Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Beschich tung einer Schleudergusskokille zum Vergiessen von Kupfer oder dessen Legierungen, wobei vor dem Einbringen der Metallschmelze in die Kokille eine Suspension aus pulverförmi gen Materialien als dünne Schicht eingebracht wird.
Im Schleuderguss hergestellte Rohrstücke aus Kupfer oder dessen Legierungen, insbesondere Bronze, die als Rohlinge für
Büchsen, Ringe und andere Formstücke Verwendung finden, haben bisher den Nachteil, dass die äussere und innere Schicht vom übrigen Gussstück unterschiedlich ausfällt. Die äussere
Schicht hat über eine beträchtliche Stärke Gaseinschlüsse und muss daher in diesem Bereich als unbrauchbar abgedreht werden. Die innere Schicht ist von einer oxydhältigen lunkrigen
Schicht gebildet, deren Stärke in erster Linie von der Abkühl geschwindigkeit der Schmelze bzw. von der Schnelligkeit des Überganges vom flüssigen in den festen Zustand abhängt.
Die bisherigen Schleudergussverfahren für Kupfer oder Kupfer legierungen, insbesondere Bronze, mussten ausserdem, um sogenannte Durchbläser zu vermeiden, eine relativ langsame und zum Teil auch ungleichmässige Befüllung der Kokille anwenden. Dies führt zu Ungenauigkeiten in der Innenseite des
Gussstückes und zu ungleichmässiger Temperaturbelastung der
Kokille. Erhöhte Materialzugaben und rasche Kokillenalterung sind die Folge. Weiterhin stellen sich immer wieder deutlich erkennbare Unterschiede in der Struktur und in den techni schen Eigenschaften des Gussstückes ein, was häufig untragbar ist. Ausserdem ist eine verhältnismässig hohe Kokillentempera tur notwendig, um die Gasentwicklung an der Kokillen innenwand in Grenzen zu halten.
Die Erfindung setzt sich zur Aufgabe, diese Nachteile zu vermeiden und ein Verfahren der eingangs geschilderten Art so zu verbessern, dass mit geringem Aufwand der eigentliche
Giessvorgang beschleunigt, die Qualität der erhaltenen
Rohrstücke wesentlich verbessert und schliesslich die Lebens dauer der Kokille verlängert wird. Die Erfindung löst diese
Aufgabe bei einem Verfahren der eingangs geschilderten Art dadurch, dass zur Herstellung einer wärmeleitenden und gasdurchlässigen Schicht für die Suspension als pulverförmige Materialien die Bestandteile Zirkonoxyd (ZrO2) und ein anorganisches Bindemittel verwendet werden.
Diese Schicht bildet eine Schutzschicht, welche auch bei Wärmeeinfluss der flüssigen Schmelze selbst keine nennenswerte Gasmengen entwickelt, aber in der Lage ist, die bei der Abkühlung der
Schmelze aus dieser freiwerdenden Gase an der Kokillenwand entlang nach aussen abzuführen und zwecks Erreichung eines feinen Gefüges des Gussstückes die Schmelze infolge der guten
Wärmeleitfähigkeit der Schicht rasch abzukühlen. 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 einschränkt. Während der weiteren Abkühlung der
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 erfindungsgemässe Verfah ren die Qualität des Gussstückes wesentlich verbessert.
Insbesondere wird ein weitgehend gleichmässiges Gehäuse erzielt, wodurch die Bearbeitungszugabe auf ein Minimum, beispielsweise auf nur 1 mm aussen reduziert werden kann.
Infolge der erwähnten raschen Wärmeabfuhr aus der Schmelze ist die Abkühlzeit 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 bei Wandstärken bis 15 mm auf 1 mm und bei Wandstärken bis 30 mm auf
2-3 mm gehalten werden. Durch die geringen Zugaben linge mit einer Mindestwandstärke von 9 mm wirtschaftlich und in hoher Massgenauigkeit herzustellen. Diese hohe Massgenauigkeit der Rohlinge, welche beim erfindungsgemässen Verfahren t0,2 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 erfindungsgemässen Verfahrens liegt in der wesentlichen Erhöhung der Kokillenstandzeit.
Insbesondere gilt dies, wenn die Suspension auf die vorgewärmte Kokille aufgebracht wird und wenn erfindungsgemäss die Schmelze in die mit der Suspension überzogene Kokille über die ganze Kokillenlänge gleichzeitig 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 gleichförmig ist, so dass Wärmespannungen und damit vorzeitige Alterungsschäden der Kokille vermieden werden.
