CH708869A2

CH708869A2 - Verfahren und System zum Ausbilden eines Gussstücks aus niederlegiertem Stahl.

Info

Publication number: CH708869A2
Application number: CH01740/14A
Authority: CH
Inventors: Qi Zhao; Daniel Tribeni Persaud; Junyoung Park; Steve Robert Hayashi; Michael Douglas Arnett; Brian Victor Moore
Original assignee: Gen Electric
Priority date: 2013-11-15
Filing date: 2014-11-10
Publication date: 2015-05-15
Also published as: GB201419306D0; US10046382B2; CN104646628A; CH708869B1; DE102014116222A1; GB2521740A; CH708869A8; US20150139850A1; GB2521740B

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Giessen eines niederlegierten Stahls unter Verwendung einer Giessform offenbart. Das Verfahren beinhaltet den Empfang einer Giessform mit einem Schaumstoffmodell, das in einer Sandform angeordnet ist. Das empfangene Schaumstoffmodell wird mit einer durchlässigen feuerfesten Beschichtung überzogen und wird zwischen verdichtetem Sand und der Sandform angeordnet. Das Verfahren beinhaltet ferner das Giessen einer Metallschmelze, die einen niederlegierten Stahl mit einem Kohlenstoffgehalt in einem Bereich von 0,1 bis etwa 0,4 Prozent aufweist, in die Giessform, um das Schaumstoffmodell verdampfen zu lassen, und das Entfernen von Vergasungsprodukten durch die durchlässige feuerfeste Beschichtung, um ein Gussstück aus niederlegiertem Stahl zu bilden. Ferner beinhaltet das Verfahren das Entfernen des Gussstücks aus niederlegiertem Stahl aus der Giessform.

Description

STAND DER TECHNIK

[0001] Die vorliegende Beschreibung betrifft allgemein das Giessen und genauer ein Lost-Foam-Giessen von niederlegiertem Stahl mit einem Kohlenstoffgehalt in einem Bereich von 0,1 bis etwa 0,4 Prozent.

[0002] Allgemein benötigt Sandgiessen mehrere Kerne zum Giessen komplexer Strukturen wie Turbinengehäuse, Turbolader, Kurbelgehäuse, Gebläse und dergleichen. Die Verwendung mehrerer Kerne erhöht die Material- und Arbeitskosten und kann auch zu langen Vorlaufzeiten beim Giessen führen.

[0003] Lost-Foam-Giessen kann angewendet werden, um die Probleme in Bezug auf Kosten und Vorlaufzeiten zu überwinden. Jedoch das Gussstück, das durch das Lost-Foam-Giessen erhalten wird, einen zu hohen Kohlenstoffgehalt aufweisen. Ferner wird beim Lost-Foam-Giessen gebundener Grünsand als Verstärkungsmedium in einer Sandform verwendet, wodurch ein gasförmiges Produkt oder Bläschen erzeugt werden können, wenn eine Metallschmelze in die Giessform gegossen wird, wodurch das gasförmige Produkt in dem Gussstück eingeschlossen wird. Die Kohlenstoffaufnähme und der Gaseinschluss beim Lost-Foam-Giessen werden durch die unvollständige Entfernung des Schaumstoffs, bevor die Metallschmelze innerhalb der Giessform fest wird, bewirkt. Der zurückgebliebene Schaumstoff erzeugt Russ, und die eingeschlossenen Gase im Gussstück bewirken die Erzeugung eines Kohlenstoffgehalts, der lokal über der erforderlichen Obergrenze liegt.

[0004] Ferner kann die Metallschmelze, die in die Giessform gegossen wird, auch mit dem gebundenen Grünsand reagieren, was zum Verschmelzen des Sandes mit dem Gussstück führt, wodurch Sandbrennstellen erzeugt werden, die die Oberfläche des Gussstücks beeinträchtigen können. Der Prozess des Entfernens der Sandbrennstellen von dem Gussstück kann die Bearbeitungskosten weiter erhöhen.

[0005] Somit besteht ein Bedarf an einem verbesserten Giessprozess zur Erzeugung eines niederlegierten Stahls mit einem sehr geringen Kohlenstoffgehalt.

KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

[0006] Gemäss einem Ausführungsbeispiel wird ein Verfahren zum Giessen eines niederlegierten Stahls offenbart. Das Verfahren beinhaltet den Empfang einer Giessform mit einem Schaumstoffmodell, das mit einer durchlässigen feuerfesten Beschichtung versehen ist. Das Schaumstoffmodell ist in einer Sandform angeordnet, und verdichteter Sand ist zwischen dem Schaumstoffmodell und der Sandform angeordnet. Das Verfahren beinhaltet ferner das Giessen einer Metallschmelze, die einen niederlegierten Stahl mit einem Kohlenstoffgehalt in einem Bereich von 0,1 bis etwa 0,4 Prozent beinhaltet, in die Giessform, um das Schaumstoffmodell verdampfen zu lassen, um ein Gussstück aus niederlegiertem Stahl zu bilden. Ferner beinhaltet das Verfahren das Entfernen eines Vergasungsprodukts durch die durchlässige feuerfeste Beschichtung hindurch während des Giessprozesses. Das Verfahren beinhaltet ferner das Entfernen des Gussstücks aus niederlegiertem Stahl aus der Giessform.

