CN105251973B - 复式铸件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于制造复式铸件的方法，所述复式铸件包含插入件和铸造材料，其中所述插入件材料锁合地与所述铸造材料连接，并且所述方法包括以下步骤：制造所述插入件，包覆或者包入所述插入件，将已包覆/已包入的插入件插入到铸模中，用熔融物填充所述铸模，其中所述插入件的包覆部或者包入部由放热材料形成，所述放热材料通过与流入的铸造材料的接触或者通过达到放热物质的燃点而自燃，由此减小凝固的熔融物与所述插入件之间的温度梯度。

Description

复式铸件

技术领域

本发明涉及一种用于制造复式铸件的方法，所述复式铸件包含插入件和铸造材料，其中所述插入件材料锁合地与所述铸造材料连接。

背景技术

复式铸件的制造能够实现相应位置上材料的优选特性的组合。因此，构件能够根据其要求和使用范围基于材料组合而最优地组装在一起。但是这取决于材料之间的材料锁合或者说冶金学上的连接。在将钢制件注入铸铁或者铝合金时经常出现以下问题，即所注入的钢制件和进行包覆或者说所注入的材料之间的连接不足。熔融物由于与处于室温下的插入件之间的接触而提前凝固，由此阻碍了铸造材料和钢制件之间的冶金学上的或者说材料锁合的连接，从而可能在连接部件之间产生缝隙。

DE 10 2006 041 901 A1公开了一种用于由钢和/或铸铁制造金属连接件的方法。在这种方法中，借助熔剂对有待注入的、由钢或者铸铁制成的部件进行涂层。该涂层的目的在于引发还原反应，这意味着，在注入时引起注入件的氧化皮的溶解和冲走，由此铸造材料能够进行冶金学上的结合。

DE 10 2011 053 858 B3公开了一种用于在消失铸模（verlorene Giessform）中使用可注入的构件的方法，其中在有待注入的构件的表面上施涂涂覆剂。所述涂覆剂形成易分离的表面，所述表面阻止材料附着在构件上以及在用铸造材料进行包封之前的腐蚀。

DE 100 43 105 B4公开了一种用于在插入件和熔点低于插入件材料的铸造金属材料之间形成有韧性的、可承载的和/或至少基本上无缺陷的连接。所述插入件用金属材料的薄层涂覆，所述金属材料来自于由银、锑、铋、铬、金、铅、镁、硅、锡、钛和锌组成的集合。由此实现了，相对于插入件的被涂覆的表面浇铸铸造材料。该涂层的热延展系数大于插入件的热延展系数而小于铸造材料的热延展系数。为此，所述被涂覆的插入件在至少5分钟的时段内保持在至少100℃的温度。通过这种方法，涂层的一部分自溶解并且被用于铸造金属材料，而另一部分涂层继续作为插入件和铸造材料之间的扩散阻碍物，这会在插入件和铸造材料之间形成高韧性的连接。

发明内容

本发明的任务在于实现一种方法和一种相应的复合铸件（Verbundgussteil），其相对于现有技术实现了插入件和铸造材料之间改进的连接并且保证了经济的制造。

该任务根据本发明通过以下方式得到解决，即插入件的包覆部或者说包入部通过放热材料实现，所述放热材料通过与流入的铸造材料的接触或者通过达到燃点而自燃。在此，能量被释放并且输出到周围环境，从而在凝固的熔融物和插入件之间形成减小的温度梯度。

根据本发明的方法包括以下步骤：

制造插入件，

借助放热材料包覆或者说包入插入件，

将已包覆/已包入的插入件插入到铸模中，

用熔融物填充所述铸模。

所述放热材料除了在焊接时使用（热剂焊接混合剂）之外也被用在铸造车间的放热供给器中。当熔融物与放热材料接触时，确保在供给器中进行的燃烧反应使得最终在那里产生凝固的熔融物并且从而能够对凝固时铸件中变化的体积进行平衡。这种材料在现有技术中为人熟知，EP 1 050 354 A1、EP 0 888 199 B1和DE 196 42 838 A1公开了这种材料。

在本发明中，这种为人熟知的、引发放热反应的材料被用作用于有待注入的插入件的包覆部或者说包入部。通过放热材料与液态的铸造材料之间的接触或者通过达到放热材料的燃点该材料而自燃。由此在两侧对插入件进行加热，这阻止了铸造材料在插入件的边界区域中的快速凝固，因为所述插入件丧失了对铸造材料的淬火效应。铸造材料和插入件之间的温度梯度得以减小。这又促进了铸造材料和插入件之间的渗碳，由此能够形成材料锁合的或者说冶金学上的连接。

