbessert werden, dass dem Gussmetall vor dem Giessen geringe Mengen von Erdmetallen, wie Aluminium, Beryllium, Thorium, Magnesium, Kalzium oder auch Silizium oder Mangan zugesetzt werden.
Diese Beimengungen erzeugen beim Eingiessen des Metalls in die durch das vorhergehende Eintauchen in dem Bad abgekühlte Kokille infolge der schlagartigen Abkühlung des Gussmetalls, ein dünne, durchsichtige, in sich zusammenhängende Haut, die sich unlöslich mit dem Gussstüek verbindet und dieses allseitig umschliesst. Hiedurch wird die Kokillenwand gegen das eingegossene Metall isoliert, da der
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Oberfläche, die zur letzten Vollendung des Gussstückes beiträgt und auch dessen Korrosionsfestigkeit erhöht, da das Gussstück durch den dünnen Überzug gegen äussere Einflüsse gut geschützt wird.
Unter der Einwirkung der schlagartigen Abkühlung des Gussmetalls in der Kokille schlagen sich die in der Schmelze gelösten Beimengungen nieder und bilden eine dünne Schicht von einer Beschaffenheit, die ganz anders ist als bei den aus einer amorphen Masse bestehenden und eine Schicht von beträchtlicher Dicke bildenden normalen Oxyden, wie sie z. B. beim Trockensandguss durch die langsame Abkühlung und den ungehinderten Zutritt von Luftsauerstoff während der langen Abkühlungsperiode entstehen. Im Gegensatz hiezu wird durch die geringe Temperatur der gemäss der Erfindung vor jedem Gussvorgang durch das Eintauchen abgekühlten Kokille eine hauchdünne Schicht gebildet, die die Oberfläche des Gussstüekes mit einer vollkommen gleichmässigen, glasurartigen, durchsichtigen Haut überzieht, die die Farbe des Gussmetalls durchscheinen lässt.
Bei Beginn des Giessens wird die Kokille zweckmässig auf die erforderliche Temperatur vorgewärmt, während die Kokille bei späteren Güssen durch Eintauchen in das Bad auf die erforderliche Temperatur abgekühlt wird, wobei die Kokille gegebenenfalls längere Zeit, unter Umständen einige Minuten in dem Bad verbleiben kann, bis sie die gewünschte Temperatur angenommen hat.
Die Temperatur der Kokille vor jedem Giessvorgang richtet sich nach der Zusammensetzung der Legierung. Bei Messing oder einer andern zinn-oder zinkhaltigen Kupferlegierung muss die Temperatur der Kokille etwa 1000 C betragen, so dass zwischen der mit etwa 10000 C in die Kokille gegossenen Kupferlegierung und der Kokillenwand ein Temperaturgefälle von ungefähr 9000 C auftritt. Hat die Kupferlegierung Bestandteile, die sich nur schwer mit dem Kupfer legieren, z. B. Blei, so ist eine etwas niedrigere Temperatur der Kokille erforderlich, um die zur Bildung des Films notwendige starke Absehreckung des Gussmetalls hervorzurufen und einen gleichmässigen Überzug auf dem Gussstück zu erzeugen. Durch Versuche ist die hiebei günstigste Kokillentemperatur zu etwa 40-800 C ermittelt worden.
Bei Kupferlegierungen mit einem Bleigehalt von etwa 12 bis 15%, die als Ersatz für Zinnbronzen besondere Bedeutung haben, empfiehlt es sich, nach beendetem Gussvorgang das noch warme Guss- stück noch weiter abzuschrecken, indem man dieses aus der Kokille in ein Wasserbad fallen lässt. Durch diese weitere Abschreckung wird die Filmbildung unterstützt und wirksam verhindert, dass sieh Blei ausseigert. Auf diese Weise können auch bei den bisher kaum in Kokillen vergiessbaren Kupferlegierungen mit hohem Bleigehalt oder andern sich nur schwer mit dem Kupfer legierenden Bestandteilen brauchbare Formgussstücke hergestellt werden, die auch ohne jede Nachbehandlung, also als Fertigerzeugnisse weiter verwendbar sind.
