DE102004047850A1

DE102004047850A1 - Gussformteil mit hoher Festigkeit

Info

Publication number: DE102004047850A1
Application number: DE102004047850A
Authority: DE
Inventors: Andreas Güll; Andreas Hecker
Original assignee: FISCHER GEORG & CO KG GmbH; Georg Fischer GmbH
Current assignee: FISCHER GEORG & CO KG GmbH; Georg Fischer GmbH
Priority date: 2004-09-29
Filing date: 2004-09-29
Publication date: 2006-04-06

Abstract

Es wird ein Gussformteil (1) mit hoher Festigkeit vorgeschlagen, mit wenigstens einem Spannungen und/oder Verformungen ausgesetzten Bereich (3), dadurch gekennzeichnet, dass unmittelbar nach dem Gießvorgang Bereiche (2, 3, 4) mit unterschiedlichen Gefügestrukturen ausgebildet sind.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Gussformteil mit hoher Festigkeit, mit wenigstens einem Spannungen und/oder Verformungen ausgesetzten Bereich.
Im Fahrzeugbau werden Gussformteile eingesetzt, die hohen Belastungen, beispielsweise durch Spannungen und Verformungen, die von Aussen auf das Gusformteil einwirken, ausgesetzt sind. Wellen, wie beispielsweise die Kurbelwelle oder der Wellenstumpf des angetriebenen Rades, sind einer hohen Belastung durch Schwingungen ausgesetzt. Zu hohe Biegespannungen können zum Bruch führen. Weiterhin werden z. B. bei den Bremsen hohe Anforderungen an die Zähigkeit und Verschleissfestigkeit gestellt. Die Eigenschaften der Gussteile kann bei der Herstellung in der Giesserei verändert werden durch Wärmebehandlung oder durch Beimengung von festigkeitssteigernden Elementen wie Chrom, Nickel, Molybdän oder Kupfer. Oft wäre es wünschenswert, die Gefügestruktur der Gussteile lediglich in einem begrenzten Bereich zu verändern. Eine lokale Wärmebehandlung ist jedoch zeit- und kostenintensiv. Die Legierungselemente, die relativ teuer sind, müssen aber der gesamten Giessmasse gleichmässig verteilt beigegeben werden, also auch in den Bereichen, wo dies nicht erforderlich wäre. Eine weitere kosten- und zeitaufwendige Möglichkeit um die Festigkeit in einem begrenzten Bereich zu erhöhen, ist eine mechanische Nachbehandlung, wie beispielsweise Hämmern, Walzen oder Rollieren.
Aus der EP 362131 A1 ist ein Bremsklotz aus Gusseisen für Eisenbahnfahrzeuge bekannt, bei der im Übergangsbereich zwischen dem eigentlichen Bremskörper und dem Rücken des Bremsklotzes eine Armierung aus Stahl eingegossen wird. Der Bremskörper ist aus einem relativ spröden Gusseisen mit einem hohen Reibungskoeffizienten gegossen. Der Rücken, der zur Befestigung des Bremsklotzes dient, ist aus Sphäroguss gegossen. Die Armierung kann als Blechteil oder als Gitter aus Stahl ausgebildet sein. Die Armierung wird vor dem Giessen in die Form eingelegt und bleibt nach dem Giessvorgang erhalten. Die Armierung hat als Aufgabe bei einem Bruch des Bremsklotzes die Bruchstücke zusammen zu halten.
Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, ein Gussteil mit hoher Festigkeit anzugeben, das möglichst kostengünstig hergestellt werden kann und das eine möglichst lange Lebensdauer hat.
Diese Aufgabe wird gelöst durch Gussformteil mit hoher Festigkeit, mit wenigstens einem Spannungen und/oder Verformungen ausgesetzten Bereich, wobei unmittelbar nach dem Giessvorgang Bereiche mit unterschiedlichen Gefügestrukturen ausgebildet sind.
Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Es ist von Vorteil, dass möglichst wenig Legierungselemente an die Schmelze zugegeben werden müssen. Dies wird dadurch erreicht, dass in einem oberflächennahen Bereich des Gussformteiles eine Armierung angeordnet ist, wobei die Armierung aus Elementen ausgebildet ist, die die Festigkeit des Gussformteiles erhöhen, wie beispielsweise Cr, Ni, Mo und/oder Cu.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Figuren beschrieben. Es zeigen:
1 einen Schnitt durch ein erfindungsgemässes Gussformteil und
2 eine Sicht auf das Gussformteil von 1.
In 1 ist ein stopfenförmiges Gussformteil 1 geschnitten dargestellt. Das Gussformteil 1 ist rotationssymmetrisch und wird beispielsweise aus einer Gusseisenlegierung mit Kugelgraphit hergestellt. Das Gussformteil 1 kann jedoch auch asymmetrisch ausgebildet sein. Das Gussformteil 1 weist von oben nach unten gesehen einen Kopfbereich 2, einen Schulterbereich 3 und einen Zapfenbereich 4 auf. Im Schulterbereich 3 ist eine Armierung 5, hier als Beispiel ein korbförmiges Geflecht, dargestellt. Die Armierung 5 befindet sich mit den zylindrischen Teilen des Korbes in einem oberflächennahen Bereich 6 des Schulterbereiches 3.
Die Armierung 5 wird vor dem Giessvorgang in die Gussform eingebracht und fixiert. Die Armierung 5 kann mittels Kleber, mittels kleinen Stiften oder Kernen in der Gussform fixiert werden. Die Armierung 5 ist in 1 als ein korbförmiges Geflecht dargestellt, es kann jedoch auch eine andere Struktur verwendet werden. Im Wesentlichen ist die Armierung 5 eine Struktur mit geringer Wandstärke, das heisst mit einer grossen spezifischen Oberfläche, beispielsweise ausgedrückt im mm² pro Gramm. Die Armierung kann somit auch als Streckgitter, Lochblech, Netz oder als eine Schaumstruktur ausgebildet sein. Die Armierung 5 kann auch als ein dünnwandiges Blechteil oder ein rohrförmiges Teil ausgebildet sein. Damit wird erreicht, dass die Armierung 5 sich beim Giessvorgang leicht auflösen kann.
Das Material der Armierung 5 besteht hauptsächlich aus Elementen, die die Festigkeit der Gusseisenlegierung erhöhen. Hierfür werden so genannte Vorlegierungen verwendet, die einen hohen Gehalt an Chrom, Nickel, Molybdän, Kupfer oder anderen Elementen aufweisen, die einen festigkeitssteigernden Einfluss auf die Gefügestruktur des Gusseisens haben. Anstelle von Vorlegierungen können für die Armierung 5 auch die reinen Metalle verwendet werden. Die Form der Armierung 5 wird an die Oberfläche 6 des Gussformteiles 1 angepasst. Das Gewicht der Armierung 5 wird so gewählt, dass beim Giessvorgang ausreichend Material zur Verfügung steht um im oberflächennahen Bereich 6 durch Diffusion lokal eine andere Gefügestruktur auszubilden. Durch eine geeignete Wahl des Gewichtes, der Wandstärke, der Form und der Struktur der Armierung 5 wird erreicht, dass die Armierung 5 sich beim Giessvorgang nicht zu schnell auflöst und von der einströmenden Schmelze weggespült wird. Die Armierung 5 wird so dimensioniert und platziert, dass die Veränderung der Gefügestruktur im Gussformteil 1 nur im oberflächennahen Bereich 6 des Schulterbereiches 3 zustande kommt. Die Dimensionierung, die Platzierung und ein geeignetes Giessverfahren führen dazu, dass im Gussformteil 1 gezielt, das heisst genau in den gewünschten Bereichen, eine höhere Festigkeit des Gussformteils 1 erreicht wird.
In 2 ist das stopfenförmige Gussformteil von 1 von oben gesehen dargestellt. Mit gestrichelten Linien ist die Wand 7 des zylindrischen Bereiches der Armierung 5 angedeutet.
Die Gussformteile 1, die mit der hier beschriebenen Armierung 5 hergestellt werden, können als tragende und/oder antreibende Teile im Fahrzeugbau, beispielsweise als Teile von Radachsen, oder auch als Befestigungsteile oder Rahmenanbauteile eingesetzt werden. Die so hergestellten Teile erfordern keine aufwendige Nachbehandlung wie Walzen oder Rollieren um die Festigkeit der Bereiche zu erhöhen, die im Betrieb Spannungen und/oder Verformungen ausgesetzt sind. Bei Gussformteilen 1, wobei der Bereich mit der höheren Festigkeit klein im Verhältnis zum restlichen Gussformteil ist, können teure Legierungsmetalle und aufwendige Kontrollen beim Einstellen der Legierung eingespart werden, weil die Schmelze nicht auf die gewünschte Legierung eingestellt werden muss. Nach dem Giessvorgang ist keine zeitraubende Wärmebehandlung erforderlich um lokal Bereiche mit einer höheren Festigkeit zu erzeugen.

