DD252988A1

DD252988A1 - PROCESS FOR ACCELERATED COOLING OF CASTORS

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: GB8727276D0; GB2212425A; FR2604644A1; DE3730398A1

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.Process for accelerated cooling of castings that can be used in foundry plants. The aim of the invention is to achieve a process reduction with improved cast body quality during the cooling down of castings following solidification. The task here is to achieve a significant shortening of the Abkuehlzeit and a reduction in the cooling gap length compared to conventional operation. According to the invention, the object is achieved in that the castings immediately after falling below the solidus temperature in the strongest wall thickness of the casting separated from the mold, cooled at a significantly increased speed, when reaching the temperature range from the transition of the predominantly plastic in the predominantly elastic material state a fast Heating is carried out up to the temperature range below the eutectic transformation and then cooled as soon as possible to room temperature.

Description

Characteristic of the known technical solutions

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.The central point of the casting process is casting molding, in which the liquid melt is shaped according to the geometry of the mold and converted by heat removal into a solid, shape-retaining body. The process at the casting site determines the performance of the foundry, he sets the conditions for the mass and heat flow upstream and downstream technological molding and casting plants, has led to high production speeds and corresponding production capacity of modern foundries. The cooling line lengths of the molding plants result from the product of the required cooling time of the individual cast body, the molding flow rate and the length dimension of the mold. Maintaining the heat transfer conditions between the casting and the mold, increased production speeds lead to proportionally extended cooling distances. This results in corresponding complex technical solutions.

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:With the completion of the solidification, the form has fulfilled its primary task of shaping. After a technologically determined time after completion of the solidification castings and mold are separated. After separation, other, mostly exacerbated, heat removal conditions occur. The technically feasible heat extraction rate is limited by two criteria:

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.1. The temperature differences due to the different wall thicknesses of a casting must not be so great during cooling that it comes to increased residual stresses and in extreme cases to delay or stress cracks.

2. Bei Gefügeumwandlungen im festen Zustand darf es nicht zu unzulässiger Härtezunahme kommen.2. Structural changes in the solid state must not lead to an impermissible increase in hardness.

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.On the basis of experience in the practice of foundry is usually so moved that stress and crack-sensitive castings remain as long as possible in the form, such. For example, in castings made of GGL up to temperatures <300 ° C. The amount of residual stresses of a casting are dependent on its shape and the Abkühlregime. In parts of complicated design, considerable residual stresses occur even when cooling down to temperatures of <300 ° C. In extreme cases, the residual stresses are significantly reduced by a subsequent stress relief annealing. There have been numerous efforts to shorten the cooling times, especially for castings of iron-carbon castings. (Rühl, R .: Patent DD 141123, DE 3100028; Hilgeroth, Patent DE 3323839) The proposed solutions are based on accelerated cooling of castings made of iron-carbon materials of temperatures s600 ⁰ C in order to avoid increased residual stresses and hardness increases.

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.In the case of claim Rühl cast body and shape are separated only after the eutectoid conversion, in the case of Hilgeroth Although the separation mold castings made at hypereutectoid temperatures, but then provided a controlled cooling, which is slow until completion of the eutectoid transformation and only is accelerated afterwards. Due to the cooling process of thinner parts of the casting, the eutectoid transformation takes place much faster than in the stronger parts. This leads to conventional cooling of the casting in the. Form and also in the proposed by Rühl and Hilgeroth procedure to the fact that the thinner casting sections have the highest, the strongest parts the lowest half.

Object of the invention

Ziel der Erfindung ist es, bei der Abkühlung von Gußstücken im Anschluß an die Erstarrung eine Prozeßverkürzung bei verbesserter Gußkörperqualität zu erreichen.The aim of the invention is to achieve a process shortening with improved cast body quality in the cooling of castings following the solidification.

