CS71088A3

CS71088A3 - Shell mould for a casting stock of a fine structure, particularly fromaluminium sub-eutectic alloys

Info

Publication number: CS71088A3
Application number: CS88710A
Authority: CS
Inventors: Heinrich Ballewski; Friedrich Behr; Wolfgang Grossmann
Original assignee: Thyssen Guss Ag
Priority date: 1987-02-05
Filing date: 1988-02-04
Publication date: 1992-08-12
Also published as: DE3703416C2; ES2018857B3; ZA88617B; RU1839646C; EP0277577A3; JPS63268534A; BR8800436A; DE3703416A1; EP0277577B1; EP0277577A2; IL85274A0; IL85274A; DE3860894D1

Description

Skořepinová forma na odlitky s jemným slehem, zejména z podeutekti- ckých slitin hliníku - ,/ιΛ/Soft-casting shell mold, especially of sub-eutectic aluminum alloys -, / ιΛ /

Oblast techniky o 73 e. m < o ~y- > Ό to r<3 í Č o ť. íTechnique of 73 e. M <o ~ y-> Ό t r. and

Jty—ÁaJty — Aa

Vynález se týká skořepinová for od-li-tky—s—jemnýmslohem, zejména z podeutektických slitin hliníku» u kteréžto formy je jejívnitřní drsná stěna; opatřena povlakovou vrstvou směsi solí s reduk-čními vlastnostmi.BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a shell mold with a finely divided, particularly sub-eutectic aluminum alloy, in which the mold is an internal rough wall; with a coating layer of a mixture of salts with reducing properties.

Dosavadní stav technikyBackground Art

Je znám způsob, jak zmenšit vzdálenost mezi větvičkami den-dritů (německý zveřejňovaeí spis DE-OS 35 12 118), jímž se dosáhnezlepšení technologických vlastností odlitků pomoci zvláštní směsisolí, která se nanese na obzvlášč drsnou vnitřní stěnu skořepinovéformy, což podporuje vznik zárodků dendritů při tuhnutí kovu, tak-že vznikají kratší vzdálenosti mezi větvičkami dendritů. Kromě tohoje z tohoto spisu známo, že v literatuře jepopsán velký počet látekmajících vliv na vznik zárodků dendritů.There is a known way to reduce the distance between den-drit twigs (German publication DE-OS 35 12 118), which improves the technological properties of castings by means of a special mixture of salts, which is applied to the particularly rough inner wall of the shell, which promotes the formation of dendrites solidification of the metal so that shorter distances between the dendrite twigs are formed. In addition, it is known in the literature that a large number of dendritic agents are described in the literature.

Rovněž je známo (J.A. Reynolds a C.R. Tottle, Journal of theInst, of Metals, sv, 80'[1951 - 52], str, 93 &í 98), že kov nanese-ný v práškové podobě na vnitřní stěnu licí formy může způsobit zjem-nění zrna, Pro materiál hliník a slitiny hliníku byly jako zrno zjemňující shledány práškový hliník, titan, hořčík, vanad, thorium a di-šílieid vápníku, přičemž tato řada vykazuje klesající účinek. Půso-bení práškových kovů, spočívající v ovlivňování vzdálenosti mezi větvičkami dendritů, však Reynolds a Tottle nestudovali a není v uvede-ném článku ani naznačeno. Kromě toho se veškerý výzkum prováděl zalaboratorních podmínek se studenými formami, takže ochrana práško-vých kovů před oxidací nebyla ani. zkoumána, ani nebylo o ní uvažo-váno.It is also known (JA Reynolds and CR Tottle, Journal of the Inst, of Metals, Vol. 80 '[1951-52], p. 93 &amp;num; 98) that the powder-coated metal on the inner mold wall may to cause grain refinement, aluminum, titanium, magnesium, vanadium, thorium, and calcium dihydrogenide have been found to be a refining grain for aluminum and aluminum alloys, showing a decreasing effect. However, the effect of powder metals on influencing the distance between the dendrite twigs was not studied by Reynolds and Tottle and is not indicated in this article. In addition, all the research was carried out in a cold-form condition, so that the protection of the powder metals was not. investigated or considered.

