DD252988A1

DD252988A1 - Verfahren zur beschleunigten abkuehlung von gussteilen

Info

Publication number: DD252988A1
Application number: DD29492786A
Authority: DD
Inventors: Gerhard Neumann; Guenter Pistol; Juergen Huebler; Andreas Freudenberg
Original assignee: Freiberg Bergakademie
Priority date: 1986-10-02
Filing date: 1986-10-02
Publication date: 1988-01-06
Also published as: DE3730398A1; FR2604644A1; GB8727276D0; GB2212425A

Abstract

Verfahren zur beschleunigten Abkuehlung von Gussteilen, das in Giessereianlagen angewendet werden kann. Ziel der Erfindung ist es, bei der Abkuehlung von Gussstuecken im Anschluss an die Erstarrung eine Prozessverkuerzung bei verbesserter Gusskoerperqualitaet zu erreichen. Dabei steht die Aufgabe, gegenueber konventioneller Arbeitsweise eine wesentliche Verkuerzung der Abkuehlzeit und eine Verringerung der Kuehlstreckenlaenge zu erreichen. Erfindungsgemaess wird die Aufgabe dadurch geloest, dass die Gussteile unmittelbar nach dem Unterschreiten der Solidustemperatur in der staerksten Wanddicke des Gussteils von der Form getrennt, mit einer deutlich erhoehten Geschwindigkeit abgekuehlt, bei Erreichen des Temperaturbereiches vom Uebergang des vorwiegend plastischen in den vorwiegend elastischen Werkstoffzustand eine schnelle Aufheizung bis in den Temperaturbereich unterhalb der eutektischen Umwandlung vorgenommen und anschliessend schnellstmoeglich auf Raumtemperatur abgekuehlt wird.

Description

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Der zentrale Punkt des Fertigungsverfahrens Gießen ist die Gußkörperbildung, bei der die flüssige Schmelze entsprechend der Geometrie der Form in die entsprechende Gestalt gebracht und durch Wärmeabführung in einen festen, gestaltbehaltenden Körper überführt wird. Der Prozeßablauf an der Gießstelle ist bestimmend für die Leistung der Gießerei, er setzt die Bedingungen für den Stoff- und Wärmefluß vor- und nachgeordneter technologischer Form- und Gießanlagen, hat zu hohen Fertigungsgeschwindigkeiten und entsprechenden Produktionskapazitäten moderner Gießereien geführt. Die Kühlstreckenlängen der Formanlagen ergeben sich aus dem Produkt aus erforderlicher Abkühlzeit des einzelnen Gußkörpers, der Formenfließzahl und der Längenabmessung der Form. Behält man die Wärmeübergangsbedingungen zwischen Gußkörper und Form bei, so führen erhöhte Fertigungsgeschwindigkeiten zu proportional verlängerte Kühlstrecken. Daraus resultieren entsprechend aufwendige anlagentechnische Lösungen.

Mit dem Abschluß der Erstarrung hat die Form ihre primäre Aufgabe der Formgebung erfüllt. Nach einer technologisch bestimmten Zeit nach Abschluß der Erstarrung werden Gußkörper und Form getrennt. Nach der Trennung treten andere, meist verschärfte Wärmeentzugsbedingungen auf. Die technisch realisierbare Wärmeentzugsgeschwindigkeit wird von zwei Kriterien begrenzt:

1. Die Temperaturdifferenzen auf Grund der unterschiedlichen Wanddicken eines Gußstückes dürfen während des Abkühlens nicht so groß werden, daß es zu erhöhten Eigenspannungen und im Extremfall zu Verzug oder Spannungsrissen kommt.

2. Bei Gefügeumwandlungen im festen Zustand darf es nicht zu unzulässiger Härtezunahme kommen.

Auf Grund von Erfahrungen wird im praktischen Gießereibetrieb meist so verfahren, daß spannungs- und rißempfindliche Gußteile möglichst lange in der Form verbleiben, so z. B. bei Gußstücken aus GGL bis zu Temperaturen < 300°C. Die Höhe der Eigenspannungen eines Gußteils sind abhängig von seiner Gestalt und dem Abkühlregime. Bei kompliziert gestalteten Teilen treten auch beim Abkühlen in der Form bis auf Temperaturen <300°C noch beträchtliche Eigenspannungen auf. In extremen Fällen werden die Eigenspannungen durch ein nachfolgendes Spannungsfreiglühen deutlich vermindert. Es hat zahlreiche Bemühungen gegeben, die Abkühlungszeiten, insbesondere für Gußteile aus Eisen-Kohlenstoff-Gußwerkstoffen zu verkürzen. (Rühl, R.: Patentschrift DD 141123, DE 3100028; Hilgeroth, Patentschrift DE 3323839) Die vorgeschlagenen Lösungen gehen von beschleunigter Abkühlung von Gußteilen aus Eisen-Kohlenstoff-Werkstoffen von Temperaturen s600⁰C aus, um erhöhte Eigenspannungen und Härtesteigerungen zu vermeiden.

