CH646076A5

CH646076A5 - Schlichte fuer die herstellung einer auskleidung einer schleudergusskokille und verfahren zur beschichtung einer schleudergusskokille.

Info

Publication number: CH646076A5
Application number: CH193580A
Authority: CH
Inventors: Gottfried Brugger
Original assignee: Gottfried Brugger
Priority date: 1979-03-14
Filing date: 1980-03-12
Publication date: 1984-11-15
Also published as: FR2488821B1; DE3009490A1; FR2488821A1; SE8005544L; ATA190579A; GB2081622B; DE3009490C2; SE439264B; JPH0117781B2; AT381884B; GB2081622A; US4343345A; CA1170815A; JPS5741843A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schlichte für die Herstellung einer gasdurchlässigen, gasentwicklungsfreien, sowie durch ihre Dünne und Porosität wärmeleitenden Auskleidung einer metallischen Schleudergusskokille für Kupfer oder dessen Legierungen, welche pulverförmiges Material in Wasser als rückstandsfrei verdunstendem Dispergiermittel enthält. Ferner bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Beschichtung einer Schleudergusskokille zum Vergiessen von Kupfer oder dessen Legierungen.

s Im Schleuderguss erzeugte Rohstücke aus Kupfer oder dessen Legierungen, insbesondere Bronze, die als Rohlinge für Büchsen, Ringe und andere Formstücke Verwendung finden, hatten bisher den Nachteil, dass die äussere Mantelschicht über eine beträchtliche Stärke Gaseinschlüsse auf-io wies und daher in diesem Bereich als unbrauchbar abgedreht werden musste, wogegen die innere Schicht von einer oxydhältigen lunkrigen Schicht gebildet war. Bei den bisher zumeist verwendeten Schleudergussverfahren für Kupfer bzw. Kupferlegierungen musste ausserdem, um sogenannte Durch-15 bläser zu vermeiden, eine relativ langsame und zum Teil auch ungleichmässige Befüllung der Kokille erfolgen. Dies führte zu Ungenauigkeiten an der Innenseite des Gussstük-kes und zu ungleichmässiger Temperaturbelastung der Kokille, was in der Folge erhöhte Materialzugaben und eine 20 rasche Kokillenalterung bedeutete.

Es wurde bereits vorgeschlagen, diese Nachteile dadurch zu mildern bzw. zu beseitigen, dass zur Herstellung einer Schlichte der eingangs erwähnten Art eine Suspension aus Zirkoniumdioxyd (Zr02) und ungesintertem A1203 als an-25 organischem Bindemittel bereitet wird. Dadurch lässt sich eine Schlichte erzeugen, die eine wärmeleitende, gasdurchlässige Auskleidung an der Innenwand der Schleudergusskokille ergibt und selbst gasentwicklungsfrei ist. Diese Schicht bildet daher eine Schutzschicht, welche auch beim 30 Wärmeeinfluss der flüssigen Schmelze selbst keine Gase entwickelt, aber in der Lage ist, die bei der Abkühlung der Schmelze aus dieser freiwerdenden Gase an der Kokillenwand entlang nach aussen bzw. an die Stirnenden der Kokille abzuführen. Diese Schicht ist auch in der Lage, die 35 Schmelze zwecks Erreichung eines feinen Gefüges des Gussstückes rasch abzukühlen, da ja die dünne Auskleidungsschicht keinen nennenswerten Widerstand für den Wärmeübergang vom vergossenen Metall zur Kokillenwand bildet. Dadurch entsteht beim Guss sehr schnell eine feste Metall-40 Schicht an der Aussenwand des Gussstückes. Diese feste Metallschicht verhindert, dass die ohnehin schon geringen Gasmengen, die an der Gussstückaussenwand entstehen, nach innen durch das Gussstück durchtreten. Da Durchbläser verhindert werden, wird die Qualität des Gussstückes wesent-45 lieh verbessert, insbesondere wird ein weitgehend gleichmäs-siges Gefüge erzielt, wodurch die Bearbeitungszugabe gegenüber den üblichen Schleudergussverfahren für Kupfer oder dessen Legierungen wesentlich reduziert werden kann. Ausserdem kann die Kokillentemperatur beim Guss verhält-50 nismässig niedrig gehalten werden. Bei ausreichender Kühlung der Kokille während des Gusses und nach dem Guss lässt sich die Temperatur der Kokilleninnenfläche gegenüber den herkömmlichen Gussverfahren verhältnismässig niedrig halten, wodurch sich unter Berücksichtigung der geringen 55 Wärmeisolation der Schlichte eine besonders rasche Erstarrung der Schmelze und als Folge davon eine Steigerung der technischen Werte der Rohlinge ergibt. Ausserdem wird die Kokillenstandzeit (Lebensdauer der Kokille) wesentlich erhöht.