Die erfindungsgemässe Abkühlung der Metallkokillen zum Herstellen der Formgussteile hat ausser der Bildung des Films an der Oberfläche des Gussstückes noch den weiteren Vorteil, dass ein feineres Gefüge des Gussstückes erhalten wird, namentlich wenn das Gussstück nach Beendigung des Gussvorganges einer weiteren Abkühlung unterworfen wird. Der Kupferlegierung kann beispielsweise unmittelbar vor dem Vergiessen eine kleine Menge Aluminium, etwa 1%, beigefügt werden, das eine
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feste Lösung im Kupfer bildet. Infolge der plötzlichen Abkühlung beim Eingiessen in die Kokille kann das Aluminium nicht mehr stark oxydieren, sondern es verbindet sich an der Oberfläche des Gussstückes etwas Sauerstoff mit dem Aluminium.
Hiedureh entsteht eine Schicht mit strenggeordneten Molekülen, wobei das Al-Atom des Oxydmoleküls noch fest im Gitter der festen Lösung gebunden ist, während das Sauerstoff-Atom nach aussen steht. Diese hiebei entstehende dünne Schicht von korrosionsbeständigem Al-Oxyd kühlt bei der hohen Absehreckgeschwindigkeit so rasch ab, dass eine weitere Diffusion von Sauerstoff in das Gussstück bzw. durch den Film hindurch ebensowenig möglich ist, wie das Herauswandern des Al-Atoms des Oxydmoleküls, da die Diffusionsgeschwindigkeit wegen der inzwischen eingetretenen Abkühlung bereits zu gering ist.
In grundsätzlich der gleichen Weise entsteht der das Gussstück auf seiner ganzen Oberfläche gleichmässig überziehende Film auch dann, wenn andere filmbildende Metalle, wie Silizium, Mangan od. dgl., zugesetzt werden und die Kupferlegierung dann in die abgekühlte bzw. nur schwach vorgewärmte Kokille gegossen wird.
Die zur Filmbildung erforderliche Menge an Zusatzmetall ist sehr gering, sie beträgt im allgemeinen nur bis etwa 1 % der Legierungszusammensetzung. Von besonderem Vorteil ist es hiebei, dass die geringe zur Filmbildung erforderliche Beimengung an Zusatzmetallen die Eigenschaften und der Charakter der Legierung in dem Gussstück nicht beeinflusst. In dem Gussstück lassen sich daher die zur Filmbildung beigemischten Zusatzmetalle kaum nachweisen.
Die Erfindung ist ausser für Kupferlegierungen auch für andere schwerschmelzende Nichteisenmetalle, z. B. für Silberlegierungen, von Vorteil, da auch hier ein das Gussstüek schützender Überzug erzeugt werden kann, der eine Verwendung der Formgussstücke ohne weitere Nachbehandlung ermöglicht.
Der Hauptvorteil der Erfindung besteht darin, dass die durch Giessen in Metallkokillen hergestellten Gussstücke eine so glatte und glänzende Oberfläche erhalten, dass sie ohne die geringste Nacharbeitung, wie Beizen oder eine andere Oberflächenbehandlung, verwendbar sind, u. zw. auch dann, wenn die zu vergiessende Metallegierung Bestandteile hat, die wegen ihrer leichten Oxydierbarkeit oder aus andern Gründen ein Giessen in Metallkokillen bislang unmöglich machten. Ausserdem werden die Kokillen sehr geschützt und haben eine lange Lebensdauer, so dass die Wirtschaftlichkeit des Kokillengiessverfahrens beträchtlich verbessert wird.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zum Herstellen von Formgussteilen aus Metallegierungen in Kokillen, insbesondere aus Schwermetallegierungen mit leicht oxydierbaren Bestandteilen, dadurch gekennzeichnet, dass die Kokille vor jedem Giessvorgang so lange in ein Bad getaucht wird, bis die Kokille auf eine Temperatur unterhalb etwa 1000 C abgekühlt ist und die an der Kokilleninnenwand niedergeschlagenen Oxyde abgelöst sind.