-2.- Dále je známo, že podeutektické slitiny hliníku,jako je například AlSi7Hg0.6, vykazují zlepšené hodnoty pevnostitehdy, když se používá čistých taveniá obsahujících jen malámnožství plynů, čehož se nejlépe dosáhne litím ve vakuu a/nebopropláchnutím plynem ve hrubém vakuu a/nebo přefiltrováním tavě**aiay. Očkování taveniny například stronciem nebo antimonem k do-cílení kulovitého tvaru eutektického křemíku rovněž vede ke zlep-šení technologických hodnot·It is further known that sub-eutectic aluminum alloys, such as AlSi7Hg0.6, exhibit improved strength values when using pure melt containing only a small number of gases, which is best achieved by vacuum casting and / or gas blanking in a coarse vacuum and / or filtering tava ** aiay. Inoculation of the melt with, for example, strontium or antimony to target the spherical shape of eutectic silicon also results in improved technological values.

Nanášení kovových povlaků na různé materiály,i keramické, je samo o sobě známo» Tenké kovové povlaky je možnonanášet postupy popsanými například v patentových spisech US3,462.288, 3,639«139, 3,705*051 a 3,836.385, jakož i v německýchpatentových spisech 16 21 227 a 26 35 798«The deposition of metal coatings on various materials, including ceramic ones, is known per se. Thin metal coatings are not to be applied according to the processes described, for example, in U.S. Pat. Nos. 3,462,288, 3,639,139, 3,705,051 and 3,836,385, as well as in German Pat. 26 35 798 «

Poněvadž až dosud není znám žádný postup, přiněmž se nanesením kovové vrstvy na skořepinovou formu a jejímpředehřátím na vzduehu nebo v ochranném plynu znečištěném kyslí-kem může dosáhnout vytvoření zárodků dendritů, byl podnětem k vy-nálezu úkol, dokonale a s jistotou dosáhnout menších vzdálenostímezi větvičkami dendritů při lití podeutektických slitin hliníkudo předehřátých skořepinových forem pro odlitky s jemným slohem. _ ———· ^-eš^aí—tofaorto^^olu~spoěí'vá^pbdl-é--vynáffrzú~v~tic>m-, j ž e~skořepiiiová-?^Ba--ee=í^±;^^~e~^«80ýa-^E:iSSéffi=j^oa-e-teaně~přivrácené k odl^Ltku-^^ožřenQ povlakové --Tťa^ŘvyT^přičemž solná vrstva pozůstává z-^jedné^<^>-^při-p&riě·-- - 3 - u ~ , Λr 11, -iSince no process has been known to date, by depositing a metal layer on the shell mold and preheating it on air or in a shielding gas contaminated with oxygen, it has been possible to find a task, perfectly and confidently to achieve smaller distances between dendrite twigs casting sub-eutectic alloys of aluminum-preheated shell molds for fine-bed castings. In the present invention, the present invention relates to the invention of the present invention of the present invention. The salt layer consists of one or more of the following layers: the salt layer consists of one or more of the following. > - ^ at-p & ri · - - 3 - u ~, 11r 11, -i

Podstata vynálezu Γϋ „ 73* j<_ - j> i m >’a< r“ I -< m -<Summary of the Invention 73 "73 * j <_ - j> i m>" and <r "I - <m - <