60 Die Erfindung bezweckt nun, ein derartiges Verfahren noch weiter zu verbessern, insbesondere hinsichtlich der Qualität der enthaltenen Gussstücke und deren technischen Werte (vor allem Zugfestigkeit, Bruchdehnung und Brinell-härte), so dass auch sehr dünnwandige Gussstücke aus Kup-65 fer oder dessen Legierungen fehlerfrei schleudergegossen werden können. Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, dass das pulverförmige Material Titandioxyd (Ti02) als Hauptbestandteil oder alleinigen Bestandteil und dass das

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Wasser einen deutschen Härtegrad von höchstens 8 d aufweist. Es hat sich herausgestellt, dass durch eine derartige Schlichte noch bessere Ergebnisse, insbesondere noch dünnwandigere Gussstücke guter Qualität erzielbar sind, als dies mit der zuvor beschriebenen Zirkoniumdioxyd-Schlichte möglich war. Besonders augenfällig ist diese Verringerung der Mindestwandstärke der Gussstücke, wenn Titandioxyd, insbesondere reines, vorzugsweise 99%ig reines Titandioxyd, zur Gänze das pulverförmige Material der Schlichte bildet. Vorteilhaft an der Verwendung möglichst reinen Titandioxyds ist auch, dass es ein spezifisches Gewicht von 4,8 bis 5,0 aufweist, wogegen, jenes von Zirkondioxyd bei 9,0 bis 9,5 liegt. Dadurch wird nicht nur das Gewicht der an der Kokilleninnenwand gebildeten Auskleidung geringer, sondern es bleibt das Titandioxyd infolge seines geringeren Gewichtes auch länger im Dispergiermittel der Suspension in Schwebe als Zirkondioxyd.

Das von Wasser gebildete Dispergiermittel verdampft bei der Aufbringung der Schlichte auf die Kokille rasch, wobei das Gefüge der Beschichtung durch den nach innen durch die Beschichtung entweichenden Wasserdampf bzw. -schäum aufgelockert wird. Dadurch wird die Porosität der Beschichtung gesteigert. Das aufgelockerte Gefüge fällt nach Entweichung des Wasserdampfes bzw. -schaumes nicht in sich-zusammen, da die verhältnismässig feinteiligen Titandioxyd-Körnchen eine relativ rauhe Oberfläche bzw. unregelmässige Form haben und sich dadurch gegenseitig abstützen, was etwa dem Effekt einer Verfilzung gleichzusetzen ist. Bei der Aufbringung der flüssigen Schmelze ergibt sich zwar eine geringe Verdichtung der Auskleidung, die jedoch immer noch so porös bleibt, so dass eine Ableitung der Gase entlang der von der Auskleidung gebildeten Schicht einwandfrei erfolgt. Aus den gleichen Gründen ist die Weichheit des zur Bereitung der Suspension verwendeten Wassers wichtig.