插入件优选由钢、铜、青铜、黄铜、铝或者铝合金制成。该方法或者说复合铸件由于广泛的材料选择而能够被用于很多场合。

所述放热材料优选具有能够易氧化的金属、尤其铝和/或镁。

此外有利的是，所述放热材料具有用于能够易氧化的金属的氧化剂、尤其氧化铁（III）或者说三氧化二铁。

作为后填充材料优选使用氧化物、尤其SiO₂。后填充材料作为与其他材料、例如铝和/或镁以及氧化剂掺杂在一起的填充材料使用。

所述放热材料优选具有用于粘合放热材料的粘合剂。作为优选的粘合剂使用碱硅酸盐（Alkalisilicat）。

优选的技术方案在于，使用铸铁作为铸造材料，优选是GJS、GJL和/或GJV。通过所注入的插入件能够在铸造构件中在为此设计的位置处实现很高的强度和断裂延伸率，或者说为复式铸造构件提供用于接下来的进一步处理的额外的、有利的特性。

在通过由现有技术公开的方法制造的复式铸件中，铸造材料和插入件之间的连接大多是不足够的。通过根据本发明的方法制造的复式铸件则具有材料之间改进的材料锁合的连接。

使用这样制造的复合铸件能够提供了良好的钢铸造结构或者说钢焊接结构，其具有已经公开的铸铁合金的优点并且替代其制造方法。

作为优选的实施方式，使用铝合金作为铸造材料，由此铝构件例如能够和不同的金属材料组合，从而能够充分利用由于铝材料轻而减轻重量的优点。

根据本发明的方法优选使用消失铸模或者说消失模。

通过这种方法能够使用具有足够厚度或者说壁厚的插入件，这使插入件在铸造工序之后还能够承受热处理工序或者说焊接工序。由现有技术公开的方法仅仅能够注入壁非常薄的钢制件，从而稍微抵抗由于室温下的钢制件与铸造材料的接触而引起的被阻止的渗碳和快速凝固。

优选使用空心件作为插入件。空腔则用铸造材料填充并且材料锁合地与插入件连接。插入件的外表面借助放热材料被包覆或者说包入到该材料中。通过在与熔融物接触之后发生的、物质的放热反应，物质将热量也释放到插入件上，从而引起凝固的熔融物与插入件之间的统一的温度梯度。插入件也能够单侧与放热材料连接或者在设计成空心时从内侧与放热材料连接。

在铸造过程和脱模之后，放热材料能够轻易地分离并且露出插入件的外表面或者内表面。接着能够进行后处理工序，但是在一些情况下也可能不需要，因为尺寸精确度和表面特性的质量已经足够高。此外由于能够省略其他加工工序，根据本发明的方法在经济性上具有很大的吸引力。此外通过该方法能够得到对铸造构件进行后处理、例如焊接或者热处理（但是仅仅在插入件的局部处）的扩展的可行方案。

按照根据本发明的方法制造的这种复合铸件特别适合用于通常的机械制造、建筑机械和车辆制造领域。由此即使在构件数量大的情况下也能够使不同的材料经济地相互连接，并且使各个材料的优选特性互相组合，而不会由于铸造材料的提前凝固而发生材料的连接不足的问题。

附图说明

本发明的实施例借助图示得到阐述，其中本发明不仅仅局限于该实施例。在此：

图1示出具有所使用的被包覆的插入件的铸模的部分截面，

图2示出用放热材料包覆的钢管的拍摄图像，

图3示出穿过所述复式铸件的截取部分的显微图像，并且

图4示出具有已注入的钢制件的复式铸件的截取部分。

附图标记列表

1 复式铸件

2 铸造材料

3 插入件/钢管

4 放热材料

5 由模具材料制成的铸模。

具体实施方式

图1示出铸模的部分截面，在所述铸模中铸造复式铸件1。铸造材料2流入由模具材料5形成的铸模中，在所述铸模中插入一插入件3，从而形成与铸造材料2的材料锁合的连接或者说冶金学上的连接。铸造材料2、优选GJS、GJL或者GJV流入到由模具材料5形成的铸模中。在铸造材料2与放热材料4接触的位置处，所述放热材料自燃，从而将热量释放到周围环境中。插入件由此被加热并且凝固的熔融物和插入件之间的温度梯度得以减小。此外促进了与插入件3直接接触的铸造材料2和插入件3之间的渗碳。由此实现了插入件3和铸造材料2之间的直接接触位置处的材料锁合的连接或者说冶金学上的连接。在成形之后，放热材料4能够容易地从插入件3分离。插入件3的由放热材料4覆盖的面没有铸造材料，因此不强制要求对插入件的表面进行后处理，这又使得根据本发明的方法的经济性非常具有吸引力。