UOUO

Sk cn to co co Úešení tohoto úkolu spočívá podle vynálezu v tom, že skoře-pinová forma na odlitky s jemným slohem je na straně přivrácené kodlitku opatřena kombinaci solné a kovové vrstvy, přičemž solnávrstva pozůstává z jedná sole popřípadě ze směsi solí o teplotě li-<iuidu nižší, než je licí teplota, a kationty této sole popřípaděsolí jsou převážně kationty alkalických kovů a/nebo kovů alkalickýchzemin, a. anionty jsou převážně anionty halogenů, a kovová vrstvapozůstává z více než 40 atomových % z alespoň jednoho kovu ze sku-piny zahrnujícl hliník, titan a/nebo kovy alkalických zemin a/neboslitiny, směsi nebo kovová sloučeniny. Výhodně je povlaková vrstva kovu, který je popřípadě v podoběsvých slitin, směsí nebo sloučenin, nanesena na vnitřní stěnu formypřed, po nebo zároveň s nanesením solná vrstvy. V povlaková vrstvě kovu je výhodně obsažen podíl 2 % hmot,látky, jako je například litina, jejíž redukční schopnost při licíteplotě je větší než redukční schopnost hliníku· Účelně je povlakovým kovem ochranné vrstvy slitina hliníku,která obsahuje 0,05 % až 10 % hmot, hořčíku a/nebo 0,1 % až 6 % hmot,křemíku a/nebo 10-až 3000 ppm yttria a/nebo vzácných zemin a/neboberylia a/nebo vizmutu a/nebo antimonu. Výhodou vynálezu není jen okolnost, že ao dosáhne podstatněmenších vzdálenosti mezi větvičkami dendritů a tím i lepších tech-nologických hodnot u odlitků, zejména u podeutektických slitin hli-níku, nýbrž i to, že částice obsaženého křemíku nabudou kulovitéhotvaru· Toto je důležité především proto, že je tím možno ušetřitdalší zušleohiovacl opatřeni·SUMMARY OF THE INVENTION According to the invention, the object of the present invention is to provide a fine-layer cast-iron mold with a salt-metal layer on the facing side of the casting, the salt layer consisting of a salt or a mixture of salts at a temperature of the lower than the casting temperature, and the cations of this salt or salts are predominantly alkali metal and / or alkaline earth metal cations, and the anions are predominantly halogen anions, and the metal layer consists of more than 40 atomic% of at least one metal of the group include aluminum, titanium and / or alkaline earth metals and / or alloys, mixtures or metal compounds. Preferably, the coating layer of the metal, optionally in the form of its alloys, mixtures or compounds, is applied to the inner wall in the form of a front, after or simultaneously with the application of the salt layer. The coating layer of the metal preferably contains 2% by weight of a substance, such as cast iron, whose casting capacity is greater than that of aluminum. Suitably, the coating metal of the protective layer is an aluminum alloy containing 0.05% to 10% by weight. , magnesium and / or 0.1% to 6% by weight of silicon and / or 10 to 3000 ppm of yttrium and / or rare earths and / or beryllium and / or bismuth and / or antimony. The advantage of the invention is not only the fact that α achieves substantially smaller distances between dendrite twigs and thus better technological values in castings, especially in sub-eutectic aluminum alloys, but also in that the particles of the contained silicon will acquire spherical formation. that it is thus possible to save further refinement measures ·

Jak již bylo výše uvedeno, je možno nanášet povlakové vrstvykovů na vnitřní stěnu formy různými chemickými nebo fyzikálními po-stupy, Avšak z důvodu jednoduché manipulace je výhodné, nanášet prá-škový kov a sůl popřípadě směs solí v podobě -5 suspenze popřípadě roztoku na vnitřní stěnu skořepinové formyzároveň a to vléváním a vyléváním.As mentioned above, it is possible to apply coating coatings to the inner wall of the mold by various chemical or physical processes. However, for ease of handling, it is preferable to apply the powder metal and the salt or mixture of salts in the form of a suspension or solution to the inner the shell mold wall, by pouring and pouring.

