Verfahren zur Verhinderung der Randentkohlung von Gussstücken aus kohlenstoffhaltigen Legierungen Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verhinderung der Randentkohlung von Guss- stüeken. aus kohlenstoffhaltigen Legierungen, bei welchem der zur Herstellung der Giess form verwendeten keramisehen Formmasse ein der Randentkohlung entgegenwirkender Seliutzstoff beigemischt wird.
Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass als Schutz stoff eine anorganische Verbindung verwendet wird, welehe zur Zeit der Abkühlung des Guss- stüekes bei Formtemperaturen oberhalb der Brenntemperatur der Giessform ein der Rand- entkohlung entgegenwirkendes Sehutzgas er zeugt.
Keramisehe Giessformen finden insbeson dere bei der Herstellung von Gtissstüeken nach dem Präzisionsgiessverfahren Anwendung, bei welehetn die Giessform mit Hilfe eines aas schmelzbaren oder aasbrennbaren Modelles ge bildet wird. Solche Formen werden in der Regel heiss abgegossen. Die Formtemperatur vor dem Eingiessen des Metalles kann zwischen 800 bis 1.000 liegen.
Dienen solche Formen zur Heisstellung von Gussstüeken aus kohlen stoffhaltigen Legierungen, insbesondere aus Stählen mit hohem Kohlenstoffgehalt, wird die Randzone der Gussstücke während der Abkühlung in der Form in schädlichem Mass entkohlt. Dieser Vorgang beruht darauf, dass Luft durch die Form diffundiert und mit der Randzone des Gussstückes in Berührung kommt. Dabei kann ein Teil des in der Rand zone befindlichen Kohlenstoffes verbrennen.
Diese Gefahr tritt. in verstärktem Masse auf, wenn diekwandige und komplizierte Guss- stüeke hergestellt. werden, welche während des Abkühlvorganges verhältnismässig lange eine Temperatur oberhab 800 C aufweisen, was das Ausmass der Randentkohlung vergrössert.
Sind solche Gussstücke mit entkohlten Randpartien ohne vorherige mechanische Be arbeitung der Oberfläche zu härten, muss die Randzone vorher aufgekohlt werden; letzteres ist aber mit folgenden Nachteilen verbunden: Durch das Eindiffundieren des Kohlenstoffes wird das Randgefüge rekristallisiert. Gegen über dem nicht rekristallisierten Grundgefüge, welches meistens sogar einen tieferen Kohlen stoffgehalt aufweist, treten innere Spannun gen auf, die sehr oft. zu Rissen führen.
Ferner ist die Festigkeit solcher Gussstüeke mit auf- gekohlter Randzone gegenüber dynamischen Beanspruchungen vermindert. Mit Hilfe des erfindungsgemässen Verfah rens gelingt es, zur Zeit der Abkühlung des Gussstückes im Bereich des letzteren eine Sehutzgasatmosphäre aufrechtzuerhalten, wel che die Randentkohlung praktisch verhindert.
Die Schutzwirkung kommt so zustande, dass der zur Herstellung der Giessform verwen deten keramischen Formmasse ein Schlitzstoff beigemischt wird, welcher bei Temperaturen oberhalb der Brenntemperatur der Giessform ein der Randentkohlung entgegenwirkendes Schutzgas erzeugt, welches in der Form be- findlichen molekularen Sauerstoff vom ein gegossenen Metall fernhält.
Das Verfahren nach der Erfindung wird nachstehend beispielsweise an Hand der Her stellung eines Gussstückes aus Stahl mit hohem Kohlenstoffgehalt nach dem Präzisions- giessverfahren beschrieben. Ein ZV achsmodell des herzustellenden Gussstiickes wird zusam men mit einem geeigneten Wachsmodell des Eingusses in eine keramische Formmasse ein gebettet, welche ein geeignetes Bindemittel enthält und welcher als Schutzstoff gegen die Randentkohlung Calciumkarbonat beigemischt wurde.
Letzteres besitzt die Eigenschaft, bei Temperaturen oberhalb von 900 C Kohlen dioxyd abzuspalten. Die erhaltene Form wird in den Brennofen verbracht, allenfalls nach vorheriger Trocknung, und hier im Zeitraum von einigen Stunden auf eine Brenntempera tur von etwa 880 bis 900 C erhitzt. Dieser Brennbehandlung vermag das Calciumkarbo- nat ohne wesentliche Zersetzung zu wider stehen.
Unmittelbar nach dem Herausnehmen der Form aus dem Ofen wird der flüssige Stahl mit. einer Giesstemperatur von etwa 1500 C in die heisse Form eingegossen wo durch zumindest die im Bereich des Giesshohl raumes liegenden Teile der Form auf eine nur wenig unterhalb der Giesstemperatur liegende Temperatur erhitzt werden, bei welcher das Calciumkarbonat sich unter Abspaltung von Kohlendioxyd zersetzt. Letzteres diffundiert in die Poren der Form und vermag in dieser befindlichen Sauerstoff v om Metall wegzuver- drängen, bevor er mit dem Metall in Berüh rung kommen und die schädliche Randent- kohlung verursachen kann.