[0007] Gemäss einem anderen Ausführungsbeispiel wird ein Verfahren zur Herstellung einer Giessform und zum Giessen eines niederlegierten Stahls unter Verwendung der Giessform offenbart. Das Verfahren beinhaltet das Ausbilden eines Schaumstoffmodells mit einem Hohlraum und das Aufbringen einer durchlässigen feuerfesten Beschichtung auf dem Schaumstoffmodell. Ferner beinhaltet das Verfahren das Anordnen des Schaumstoffmodells in einer Sandform und das Füllen von ungebundenem Sand zwischen das Schaumstoffmodell und die Sandform. Das Verfahren beinhaltet ferner das Verdichten des ungebundenen Sands, um verdichteten Sand zu bilden, um die Giessform zu erzeugen. Ferner beinhaltet das Verfahren das Giessen einer Metallschmelze in die Giessform, um das Schaumstoffmodell verdampfen zu lassen, um das Gussstück aus niederlegiertem Stahl zu bilden. Ferner beinhaltet das Verfahren das Entfernen eines Vergasungsprodukts durch die durchlässige feuerfeste Beschichtung hindurch während des Giessens. Die Metallschmelze beinhaltet den niederlegierten Stahl mit einem Kohlenstoffgehalt in einem Bereich von etwa 0,1 bis etwa 0,4 Prozent. Ferner beinhaltet das Verfahren das Entfernen des Gussstücks aus niederlegiertem Stahl aus der Giessform.

[0008] Jedes der oben genannten Verfahren kann beinhalten: Ausbilden des Schaumstoffmodells mit einem Hohlraum; Herstellen eines durchlässigen feuerfesten Beschichtungsmaterials mit einer vordefinierten Rheologie; Aufbringen des durchlässigen feuerfesten Beschichtungsmaterials auf das Schaumstoffmodell, um die durchlässige feuerfeste Beschichtung auf dem Schaumstoffmodell auszubilden; und Anordnen des Schaumstoffmodells in der Sandform und Füllen von ungebundenem Sand zwischen das Schaumstoffmodell und die Sandform und Verdichten des ungebundenen Sands, um den verdichteten Sand zu bilden, um das Schaumstoffmodell zu stützen.

[0009] Jedes der oben genannten Verfahren kann vorsehen, dass das Schaumstoffmodell ein Schaumstoffmaterial mit einer Schüttdichte in einem Bereich von 13 bis etwa 28 kg/m<3>umfasst.

[0010] Jedes der oben genannten Verfahren kann vorsehen, dass das Schaumstoffmodell ein Schaumstoffmaterial mit einer Oberflächendichte in einem Bereich von 13 bis etwa 50 kg/m<3>aufweist.

[0011] Jedes der oben genannten Verfahren kann beinhalten, dass das Schaumstoffmodell ein Schaumstoffmaterial beinhaltet, das mindestens ein Polystyrol-, ein Polymethylmethacrylat- und/oder ein Polystyrol- und Polymethylmethacrylat-Copolymer-Material umfasst.

[0012] Jedes der oben genannten Verfahren kann vorsehen, dass die durchlässige feuerfeste Beschichtung ein anorganisches Bindemittel und ein Backbond-Material umfasst, welches Aluminiumoxid und/oder Zirkon beinhaltet.

[0013] Jedes der oben genannten Verfahren kann vorsehen, dass die durchlässige feuerfeste Beschichtung eine Permeabilität in einem Bereich von etwa 10 bis etwa 100 µm<2>aufweist.

[0014] Jedes der oben genannten Verfahren kann vorsehen, dass die durchlässige feuerfeste Beschichtung eine Permeanz in einem Bereich von etwa 2000 bis etwa 24.000 µm<2>aufweist.

[0015] Jedes der oben genannten Verfahren kann vorsehen, dass das Aufbringen das Ausbilden der durchlässigen feuerfesten Beschichtung auf dem Schaumstoffmodell durch Tauchen oder einen Flutbeschichtungsprozess umfasst.

[0016] Jedes der oben genannten Verfahren kann vorsehen, dass das Anordnen ferner das Ausbilden mehrerer Entlüftungskanäle in dem Schaumstoffmodell und durch den ungebundenen Sand, der in der Sandform angeordnet ist, umfasst.

[0017] Jedes der oben genannten Verfahren kann vorsehen, dass der verdichtete Sand eine Permeabilität in einem Bereich von etwa 100 bis etwa 2000 µm<2>aufweist.

[0018] Jedes der oben genannten Verfahren kann vorsehen, dass das Giessen das Einspeisen der Metallschmelze in einen Hohlraum des Schaumstoffmodells bei einer Rate im Bereich von etwa 0,1 bis etwa 0,8 kg/s/cm<2>umfasst, wobei das Schaumstoffmodell ein Polystyrol- und Polymethylmethacrylat-Copolymer-Material mit einer Schüttdichte in einem Bereich von etwa 16 bis etwa 28 kg/m<3>umfasst.