Nun neigt aber Titandioxyd in Pulverform stark zur Staubbildung. Wenn dies stört, wird zweckmässig so vorgegangen, dass das pulverförmige Material aus Titandioxyd, Zirkonerde (Zirkonia) und bis zu 5 % Aluminiumoxyd (A1203) besteht. Unter Zirkonia wird hiebei naturreine Zirkonerde verstanden, deren Hauptbestandteile Zirkoniumdioxyd (Zr02) und Siliziumdioxyd (Si02) sind. Auch diese Mischungen geben bei Verwendung als pulverförmiges Material für eine erfindungsgemässe Schlichte Ergebnisse, die besser sind als bei der eingangs erwähnten Verwendung einer auf Zirkoniumdioxyd aufgebauten Schlichte. Die Verringerung der Mindestwandstärke gegenüber einer Zirkoniumdioxydschlichte ist zwar nicht mehr so auffällig, so dass also nicht mehr so dünne Wandstärken der Gussstücke gegossen werden können, jedoch fällt das Reinigen der Abgüsse leichter und es wird die Staubbildung vermieden.

Das Titandioxyd hat zweckmässig eine durchschnittliche Korngrösse von etwa 15 Mikron. Die Dichte eines solchen Titandioxyd-Pulvers liegt bei 3,9 und der Siebrückstand bei 63 Mikron liegt unter 0,01%, bei 44 Mikron etwas mehr als 0,05%. Die Siebrückstandsteilchengrösse, bestimmt nach DIN-Norm 53195, ist etwas grösser als 63 Mikron. Es lässt sich jedoch das Titandioxyd auch in einer von der eingangs erwähnten Korngrösse abweichenden, insbesondere gröberen Körnung mit guten Ergebnissen für die Gussstücke verwenden, jedoch wird bei Verwendung von grobkörnigem Titandioxyd die Aufbringung der Schlichte auf die Kokille etwas schwieriger und es muss eine grössere Schichtstärke der Schlichte auf der Kokille gewählt werden, wodurch der Wärmeübergangswiderstand der von der Schlichte gebildeten Auskleidung steigt.

In allen Fällen hat sich herausgestellt, dass die auf Titandioxyd als Hauptbestandteil oder alleinigen Bestandteil aufgebaute Schlichte selbst völlig gasentwicklungsfrei ist. Eine

Ursache könnte dafür gesehen werden, dass der Schmelzpunkt von Titandioxyd sehr hoch (höher als 1.800°C) liegt und daher Titandioxyd bis zu etwa 1.400°C keinerlei Zerfallserscheinungen zeigt und daher auch keine freien Gase entwickeln kann. Die Schichtstärke der an der Kokilleninnenwand gebildeten Auskleidung steht daher für den Transport der aus der Schmelze austretenden Gase vollständig zur Verfügung, ohne dass diese Auskleidung von ihr selbst erzeugte Gase transportieren muss. Ausserdem wird einer Gasabgabe der Schlichte an das vergossene Metall vorgebeugt.

Es wurde bereits erwähnt, dass durch die Verwendung der erfindungsgemässen Schlichte die Kokillenausgangstemperatur beim Guss niedriger gehalten werden kann, als dies bisher möglich war. Dadurch lässt sich der sogenannte Dampfpolstereffekt bei der Kokillenkühlung verringern oder vermeiden. Hierunter versteht man die Bildung einer Dampfschichte zwischen Kokille und Kühlwasser, die die Wärmeabfuhr von der Kokille wesentlich vermindert. Dadurch wird die Kühlung mit verbesserter Intensität (bei sonst gleichen Verhältnissen) wirksam. Dies bedingt eine raschere Erstarrung der Schmelze, wodurch sich eine feinere Körnung des Gussstückes und damit bessere Werte des Gussproduktes einstellen. Wie an sich bekannt, soll ja die Erstarrung der vergossenen Schmelze beim Schleuderguss von Kupfer oder dessen Legierungen möglichst rasch erfolgen, zum Unterschied von Schleuderguss von Stahl od. dgl., wo eine solche rasche Abkühlung der Schmelze vermieden werden soll. Hierbei ist auch von Bedeutung, dass sich durch die erfindungsgemässe Schlichte eine poröse Auskleidung an der Kokillenwand ergibt, die wesentlich zur Gasdurchlässigkeit der Auskleidung beiträgt. Diesen porösen Charakter behält die Schlichte im Laufe des Gusses im wesentlichen bei, obwohl die Schmelze in die winzigen Poren der dünnen, von der Schlichte gebildeten Schicht teilweise eindringen kann, wodurch diese Schmelzenpartien noch näher an die Kokilleninnenwand herangebracht werden, was eine Verbesserung des Wärmeüberganges von der Schmelze zur Kokille bewirkt. Dennoch bleibt noch immer ein genügend grosser Porenanteil frei, um die nötige Gasdurchlässigkeit der Schlichte sicherzustellen, so dass etwaige an der Gussstückaussenwand entstehende Gase sicher entlang der von der Schlichte gebildeten Auskleidung zu den Kokillenenden hin nach aussen abgeführt werden.