Im Falle des Patentanspruches Rühl werden Gußkörper und Form erst nach der eutektoiden Umwandlung getrennt, im Falle Hilgeroth wird zwar die Trennung Form-Gußkörper bei übereutektoiden Temperaturen vorgenommen, anschließend aber eine gesteuerte Abkühlung vorgesehen, die bis Abschluß der eutektoiden Umwandlung langsam vor sich geht und erst danach beschleunigt wird. Auf Grund des Abkühlverlaufes dünnerer Partien des Gußteiles vollzieht sich für diese die eutektoide Umwandlung deutlich schneller als in den stärkeren Partien. Das führt bei konventioneller Abkühlung des Gußkörpers in der . Form und auch bei der von Rühl und Hilgeroth vorgeschlagenen Verfahrensweise dazu, daß die dünneren Gußstückpartien die höchste, die stärksten Partien die geringste Hälfte aufweisen.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, bei der Abkühlung von Gußstücken im Anschluß an die Erstarrung eine Prozeßverkürzung bei verbesserter Gußkörperqualität zu erreichen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die technische Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu entwickeln, das bei konventioneller Arbeitsweise eine wesentliche Verkürzung der Abkühlungszeit und eine Verringerung der Kühlstreckenlänge moderner Formanlagen bei gleichzeitiger Senkung der Streubreite der Gefügeausbildung der metallischen Matrix, der Härte und Bearbeitbarkeit sowie der Höhe der Eigenspannungen erlaubt.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß der Gußkörper unmittelbar nach dem Unterschreiten der Solidustemperatur in der stärksten Wanddicke des Gußteils von der Form getrennt und anschließend sofort einem gesteuerten Abkühlregime unterworfen wird. Hierbei wird das Gußteil mit erhöhter Geschwindigkeit an bewegter Luft abgekühlt und beim Erreichen des Temperaturbereiches vom Übergang des vorwiegend plastischen zum vorwiegend elastischen Werkstoffverhalten, das für Fe-C-Legierungen im Temperaturbereich von 700 bis 500⁰C liegt, in der stärksten Wanddicke des Gußteils schnellstmöglich auf Temperaturen im Bereich unterhalb der eutektoiden Umwandlung aufgeheizt. Es werden Aufheizzeiten von kleiner 5 Minuten gewählt und dabei wird ein Temperaturausgleich zwischen dünnen und dickeren Gußstückpartien bzw. sogar höheren Temperaturen in den dünneren Wanddicken erreicht.

Im Anschluß daran wird eine schnelle Abkühlung des Gußteils bis auf Manipulations- bzw. Raumtemperatur vorgenommen. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können folgende Vorteile erzielt werden:

— die Abkühlungszeit gegenüber konventionellen Technologien auf etwa 10% verringert werden kann,

die-Restspannungen gegenüber der Abkühlung in der Form bis auf 100°C auf 50% verringert werden, d.h. auf Größenordnungen, die sonst nur durch zusätzliches Spannungsfreiglühen erreichbar sind,

— bei Fe-C-Gußwerkstoffen durch die Beschleunigung der eutektoiden Umwandlung in den stärkeren Wanddicken des Gußteils die Ausbildung des metallischen Grundgefüges zwischen den starken und schwachen Gußstückpartien ähnlicher wird und damit Differenzen der mechanischen Eigenschaften, Insbesondere der Härte und damit der Bearbeitbarkeit verringert

... werden,

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung söirarrf nachfolgenden Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.

Gußteile in Gestalt eines Spannrahmens werden in Formen zum einmaligen Gebrauch aus GGL25 gegossen. Im Gußteil sind Wanddicken zwischen 20 und 40mm vorhanden. Nach einem Unterschreiten der Gußstücktemperatur unterhalb der Solidustemperatur wird bei ca. 1000⁰C das Gußstück von der Form getrennt.

Bei einer herkömmlichen Abkühlung im Formkasten wurde die technologisch mögliche Auspackungstemperatur in der starken Gußstückpartie nach 95 Minuten bei ca. 400⁰C erreicht.

Nach der Trennung von Form und Gußteil wird die Abkühlungsgeschwindigkeit mittels Luftdusche von etwa 0,4 K/s auf etwa 2,0K/s gesteigert.

Nach dem Temperaturausgleich zwischen dünnen und dicken Gußstückpartien, der durch schnellstmögliches Aufheizen des Gußkörpers auf Temperaturen unterhalb der eutektoiden Temperatur im Glühofen erreicht wird, erfolgt weiter beschleunigte Kühlung. Diese Abkühlung auf Raumtemperatur wird bei Abkühlungsgeschwindigkeiten von ca. 13 K/s in Wasser mit 1 % Aqua-Plast vorgenommen. Die gesamte Abkühlzeit verringert sich damit auf ca. 10 Minuten.

Bei dem erfindungsgemäß abgekühlten Gußstück verringert sich die Eigenspannung im 20-mm-Querschnitt um 7,0MPa, während sich im 40-mm-Querschnitt der Abfall der Eigenspannungen ca. 8,0MPa beträgt.

Die Härtedifferenz zwischen dem 20-mm-Querschnitt und dem 40-mm-Querschnitt verringert sich bei der Abkühlung entsprechend der Erfindung von 37HB auf 7HB.

Claims

Verfahren zur beschleunigten Abkühlung von Gußteilen im Anschluß an die Erstarrung, gekennzeichnet dadurch, daß die Gußteile unmittelbar nach dem Unterschreiten der Solidustemperatur in der stärksten Wanddicke des Gußteils von der Form getrennt, anschließend mit einer deutlich erhöhten Geschwindigkeit abgekühlt, beim Erreichen des Temperaturbereiches des Überganges vom vorwiegend plastischen zum vorwiegend elastischen Werkstoffverhalten in der stärksten Wanddicke des Gußteiles der schnellstmöglichen Aufheizung auf Temperaturen im Bereich unterhalb dereutektoiden Umwandlung und anschließend nach Erreichen des Temperaturausgleiches die Gußteile einer schnellen Abkühlung bis zur Manipulations- bzw. Raumtemperatur zugeführt werden.

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur beschleunigten Abkühlung von Gußteilen aus Gußeisen im Anschluß an die Erstarrung, das in allen Gießereianlagen angewendet werden kann.