[0019] Jedes der oben genannten Verfahren kann vorsehen, dass das Giessen das Einspeisen der Metallschmelze in einen Hohlraum des Schaumstoffmodells bei einer Rate im Bereich von etwa 0,1 bis etwa 0,3 kg/s/cm<2>umfasst, wobei das Schaumstoffmodell ein Polystyrolmaterial mit einer Schüttdichte in einem Bereich von etwa 14 bis etwa 20 kg/m<3>umfasst.

[0020] Jedes der oben genannten Verfahren kann vorsehen, dass das Giessen das Einspeisen der Metallschmelze in einen Hohlraum des Schaumstoffmodells bei einer Rate im Bereich von etwa 0,04 bis etwa 0,2 kg/s/cm<2>umfasst, wobei das Schaumstoffmodell ein Polymethylmethacrylatmaterial mit einer Schüttdichte in einem Bereich von etwa 13 bis etwa 18 kg/m<3>umfasst.

[0021] Jedes der oben genannten Verfahren kann vorsehen, dass, das Giessen das Einspeisen der Metallschmelze mit einer Temperatur in einem Bereich von etwa 2900 bis etwa 3100 Grad Fahrenheit in einen Hohlraum des Schaumstoffmodells umfasst.

[0022] Gemäss einer anderen Ausführungsform wird eine Giessform offenbart. Die Giessform beinhaltet eine Sandform mit verdichtetem Sand. Ferner beinhaltet die Giessform ein Schaumstoffmodell mit einem Hohlraum, der in der Sandform angeordnet ist, so dass der verdichtete Sand zwischen dem Schaumstoffmodell und dem Sandform angeordnet ist. Das Schaumstoffmodell beinhaltet eine durchlässige feuerfeste Beschichtung mit einer Permeabilität in einem Bereich von etwa 10 bis etwa 100 µm<2>und einer Permeanz in einem Bereich von etwa 2000 bis etwa 24.000 µm<3>. Der verdichtete Sand weist eine Permeabilität in einem Bereich von etwa 100 bis etwa 1000 µm<2>auf. Das Schaumstoffmodell weist eine Schüttdichte in einem Bereich von etwa 13 bis etwa 28 kg/m<3>und eine Oberflächendichte in einem Bereich von etwa 13 bis etwa 35 kg/m<3>auf.

[0023] Das Schaumstoffmodell jedes der oben genannten Systeme kann ein Schaumstoffmaterial beinhalten, das mindestens ein Polystyrol-, ein Polymethylmethacrylat- und/oder ein Polystyrol- und Polymethylmethacrylat-Copolymer-Material umfasst.

[0024] Die durchlässige feuerfeste Beschichtung jedes der oben genannten Systeme kann ein anorganisches Bindemittel und ein Backbond-Material umfasst, welches Aluminiumoxid und/oder Zirkon beinhaltet.

[0025] Jedes der oben genannten Systeme kann ferner mehrere Entlüftungskanäle umfassen, die in dem Schaumstoffmodell und durch den ungebundenen Sand, der im Sandform angeordnet ist, ausgebildet sind.

[0026] Es kann ein Gussstück aus niederlegiertem Stahl geschaffen werden, das umfasst: einen Kohlenstoffgehalt in einem Bereich von etwa 0,1 bis etwa 0,4 Prozent; eine Kohlenstoff aufnähme in einem Bereich von etwa 0,12 bis etwa 0,16 Prozent; einen Oberflächendefekt von weniger als 1 Prozent; und einen Gaseinschluss von weniger als null Prozent.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

[0027] Diese und andere Merkmale und Aspekte von Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung werden besser verständlich werden, wenn die folgende ausführliche Beschreibung unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen gelesen wird, in denen gleiche Zeichen Teile bezeichnen, die in allen Zeichnungen gleich sind, und wobei:

[0028] Fig. 1 ein schematisches Ablaufdiagramm ist, das ein Verfahren zur Herstellung einer Giessform gemäss einem Ausführungsbeispiel darstellt;

[0029] Fig. 2 ein schematisches Ablaufdiagramm ist, das ein Verfahren zur Herstellung eines Gussstücks aus niederlegiertem Stahl unter Verwendung der Giessform gemäss dem Ausführungsbeispiel von Fig. 1 darstellt;

[0030] Fig. 3A eine perspektivische Ansicht eines Gussstücks aus legiertem Stahl ist, das anhand eines herkömmlichen Giessprozesses hergestellt worden ist; und

[0031] Fig. 3B eine perspektivische Ansicht eines Gussstücks aus niederlegiertem Stahl ist, das gemäss Ausführungsformen von Fig. 1 und 2 hergestellt worden ist.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

[0032] Obwohl hierin nur bestimmte Merkmale von Ausführungsformen dargestellt und beschrieben sind, können viele Modifizierungen und Änderungen für einen Fachmann auf dem betreffenden Gebiet naheliegend sein. Daher sei klargestellt, dass die beigefügten Ansprüche alle solchen Modifikationen und Änderungen abdecken sollen, die im Gedanken der Erfindung liegen.

