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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Gießen eines Gussbauteils aus einer Metallschmelze, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft außerdem ein mittels dieses Verfahrens hergestelltes Gussbauteil.
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Aus der
DE 10 2006 006 132 A1 ist ein gattungsgemäßes Verfahren zum Gießen eines Gussbauteils aus einer Metallschmelze bekannt, bei dem mindestens ein Metalleinsatz, der den von der Gießform umgebenden Formhohlraum mindestens abschnittsweise begrenzt, an einer Wand eines der Gießformteile positioniert und gehalten wird. Der Metalleinsatz wird dabei in seiner Position mindestens für eine bestimmte Haltedauer mittels magnetischer Kräfte gehalten, die von einem Magneten ausgeübt werden, der auf der vom Metalleinsatz abgewandten Seite der Wand des Gießformteils angeordnet wird. Hierdurch sollen sich auf einfache und dennoch zuverlässige Weise Gießformen mit in dem Formhohlraum vorgesehenen Metalleinsätzen montieren lassen.
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Aus der
DE 44 31 713 A1 ist eine Vorrichtung zum Herstellen von Gussbauteilen unter Verwendung von mindestens einer in einer Gießform eingebetteten und einen Formhohlraum bereichsweise umschließenden Kühlkokille zur Herbeiführung einer beschleunigten Oberflächenabkühlung des Gießwerkstoffs bekannt. Damit eine optimale Abschreckwirkung herbeigeführt werden kann, ohne den gesamten Arbeitsablauf, insbesondere spätere Formen, in nachhaltiger Weise zu beeinflussen, wird vorgeschlagen, dass bei Gussbauteilen, deren beschleunigt abzukühlende Bereiche erhabene bzw. tiefer gelegene Abschnitte aufweisen, die Kühlkokille diesen Oberflächenkonturen angepasst ist und zumindest die den tieferliegenden Gussbauteilabschnitten zugeordneten Abschnitte der Kühlkokille aus einem Werkstoff bestehen, dessen linearer Wärmeausdehnungskoeffizient α höher ist als der des Gießwerkstoffs.
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Generell sind aus dem Stand der Technik Kühlkokillen in Form von Metalleinsätzen oder Gießformteilen bekannt, die der Kontur des zu gießenden Gussbauteils angepasst sind. Nachteilig bei derartigen Kühlkokillen sind jedoch deren vergleichsweise aufwendige Herstellung sowie deren vergleichsweise schwierige Integration in eine Gießform. Kühlkokillen sind dabei dafür vorgesehen, die flüssige Metallschmelze möglichst schnell erstarren zu lassen, um einen Rückfluss zu verhindern, insbesondere wenn der äußere Druck auf die Metallschmelze reduziert wird. Darüber hinaus kann mittels derartiger Kühlkokillen erreicht werden, dass lokale Gefügeveränderungen erzielt werden, wie beispielsweise eine erhöhte Feinkörnigkeit sowie eine Reduzierung der Porosität und Lunker.
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Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich daher mit dem Problem, für ein Verfahren der gattungsgemäßen Art eine verbesserte oder zumindest eine alternative Ausführungsform anzugeben, mittels dem eine lokale Beeinflussung eines Gefüges beim Gießen eines Gussbauteils vergleichsweise einfach erreicht werden kann.
