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 keramischen Formmasse ein der Randentkohlung entgegenwirkender Sehittzstoff beigemischt wird.
Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass als Schutz stoff eine anorganische Verbindung verwen det wird, welche zur Zeit der Abkühlung des (=,'ussstücl@es bei Formtemperaturen oberhalb der Brenntemperatur der Giessform Sauer stoff ehemiseh zu binden vermag.
Keramische Giessformen finden insbeson dere bei der Herstellung von Gussstücken nach dem Präzisionsgiessverfahren Anwen dung, bei welchem die Giessform mit Hilfe eines aussehmelzbaren oder aasbrennbaren Modelles --ebildet wird. Solche Formen wer den in der Regel heiss abgegossen. Die Form temperatur vor dem Eingiessen des Metalles kann zwischen 800 bis l.000 liegen.
Dienen solche Formen zur Herstellung von CTussstük- ken aus kohlenstoffhaltigen Legierungen, ins besondere aus Stählen mit. hohem Kohlenstoff -ehalt, wird die Randzone der Gussstüeke während der Abkühlung in der Form in schädlichem Mass entkohlt. Dieser Vorgang beruht darauf, dass Luft durch die Form dif fundiert und mit der Randzone des Gussstük- kes in Berührung kommt. Dabei kann ein Teil des in der Randzone befindlichen Kohlenstof- fes verbrennen.
Diese Gefahr tritt in verstärk tem Masse auf, wenn dickwandige und kom plizierte Gussstüeke hergestellt werden, welche während des Abkühlvorganges verhältnis mässig lange eine Temperatur oberhalb 800 C aufweisen, was das Ausmass der Randentkoh- lung vergrössert.
Sind solche Gussstüeke 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 die Randentkohlung praktisch zu verhindern. Die Schutzwirkung kommt so zu stande, dass der zur Herstellung der Giessform verwendeten Formmasse ein Schutzstoff bei gemischt wird, welcher bei Temperaturen oberhalb der Brenntemperatur der Giessform in der Form befindlichen molekulären Sauer stoff chemisch zu binden vermag.
Das Verfahren nach der Erfindung wird nachstehend beispielsweise an Hand der Her stellung eines Clussstückes aus Stahl mit hohem Kohlenstoffgehalt nach dem Präzisionsgiess- verfahren beschrieben. Ein Wachsmodell des herzustellenden Gussstüekes wird zusammen mit einem geeigneten Wachsmodell des Ein gusses in eine keramische Formmasse einge bettet, welche ein geeignetes Bindemittel ent hält und welcher als Schlitzstoff Calciumkar- bid (CaC2) beigemischt wurde.
Letzteres be sitzt die Eigenschaft, bei Temperaturen ober halb der Brenntemperatur für die keramische Formmasse in Anwesenheit von Sauerstoff zu verbrennen. Die erhaltene Form wird in den Brennofen verbracht, allenfalls nach vorheri gem Trocknen der Formmasse und Ausschmel zen des Modellwachses, und hier im Zeitraum von einigen Stunden auf eine Brenntempera- tur von etwa 800 bis 900 C erhitzt. Dieser Brennbehandlung vermag das Calciumkarbid ohne wesentliche Verbrennung zu widerstehen.
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, wodurch zumin dest die im Bereich des Giesshohlraumes lie genden Teile der Form auf eine nur wenig unterhalb der Giesstemperatur liegende Tem peratur erhitzt werden, bei welcher das Cal ciumkarbid verbrennen kann. Hierbei verbin det es sich mit dem in den Poren der Form befindlichen Sauerstoff, bevor dieser mit dein Metall in Berührung kommen und die schäd- liehe Randentkohlung 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- stückes entnommenen Materialproben ergaben dieselben Kohlenstoffgehalte wie für Material proben, welche dem Innern des Gussstüekes entnommen wurden. Das Caleiunikar@bid kann nur einer -Vorm masse- masse beigemischt werden, deren. Wasser gehalt keine Zersetzung des Karbides herbei führt.