Das erfindungsgemässe Verfahren zur Beschichtung einer Schleudergusskokille zum Vergiessen von Kupfer oder dessen Legierungen unter Verwendung einer Schlichte der eingangs beschriebenen Art besteht darin, dass die Kokille zunächst vorgewärmt wird, dass sodann die Schlichte als bindemittelfreie und netzmittelfreie Suspension des pulverförmigen Materials in destilliertem oder weichem, kalkarmen, verunreinigungsfreien Wasser mit einem deutschen Härtegrad von höchstens 8 d in Form einer gleichmässig dünnen Schicht auf die Innenwand der um ihre Achse rotierenden Kokille aufgesprüht wird und dass das Dispergiermittel der Schlichte zur Erreichung einer porösen Beschichtung rückstandsfrei verdampft wird. Es hat sich herausgestellt, dass hiedurch die eingangs erwähnte erfindungsgemässe Schlichte am günstigsten aufgebracht wird und dass dadurch die vorteilhaften Eigenschaften der Schlichte am besten zur Geltung gebracht bzw. erhalten bleiben. Wichtig ist hiebei die grösstmöglichste Bindemittel- und Netzmittelfreiheit der Schlichte bzw. der daraus erzeugten Auskleidungsschicht, da Bindemittel bzw. Netzmittel die für das günstige Verhalten der erfindungsgemässen Schlichte wesentliche Porosität derselben beeinträchtigen würden. Zweckmässig wird aus dem gleichen Grund die Kokillentemperatur während der Aufbringung der Schlichte auf etwa 140 bis 170°C gehalten. Ferner hat es sich gezeigt, dass die Aufsprühung der Schlichte auf die ro5

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tierende Kokilleninnenwand wesentlich bessere Resultate liefert als ein Eingiessen der Schlichte in die rotierende Kokille bzw. als ein Aufpinseln der Schlichte. Ein Eingiessvorgang ergibt nämlich ungleiche Stellen in der Auskleidung und beim Aufpinseln lässt sich der Pinselabrieb nicht vermeiden. Das Einsprühen der Schlichte in die Kokille kann mit Druckluft erfolgen. Hiebei wird gemäss einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens so vorgegangen,

dass die Schlichte mittels einer Sprühdüse auf die Kokilleninnenwand in mehreren Schichten aufgesprüht wird, welche Sprühdüse in einem derartigen Abstand von der erwärmten Kokillenwand mehrmals hin- und herbewegt wird, dass die vorher aufgebrachte Schicht ausgetrocknet ist, bevor die nächste Schicht aufgebracht wird. Hiedurch wird gesichert, dass die Austrocknung der aufgebrachten Auskleidungsschicht an ihrer Oberfläche schneller erfolgt als die Nachlieferung von Titandioxyd-Körnern, wodurch der poröse Charakter der Auskleidung am besten gewährleistet wird. Hiebei ist es im Rahmen der Erfindung günstig, die Kokille während der Aufsprühung der Schlichte mit einer Drehzahl um ihre Achse zu drehen, die kleiner ist als die während des Gusses der Schmelze verwendete Drehzahl. Der Verdichtungseffekt auf die aufgebrachte Schlichte durch die Zentrifugalkräfte wird dadurch in Grenzen gehalten.