Poněvadž práškový kov při předehřátí skořepinyformy jeví větší sklon k oxidaci než tenké kovové povlaky, ukázalose výhodným, použit slitin kovů a/nebo sloučenin popřípadě směsív podobě prášku, u nichž při předehřátí skořepinové formy docházíjen k obzvláší nepatrné oxidaci na základě jejích složení, nebopoužít kovů, jejichž oxidová vrstva se v přítomnosti litého hli-níku při licí teplotě rozruší jednou ze složek slitiny. Rozrušeníoxidové vrstvy na povrchu se dosáhne například tím, že se použijepráškové tvrdé pájky na hliník, o zrnění přibližně 10 až 50 ^um.Obvyklé tvrdé pájky obsahují jako redukčně působíeí přísadu na-příklad berylium v množství přibližně 50 ppm, některé navíc hoř-čík v množství přibližně 1,5 % a též vizmut nebo antimon v množ-ství přibližně 10 až 100 ppm. Pro tvorbu zárodků dendřitú je všakpříznivé, obsah křemíku v dnes obvyklých tvrdých pájkách snížitnebo ještě lépe jej úplně potlačit· Redukčně působí na vrstvuoxidů práškových kovů též i další kovy alkalických zemin, yttriuma/nebo vzácné zeminy, například přísady cér-směsný kov, jakožtoslitinové složky práškové tvrdé pájky na hliník.Since the powdered metal appears to be more prone to oxidation than the thin metal coatings during preheating of the shell mold, the use of metal alloys and / or powder formulations is preferred, where particularly slight oxidation occurs due to its composition or use of metals when preheating the shell mold. the oxide layer of which is destroyed by one of the alloy components in the presence of the cast aluminum during casting temperature. The surface oxidation of the oxide layer is achieved, for example, by using a powdered braze on aluminum having a grain size of about 10 to 50 µm. Conventional hard solders contain, as a reducing agent, an additive of, for example, beryllium in an amount of about 50 ppm; about 1.5% and also bismuth or antimony at about 10 to 100 ppm. However, for the formation of dendrites, it is advantageous to reduce the silicon content in today's hard solders, or even better to suppress it completely. Other alkaline earth metals, yttrium and / or rare earths, such as cerium-mixed metal additives and powder alloys, also act on the powder metal oxide layers. brazing on aluminum.

Volí se pokud možno slitiny, které lze vzhledemk jejich tvrdosti snadno mlít s které jsou zároveň účinné provznik zárodků dentritů. Až dosud se osvědčily tyto kovové slou-čeniny vždy o atomovém poměru 1 : 1: PeAl, FeTi, CaAl, CaSi, TiNi,TiAg. - 6 -If possible, alloys are selected which, due to their hardness, can be easily milled with which the dental embryos are also effective. Until now, these metal compounds have always proved to be 1: 1 atomic ratio: PeAl, FeTi, CaAl, CaSi, TiNi, TiAg. - 6 -

Dalším o sobě známým opatřením je, přidávat ktěmto sloučeninám ještě materiál vazájícl kyslík v malém množství,aby se uvnitř materiálu vázal kyslík podmíněný výrobou. Obzvláštěvýhodné je, legovat použité práškové kovy navíc se vzácným kovem,nebo tyto práškové kovy po rozemletí opatřit tenkým povlakemvzácného kovu ze skupiny platiny, což je cenově výhodnější. Na-příklad lze na práškové sloučeniny liNi napuštěním roztokem palla-diové sole a následnou chemickou nebo thermickou redukcí vyrobittenkým povlakem vzácného kovu opatřené oblasti povrchu práškovésloučeniny, které 1 po zahřátí skořepinové formy na vzduchů nevy-kazují žádnou oxidovou vrstvu. Takto se dosáhne obzvláště dobrésmáčivosti práškové sloučeniny, podporující vznik zárodků dentritů,litým hliníkem. Výhodné obměny provedení vynálezu jsou popsányv dále uvedených příkladech. Příklad 1Another well-known measure is to add a small amount of oxygen-binding material to these compounds in order to bind production-related oxygen inside the material. It is particularly advantageous to additionally alloy the used powder metals with the noble metal, or to provide them with a thin coating of a noble platinum group metal after grinding, which is more cost-effective. For example, powdered compounds of LiNi can be impregnated with a palladium salt solution followed by chemical or thermal reduction by a noble metal coating coated with a powder compound surface area which does not show any oxide layer after heating the shell mold to air. In this way, particularly good wettability of the powdered compound, which promotes the formation of dentrites, is achieved by cast aluminum. Preferred variations of embodiments of the invention are described in the Examples below. Example 1

