<Desc/Clms Page number 1>
Verfahren zur Herstellung von Gussstücken durch Druckguss aus Aluminium und Aluminiumguss- und -knetlegierungen
Zur Erzeugung von Gussstücken aus Schwer-und Leichtmetall bedient sich die Technik in zunehmendem Masse der bekannten Druckgussverfahren. Gussstücke, die so hergestellt sind, zeichnen sich vor allem durch grosse Massgenauigkeit und ein Minimum an erforderlicher Bearbeitung aus, so dass man derartige Teile nahezu ohne Nacharbeit als Fertigteile verwenden kann. Weitere Vorteile dieser Verfahren liegen darin, dass Serien bis über 100 000 Stück aus einer Form gefertigt werden können und dass es möglich ist, grosse Stückzahlen in kürzester Zeit zu fertigen. Diese Verfahren sind also im ganzen gesehen sehr wirtschaftlich.
Es ist auch bekannt, dass sich auf Aluminium und dazu geeigneten Aluminiumlegierungen durch chemische oder mechanische Polierverfahren Oberflächen erzielen lassen, die sich durch eine besonders hohe Reflexion, die der eines Silberspiegels nahekommt, auszeichnen. Um den Glanz einer solchen Oberfläche haltbar zu machen, bedient man sich bekanntlich der anodischen Oxydation, bei welcher eine harte, griffeste, durchsichtige und korrosionsschützende Schutzschicht den Glanz konserviert. Die Anwendung dieses anodischen Oxydationsverfahrens ist bei Aluminium und Aluminiumlegierungen geeigneter Zusammensetzung möglich, wenn diese als Knetmaterial, Sand- oder Kokillengussstücke vorliegen.
Dagegen ist es bisher nicht möglich gewesen, solche dekorative, gleichmässig und hochglänzende Oberflächen serienmässig auf Aluminium und Aluminiumlegierungen zu erzeugen, wenn diese als Druckgussstücke vorliegen.
Bei den Versuchen, derartige hochglänzende Oberflächen durch anodische Schutzschichten zu schützen, zeigt sich bei Druckgussstücken immer wieder, dass zwar der Korrosionsschutz, den die anodische Schutzschicht verleiht, vorhanden ist, dass aber der Glanz, die Gleichmässigkeit des Aussehens und die Reflexionsfähigkeit nach der anodischen Oxydation durch Trübungen und Schlierenbildungen stark beeinträchtigt werden.
Aus diesem Grunde befinden sich im üblichen Druckgussverfahren hergestellte Gegenstände, deren Oberfläche zur Erzielung einer dekorativen Wirkung poliert und anodisiert worden ist, bis jetzt noch nicht auf dem Markt. Die Ursachen hiefür liegen im Wesen der bisher üblichen Druckgussverfahren begründet.
Bei diesen Druckgussverfahren hat der Anschnitt eine verhältnismässig kleine Querschnittsfläche ; die Geschwindigkeit des Metallstromes ist daher dort sehr gross und erreicht bis zu ISm/sec. Man rechnet dabei mit Füllzeiten in der Grössenordnung von maximal 0, 2 sec. Der Giessvorgang verläuft infolgedessen so, dass das flüssige Metall durch den Anschnitt mit hoher Geschwindigkeit in die Form gesprüht wird und sich dabei ausgiebig mit Luft vermischt, wobei störende Oxyde und Schaum entstehen. Die Form füllt sich, was sehr wichtig ist, nicht vom Anschnitt beginnend, sondern von der gegenüberliegenden Seite her in Richtung auf den Anschnitt.
Bei geometrisch einfachen Gussstücken führt dies bereits zu den unvermeidbaren Gefügestörungen ; wesentlich unangenehmer werden solche Störungen dann, wenn komplizierte Formen vorliegen, die Umlenkungen und Aufteilungen des füllenden Metallstrahles erzwingen. Infolge der geringen Querschnitte im Anschnitt erstarrt das Metall dort sehr rasch, und der Nachdruck kann dann auf etwa noch flüssige oder teigige Metallpartien in der Form nicht mehr wirken, so dass es zur Bildung von Hohlräumen und Einfallstellen kommen kann.
Wie aus der Praxis und der Literatur bekannt ist, sollen Druckgussteile kleinstmögliche Wandstärken aufweisen ; nur ausnahmsweise sollen Wanddicken auf mehr als 4-5 mm bemessen sein. Starke Wandungen
<Desc/Clms Page number 2>
sind bei den bekannten Druckgussverfahren ungünstig, da die Gefahr der Lunkerbildung besteht.