Die erwähnte Kokillentemperatur von etwa 140 bis 170°C ist auch für die Erzielung der Schaumbildung vorteilhaft. Bei wesentlich niedriger als 140°C liegenden Kokillentemperaturen kommt es nicht mehr zu einer Aufschäumung des verdampfenden Wassers. Bei wesentlich höher als 170°C liegenden Kokillentemperaturen, z.B. bei 200°C, benetzt die flüssige Suspension beim Aufbringen auf die heisse Kokillenfläche diese nicht mehr.

Am besten eignet sich im Rahmen der Erfindung als Dispergiermittel destilliertes oder weiches kalkarmes, möglichst verunreinigungsfreies Wasser mit einem deutschen Härtegrad von höchstens 8 d. Derartiges Wasser hat Trinkwasserqualität, ist jedoch kalkarm.

Beispiele:

Beispiel 1

Es soll im Schleuderguss ein Rohling aus Rotguss nach DIN 1705, Schmelzenzusammensetzung Gz-Rg 7, von 162 mm Aussendurchmesser und 150 mm Innendurchmesser, also mit einer Wandstärke von 6 mm, bei 660 mm Länge hergestellt werden, der für die Herstellung eines Gleitlagers bestimmt ist. Die waagrecht gelagerte Stahlkokille wird auf etwa 155°C vorgewärmt und unter langsamer Drehung mit etwa 300 Umdrehungen/min mit einer wässerigen Suspension aus reinem Titandioxyd mit einer mittleren Korngrösse von etwa 15 [im an der Innenfläche beschichtet. Dies geschieht dadurch, dass die aufgerührte bindemittel- und netz-mittelfreie Titandioxydsuspension durch Druckluft mittels einer Sprühdüse in mehreren Schichten auf die Kokilleninnenfläche aufgesprüht wird, bis dort eine Auskleidung mit einer gleichmässigen Stärke von etwa 0,2 mm entsteht. Hiebei wird die Sprühdüse entlang der Kokillenachse mehrmals hin- und herbewegt. Das Wasser der aufgesprühten Suspension verdampft unter Schaumbildung rasch, wodurch nach Entweichung des Wasserdampfes bzw. -schaumes an der Kokilleninnenwand eine Schicht aus miteinander verfilzten Titandioxyd-Körnchen unregelmässiger Form entsteht, die einen hohen Porositätsgrad aufweist. Die Sprühdüse wird hiebei in einem derartigen Abstand von der erwärmten Kokillenwand hin- und herbewegt, und die Kokillentemperatur ist so hoch, dass die bei jedem Hin- und Hergang der Sprühdüse aufgebrachte Suspensionsschicht ausgetrocknet ist, bevor die nächste Suspensionsschicht aufgebracht wird. Nach Erzielung der gewünschten Gesamtdicke der Schicht von etwa 0,2 mm wird die Aufbringimg der Suspension beendet und nach Austrocknen der Beschichtung die Kokille verschlossen und mit einer Eingiessvorrichtung für die Schmelze versehen. Mit dieser Eingiessvorrichtung-wird die abgewogene und auf über 1.150°C erhitzte Schmelze in die Kokille eingegossen, deren Drehzahl gegenüber der bei der Auskleidungsaufbringung verwendeten Drehzahl wesentlich gesteigert wird, etwa auf 500 Umdrehungen/min. Der Guss erfolgt hiebei unter Verwendung eines Giesstrichters, in dem eine Badspiegelhöhe von etwa 200 mm aufrecht erhalten wird, wodurch im Ausflussrohr des Giesstrichters, welches an die in die Kokille führende Gussrinne angeschlossen ist, ein konstanter Durch-fluss und damit eine gleichmässige Einbringung der Schmelze in die Kokille ergibt. Die Giesszeit beträgt etwa 4 Sekunden. Nach Beendigimg des Gusses wird die Eingiessvorrichtung entfernt und die Kokille mit Wasser gekühlt, worauf der Rohling nach seiner Erstarrung aus der Kokille entnommen wird.