Explanation of the essence of the invention

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.The invention has for its object to provide a method that allows a significant shortening of the cooling time and a reduction in the cooling section length of modern molding systems while reducing the range of microstructure of the metallic matrix, the hardness and machinability and the amount of residual stresses in conventional operation ,

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.According to the invention, the object is achieved in that the casting immediately after falling below the solidus temperature in the strongest wall thickness of the casting separated from the mold and then immediately subjected to a controlled Abkühlregime. Here, the casting is cooled at an increased speed of moving air and when reaching the temperature range from the transition from predominantly plastic to predominantly elastic material behavior, which is for Fe-C alloys in the temperature range of 700 to 500 ⁰ C, in the thickest wall thickness of the casting as quickly as possible heated to temperatures in the range below the eutectoid conversion. It heating times of less than 5 minutes are selected and thereby a temperature balance between thin and thicker Gußstückpartien or even higher temperatures is achieved in the thinner wall thicknesses.

Im Anschluß daran wird eine schnelle Abkühlung des Gußteils bis auf Manipulations- bzw. Raumtemperatur vorgenommen. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können folgende Vorteile erzielt werden:Subsequently, a rapid cooling of the casting is carried out to manipulation or room temperature. With the method according to the invention, the following advantages can be achieved:

— die Abkühlungszeit gegenüber konventionellen Technologien auf etwa 10% verringert werden kann,The cooling time can be reduced to about 10% compared to conventional technologies,

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,the residual stresses against cooling in the mold are reduced to 50% to 100 ° C, i. on orders of magnitude otherwise only accessible by additional stress relief annealing,

— 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- In Fe-C cast materials by accelerating the eutectoid transformation in the thicker wall thickness of the casting, the formation of the metallic base structure between the strong and weak Gußstückpartien is similar and thus reduces differences in mechanical properties, in particular the hardness and thus the machinability

... werden,... become,

embodiment

Die Erfindung söirarrf nachfolgenden Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.The invention will be explained in more detail in the following exemplary embodiment.

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.Moldings in the form of a tenter frame are cast into single use molds made of GGL25. The casting has wall thicknesses between 20 and 40mm. After falling below the casting temperature below the solidus at about 1000 ⁰ C, the casting is separated from the mold.

Bei einer herkömmlichen Abkühlung im Formkasten wurde die technologisch mögliche Auspackungstemperatur in der starken Gußstückpartie nach 95 Minuten bei ca. 400⁰C erreicht.In a conventional cooling in the mold box, the technologically possible unpacking temperature in the strong casting section was reached after 95 minutes at about 400 ⁰ C.

Nach der Trennung von Form und Gußteil wird die Abkühlungsgeschwindigkeit mittels Luftdusche von etwa 0,4 K/s auf etwa 2,0K/s gesteigert.After separation of mold and casting, the cooling rate is increased by air shower from about 0.4 K / s to about 2.0 K / s.

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.After the temperature compensation between thin and thick Gußstückpartien, which is achieved by the fastest possible heating of the casting to temperatures below the eutectoid temperature in the annealing furnace, further accelerated cooling takes place. This cooling to room temperature is carried out at cooling rates of about 13 K / s in water with 1% Aqua-Plast. The total cooling time is reduced to about 10 minutes.

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.In the case of the casting cooled according to the invention, the residual stress in the 20 mm cross-section decreases by 7.0 MPa, while in the 40 mm cross-section the decrease in the residual stresses is about 8.0 MPa.

Die Härtedifferenz zwischen dem 20-mm-Querschnitt und dem 40-mm-Querschnitt verringert sich bei der Abkühlung entsprechend der Erfindung von 37HB auf 7HB.The difference in hardness between the 20 mm cross section and the 40 mm cross section decreases from 37HB to 7HB when cooled according to the invention.

Claims

A method for accelerated cooling of castings following solidification, characterized in that the castings immediately after falling below the solidus temperature in the thickest wall thickness of the casting separated from the mold, then cooled at a significantly increased speed, upon reaching the temperature range of the transition from Predominantly plastic for predominantly elastic material behavior in the thickest wall thickness of the casting of the fastest possible heating to temperatures in the range below theeuteutektoid conversion and then after reaching the temperature compensation, the castings a rapid cooling to the manipulation or room temperature are supplied.

Field of application of the invention

The invention relates to a method for accelerated cooling of cast iron castings following solidification, which can be used in all foundry plants.