<Desc/Clms Page number 1>
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Beschichtung einer Schleudergusskokille zum Vergiessen von Kupfer oder dessen Legierungen, wobei vor dem Einbringen der Metallschmelze in die Kokille eine
Suspension aus pulverförmigen Materialien als dünne Schicht eingebracht wird.
Im Schleuderguss hergestellte Rohrstücke aus Kupfer oder dessen Legierungen, insbesondere Bronze, die i als Rohlinge für Büchsen, Ringe und andere Formstücke Verwendung finden, hatten bisher den Nachteil, dass die äussere und innere Schicht vom übrigen Gussstück unterschiedlich ausfiel. Die äussere Schicht wies über eine beträchtliche Stärke Gaseinschlüsse auf und musste daher in diesem Bereich als unbrauchbar abgedreht wer- den. Die innere Schicht war von einer oxydhaltigen lunkerigen Schicht gebildet, deren Stärke in erster Linie von der Abkühlgeschwindigkeit der Schmelze bzw. von der Schnelligkeit des Überganges vom flüssigen in den festen Zustand abhängig.
Bei den bisherigen Schleudergussverfahren für Kupfer oder Kupferlegierungen, ins- besondere Bronze, wurde ausserdem, um sogenannte Durchbläser zu vermeiden, die Kokille relativ langsam und zum Teil auch ungleichmässig gefüllt. Dies führte zu Ungenauigkeiten in der Innenseite des Gussstückes und zueiner ungleichmässigen Temperaturbelastung der Kokille. Erhöhte Materialzugaben und rasche Kokillen- alterung waren die Folge. Weiterhin stellten sich immer wieder deutlich erkennbare Unterschiede in der
Struktur und in den technischen Eigenschaften des Gussstückes ein, was häufig untragbar war. Ausserdem war eine verhältnismässig hohe Kokillentemperatur notwendig, um die Gasentwicklung an der Kokilleninnenwand in
Grenzen zu halten.
Die Erfindung setzt sich zur Aufgabe, diese Nachteile zu vermeiden und ein Verfahren der eingangs ge- schilderen Art so zu verbessern, dass mit geringem Aufwand der eigentliche Giessvorgang beschleunigt, die
Qualität der erhaltenen Rohrstücke wesentlich verbessert und schliesslich die Lebensdauer der Kokille ver- längert wird. Die Erfindung löst diese Aufgabe bei einem Verfahren der eingangs geschilderten Art im we- sentlichen dadurch, dass zur Herstellung einer wärmeleitenden und gasdurchlässigen Schicht für die Suspen- sion als pulverförmige Materialien die für Auskleidungen feuerfester Gefässe an sich bekannten Bestandteile
Zirkonoxyd (zero2) und ein anorganisches Bindemittel, vorzugsweise ungesintertes Al2 Os'verwendet wer- den.
Diese Schicht bildet eine Schutzschicht, welche auch beim Wärmeeinfluss der flüssigen Schmelze selbst keine nennenswerte Gasmengen entwickelt, aber in der Lage ist, die bei der Abkühlung der Schmelze aus dieser freiwerdenden Gase der Kokillenwand entlang nach aussen abzuführen und zwecks Erreichung eines feinen Gefüges des Gussstückes die Schmelze infolge der guten Wärmeleitfähigkeit der Schicht rasch abzuküh- len.
Die Suspension wird in gleichmässiger Schichtstärke, im allgemeinen mit einer Stärke von 0, 1 bis 0,3 mm, auf die Innenwand der Schleudergusskokille aufgebracht, also in einer verhältnismässig geringen Schichtstärke.
Es hat sich herausgestellt, dass diese rasche Wärmeabfuhr den Vorteil mit sich bringt, dass beim Guss sehr schnell eine feste Metallschicht entsteht, welche die Gasentwicklung an der Aussenschichte des Gussstückes ein- schränkt. Während der weiteren Abkühlung des Gussstückes entstehende Gase können daher nicht nach innen durch das Metall entweichen und daher einen gleichmässigen Gefügeaufbau nicht stören, so dass Durchbläser wirksam verhindert werden.
Vor allem aber wird durch das erfindungsgemässeverfahren die Qualität des Gussstückes wesentlich ver- bessert. Insbesondere wird ein weitgehend gleichmässiges Gefüge erzielt, wodurch die Bearbeitungszugabe auf einem Minimum, beispielsweise auf nur 1 mm aussen gehalten werden kann. Infolge der erwähnten raschen Wärmeableitung aus der Schmelze ist die Abkiihlzeit bei Schleudergussstücken unter 30 mm Wandstärke so weit verringert, dass im Gegensatz zu den bisher bekannten Verfahren an der Gussstückinnenfläche keine nennenswerte Oxydbildung stattfinden kann. Dadurch kann die Bearbeitungszugabe an der Innenfläche beiwandstärken bis 15 auf 1 mm und bei Wandstärken bis 30 mm auf 2 bis 3 mm gehalten werden.