[0033] Hierin erörterte Ausführungsformen offenbaren ein Verfahren zum Giessen eines niederlegierten Stahls. Genauer offenbaren bestimmte Ausführungsformen den Empfang einer Giessform mit einem Schaumstoffmodell, das zwischen verdichtetem Sand und einer Sandform angeordnet ist. Ferner beinhaltet das Verfahren das Giessen einer Metallschmelze aus niederlegiertem Stahl in die Giessform, um das Schaumstoffmode11 verdampfen zu lassen, um ein Gussstück aus niederlegiertem Stahl zu bilden. Das Verfahren beinhaltet ferner das Entfernen des Gussstücks aus niederlegiertem Stahl aus der Giessform.

[0034] Genauer offenbaren bestimmte Ausführungsformen die Herstellung einer Giessform. Das Verfahren beinhaltet das Ausbilden eines Schaumstoffmodells mit einem Hohlraum und das Aufbringen einer durchlässigen feuerfesten Beschichtung auf dem Schaumstoffmodell. Ferner beinhaltet das Verfahren das Anordnen des Schaumstoffmodells in einer Sandform und das Füllen von ungebundenem Sand zwischen das Schaumstoffmodell und die Sandform, um die Giessform zu bilden. Ferner beinhaltet das Verfahren das Verdichten des ungebundenen Sands, um verdichteten Sand in der Giessform zu erzeugen.

[0035] Fig. 1 ist ein schematisches Ablaufdiagramm, das ein Verfahren 100 zur Herstellung einer Giessform 124 gemäss einem Ausführungsbeispiel darstellt. Das Verfahren 100 beinhaltet einen Schritt 102, in dem ein Schaumstoffmodell 104 beispielsweise durch mechanisches Bearbeiten eines massiven Blocks aus Schaumstoffmaterial ausgebildet wird. In manchen anderen Ausführungsformen kann das Schaumstoffmodell 104 durch Spritzgiessen oder dergleichen ausgebildet werden. Das Schaumstoffmaterial weist eine Schüttdichte in einem Bereich von etwa 13 bis etwa 28 kg/m<3>und eine Oberflächendichte in einem Bereich von etwa 13 bis etwa 50 kg/m<3>auf. Eine Schüttdichte des Schaumstoffmodells 104 kann als Masse mehrerer Partikel pro Gesamtvolumen, das von dem Schaumstoffmodell 104 eingenommen wird, definiert werden. Eine Oberflächendichte des Schaumstoffmodells 104 kann als Masse pro Flächeneinheit des Schaumstoffmodells 104 definiert werden. Das Schaumstoffmodell 104, das die Schüttdichte in dem oben genannten Bereich aufweist, ermöglicht eine Masshaltigkeit, eine steuerbare Befüllungsrate einer Metallschmelze und eine Entfernung eines Vergasungsprodukts aus dem Schaumstoffmodell 104. Das Schaumstoffmodell 104, das die Oberflächendichte in dem oben genannten Bereich aufweist, ermöglicht eine Steuerung einer Abfolge der Befüllung der Metallschmelze in den Hohlraum der Giessform 124.

[0036] Das Schaumstoffmaterial beinhaltet mindestens ein Polystyrol-, ein Polymethacrylat- und/oder ein Polystyrol- und Polymethacrylat-Copolymer-Material. In einer Ausführungsform kann der Prozess des Ausbildens des Schaumstoffmodells 104 den Schritt des Injizierens vorgeschäumter Kügelchen des Schaumstoffmaterials in eine vorgeheizte Giessform (in Fig. 1 nicht dargestellt) bei niedrigem Druck beinhalten. Ferner weist die vorgeheizte Giessform eine Gestalt des Schaumstoffmodells auf und kann aus Aluminiummaterial oder dergleichen bestehen. Der Prozess kann ferner das Aufbringen von Dampf auf die vorgeschäumten Kügelchen in der vorgeheizten Giessform beinhalten, um das Schaumstoffmodell 104 mit der gewünschten Gestalt auszubilden.

[0037] In der dargestellten Ausführungsform weist das Schaumstoffmodell 104 drei Schenkel 104a, 104b, 104c und einen Körper 104d auf, der die Schenkel 104a–104c miteinander verbindet. Das in der Ausführungsform dargestellte Schaumstoffmodell 104 dient ausschliesslich der Veranschaulichung und sollte nicht als Beschränkung der Erfindung aufgefasst werden.

[0038] Das Verfahren 100 beinhaltet ferner einen Schritt 106, in dem mehrere Entlüftungskanäle 108a in dem Schaumstoffmodell 104 ausgebildet werden. Jeder Entlüftungskanal 108a entfernt während eines Giessprozesses ein Vergasungsprodukt aus dem Schaumstoffmodell 104. Das Verfahren 100 beinhaltet ferner einen Schritt 110, in dem eine durchlässige feuerfeste Beschichtung 112 auf dem Schaumstoffmodell 104 ausgebildet wird. Der Schritt 110 beinhaltet ferner einen Schritt des Herstellens eines durchlässigen feuerfesten Beschichtungsmaterials 114 mit einer vordefinierten Rheologie. Das durchlässige feuerfeste Beschichtungsmaterial 114 beinhaltet ein anorganisches Bindemittel und ein Backbond-Material einschliesslich Aluminiumoxid und/oder Zirkon.