Es ist bekannt (DT-OS 2 343 174) für feuerfeste Auskleidungen von Behältern für geschmolzenes Metall schwerschmelzbares Material zu verwenden, dessen chemische Bestandteile aus SiO2, Apo3, ZrO2 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 schwerschmelzbare Material trotz seines geringen Wassergehaltes flüssig wird.
Abgesehen von den Schwierigkeiten, die ein solches Material dem Aufbringen auf eine Gefässwand entgegensetzt, entsteht eine wärmeisolierende Schicht, da ja auf die Warmhaltung der Schmelze im Gefäss abgezielt ist. Der geringe Wassergehalt und die verhältnismässig grosse Korngrösse des verwendeten Materiales 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 (FR-PS 1 027 534), eine feuerfeste Schleudergusskokille zum Giessen von Eisen oder Stahl mit Metalloxyden, z. B. mit Also,, 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. Es hat sich nämlich aus der Erfahrung gezeigt, 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 Schleudergusskokillen zum Vergiessen von Gusseisen oder Stahl, im Hinblick auf den Schleuderguss von Kupfer und dessen Legierungen nichts ableiten.
Es ist günstig, wenn die Kokille während des Einbringens der Suspension um ihre Achse mit einer Drehzahl gedreht wird, die geringer ist als die Drehzahl wärhend des Eingiessens der Schmelze. Der Grund hiefür liegt darin, dass sich bei einer verhältnismässig langsamen Drehzahl der Kokille eine günstige gleichmässige Verteilung der Suspension über die Kokilleninnenwand am leichtesten erzielen lässt, wogegen es während der Befüllung der Kokille wünschenswert ist, im mittleren Drehzahlbereich zu arbeiten. Bis zur restlosen Verteilung der Schmelze in der Kokille treten nämlich Unwuchten auf, die bei mittleren Drehzahlen in Grenzen gehalten werden können.
Es ist bekannt (DT-AS 1 028 296), bei Verwendung einer Spritzdüse die Kokille während des Auftragens der Auskleidung feststehen zu lassen. Es handelt sich hiebei um die Auftragung eines wärmeisolierenden Stoffes, wie Kieselgur, mit Ton oder Bentonit als Bindemittel, wobei die Kokille für die Erzeugung 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.
Beim erfindungsgemässen Verfahren lässt sich die Wärme leitfähigkeit derSchicht noch dadurch steigern, dass die Schichtstärke entsprechend dünn gewählt wird, insbesondere mit einer Schichtstärke von etwa 0,1-0,3 mm, was wesentlich geringer ist als bei den eingangs erwähnten bekannten Verfahren. Es ist zweckmässig, die Schichtstärke sehr gleichmässig auszubilden.
Aus diesem Grund 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.
Als Suspension wird vorzugsweise eine wässerige Suspension eingesetzt, wobei als anorganisches Bindemittel feinstgeschlämmte Tonerde (Al202) bzw. ungesintertes Aluminiumoxyd eingesetzt wird.
Beispiel
Es soll im Schleuderguss ein Rohling nach DIN 1705, Schmelzenzusammensetzung Gs-Rg 7, von 162 mm Aussendurchmesser und 138 mm Innendurchmesser bei 660 mm Länge hergestellt werden, der für die Herstellung eines Gleitlagers von 160 mm Aussendurchmesser und 140 mm Innendurchmesser bestimmt ist. Die waagrecht gelagerte Stahlkokille wird auf etwa 1500 C vorgewärmt und unter langsamer Drehung mit etwa 300 Umdrehungen/min mit einer wässerigen
Zirkonoxydsuspension, die feinstgeschlämmte 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 Eingiess trichters auf die Gussmasse abgestimmt ist und 28 mm Durchmesser hat.
An den Eingiesstrichter ist eine Gussrinne ange schlossen, die über zwei Drittel der Länge der Kokille reicht und sich annährend horizontal in dieser erstreckt. Mittels dieser
Eingiessvorrichtung wird die abgewogene und auf über 1150" erhitzte Schmelze bei Steigerung der Umfangsgeschwindigkeit der Kokilleninnenwand auf 7 m/sek 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 Sekunden. Danach wird die Eingiessvorrichtung entfernt und die Kokille mit Wasser gekühlt, worauf nach Erstarrung des Rohlings dieser aus der Kokille entnommen wird.
Durch die geringe Materialzugabe von nur je 1 mm aussen und innen kann das Gleitlager durch Abdrehen eines einzigen Spanes fertiggestellt werden.