Durch die geringen Zugaben aussen und innen ist es möglich geworden, Schleudergussrohlinge mit einer Mindestwandstärke von 9 mm wirtschaftlich und in hoher Massgenauigkeit herzustellen. Diese hohe Massgenauigkeit der Rohlinge, welche beim erfindungsgemässen Verfahren ¯0, 2 mm aussen und 0, 5 mm innen beträgt, führt weiterhin zu einfacheren und daher billigeren Endfertigungen, sowohl in bezug auf die Dreharbeit als auch in bezug auf den Spanabfall.
Aber auch die technischen Eigenschaften der Rohlinge werden gegenüber bekannten Verfahren wesentlich verbessert. Die Anwendung der Zirkonoxydsuspension als Schlichte ermöglicht auf Grund ihrer Eigenschaften eine verhältnismässig niedrige Kokillentemperatur. Da es keine Schwierigkeiten bereitet, die Kokille während des Gusses und nach dem Guss intensiv mit Wasser zu kühlen, kann auch die Temperatur der Kokilleninnenfläche verhältnismässig niedrig gehalten werden.
Hieraus ergibt sich unter Berücksichtigung der geringen Wärmeisolation der von der Zirkonoxydschicht gebildeten Schlichte eine besonders rasche Erstarrung der Schmelze und als Folge dieser Faktoren eine Steigerung der technischen Werte der Rohlinge, vor allem der Zugfestigkeit, der Bruchdehnung und der Brinellhärte, wobei die Steigerungen bis zu 20% gegenüber den derzeit gültigen Vorschriften für Schleuderguss (DIN 1705, DIN 1709) betragen.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemässenverfahrens liegt in der wesentlichen Erhöhung der Kokillenstandzeit. Insbesondere gilt dies, wenn die Suspension auf die vorgewärmte Kokille aufgebracht wird und wenn die Schmelze in die mit der Suspension überzogene Kokille über die ganze Kokillenlänge gleichzeitig
<Desc/Clms Page number 2>
eingebracht wird. Dadurch ist es nicht nur möglich, die Kokille rascher zu füllen, sondern vor allem auch gleichmässiger, so dass die Wärmeeinwirkung über die ganze Kokillenlänge im wesentlichen gleichmässig ist, wobei Wärmespannungen und damit vorzeitige Alterungssehäden der Kokille vermieden werden.
Es ist bekannt (deutsche Offenlegungsschrift 2343174), für feuerfeste Auskleidungen von Behältern für i geschmolzenes Metall schwer schmelzbares Material zu verwenden, dessen chemische Bestandteile aus SiO, ALOg, ZrO und Wasserglas bestehen, wobei der Wassergehalt zwischen etwa 3 und etwa 10% liegt.
Es sollen hiebei thixotrope Eigenschaften erzielt werden, wobei durch Vibration gewährleistet wird, dass das schwer schmelzbare Material trotz seines geringen Wassergehaltes flüssig wird. Abgesehen von den Schwie- rigkeiten, die ein solches Material dem Aufbringen auf eine Gefässwand entgegensetzt, entsteht eine wärmeisolierende Schicht, da ja auf die Warmhaltung der Schmelze im Gefäss abgezielt wird. Der geringe Wasser- gehalt und die verhältnismässig grosse Korngrösse des verwendeten Materials machen es unmöglich, eine
Suspension im Sinne der Erfindung herzustellen, zumal das Material nach diesem bekannten Verfahren sofort fest ist, wenn es nicht Vibrationen unterworfen wird.
Es ist auch bekannt (franz. Patentschrift Nr. 1. 027. 534), eine feuerfeste Schleudergusskokille zum Giessen von Eisen oder Stahl mit Metalloxyden, z. B. mit A12 Os'die mit nichtmetallischen Bestandteilen gemischt sind, auszukleiden.
Zwischen dem Schleudergiessen von Gusseisen oder Stahl und dem Schleudergiessen von Kupfer und dessen
Legierungen bestehen aber wesentliche Unterschiede dahingehend, dass die Erfahrung gezeigt hat, dass die bei
Gusseisen und Stahl bekannten Kokillenauskleidungen bei Kupfer und Kupferlegierungen, insbesondere Bronze, versagen, was auf die eingangs geschilderten Anforderungen zurückzuführen sein dürfte. Es lässt sich daher aus den vorhin erwähnten bekannten Auskleidungen, sei es für Transportgefässe, sei es für Schleudergussko- killen zum Vergiessen von Gusseisen oder Stahl, im Hinblick auf den Schleuderguss von Kupfer und dessen Le- gierungen nichts ableiten.
Gemäss einer bevorzugtenAusführungsform der Erfindung wird so vorgegangen, dass die Kokille während des Einbringens der Suspension um ihre Achse mit einer Drehzahl gedreht wird, die geringer ist als die
Drehzahl während des Eingiessens der Schmelze. Der Grund hiefür liegt darin, dass sich bei einer verhältnis- mässig langsamen Drehzahl der Kokille eine günstige gleichmässige Verteilung der Suspension über die Kokil- leninnenwand am leichtesten erzielen lässt, wogegen es während der Befüllung der Kokille wünschenswert ist, im mittleren Drehzahlbereich zu arbeiten. Bis zur restlichen Verteilung der Schmelze in der Kokille treten nämlich Unwuchten auf, die bei mittleren Drehzahlen in Grenzen gehalten werden können.
