DE10026795A1 - Verfahren zur Herstellung endformnaher Bauteile aus metallischen Werkstoffen und Verbundwerkstoffen - Google Patents
Verfahren zur Herstellung endformnaher Bauteile aus metallischen Werkstoffen und VerbundwerkstoffenInfo
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- B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
- B22D17/00—Pressure die casting or injection die casting, i.e. casting in which the metal is forced into a mould under high pressure
- B22D17/007—Semi-solid pressure die casting
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung endformnaher Bauteile mittels eines Thixoforming-Prozesses. Dabei werden Bolzen aus einem metallischen Werkstoff oder aus einem Verbundwerkstoff erwärmt, so dass das Material thixotrop wird. Die aufzuheizenden Bolzen sind durch eine Hülle aus einem Metall oder einer metallischen Legierung mit einer höheren Schmelztemperatur als die Verarbeitungstemperatur des aufzuheizenden Bolzens vollständig oder teilweise eingehüllt. Die Bolzen werden nach Erreichen der thixotropen Struktur mit der Umhüllung in eine Gießkammer eingebracht und das Bolzenmaterial wird dort aus der Umhüllung herausgedrückt.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung endformnaher Bauteile aus
metallischen Werkstoffen und aus Verbundwerkstoffen gemäß dem Oberbegriff des
Anspruchs 1.
Für die Herstellung von endformnahen Bauteilen mittels Thixoforming-Verfahren
werden Bolzen mit einer geeigneten Gefügestruktur in der Regel durch
elektromagnetische Induktion derart in das Zweiphasengebiet erwärmt, dass das
Material thixotrop wird und vergossen oder verpresst werden kann. Dabei entsteht
eine thixotrope Gefügestruktur, bei der globulitische feste Gefügebestandteile in
eine schmelzflüssige Matrix eingebettet sind. Bei der Durchführung des Verfahrens
ist die Temperaturkontrolle und die Haltezeit bei dieser Temperatur von
entscheidender Bedeutung. Ist die Temperatur oder die Haltezeit zu hoch gewählt,
verlieren die Bolzen ihre Formstabilität und sind nicht mehr handhabbar.
Insbesondere bei Verfahren, bei welchen die Bolzen in einer senkrechten Position
erwärmt werden, wird der einstellbare Flüssigkeitsanteil des Bolzens durch seine
Stabilität gegenüber seinem eigenen Gewicht eingeschränkt.
Weiterhin kann während des Aufheiz- und Halteprozesses teilweise eine
Segregation der schmelzflüssigen Gefügebestandeile entstehen. Hierdurch kommt
es zur unerwünschten inhomogenen Verteilung der Gefügebestandteile im Bolzen.
Aus den Bolzen austretende schmelzflüssige Phase führt zum Abtropfen von
Material, welches nach dem Stand der Technik in speziellen Schalen aufgefangen
wird. Dies führt zu unerwünschten Verschiebungen der chemischen
Gesamtzusammensetzung der Bolzen und zu Abweichungen der Volumen
verschiedener Bolzen beim Gießprozess, wodurch die genaue und reproduzierbare
Regelung des Gießprozesses eingeschränkt wird. Das abgetropfte Material muss
nach dem Aufheizprozess und der Entnahme des Bolzens umständlich mit Hand
oder maschinell aus den Schalen entfernt werden. Die Schalen bestehen aus
Keramiken, höherschmelzenden Metallen, z. B. Stahl, oder Verbundkonstruktionen
aus Keramik und Metall. Durch die thermischen und mechanischen Belastungen und
die Wechselwirkung mit Bolzenmaterial während des Aufheizprozesses werden
Schalen aus Keramik schnell rissig, es kommt zu Ausbrechungen und zur
Zerstörung der Schale. Schalenmaterialien aus höherschmelzendem Metall, z. B.
Stahl, haben den Nachteil, dass sie mit einer Beschichtung (Schlichte) versehen
werden müssen, welche regelmäßig nach wenigen Prozessdurchläufen erneuert
werden muss. Außerdem wird die Energiebilanz der induktiven Bolzenerwärmung
durch die hohe Einkopplung und Erwärmung des Schalenmaterials bei Metallschalen
erheblich verschlechtert.
Aufgabe der Erfindung ist es, das gattungsgemäße Verfahren so weiterzubilden,
dass die oben beschriebenen Nachteile vermieden werden.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Die
Unteransprüche stellen vorteilhafte Weiterbildungen dar.
Gemäß der Erfindung werden die aufzuheizenden Bolzen in eine Hülle aus einem
höherschmelzenden Werkstoff vollständig oder teilweise eingehüllt. Der
Hüllenwerkstoff kann Metall oder eine metallische Legierung sein. Die Bolzen
bleiben in dieser Umhüllung während des gesamten Prozesses des Aufheizens und
Haltens bei hohen Temperaturen und werden so in die Gießkammer einer
Gießanlage oder in das Gesenk einer Presse gegeben. Auf diese Weise wird das
Austreten und Abtropfen von schmelzflüssiger Phase aus dem Bolzen verhindert.