Nach dem beschriebenen Verfahren her gestellte Gussstücke zeichnen sich durch voll ständige Abwesenheit jeglicher Randentkoh- lung aus. Nach dem Erstarren ausgeführte Analysen von an der Oberfläche des Guss- st.ückes entnommenen Materialproben ergaben dieselben Kohlenstoffgehalte wie .für Mate rialproben, welche dem Innern des Gussstückes entnommen wurden.
An Stelle des Calciumkarbonates können auch andere Schutzstoffe verwendet werden, welche ein neutrales, den Sauerstoff vom Gussstiick fernhaltendes Schutzgas erzeugen. Hierzu eignen sieh besonders gewisse Nitride, wie z. B. Chromnitrid. Dieser Schutzstoff be sitzt ebenfalls die Eigenschaft, dass er sich beim Brennen der keramischen Formmasse nicht zersetzt, jedoch bei Temperaturen im Bereich der Giesstemperatur der Randentkoh- lung entgegenwirkender Stickstoff erzeugt.
Schliesslieb können auch zwei oder mehrere Schutzstoffe als Mischung dem Formstoff bei gegeben werden, z. B. eine Mischung von Cal ciumkarbonat und Chromnitrid.
Method for preventing the edge decarburization of castings made from carbon-containing alloys The invention relates to a method for preventing the edge decarburization of castings. Made of carbon-containing alloys, in which the ceramic molding compound used to manufacture the casting mold is admixed with a special substance that counteracts the decarburization of the edges.
The invention is characterized in that an inorganic compound is used as the protective substance which, at mold temperatures above the firing temperature of the casting mold, generates a protective gas that counteracts the edge decarburization at the time the casting is cooled.
Ceramic casting molds are used in particular in the manufacture of cast pieces according to the precision casting process, in which the casting mold is formed with the help of a fusible or combustible model. Such forms are usually poured hot. The mold temperature before pouring the metal can be between 800 and 1,000.
If such molds are used to heat castings made from carbon-containing alloys, in particular from steels with a high carbon content, the edge zone of the castings is decarburized to a harmful degree during cooling in the mold. This process is based on the fact that air diffuses through the mold and comes into contact with the edge zone of the casting. Some of the carbon in the edge zone can burn up.
This danger occurs. to a greater extent when diekwandige and complicated castings are produced. which have a temperature above 800 C for a relatively long time during the cooling process, which increases the extent of the edge decarburization.
If such castings with decarburized edge parts are to be hardened without prior mechanical processing of the surface, the edge zone must be carburized beforehand; The latter is associated with the following disadvantages: The diffusion of the carbon causes the edge structure to recrystallize. Against the non-recrystallized basic structure, which usually even has a lower carbon content, internal tensions occur, which very often. lead to cracks.
Furthermore, the strength of such castings with a carburized edge zone against dynamic loads is reduced. With the aid of the method according to the invention, it is possible to maintain a protective gas atmosphere at the time of the cooling of the casting in the area of the latter, which practically prevents the edge decarburization.
The protective effect comes about by adding a slit material to the ceramic molding compound used to manufacture the casting mold, which at temperatures above the firing temperature of the casting mold generates a protective gas that counteracts edge decarburization and which keeps molecular oxygen in the mold away from the cast metal .
The method according to the invention is described below, for example, with reference to the manufacture of a cast piece made of steel with a high carbon content by the precision casting process. A ZV axis model of the cast piece to be produced is embedded together with a suitable wax model of the sprue in a ceramic molding compound which contains a suitable binding agent and to which calcium carbonate has been added as a protective substance against decarburization.
The latter has the property of splitting off carbon dioxide at temperatures above 900 C. The shape obtained is placed in the kiln, if necessary after previous drying, and heated here to a firing temperature of about 880 to 900 C over a period of a few hours. The calcium carbonate is able to withstand this burning treatment without substantial decomposition.
Immediately after removing the mold from the furnace, the molten steel is with it. A casting temperature of about 1500 C is poured into the hot mold where at least the parts of the mold located in the area of the casting cavity are heated to a temperature only slightly below the casting temperature at which the calcium carbonate decomposes with the elimination of carbon dioxide. The latter diffuses into the pores of the mold and is able to displace oxygen from the metal before it can come into contact with the metal and cause the damaging surface decarburization.
Castings produced according to the process described are characterized by the complete absence of any surface decarburization. Analyzes carried out after solidification of material samples taken from the surface of the casting showed the same carbon content as for material samples taken from the inside of the casting.
Instead of calcium carbonate, other protective substances can also be used, which generate a neutral protective gas that keeps the oxygen away from the casting. Certain nitrides, such as B. chromium nitride. This protective substance also has the property that it does not decompose when the ceramic molding compound is fired, but generates nitrogen which counteracts the decarburization at temperatures in the range of the casting temperature.
Finally, two or more protective substances can also be added to the molding material as a mixture, e.g. B. a mixture of calcium carbonate and chromium nitride.