[0039] In einer Ausführungsform wird die durchlässige feuerfeste Beschichtung 112 durch einen Tauchprozess oder einen Flutbeschichtungsprozess auf das Schaumstoffmodell 104 aufgebracht. Der Tauchprozess kann das Tauchen des Schaumstoffmodells 104 in einen Behälter (in Fig. 1 nicht dargestellt), der eine Schlämme des durchlässigen feuerfesten Beschichtungsmaterials 114 enthält, und anschliessendes Trocknen beinhalten, um die durchlässige feuerfeste Beschichtung 112 auf dem Schaumstoffmodell 104 auszubilden. Der Flutbeschichtungsprozess kann die Verwendung einer Flutbeschichtungsvorrichtung 116 beinhalten, um das durchlässige feuerfeste Beschichtungsmaterial 114 auf das Schaumstoffmodell 104 zu sprühen, um die durchlässige feuerfeste Beschichtung 112 auszubilden. Die Flutbeschichtungsvorrichtung 116 sprüht das durchlässige feuerfeste Beschichtungsmaterial 114 mit einer niedrigen Scherrate auf, um Schäden an dem Schaumstoffmodell 104 zu verhindern. Das durchlässige feuerfeste Beschichtungsmaterial 1114, das die vordefinierte Rheologie aufweist, erleichtert die Tauchbeschichtung und die Flutbeschichtung des Schaumstoffmodells 104.

[0040] Die durchlässige feuerfeste Beschichtung 112 weist eine Permeabilität in einem Bereich von etwa 10 bis etwa 100 µm<2>und einer Permeanz in einem Bereich von etwa 2000 bis etwa 24.000 µm<3>auf. Permeabilität kann definiert werden als die Fähigkeit der Beschichtung 112, das Vergasungsprodukt durch die durchlässige feuerfeste Beschichtung 112 strömen zu lassen. Permeanz kann definiert werden als ein Produkt aus Permeabilität und Dicke der durchlässigen feuerfesten Beschichtung 112. Die durchlässige feuerfeste Beschichtung 111, die eine Permeabilität in dem oben definierten Bereich aufweist, macht es möglich, eine Vererzung zu verhindern, um eine gewünschte Oberflächengüte eines Gussstücks aus niederlegiertem Stahl zu erhalten (wie in Fig. 3B dargestellt). Ebenso ermöglicht die durchlässige feuerfeste Beschichtung 112, die eine Permeanz im oben genannten Bereich aufweist, eine steuerbare Befüllungsrate einer Metallschmelze und eine Entfernung eines Vergasungsprodukts aus dem Schaumstoffmodell 104.

[0041] Das Verfahren 100 beinhaltet ferner einen Schritt 118, in dem das Schaumstoffmodell 104 in einer Sandform 120 angeordnet wird und ungebundener Sand 122 zwischen das Schaumstoffmodell 104 und die Sandform 120 gefüllt wird, um eine Giessform 124 zu bilden. In manchen Ausführungsformen kann die Sandform 120 zwei Hälften beinhalten, die miteinander verklammert werden, um die Giessform 124 zu bilden. Das Schaumstoffmodell 104 kann durch mehrere Träger 126 in der Sandform 120 gehalten werden, um das Schaumstoffmodell 104 strukturell zu verstärken und stabiler zu machen. Ferner sind ein Giesstümpel 128, eine Rinne 130 und ein Steigrohr 132 mit dem Schaumstoffmodell 104 verbunden. Eine Metallschmelze wird nacheinander über den Tümpel 128, das Steigrohr 132 und die Rinne 130 zum Schaumstoffmodell 104 geliefert. Die Giessform 124 weist ausserdem mehrere Entlüftungskanäle 108b auf, die sich vom Schaumstoffmodell 104 durch den ungebundenen Sand 122 nach aussen erstrecken. Die mehreren Entlüftungskanäle 108b werden verwendet, um das Vergasungsprodukt während des Giessprozesses aus dem Schaumstoffmodell 104 zu entfernen. In einer Ausführungsform bestehen die mehreren Entlüftungskanäle 108b aus keramischem Material. In der dargestellten Ausführungsform sind die mehreren Entlüftungskanäle 108b dem Schaumstoffmodell 104 nachgelagert angeordnet, um die Entlüftung des Vergasungsprodukts zu verstärken.

[0042] Das Verfahren 100 beinhaltet ferner einen Schritt 134, in dem der ungebundene Sand 122, der zwischen dem Schaumstoffmodell 104 und der Sandform 120 angeordnet ist, verdichtet wird, um einen verdichteten Sand 136 zu bilden. Die Verdichtung des ungebundenen Sands 122 wird unter Verwendung einer Verdichtungsvorrichtung 138 durchgeführt. In einer Ausführungsform beaufschlagt die Verdichtungsvorrichtung 138 den ungebundenen Sand 122 mit einer Vibration mit variabler Frequenz und Amplitude, um den verdichteten Sand 136 zu bilden. In einer Ausführungsform beaufschlagt die Verdichtungsvorrichtung 138 den ungebundenen Sand 122 mit einer Unterdruckkraft, um den verdichteten Sand 136 zu bilden. Der verdichtete Sand 136 weist eine Permeabilität in einem Bereich von etwa 100 bis etwa 2000 µm<2>auf. Die Permeabilität des verdichteten Sands 136 im oben genannten Bereich ermöglicht eine Steuerung der Masshaltigkeit des Gussstücks aus niederlegiertem Stahl und der Rate, mit der das Vergasungsprodukt aus dem Schaumstoffmodell 104 entfernt wird. Der verdichtete Sand 136 verleiht dem Schaumstoffmodell 104 während des Giessprozesses strukturelle Stabilität. Ferner ist der verdichtete Sand 136 der Ausführungsform naturgemäss trocken und enthält keine Bindemittel oder Zusätze zum Binden und Verstärken des Schaumstoffmodells 104.