Ferner wird der Bolzen durch die Umhüllung mechanisch stabilisiert. In der
Gießkammer der Druckgießanlage erfolgt durch den Druck des Gießkolbens ein
Herauspressen des thixotropen Bolzenmaterials aus der Umhüllung. Das
Umhüllungsmaterial verbleibt im Pressrest und wird vom Bauteil abgetrennt.
Aufgrund der geringen Dicke des Umhüllungsmaterials, insbesondere bei
Verwendung von Folien, sind die Energieverluste bei der induktiven Erwärmung des
Bolzens sehr gering.
Teilweise Umhüllung des Bolzens eignet sich insbesondere für vertikale
Aufheizverfahren.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Umhüllungsmaterial, insbesondere eine
Umhüllungsfolie, ein- oder beidseitig mit einer Beschichtung versehen wird, welche
eventuell stattfindende Diffusionsprozesse (zu denen es bei hohen
Presstemperaturen kommen kann, wodurch die Schmelztemperatur der Folie
verringert wird) einschränkt oder ganz verhindert. Hierfür sind insbesondere
Oxidschichten, aber auch Nitrid- oder Karbidschichten, geeignet. Diese sind auch
bei hohen Prozesstemperaturen beständig und können bei einem späteren
Wiedereinschmelzen des Pressrestes einfach aus der Schmelze entfernt werden.
Durch die Verwendung von Folien auf Aluminiumbasis für Bolzen aus
Aluminiumlegierungen und Magnesiumlegierungen bleibt das anfallende
Kreislaufmaterial sortenrein bzw. enthält keine metallurgisch bedenklichen
Legierungsbestandteile. Durch die Schutzschicht und die Aluminiumfolie wird der
Kontakt des teilflüssigen thixotropen Materials mit der Gießkammer stark reduziert,
wodurch eine Verminderung des Trennmittelauftrages in der Gießkammer möglich
wird. Durch die Folienhülle wird der Bolzen von der Umgebungsatmosphäre
abgeschlossen, brennbare Materialien können sich nicht entzünden. Bei einer
Kombination von mehreren beschichteten bzw. unbeschichteten
Umhüllungsmaterialien ist es vorteilhaft, wenn die dem Bolzen zugewandte Seite
mit einer Schicht versehen ist, welche Diffusionsprozesse unterbindet oder
verlangsamt, und die außenliegende Seite mit einer Schicht versehen ist, welche
die Reibung mit der Gießkammerwand oder der entsprechenden Gesenkwand
verringern soll.
Claims (9)
1. Verfahren zur Herstellung endformnaher Bauteile mittels Thixoforming-
Prozesses, bei dem ein Bolzen aus einem metallischen Werkstoffen oder aus
einem Verbundwerkstoffen erwärmt wird, so dass das Material thixotrop wird
und anschließend vergossen wird, dadurch gekennzeichnet, dass die
aufzuheizenden Bolzen durch eine Hülle aus einem Metall oder einer
metallischen Legierung mit einer höheren Schmelztemperatur als die
Verarbeitungstemperatur des aufzuheizenden Bolzens mindestens teilweise
umhüllt werden und dass der Bolzen nach Erreichen der thixotropen Struktur mit
der Umhüllung in eine Gießkammer eingebracht und das Bolzenmaterial aus der
Umhüllung herausgedrückt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülle eine Folie,
Dose oder ein Blech ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Folien
oder Bleche ein- oder beidseitig mit einer Schutzschicht versehen werden.
4. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass als Umhüllung eine Kombination aus beschichteten Folien
oder Blechen, oder aus unbeschichteten und beschichteten Materialien
verwendet wird.
5. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die Folien oder Bleche aus Aluminium bestehen.
6. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die
Schutzschicht Oxid-, Nitrid- oder Karbidschicht ist.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzschicht
durch Oxidation, insbesondere durch anodische Oxidation, erzeugt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht durch
Sol-Gei-Reaktion erzeugt wird.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass der Bolzen vollständig umhüllt wird.
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Publication Number | Publication Date |
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DE10026795A1 true DE10026795A1 (de) | 2002-01-03 |
DE10026795C2 DE10026795C2 (de) | 2002-05-08 |
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Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE10026795C2 (de) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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-
2000
- 2000-05-31 DE DE2000126795 patent/DE10026795C2/de not_active Expired - Fee Related
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Non-Patent Citations (2)
Title |
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Prof. Dr.rer.nat. R. TELLE: Keramische Werkzeugma-teralien für das Thixoforming, Werkblatt der RWTH Aachen, verteilt auf der Messe, Materialica am 30.09.99 in München * |
R. MOSCHINI: Serienfertgigung von Treibstoffverteilschienen nach dem Thixocasting-Verfahren ... in: Giesserei-Praxis Nr. 9/10, 1997, S. 209-211 * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE10026795C2 (de) | 2002-05-08 |
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