Es ist ferner bekannt, dass sich nach den üblichen Druckgussverfahren hergestellte Teile mit volkom- mener Gussdichte nicht erzielen lassen. Das Gefüge der Gussstücke ist nicht so homogen wie etwa das eines geschmiedeten Materials. In der Mittelzone der Wandung befinden sich kleine Hohlstellen, die oft dem Auge kaum sichtbar sind, aber umso grösser werden, je grösser die Wandstärke ist. Diese Hohlstellen rühren von Lufteinschlüssen oder Lunkern her, weshalb starke Materialanhäufungen und plötzliche Querschnittsänderungen zu vermeiden sind.
Die Festigkeitseigenschaften von Druckgussteilen mit kleinen zulässigen Poren kommen nahe an die in den Normblättern für Druckgusslegierungen angegebenen Werte heran, die bekanntlich an gesondert hergestellten Probestäben ermittelt wurden. An den Druckgussstücken selbst werden diese Werte nicht immer erreicht, was in der Schwierigkeit, das Gussstück gleichmässig dicht zu erhalten, begründet ist.
Festigkeitsmässig besonders hoch beanspruchte Konstruktionsteile sollten daher nach den bekannten Druckgussverfahren nicht hergestellt werden, wenn die Gussstücke infolge ihrer Gestaltung starke Querschnitte aufweisen müssen. Durch die ungleichmässige Verteilung der Poren in dem Gussgefüge tritt eine Streuung der Festigkeitswerte ein, die sich recht unangenehm auswirken kann.
Da sich nach dem geschilderten üblichen Druckgussverfahren Gussstücke mit vollkommener Gussdichte nicht erzielen lassen, hat man dieses Verfahren derart abgewandelt, dass man die Dauerform mit schmelzflüssigem Metall mittels Kolbendruckes von unten nach oben gefüllt, das Metall in der Form unter Druck gesetzt und in ihr bis zur Erstarrung unter Druck gehalten hat.
Es hat sich dabei gezeigt, dass es bei Anwendung eines solchen Verfahrens auf die Herstellung solcher Druckgussstücke aus Aluminium oder Aluminiumguss-und-knetlegierungen, die auf Hochglanz poliert und dann mit einer anodisch erzeugten Schutzschicht überzogen werden sollen, gelingt, Druckgussstücke mit einer korrosionsbeständigen, hochglänzenden, gleichmässig und dekorativ anodisierten, einem Silberspiegel nahezu gleichenden Oberfläche herzustellen, wenn das schmelzflüssige Metall bei einer verhältnismässig geringen, in Abhängigkeit vom jeweiligen Querschnitt des Anschnittes etwa 0, 1-2 m/sec betragenden Füllgeschwindigkeit in die Dauerform eingeführt und nach beendigter Füllung in der Giessform bis zu seiner Erstarrung unter hohem, vorzugsweise 1000-5000 kg/cm betragendem Druck gehalten wird.
Infolge Anwendung einer verhältnismässig sehr geringen Einströmgeschwindigkeit während des gesamten Füllvorganges wird das Metall nicht mit Luft vermischt, so dass die Frontfläche des Metalles beim Füllvorgang nicht zerrissen wird, das Metall also nicht spritzt oder sprüht oder sich während seiner Bewegung überschlägt. Die durch die Formgebung des zu giessenden Stückes bedingte unvermeidliche Turbulenz des Metallstromes wird durch die geringe Einströmungsgeschwindigkeit im Anschnitt und allen Teilen der Form nach Möglichkeit unterdrückt. Das einströmende Metall schiebt die Luft vor sich her, und diese wird in bekannter Weise aus der Form abgeführt ; z. B. durch Formteilung, Kernzüge oder Luftkanäle.
Die Füllzeit der Form ist so gering, dass sie gerade noch ausreicht, um diese in allen Teilen kantenscharf auszufüllen. Nach der Beendigung des Füllvorganges wird durch den Anschnitt hindurch mittels des Kolbens der erwähnte hohe Druck von z. B. 1000-5000 kg/cm auf das noch flüssige Metall ausgeübt, bis das Metall vollständig erstarrt ist. Der vom Kolben während des Füllvorganges selbst ausgeübte Druck ist ausserordentlich gering und praktisch zu vernachlässigen.
Da die gemäss diesem Verfahren hergestellten Druckgussstücke aus Aluminium und Aluminiumlegierungen. z. B. Armaturen, Tür-, Fenster-und Automobilbesehlage, ein porenfreies, feinkörniges und dichtes Gefüge aufweisen, werden damit auch ihre statischen und dynamischen Festigkeitseigenschaften verbessert ; ebenso werden höhere Werte für die elektrische und Wärmeleitfähigkeit erzielt. Ein solches Verfahren ist auch nicht auf die Herstellung dünnwandiger Gussstücke beschränkt, vielmehr lassen sich auch dickwandige Gussstücke ohne Gefahr von Hohlstellen herstellen.