另一实施例通过图2-4示出。由高碳钢制成的、壁厚为5 mm的柱形钢管被用作插入件3并且成形到具有规定壁厚的放热材料4中。所述钢管3连同所包覆的放热材料4一起被插入到有待铸造的模具5中，如图2所示。封闭的铸模5利用用于制造GLS的熔融物2进行填充，其中钢管3的内腔被熔融物2穿流并且一部分放热材料4与熔融物直接接触。在达到放热材料4的燃点之后，热量被释放到周围环境和钢管3上。由此，所述钢管被强烈加热，并且钢管3和凝固的熔融物2之间的温度梯度得以减小。这对铸造材料2和钢管2之间由于浓度不同而进行的渗碳和组织形态产生有利的影响。通过碳原子转移到钢的中间晶格位置中来降低熔点并且使钢管3的管壁部分溶解（anlösen）。钢的部分被渗碳并且在一定程度上由铸造材料替代。由此实现铸造材料2和钢3之间的无缝过渡，如图3所示。在图4中示出具有注入的钢管3的构件的截取部分。

Claims (19)

1.用于制造复式铸件的方法，所述复式铸件包含插入件和铸造材料，其中所述插入件材料锁合地与所述铸造材料连接，并且所述方法包括以下步骤：

制造所述插入件，

包覆或者包入所述插入件，

将已包覆/已包入的插入件插入到铸模中，

用熔融物填充所述铸模，

其特征在于，所述插入件的包覆部或者包入部由放热材料形成，所述放热材料通过与流入的铸造材料的接触或者通过达到放热物质的燃点而自燃，由此减小凝固的熔融物与所述插入件之间的温度梯度，其中在铸造和脱模之后分离所述放热材料。

2.根据权利要求1所述的用于制造复式铸件的方法，其特征在于，所述插入件由钢、铜、铝或者铝合金制成。

3.根据权利要求1或2所述的用于制造复式铸件的方法，其特征在于，所述放热材料具有能够易氧化的金属。

4.根据权利要求3所述的用于制造复式铸件的方法，其特征在于，所述放热材料具有用于能够易氧化的金属的氧化剂。

5.根据权利要求1或2所述的用于制造复式铸件的方法，其特征在于，所述放热材料具有后填充材料。

6.根据权利要求5所述的用于制造复式铸件的方法，其特征在于，所述后填充材料是氧化物。

7.根据权利要求6所述的用于制造复式铸件的方法，其特征在于，所述氧化物是SiO₂。

8.根据权利要求1或2所述的用于制造复式铸件的方法，其特征在于，所述放热材料具有粘合剂。

9.根据权利要求1或2所述的用于制造复式铸件的方法，其特征在于，所述铸造材料是铸铁。

10.根据权利要求1或2所述的用于制造复式铸件的方法，其特征在于，所述铸造材料是铝合金。

11.根据权利要求1或2所述的用于制造复式铸件的方法，其特征在于，所述铸模是消失铸模。

12.根据权利要求1或2所述的用于制造复式铸件的方法，其特征在于，所述复式铸件至少在插入件处能够承受热处理或者焊接工序。

13.根据权利要求1或2所述的用于制造复式铸件的方法，其特征在于，所述插入件是空心体或者自由模制件。

14.根据权利要求2所述的用于制造复式铸件的方法，其特征在于，所述插入件由青铜或黄铜制成。

15.根据权利要求3所述的用于制造复式铸件的方法，其特征在于，所述能够易氧化的金属是铝和/或镁。

16.根据权利要求4所述的用于制造复式铸件的方法，其特征在于，所述用于能够易氧化的金属的氧化剂是三氧化二铁。

17.根据权利要求8所述的用于制造复式铸件的方法，其特征在于，所述粘合剂是碱硅酸盐。

18.根据权利要求9所述的用于制造复式铸件的方法，其特征在于，所述铸铁是GJS、GJL或GJV。

19.复式铸件，包含插入件和铸造材料，所述复式铸件按照根据权利要求1到18中任一项所述的方法制造，其特征在于，所述插入件材料锁合地与所述铸造材料连接。

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