An Stelle des Caleiumkarbides eignen sich aber auch andere Schutzstoffe, für wel- ehe diese Bedingung wegfällt, so Cyanide, wie z. B. Bariumcyanid. Letzteres besitzt ebenfalls die Eigenschaft, dass es bei Temperaturen oberhalb der Brenntemperatur für die Giess form in Anwesenheit von Sauerstoff ver brennt, beim Eingiessen des flüssigen 14letalles in die Form aber in den Poren derselben be findlichen Sauerstoff ehemiseh zu binden ver mag.
Das Bariumey anid kann ohne weiteres auch einer Wasser enthaltenden Formmasse beigemischt werden.
Process to prevent the edge decarburization of castings. Made from carbon-containing alloys The invention relates to a method for preventing the edge decarburization of castings made from carbon-containing alloys, in which the ceramic molding compound used to produce the casting mold is admixed with an edge decarburization agent.
The invention is characterized in that an inorganic compound is used as a protective substance which is capable of binding oxygen at the time of cooling of the (=, 'ussstücl @ it at mold temperatures above the firing temperature of the casting mold.
Ceramic casting molds are used in particular in the manufacture of castings according to the precision casting process, in which the casting mold is formed with the help of a model that can be removed or burnt out. Such forms are usually poured hot. The mold temperature before pouring the metal can be between 800 and 1,000.
Such molds are used to manufacture C-shaped fittings from carbon-containing alloys, in particular from steels. high carbon content, the edge zone of the castings is decarburized to a harmful extent while 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 arises to an increased extent when thick-walled and complex 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 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. Compared to the non-recrystallized basic structure, which usually even has a lower carbon content, internal stresses occur, which very often lead to cracks.
Furthermore, the strength of such castings with a carbonized edge zone in relation to dynamic loads is reduced. With the help of the method according to the invention it is possible to practically prevent the edge decarburization at the time the casting is cooling. The protective effect comes about in such a way that the molding compound used to produce the casting mold is mixed with a protective substance which is able to chemically bind molecular oxygen in the mold at temperatures above the firing temperature of the casting mold.
The method according to the invention is described below using the precision casting method, for example, with reference to the manufacture of a cluss piece made of steel with a high carbon content. A wax model of the cast piece to be produced is embedded together with a suitable wax model of the casting in a ceramic molding compound which contains a suitable binding agent and to which calcium carbide (CaC2) was added as a slit material.
The latter be seated the property of burning at temperatures above half the firing temperature for the ceramic molding compound in the presence of oxygen. The shape obtained is placed in the kiln, if necessary after the molding compound has been dried beforehand and the model wax has been melted out, and here heated to a firing temperature of around 800 to 900 C over a period of a few hours. The calcium carbide is able to withstand this burning treatment without substantial burning.
Immediately after removing the mold from the furnace, the liquid steel is poured into the hot mold at a casting temperature of around 1500 C, which means that at least the parts of the mold in the area of the casting cavity are heated to a temperature just below the casting temperature in which the calcium carbide can burn. It combines with the oxygen in the pores of the mold before it comes into contact with the metal and can cause the damaging edge decarburization.
Castings produced according to the process described are characterized by the complete absence of any surface decarburization. Analyzes of material samples taken from the surface of the casting after solidification showed the same carbon content as for material samples taken from the inside of the casting. The Caleiunikar @ bid can only be added to a -mass mass, whose. Water content does not cause any decomposition of the carbide.
Instead of Caleiumkarbides, other protective substances are also suitable, for which this condition does not apply, such as cyanides, such as B. barium cyanide. The latter also has the property that at temperatures above the firing temperature for the casting mold it burns in the presence of oxygen, but when the liquid metal is poured into the mold it is able to bind oxygen in the pores of the same.
The barium anide can easily be added to a molding compound containing water.