Na vnitřní stěnu skořepinové formy na odlitky sjemným slohem se nalitím a vylitím a následným vysušením nanese *vrstva suspenze, která pozůstává ze 40 g NaCl, 20 g NaF, 20 gLidi 5 g Na^ře, 5 g Na^ře(CN)6 a 20 g kovu v 1 litru vody.Skořepina se předehřeje v oehranné plynné atmosféře, pak se za-hřeje na teplotu přibližně 200 °C a ve vakuu se v ní. při teplotěpřibližně 700 °C odlije odlitek ze slitiny AlSi7MgO,6. V níže 7 uvedené radě jsou sestaveny různé kovy v pořadí podle své klesa-jící účinnosti, zesílené směsí solí:On the inner wall of the casting shell mold, a fine layer is poured and poured and subsequently dried to deposit a layer of suspension consisting of 40 g NaCl, 20 g NaF, 20 gLidi 5 g Na2 O, 5 g Na2 O (CN) 6 and 20 g of metal in 1 liter of water. The shell is preheated in an inert gas atmosphere, then heated to about 200 ° C and vacuumed therein. casting the AlSi7MgO6 alloy at about 700 ° C. In the following 7, the various metals are assembled in order of decreasing efficiency, reinforced with a salt mixture:

Ti,.AI, Mg, Zr, Sr, Hf, Ba, Be, Ca, Se, Nb, V, Ta, Pe, Ni, Co,Sb, Se, Te, Cu, Ag.Ti, Mg, Zr, Sr, Hf, Ba, Be, Ca, Se, Nb, V, Ta, Pe, Ni, Co, Sb, Se, Te, Cu, Ag.

Nanesení povlakové vrstvy ze suspenze na vnitřnístěnu skořepinové formy na odlitky s jemným slohem představujeobzvláště jednoduchou formu provedení vynálezu·The application of a coating layer from the suspension to the inner wall of the shell mold to a fine-bed casting is a particularly simple embodiment of the invention.

Na vyrobeném odlitku byly naměřeny tyto hodnoty: 305 až 325 N.mm"2365 až 380 N.nmT29 až 12 % 0,2 %ní mez průtažnosti mez pevnosti v tahu tažnost (poměrné prota-žení při-přetržení) Příklad 2The following values were measured on the cast: 305 to 325 N.mm "2365 to 380 N.nmT29 to 12% 0.2% yield strength ultimate tensile strength elongation (elongation at break) Example 2

Nanesení tenké vrstvy kovového hliníku na vnitřnístranu skořepinové formy na odlitky s jemným slohem a následnépokrytí této vratvy (která zobrazuje drsnosti skořepinové formy)vysušenou solnou vrstvou skýtá obzvlášť dobrou ochranu tenké vrst-vy kovového hliníku před oxidací, což opět vede ke snížení vzdále-ností mezi větvičkami dendritů.The application of a thin layer of metallic aluminum to the inner side of the shell mold for the fine-bed casting and then covering this return (which shows the roughness of the shell mold) with the dried salt layer provides a particularly good protection of the thin metal aluminum layer from oxidation, which in turn leads to a reduction in the distances between twigs of dendrites.