[0043] Fig. 2 ist ein schematisches Ablaufdiagramm, das ein Verfahren 140 zur Herstellung eines Gussstücks 152 aus niederlegiertem Stahl unter Verwendung der Giessform 124 gemäss dem Ausführungsbeispiel von Fig. 1 darstellt.

[0044] Das Verfahren 140 beinhaltet einen Schritt 142, in dem eine Metallschmelze 144 über den Tümpel 128, die Rinne 130 und das Steigrohr 132 in die Giessform 124 gegossen wird. Die Metallschmelze 144 kann bei hoher Temperatur vorgehalten und dann aus einem Giesslöffel 143 in die Giessform 124 gegossen werden. Die Metallschmelze 144 beinhaltet einen niederlegierten Stahl mit einem Kohlenstoffgehalt in einem Bereich von etwa 0,1 bis etwa 0,4 Prozent. In einer Ausführungsform weist die Metallschmelze 144 eine Temperatur in einem Bereich von etwa 2900 bis etwa 3100 Grad Fahrenheit auf. Ferner wird die Metallschmelze 144 mit einer Rate von etwa 0,04 bis etwa 0,8 kg/s/cm<2>zugeführt. Die Zufuhrrate der Metallschmelze 144 im oben genannten Bereich ermöglicht eine vollständige Entfernung des Schaumstoffmodells 104 aus der Giessform 124 und ausserdem eine sorgfältige Entfernung der Vergasungsprodukte 148 aus dem Schaumstoffmode11104. Die Temperatur der Metallschmelze 144 im oben genannten Bereich ermöglicht eine vollständige Verdampfung des Schaumstoffmodells 104.

[0045] In einer Ausführungsform wird die Metallschmelze 144 in einem Temperaturbereich von etwa 3000 bis etwa 3100 Grad Fahrenheit mit einer Rate in einem Bereich von etwa 0,1 bis etwa 0,8 kg/s/cm<2>in einen Hohlraum 146 des Schaumstoffmodells 104 eingespeist. In einer solchen Ausführungsform beinhaltet das Schaumstoffmodell 104 ein Polystyrol- und Polymethylmethacrylat-Copolymermaterial mit einer Schüttdichte in einem Bereich von etwa 16 bis etwa 28 kg/m<3>. In einer anderen Ausführungsform wird die Metallschmelze 144 in einem Temperaturbereich von etwa 2950 bis etwa 3000 Grad Fahrenheit mit einer Rate in einem Bereich von etwa 0,1 bis etwa 0,3 kg/s/cm<2>in den Hohlraum 146 des Schaumstoffmodells 104 eingespeist. In einer solchen Ausführungsform beinhaltet das Schaumstoffmodell 104 ein Polystyrolmaterial mit einer Schüttdichte in einem Bereich von etwa 14 bis etwa 20 kg/m<3>. In einer noch anderen Ausführungsform wird die Metallschmelze 144 in einem Temperaturbereich von etwa 2900 bis etwa 2950 Grad Fahrenheit mit einer Rate in einem Bereich von etwa 0,04 bis etwa 0,2 kg/s/cm<2>in den Hohlraum 146 des Schaumstoffmodells 104 eingespeist. In einer solchen Ausführungsform beinhaltet das Schaumstoffmodell 104 ein Polymethylmethacrylatmaterial mit einer Schüttdichte in einem Bereich von etwa 13 bis etwa 18 kg/m<3>.

[0046] Die Metallschmelze 144 lässt das Schaumstoffmodell 104 verdampfen und bildet ein Vergasungsprodukt 148. Das Vergasungsprodukt 148 wird durch die durchlässige feuerfeste Beschichtung 112 und die mehreren Entlüftungskanäle 108a, 108b hindurch entfernt. Die durchlässige feuerfeste Beschichtung 112 verhindert ausserdem eine Reaktion der Metallschmelze 144 mit dem verdichteten Sand 136, wodurch die Bildung von Sandbrennstellen vermieden wird. Das Verfahren 140 beinhaltet ferner einen Schritt 150, in dem das Gussstücks aus niederlegiertem Stahl 152 aus der Giessform 124 entfernt wird. In einem Schritt 154 wird das Gussstück aus niederlegiertem Stahl 152, das einen Kohlenstoffgehalt im Bereich von etwa 0,1 bis etwa 0,4 Prozent aufweist und das die Gestalt des Schaumstoffmodells 104 hat, erhalten. Das Gussstück aus niederlegiertem Stahl weist ferner eine Kohlenstoffaufnähme in einem Bereich von etwa 0,12 bis etwa 0,16 Prozent, einen Oberflächendefekt (beispielsweise Sandbrennstellen) von weniger als 1 Prozent und einen Gaseinschluss von weniger als null Prozent auf.