Die folgende Tabelle zeigt die Verbesserung der technischen Eigenschaften in einer Gegenüberstellung mit den geforderten DlN-Werten:
Nach DIN 1705 Nach erfindungs für Gz-Rg7 gemässen
Verfahren Zugfestigkeit (Kp/mm2) 30 32 Bruchdehnung (%) 20 25
Brinellhärte (Kp/mm2) 85 95
Die Erfindung eignet sich besonders für den Verguss von
Kupfer und solchen kupferhältigen Legierungen, bei denen
Kupfer ein massgeblicher Bestandteil bzw. Hauptbestandteil ist, in Kokillen, d. h. mehrmals verwendbaren Formen bzw.
Dauerformen.
The invention relates to a method of coating a centrifugal casting mold for casting copper or its alloys, a suspension of pulveriform materials being introduced as a thin layer before the metal melt is introduced into the mold.
Tubes made of copper or its alloys, in particular bronze, which are used as blanks for
Bushings, rings and other fittings are used, have so far had the disadvantage that the outer and inner layers are different from the rest of the casting. The outer one
Layer has gas inclusions over a considerable thickness and must therefore be turned off as unusable in this area. The inner layer is of an oxide-containing lacunae
Layer is formed, the thickness of which depends primarily on the cooling speed of the melt or on the speed of transition from the liquid to the solid state.
The previous centrifugal casting processes for copper or copper alloys, especially bronze, also had to use a relatively slow and, in some cases, uneven filling of the mold in order to avoid so-called blow-throughs. This leads to inaccuracies in the inside of the
Casting and too uneven temperature load of the
Mold. Increased material additions and rapid mold aging are the result. Furthermore, there are always clearly recognizable differences in the structure and in the technical properties of the casting, which is often intolerable. In addition, a relatively high Kokillentempera ture is necessary to keep the gas evolution on the inner wall of the mold within limits.
The object of the invention is to avoid these disadvantages and to improve a method of the type described at the outset in such a way that the actual
Casting process accelerates the quality of the obtained
Pipe sections are significantly improved and finally the life of the mold is extended. The invention solves this
The object in a method of the type described at the outset is that the constituents zirconium oxide (ZrO2) and an inorganic binder are used as powder materials to produce a heat-conducting and gas-permeable layer for the suspension.
This layer forms a protective layer which, even when the liquid melt is exposed to heat, does not develop any significant amounts of gas itself, but is capable of removing the gas when the
To dissipate melt from these released gases along the mold wall to the outside and, in order to achieve a fine structure of the casting, the melt as a result of the good
Thermal conductivity of the layer to cool quickly. It has been found that this rapid heat dissipation has the advantage that a solid metal layer is formed very quickly during casting, which the gas development on the outer layer of the
Casting restricts. During the further cooling of the
The gases produced by the casting can therefore not escape inwards through the metal and are therefore uniform
Do not disturb the structure, so that blow-throughs are effectively prevented.
Above all, however, the method according to the invention significantly improves the quality of the casting.
In particular, a largely uniform housing is achieved, whereby the machining allowance can be reduced to a minimum, for example to only 1 mm on the outside.
As a result of the aforementioned rapid heat dissipation from the melt, the cooling time for centrifugal castings is less than 30 mm
Wall thickness reduced to such an extent that, in contrast to the previously known methods, no significant oxide formation can take place on the inner surface of the casting. As a result, the machining allowance on the inner surface can increase to 1 mm for wall thicknesses up to 15 mm and up to 30 mm for wall thicknesses
2-3 mm. Due to the small additions, products with a minimum wall thickness of 9 mm can be produced economically and with high dimensional accuracy. This high dimensional accuracy of the blanks, which in the method according to the invention is t0.2 mm outside and +0.5 mm inside, furthermore leads to simpler and therefore cheaper end productions, both in terms of the turning work and in terms of chip waste.
But the technical properties of the blanks are also significantly improved compared to known processes.
The use of the zirconium oxide suspension as a size enables a relatively low mold temperature due to its properties. Since there are no difficulties in cooling the mold intensively with water during and after casting, the temperature of the inner surface of the mold can also be kept relatively low.
Taking into account the low thermal insulation of the coating formed by the zirconium oxide layer, this results in a particularly rapid solidification of the melt and, as a consequence of these factors, an increase in the technical values of the blanks, especially the tensile strength, elongation at break and Brinell hardness, with increases of up to 20 % compared to the currently valid regulations for centrifugal casting (DIN 1705, DIN 1709).
A further advantage of the process according to the invention is the substantial increase in the service life of the mold.
This applies in particular when the suspension is applied to the preheated mold and when, according to the invention, the melt is simultaneously introduced into the mold coated with the suspension over the entire length of the mold. This not only makes it possible to fill the mold more quickly, but above all more evenly, so that the effect of heat is essentially uniform over the entire length of the mold, so that thermal stresses and thus premature aging damage to the mold are avoided.