Es ist bekannt (deutsche Auslegeschrift 1028296), bei Verwendung einer Spritzdüse die Kokille während desAuftragens derAuskleidung feststehen zu lassen, Es handelt sich hiebei um die Auftragung eines wärme- isolierenden Stoffes, wie Kieselgur, mit Ton oder Bentonit als Bindemittel, wobei die Kokille für die Er- zeugung von Schleudergusskörpern aus Gusseisen bestimmt ist, so dass die Massnahmen nach diesem Verfahren ebenfalls nicht für den Schleuderguss von Kupfer oder dessen Legierungen ohne weiteres anwendbar sind.
Wie bereits erwähnt, lässt sich beim erfindungsgemässen Verfahren die Wärmeleitfähigkeit der Schicht
EMI2.1
stärke von etwa 0, 1 bis 0, 3 mm, was wesentlich geringer ist als bei den eingangs erwähnten bekannten Verfahren. Es ist zweckmässig, die Schichtstärke sehr gleichmässig auszubilden. Aus diesem Grunde ist es nicht zu empfehlen, die Kokille, wie dies bei bekannten Verfahren häufig gemacht wird, mit einem Pinsel zu beschichten, sondern es empfiehlt sich die oben bereits erwähnte Drehung der Kokille während des Einbringens der Suspension.
Bei s pie 1 : Es soll im Schleuderguss ein Rohling aus Rotguss nach DIN 1705, Schmelzenzusammenset- zung Gz-Rg 7, von 162 mm Aussendurchmesser und 138 mm Innendurchmesser bei 660 mm Länge hergestellt werden, der für die Herstellung eines Gleitlagers vom 160 mm Aussendurchmesser und 140 mm Innendurchmesser bestimmt ist. Die waagrecht gelagerte Stahlkokille wird auf etwa 1500C vorgewärmt und unter langsamer Drehung mit etwa 300 Umdr/min mit einer wässerigen Zirkonoxydsuspension, die feinstgeschlemmte Tonerde als anorganisches Bindemittel enthält, an der Innenfläche beschichtet, bis dort eine Schicht von etwa 0, 2 mm entsteht.
Nach Verschliessen der Kokille wird eine Eingiessvorrichtung zentrisch angebracht, wobei die Ausflussöffnung des Eingiesstrichters auf die Gussmasse abgestimmt ist und 28 mm Durchmesser hat. An den Eingiesstrichter ist eine Gussrinne angeschlossen, die über zwei Drittel der Länge der Kokille reicht und sich annähernd horizontal in dieser erstreckt. Mittels dieser Eingiessvorrichtung wird die abgewogene und auf über 11500C erhitzte Schmelze bei Steigerung der Umfangsgeschwindigkeit der Kokilleninnenwand auf 7 ml sec derart eingegossen, dass der Giesstrichter mit einer Badspiegelhöhe von etwa 200 mm mit Schmelze gefüllt bleibt, wodurch ein konstanter Durchfluss und eine gleichmässige Verteilung der Schmelze mittels der Eingussrinne in der Kokille gewährleistet wird. Die Giesszeit beträgt nur etwa 4 sec.
Danach wird die Eingiessvorrichtung entfernt und die Kokille mit Wasser gekühlt, worauf nach Erstarrung des Rohlings dieser der Kokille entnommen wird.
Durch die geringe Materialzugabe von nur je 1 mm aussen und innen kann das Gleitlager durch Abdrehen
<Desc/Clms Page number 3>
eines einzigen Spanes fertiggestellt werden.
Die folgende Tabelle zeigt die Verbesserung der technischen Eigenschaften in einer Gegenüberstellung mit den geforderten DIN-Werten :
EMI3.1
<tb>
<tb> Nach <SEP> DIN <SEP> 1705 <SEP> Nach <SEP> dem <SEP> erfindungsfür <SEP> Gz-Rg <SEP> 7 <SEP> gemässen <SEP> Verfahren
<tb> Zugfestigkeit <SEP> (kp/mm2) <SEP> 30 <SEP> 32
<tb> Bruchdehnung <SEP> (%) <SEP> 20 <SEP> 25
<tb> Brinellhärte <SEP> (kp/mm2) <SEP> 85 <SEP> 95
<tb>
i Die Erfindung eignet sich besonders für den Guss von Kupfer und solchen kupferhaltigen Legierungen, bei denen Kupfer ein massgeblicher Bestandteil bzw. der Hauptbestandteil ist, in Kokillen.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Beschichtung einer Schleudergusskokille zum Vergiessen von Kupfer oder dessen Legie- rungen, wobei vor dem Einbringen der Metallschmelze in die Kokille eine Suspension aus pulverförmigen
EMI3.2
als dünne Schicht eingebracht wird, dadurch gekennzeichnet, dass zur Herstellung einerfeuerfester Gefässe an sich bekannten Bestandteile Zirkonoxyd (Zr02) und ein anorganisches Bindemittel, vorzugsweise ungesintertes A12 0, verwendet werden.