Die Fortschritte, welche durch das erfindungsgemässe Verfahren in bezug auf die Festigkeitseigenschaften erzielt werden, sind aus den Beispielen der unten folgenden Tabelle zu entnehmen. In dieser Tabelle sind Festigkeit-un Dehnungswerte von Aluminiumgussstücken, die nach dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellt sind, mit den Werten verglichen, welche das Normblatt DIN 1725, Blatt 2, Entwurf März [1957], für gesondert gegossene Probestäbe angibt. Da die erfindungsgemäss vergossenen Aluminiumlegierungen G-AlSilOMg und G-AlMgS nicht als Druckgusslegierungen, sondern nur als Sand-oder Kokillengusslegierungen genormt sind, wurden in dieser Tabelle die vergleichbaren Legierungen GK-AlSilO Mg a und GD-AlMg9 zum Vergleich herangezogen.
Dazu muss unterstrichen werden, dass die der Norm entnommenen Werte aus gesondert gegossenen Probestäben stammen. Da die mechanischen Eigenschaften jedoch von der Gestalt und der Wanddicke der Gussstücke sowie von giesstechnischen Gegebenheiten abhängen, kann mit diesen Werten nicht in allen Fällen gerechnet werden ; d. h. die Werte aus gesondert gegossenen Probestäben sind optimale Werte. Dagegen stellen die an erfindungsgemäss berge-
<Desc/Clms Page number 3>
stellten Gussstücken gleicher Legierungen gemessenen Werte Eigenschaften dar, die gerade durch die besondere Wirkung des Verfahrens erzielt worden sind.
EMI3.1
<tb>
<tb>
Druckguss <SEP> nach <SEP> DIN <SEP> 1725 <SEP> Guss <SEP> nach <SEP> dem <SEP> erfindungsgemässen
<tb> Legierung <SEP> Blatt <SEP> 2 <SEP> Entwurf <SEP> März <SEP> 1957 <SEP> ; <SEP> Verfahren; <SEP> Werte <SEP> an <SEP> Gussstücken
<tb> Werte <SEP> aus <SEP> gesondert <SEP> gegos- <SEP> ermittelt
<tb> senen <SEP> Probestäben
<tb> Zugfestigkeit <SEP> Bruchdehnung <SEP> Zugfestigkeit <SEP> Bruchdehnung
<tb> kg/mm <SEP> < <SEP> !' <SEP> <SEP> kg/mm"% <SEP>
<tb> GD-AlSi <SEP> 12 <SEP> 20 <SEP> -28 <SEP> 1-3 <SEP> 20 <SEP> -22 <SEP> 18-22
<tb> GK-AlSi <SEP> 10 <SEP> Mg <SEP> a <SEP> 24-32 <SEP> 1-4
<tb> G <SEP> -AlSi <SEP> 10 <SEP> Mg <SEP> 26-33 <SEP> 5-12
<tb> GD-AIMg9 <SEP> 20-27 <SEP> 1-3 <SEP>
<tb> G-AlMg5 <SEP> 21-25 <SEP> 12-18
<tb>
Ein weiteres Beispiel zeigt die günstige Wirkung des erfindungsgemässen Verfahrens auf die Güte der Oberfläche,
welche durch chemisches oder mechanisches Polieren mit nachfolgender Aufbringung einer Schutzschicht durch anodische Oxydation erzeugt wird. Ein Türgriff aus einer Aluminiumknetlegierung mit 0, 8'10 Mg, 0, 40/0 Si und 0, 035'10 Fe, Rest Aluminium, wurde nach dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellt und ergab nach dem Polieren und anodischen Oxydieren eine überraschend gute Oberflächengüte, wie man sie bisher nur bei geknetetem Material entsprechender Zusammensetzung und Oberflächenbehandlung kannte. Hiebei wurde eine Füllgeschwindigkeit von 1,30 m/sec und ein Druck von 1200 kg/cm2 bis zur Erstarrung eingehalten.
Die Herstellung dieses Türgriffes war mit den üblichen Druckgussverfahren nicht möglich, weil sich derart hergestellte Griffe zwar polieren liessen, aber nach der anodischen Oxydation ein so schlechtes und wenig'ansprechendes Ansehen hatten, dass sie für den vorgesehenen Zweck unbrauchbar waren. Zu vergleichen ist die Oberfläche dieses nach dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellten und nachträglich polierten und anodisch oxydierten Türgriffes nur mit solchen Gegenständen, die entweder aus geknetetem Material bestehen oder in Sand oder Kokille gegossen und in gleicher Weise oberflächenbehandelt wurden.
Dass sich also nicht nur Aluminiumgusslegierungen, sondern auch Aluminiumknetlegierungen für das erfindungsgemässe Verfahren zur Herstellung von Gussstücken durch Druckguss eignen, ist als überraschend anzusehen, weil in der Fachwelt bekanntlich nicht daran gedacht wird, Knetlegierungen für gegossene Werkstücke zu benutzen.