[0047] Fig. 3A ist eine perspektivische Ansicht eines Gussstücks 162 aus legiertem Stahl, das anhand eines herkömmlichen Giessprozesses hergestellt worden ist. Das Gussstück 162 aus niederlegiertem Stahl weist mehrere Sandbrennstellen 164 auf, die auf einer Oberfläche 166 des Gussstücks aus niederlegiertem Stahl 162 gebildet wurden. Die Sandbrennstellen 164 werden aufgrund einer Reaktion der Metallschmelze mit dem Grünsand und der Erzeugung von Gasbläschen während des Giessprozesses gebildet.

[0048] Fig. 3B ist eine perspektivische Ansicht eines Gussstücks 152 aus niederlegiertem Stahl, das gemäss den Ausführungsformen von Fig. 1 und 2 hergestellt worden ist. Das Gussstück 152 aus niederlegiertem Stahl weist vergleichsweise weniger Sandbrennstellen 174 auf, die auf der Oberfläche 176 des Gussstücks 152 aus niederlegiertem Stahl gebildet wurden. Ferner ist das Gussstück 152 aus niederlegiertem Stahl frei von Gasbläschen, Kernrissen und Schwefelaufnahmen.

[0049] Das hierin erörterte Beispiel für einen Lost-Foam-Giessprozess sorgt aufgrund der Eliminierung eines Modellaushebewinkels und von Giessformnähten und weil es Masstoleranzen ermöglicht, für die erforderlichen Massgenauigkeiten. Die Verwendung von ungebundenem trockenem Sand verringert die Erzeugung von Gasen und eine Reaktion mit der Metallschmelze, die den Kohlenstoffgehalt im Bereich von etwa 0,1 bis 0,4 Prozent aufweist, was zur Bildung eines Gussstücks mit relativ weniger Sandbrennstellen und Gaseinschlüssen im Gussstück führt. Die Art des Schaumstoffmaterials, die Fliessgeschwindigkeit und die Temperatur, bei der die Metallschmelze in die Giessform gegossen wird, führen zu einer vollständigen Entfernung des Schaumstoffmodells aus der Giessform, was dazu führt, dass das Gussstück mit einem verringerten Gehalt oder einer verringerten Aufnahme an Kohlenstoff gebildet wird.

[0050] Es wird ein Verfahren zum Giessen eines niederlegierten Stahls unter Verwendung einer Giessform offenbart. Das Verfahren beinhaltet den Empfang einer Giessform mit einem Schaumstoffmodell, das in einer Sandform angeordnet ist. Das empfangene Schaumstoffmodell wird mit einer durchlässigen feuerfesten Beschichtung überzogen und wird zwischen verdichtetem Sand und der Sandform angeordnet. Das Verfahren beinhaltet ferner das Giessen einer Metallschmelze, die einen niederlegierten Stahl mit einem Kohlenstoffgehalt in einem Bereich von 0,1 bis etwa 0,4 Prozent aufweist, in die Giessform, um das Schaumstoffmodell verdampfen zu lassen, und das Entfernen von Vergasungsprodukten durch die durchlässige feuerfeste Beschichtung, um ein Gussstück aus niederlegiertem Stahl zu bilden. Ferner beinhaltet das Verfahren das Entfernen des Gussstücks aus niederlegiertem Stahl aus der Giessform.

Claims

1. Verfahren, umfassend: Empfangen einer Giessform, die ein Schaumstoffmodell umfasst, das mit einer durchlässigen feuerfesten Beschichtung versehen ist, die in einer Sandform angeordnet ist, und verdichteten Sand, der zwischen dem Schaumstoffmodell und dem Sandform angeordnet ist; Giessen einer Metallschmelze, die einen niederlegierten Stahl mit einem Kohlenstoffgehalt in einem Bereich von 0,1 bis etwa 0,4 Prozent aufweist, in die Giessform, um das Schaumstoffmodell verdampfen zu lassen, und Abführen eines Vergasungsprodukts durch die durchlässige feuerfeste Beschichtung, um ein Gussstück aus niederlegiertem Stahl zu bilden; und Entfernen des Gussstücks aus niederlegiertem Stahl aus der Giessform.

2. Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend: Ausbilden des Schaumstoffmodells mit einem Hohlraum; Herstellen eines durchlässigen feuerfesten Beschichtungsmaterials mit einer vordefinierten Rheologie; Aufbringen des durchlässigen feuerfesten Beschichtungsmaterials auf das Schaumstoffmodell, um die durchlässige feuerfeste Beschichtung auf dem Schaumstoffmodell auszubilden; und Anordnen des Schaumstoffmodells in der Sandform und Füllen von ungebundenem Sand zwischen das Schaumstoffmodell und die Sandform und Verdichten des ungebundenen Sands, um den verdichteten Sand zu bilden, um das Schaumstoffmodell zu stützen.

3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Schaumstoffmodell ein Schaumstoffmaterial mit einer Schüttdichte in einem Bereich von etwa 13 bis etwa 28 kg/m<3>umfasst; und/oder wobei das Schaumstoffmodell ein Schaumstoffmaterial mit einer Oberflächendichte in einem Bereich von etwa 13 bis etwa 50 kg/m<3>umfasst.

4. Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Schaumstoffmodell ein Schaumstoffmaterial beinhaltet, das mindestens ein Polystyrol-, ein Polymethylmethacrylat- und/oder ein Polystyrol- und Polymethylmethacrylat-Copolymer-Material umfasst.

5. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die durchlässige feuerfeste Beschichtung ein anorganisches Bindemittel und ein Backbond-Material umfasst, welches Aluminiumoxid und/oder Zirkon beinhaltet; und/oder wobei die durchlässige feuerfeste Beschichtung eine Permeabilität in einem Bereich von etwa 10 bis etwa 100 µm<2>aufweist; und/oder wobei die durchlässige feuerfeste Beschichtung eine Permeanz in einem Bereich von etwa 2000 bis etwa 24.000 µm<3>aufweist.

6. Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Aufbringen das Ausbilden der durchlässigen feuerfesten Beschichtung auf dem Schaumstoffmodell durch Tauchen oder einen Flutbeschichtungsprozess umfasst; und/oder wobei das Anordnen ferner das Ausbilden mehrerer Entlüftungskanäle in dem Schaumstoffmodell und durch den ungebundenen Sand, der in dem Sandform angeordnet ist, umfasst; und/oder wobei der verdichtete Sand eine Permeabilität in einem Bereich von etwa 100 bis etwa 2000 µm<2>aufweist.

7. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Giessen das Einspeisen der Metallschmelze in einen Hohlraum des Schaumstoffmodells mit einer Rate in einem Bereich von etwa 0,1 bis etwa 0,8 kg/s/cm<2>umfasst, wobei das Schaumstoffmodell ein Polystyrol- und Polymethylmethacrylat-Copolymermaterial mit einer Schüttdichte in einem Bereich von etwa 16 bis etwa 280 kg/m<3>aufweist; und/oder wobei das Giessen das Einspeisen der Metallschmelze in einen Hohlraum des Schaumstoffmodells mit einer Rate in einem Bereich von etwa 0,1 bis etwa 0,3 kg/s/cm<2>umfasst, wobei das Schaumstoffmodell ein Polystyrolmaterial mit einer Schüttdichte in einem Bereich von etwa 14 bis etwa 20 kg/m<3>umfasst; und/oder wobei das Giessen das Einspeisen der Metallschmelze in einen Hohlraum in dem Schaumstoffmodell mit einer Rate in einem Bereich von etwa 0,04 bis etwa 0,2 kg/s/cm<2>umfasst, wobei das Schaumstoffmodell ein Polymethylmethacrylatmaterial mit einer Schüttdichte in einem Bereich von etwa 13 bis etwa 18 kg/m<3>umfasst; und/oder wobei das Giessen das Einspeisen der Metallschmelze mit einer Temperatur in einem Bereich von etwa 2900 bis etwa 3100 Grad Fahrenheit in einen Hohlraum des Schaumstoffmodells umfasst.

8. System, umfassend: eine Sandform, die mit verdichtetem Sand gefüllt ist; wobei der verdichtete Sand eine Permeabilität in einem Bereich von etwa 100 bis etwa 1000 µm<2>aufweist. ein Schaumstoffmodell mit einem Hohlraum, das auf solche Weise in der Sandform angeordnet ist, dass der verdichtete Sand zwischen dem Schaumstoffmodell und der Sandform angeordnet ist, wobei das Schaumstoffmodell eine Schüttdichte in einem Bereich von etwa 13 bis etwa 28 kg/m<3>und eine Oberflächendichte in einem Bereich von etwa 13 bis etwa 35 kg/m<3>aufweist; und eine durchlässige feuerfeste Beschichtung, die auf das Schaumstoffmodell aufgebracht ist; wobei die durchlässige feuerfeste Beschichtung eine Permeabilität in einem Bereich von etwa 10 bis etwa 100 µm<2>und einer Permeanz in einem Bereich von etwa 2000 bis etwa 24.000 µm<3>aufweist.

9. System nach Anspruch 8, wobei das Schaumstoffmodell ein Schaumstoffmaterial beinhaltet, das mindestens ein Polystyrol-, ein Polymethylmethacrylat- und/oder ein Polystyrol- und Polymethylmethacrylat-Copolymer-Material umfasst; und/oder wobei die durchlässige feuerfeste Beschichtung ein anorganisches Bindemittel und ein Backbond-Material einschliesslich Aluminiumoxid und/oder Zirkon umfasst; und/oder das System ferner mehrere Entlüftungskanäle umfasst, die in dem Schaumstoffmodell und durch den ungebundenen Sand, der in dem Sandform angeordnet ist, ausgebildet sind.

10. Gussstück aus niederlegiertem Stahl, umfassend: einen Kohlenstoffgehalt in einem Bereich von etwa 0,1 bis etwa 0,4 Prozent; eine Kohlenstoffaufnähme in einem Bereich von etwa 0,12 bis etwa 0,16 Prozent; einen Oberflächendefekt von weniger als 1 Prozent; und einen Gaseinschluss von weniger als null Prozent.