It is known (DT-OS 2 343 174) to use refractory material for refractory linings for molten metal, the chemical components of which consist of SiO2, Apo3, ZrO2 and water glass, the water content being between about 3 and about 10%.
The aim here is to achieve thixotropic properties, with vibration ensuring that the refractory material becomes liquid despite its low water content.
Apart from the difficulties that such a material opposes when it is applied to a vessel wall, a heat-insulating layer is created, since the aim is to keep the melt in the vessel warm. The low water content and the relatively large grain size of the material used make it impossible to produce a suspension within the meaning of the invention, especially since the material is solid immediately after this known method if it is not subjected to vibrations.
It is also known (FR-PS 1 027 534), a refractory centrifugal casting mold for casting iron or steel with metal oxides, eg. B. with So ,, which are mixed with non-metallic components to line.
However, there are significant differences between the centrifugal casting of cast iron or steel and the centrifugal casting of copper and its alloys. Experience has shown that the mold linings known for cast iron and steel fail with copper and copper alloys, in particular bronze, which is likely to be due to the requirements outlined above. Nothing can therefore be deduced from the previously mentioned known linings, be it for transport vessels, be it for centrifugal casting molds for casting cast iron or steel, with regard to the centrifugal casting of copper and its alloys.
It is advantageous if the mold is rotated around its axis while the suspension is being introduced at a speed which is lower than the speed during the pouring of the melt. The reason for this is that with a relatively slow speed of the mold a favorable even distribution of the suspension over the mold inner wall can be achieved most easily, whereas it is desirable to work in the middle speed range while filling the mold. Until the melt is completely distributed in the mold, imbalances occur which can be kept within limits at medium speeds.
It is known (DT-AS 1 028 296), when using a spray nozzle, to allow the mold to remain stationary while the lining is being applied. This involves the application of a heat-insulating material such as kieselguhr, with clay or bentonite as a binding agent, whereby the mold is intended for the production of centrifugally cast bodies made of cast iron, so that the measures according to this process also not for the centrifugal casting of copper or its Alloys are readily applicable.
In the method according to the invention, the thermal conductivity of the layer can be further increased in that the layer thickness is selected to be correspondingly thin, in particular with a layer thickness of about 0.1-0.3 mm, which is significantly less than in the known methods mentioned at the beginning. It is advisable to make the layer thickness very even.
For this reason, it is not advisable to coat the mold with a brush, as is often done in known methods, but rather the above-mentioned rotation of the mold while the suspension is being introduced is recommended.
An aqueous suspension is preferably used as the suspension, with finely slurried alumina (Al 2 O 2) or unsintered aluminum oxide being used as the inorganic binder.
example
A blank according to DIN 1705, melt composition Gs-Rg 7, with an outside diameter of 162 mm and an inside diameter of 138 mm and a length of 660 mm is to be produced by centrifugal casting, which is intended for the production of a plain bearing with an outside diameter of 160 mm and an inside diameter of 140 mm. The horizontally stored steel mold is preheated to about 1500 C and rotating slowly at about 300 revolutions / min with an aqueous one
Zirconium oxide suspension, which contains extremely fine clay as an inorganic binder, is coated on the inner surface until a layer of about 0.2 mm is formed there. To
Closing the mold, a pouring device is attached centrally, the outflow opening of the pouring funnel being matched to the casting compound and having a diameter of 28 mm.
A casting channel is connected to the pouring funnel, which extends over two thirds of the length of the mold and extends almost horizontally in it. By means of this
Pouring device, the weighed and heated to over 1150 "melt is poured in with an increase in the circumferential speed of the mold inner wall to 7 m / sec in such a way that the pouring funnel with a bath level of about 200 mm remains filled with melt, resulting in a constant flow and an even distribution of the melt The pouring time is only about 4 seconds, after which the pouring device is removed and the mold is cooled with water, whereupon, after the blank has solidified, it is removed from the mold.
Due to the small addition of material of only 1 mm outside and inside, the plain bearing can be completed by turning off a single chip.
The following table shows the improvement in the technical properties in comparison with the required DlN values:
According to DIN 1705 according to the invention for Gz-Rg7
Method tensile strength (Kp / mm2) 30 32 Elongation at break (%) 20 25
Brinell hardness (Kp / mm2) 85 95
The invention is particularly suitable for potting
Copper and such copper-containing alloys where
Copper is an essential component or main component in molds, d. H. reusable forms or
Permanent forms.