Na vyrobeném odlitku byly naměřeny tyto hodnoty: 0,2 %ní mez průtažnosti 300 až 310 N.nm”^ - 8 - mez pevnosti v tahu tažnost (poměrné prota-žení při přetržení) 360 až 380 ff.mm’29 až 11 % Příklad 3The following values were measured on the cast: 0.2% yield strength 300 to 310 N.nm ”- 8 - tensile strength tensile elongation (elongation at break) 360 to 380 ff.mm'29 to 11% Example 3

Další zlepšeni vzdálenosti mezi větvičkami den<-dritň se dosáhne přidáním hexařluoridu alkalickotitaničitého ksolné směsi, když se ke směsi solí uvedené v příkladu 1 přidajíještě 3 g K2TLF6 * 10 £ jemně “letého hliníku o složení AI, Mg 1,5 %Si 3%, Be 0,01 %· Po obvyklém tepelném zpracování se na vzorcícho průměru 6 mm pro zkoušku tahem naměří tyto hodnoty: 310 až 330 N.wnf2360 až 380 N.maT28 až 10 % 0,2 5Bní mez prútažnosti ja^ez pevnosti v tahu tažnost (poměrné prota-žení při přetržení) ArA further improvement in the distance between the branches of the day is achieved by the addition of an alkali-titanium hexafluoride salt mixture when adding 3 g of K2TLF6 * 10% finely-aged aluminum of Al, Mg 1.5% Si 3% to the salt mixture of Example 1, Be 0.01% · Following the usual heat treatment, the following values are measured on the 6 mm tensile test specimens: 310 to 330 N.wnf2360 to 380 N.maT28 to 10% 0.2 5Bity limit of tensile strength tensile strength tensile strength (relative elongation at break) Ar

Claims

PATENT REQUIREMENTS PV 710-88 --- j * o 7 X cn e fe Ϊ> C? The shell mold for castings with a fine layer, in particular of sub-eutectic aluminum alloys, in which a layer of a salt mixture with reducing properties is deposited on the rough inner wall, characterized in that the shell mold for castings with a fine layer, a combination of a salt metal layer is provided on the side facing the casting, the salt layer consisting of one salt or a mixture of salts with a lithium temperature lower than the casting temperature, and the cations of that salt or salts are predominantly alkali metal cations and / or alkaline earth metals, and the anions are predominantly halogen halides, and the metal layer consists of more than 40 atomic% of at least one metal of the group consisting of aluminum, titanium and / or alkaline earth metals and / or alloys, mixtures or metal compounds.

A fine-bed shell mold according to claim 1, characterized in that the metal coating layer, optionally in the form of its alloys, mixtures or compounds, is deposited on the inner wall of the mold before, after or at the same time as the deposition of the salt layer.

The fine-bed shell mold according to claim 1 or 2, characterized in that the coating layer consists of a known brazing aluminum alloy with a reduced silicon content.

4. The fine-bed shell mold according to claims 1 to 3, characterized in that a metal is used to form a metal coating layer, in which a particularly thin layer is formed when preheating to air to 300 ° C. oxides ·

5. The fine-particle casting mold according to claim 1, wherein a proportion of 2% by weight is present in the coating layer. substances, such as cast iron, whose reducing ability at casting temperature is greater than that of aluminum;

A fine-bed shell mold according to one of claims 1 to 5, characterized in that the coating metal of the protective layer is an aluminum alloy containing 0.05% to 10% by weight of magnesium and / or 0.1 to 6% by weight of silicon. and / or 10 to 3000 ppm of yttrium and / or rare earths and / or beryllium and / or bismuth and / or antimony ·

Fine-bed shell mold according to claim 4, characterized in that the metal coating layer consists predominantly of TiKL and / or Tigate and / or Ca &amp; la / or FeA1 and / or CaSi and / or FeTi, each having an atomic ratio of about 1. : 1.

A fine-bed shell mold according to claim 7, characterized in that said metal alloys are doped with palladium and / or other noble metal and / or yttrium / or rare earths in an amount of up to 1% by weight.