Die folgende Tabelle zeigt die Verbesserung der technischen Eigenschaften, insbesondere die wesentliche Steigerung der Brinellhärte bei dünnen Wandstärken, in einer Gegenüberstellung mit den geforderten DIN-Werten:

Nach

Nach erfin

DIN 1705

dungsgemässen

für Gz-Rg 7

Verfahren

Zugfestigkeit (Kp/mm2)

30

32

Bruchdehnung (%)

20

25

Brinellhärte (Kp/mm2)

85

95-110

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.

Beispiel 2

Es wird zur Herstellung eines 12 mm Wandstärke aufweisenden Rohlings wie in Beispiel 1 vorgegangen, nur wird die Zusammensetzung der wässerigen Suspension mit 70 Gew.-% Titandioxyd und 30 Gew.-% Zirkonerde gewählt.

Beispiel 3

Zur Herstellung eines eine Wandstärke von 16 mm aufweisenden Rohlings wird wie in Beispiel 1 vorgegangen, nur wird die Zusammensetzung der wässerigen Suspension für die Auskleidung mit 50 Gew.-% Titandioxyd u. 50 Gew.-% Zirkonerde (Hauptbestandteil Zr02 und Si02, Spuren an AIA) gewählt.

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Claims

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1. Schlichte für die Herstellung einer gasdurchlässigen, gasentwicklungsfreien, sowie durch ihre Dünne und Porosität wärmeleitenden Auskleidung einer metallischen Schleudergusskokille für Kupfer oder dessen Legierungen, welche pul-verförmiges Material in Wasser als rückstandsfrei verdunstendem Dispergiermittel enthält, dadurch gekennzeichnet, dass das pulverförmige Material Titandioxyd (Ti02) als Hauptbestandteil oder alleinigen Bestandteil aufweist und dass das Wasser einen deutschen Härtegrad von höchstens

2. Schlichte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das pulverförmige Material reines Titandioxyd enthält.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Schlichte nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Titandioxyd 99% ig rein ist.

4. Schlichte nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das pulverförmige Material aus Titandioxyd, Zirkonerde und bis zu 5 Gew.-% Aluminiumoxyd (A12Os) besteht.

5. Schlichte nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Titandioxyd eine durchschnittliche Korngrösse von etwa 15 Mikron hat.

6. Verfahren zur Beschichtung einer Schleudergusskokille zum Vergiessen von Kupfer oder dessen Legierungen, unter Verwendung einer Schlichte nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kokille zunächst vorgewärmt wird, dass sodann die Schlichte als bindemittelfreie und netzmittelfreie Suspension des pulverförmigen Materials in distilliertem oder weichem, kalkarmem, verunreinigungsfreiem Wasser mit einem deutschen Härtegrad von höchstens 8 d in Form einer gleichmässig dünnen Schicht auf die Innenwand der um ihre Achse rotierenden Kokille aufgesprüht wird und dass das Dispergiermittel der Schlichte zur Erzielung einer porösen Beschichtung rückstandsfrei verdampft wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das von Wasser gebildete Dispergiermittel unter Schaumbildung verdampft wird und dass das Gefüge der Beschichtung durch den nach innen durch die Beschichtung entweichenden Wasserdampf bzw. -schäum aufgelockert wird.

8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kokille auf 140 bis 170°C vorgewärmt wird.

8 d aufweist.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Suspension auf die Kokilleninnenwand mit einer Wandstärke von 0,1 bis 0,3 mm aufgetragen wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlichte mittels einer Sprühdüse auf die Kokilleninnenwand in mehreren Schichten aufgesprüht wird, welche Sprühdüse in einem derartigen Abstand von der erwähnten Kokillenwand mehrmals hin- und herbewegt wird, dass die vorher aufgebrachte Schicht ausgetrocknet ist, bevor die nächste Schicht aufgebracht wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Kokille während der Aufsprühung der Schlichte mit einer Drehzahl um ihre Achse gedreht wird, die kleiner ist als die während des Gusses der Schmelze verwendete Drehzahl.