Claims

Gussformteil (1) mit hoher Festigkeit, mit wenigstens einem Spannungen und/oder Verformungen ausgesetzten Bereich (3), dadurch gekennzeichnet, dass unmittelbar nach dem Giessvorgang Bereiche (2, 3, 4) mit unterschiedlichen Gefügestrukturen ausgebildet sind.
Gussformteil nach dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Spannungen und/oder Verformungen ausgesetzter Bereich (3) in einem oberflächennahen Bereich (6) des Gussformteiles (1) mit einer Gefügestruktur ausgebildet ist, die eine höhere Festigkeit als der Rest des Gussformteiles (1) aufweist.
Gussformteil nach mindestens einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in dem oberflächennahen Bereich (6) eine Armierung (5) angeordnet ist.
Gussformteil nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Armierung (5) aus mindestens einem der festigkeitssteigernden Elementen Cr, Ni, Mo und/oder Cu ausgebildet ist.
Gussformteil nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Armierung (5) als ein Streckgitter, ein Lochblech, ein Netz oder eine Schaumstruktur ausgebildet ist.
Gussformteil nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Armierung (5) als ein Blechteil oder ein Rohrformteil ausgebildet ist.
Gussformteil nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Armierung (5) beim Giessvorgang derart im Gussformteil (1) auflösbar ist, dass die festigkeitssteigernden Elemente in den oberflächennahen Bereich (6) durch Diffusion abgegeben werden und hier eine bereichsweise Veränderung der Gefügestruktur verursachen.
Verfahren zur Herstellung von Gussformteilen nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass im Gussformteil (1) gezielt Bereiche (3, 6) mit erhöhter Festigkeit erzeugt werden.
Verfahren zur Herstellung von Gussformteilen nach dem Anspruch 8, gekennzeichnet durch folgende Schritte: – Bereitstellen einer Armierung (5) aus festigkeitssteigernden Elementen, – Fixieren der Armierung (5) benachbart der Oberfläche (6) des Gussformteils (1) im Ober- und/oder Unterkasten der Gussform mittels Kernen, Stiften oder Kleber und – Umgiessen der Armierung (5) mit der Schmelze, derart dass die Armierung (5) von der Schmelze aufgelöst wird und im oberflächennahen Bereich (6) des Gussformteiles (1) diffundiert.
Verwendung von Gussformteilen nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Gussformteile (1) als tragende und/oder antreibende Fahrwerksteile im Fahrzeugbau eingesetzt werden.