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Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, anstelle bislang aus dem Stand der Technik bekannter und vergleichsweise aufwendiger Kühlkokillen, erstmals einen Opferdraht, einen Impfdraht und/oder einen Legierungsdraht zu verwenden, der/die ebenso wie eine Kühlkokille eine Wärmesenke bildet/bilden und dadurch eine lokale Gefügeveränderung beim Gießen eines Gussbauteils aus einer Metallschmelze bewirkt. Das erfindungsgemäße Verfahren zum Gießen eines Gussbauteils aus einer Metallschmelze nutzt dabei eine einen Formhohlraum bildende Gießform, in der der zuvor beschriebene und erfindungsgemäßen Opferdraht, Impfdraht und/oder Legierungsdraht platziert wird. Der Opferdraht ist dabei aus einem Werkstoff mit vergleichsweise hoher Wärmeleitfähigkeit ausgebildet und schmilzt beim Einfüllen der flüssigen Metallschmelze in die Gießform. Durch das Schmelzen wird die Wärmesenke bereitgestellt. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lässt sich somit vergleichsweise einfach und insbesondere auch ohne aufwändige Halteeinrichtungen eine lokale Wärmesenke in einer Gießform positionieren, wodurch lokale Gefügebeeinflussungen vergleichsweise einfach möglich sind. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann darüber hinaus erreicht werden, dass bei Folgeprozessen nach dem Gießen, wie beispielsweise einem Entsanden, einem Putzen oder einem Zerspanen, zunächst keine Kühlkokillen oder Hülsen zu entfernen sind, wodurch insbesondere Fertigungsvorteile erzielbar sind. Zugleich können mit dem erfindungsgemäßen Vorsehen des Opferdrahtes bzw. des Impfdrahtes und/oder des Legierungsdrahtes auch eine Reduzierung bzw. Vermeidung von Gussfehlern, wie beispielsweise Gefügeauflockerungen oder Lunkern, erreicht sowie die Materialeigenschaften in diesem Bereich gezielt beeinflusst werden.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung wird ein Einsatz verwendet wird, der mit dem Opferdraht, dem Impfdraht und/oder dem Legierungsdraht umwickelt wird. Als Einsatz kann dabei insbesondere ein Kernzapfen verwendet werden. Ein derartiger Kernzapfen lässt sich besonders einfach mit dem erfindungsgemäßen Opferdraht bzw. mit dem erfindungsgemäßen Impfdraht/Legierungsdraht umwickeln, so dass vergleichsweise einfach die zur schnelleren Erstarrung und insbesondere auch zur Verhinderung eines unerwünschten Rückflusses der Metallschmelze bei einer Druckentlastung erforderliche Wärmesenke hergestellt werden kann. Ein derartiger Kernzapfen bildet nach dem Entformen des Gussbauteils beispielsweise eine Bohrung oder ein Lager.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung weist der Impfdraht einen Hohlraum auf, in welchem Substanzen angeordnet sind, die beim Einfüllen der flüssigen Metallschmelze in das Gussbauteil eindringen. Durch die Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens mit dem Impfdraht ist es somit möglich, weitere, insbesondere das Gefüge des Gusswerkstoffes beeinflussende, Substanzen in dieses einzubringen, wodurch beispielsweise die Festigkeit oder generell eine Porosität beeinflusst werden kann. Generell ist es mit dem erfindungsgemäßen Impfdraht auch möglich, die Festigkeitseigenschaften des gesamten Gussbauteils lokal zu beeinflussen, wodurch insbesondere lokalen Belastungen besser Rechnung getragen werden kann.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die 1 zeigt eine Gießform mit einem als Kernzapfen ausgebildeten Einsatz, der von einem erfindungsgemäßen Opferdraht, Impfdraht oder Legierungsdraht umwickelt ist.
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Entsprechend der 1 ist eine Gießform 1 gezeigt, in welcher ein als Kernzapfen 2 ausgebildeter Einsatz 3 gehalten ist. Die Gießform bildet einen Formhohlraum. Um nun insbesondere die gefügetechnischen Eigenschaften eines Gießwerkstoffs beeinflussen zu können, wird der Einsatz 3 mit einem Opferdraht 4, einem Impfdraht 5 und/oder einem Legierungsdraht 7 umwickelt, wobei sich dieser Opferdraht 4 bzw. der Impfdraht 5 oder der Legierungsdraht 7 beim Einfüllen einer flüssigen Metallschmelze in die Gießform auflöst, das heißt schmilzt, und dadurch eine Wärmesenke bildet. Durch das Bilden dieser Wärmesenke lassen sich insbesondere Gussfehler, insbesondere unerwünschte Poren oder Lunker, vermeiden. Dabei ist selbstverständlich klar, dass der Opferdraht 4, der Impfdraht 5 und der Legierungsdraht 7 alternativ oder in Kombination eingesetzt werden können.
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Der Opferdraht 4 weist dabei üblicherweise einen deutlich höheren Wärmeleitkoeffizienten auf als die Metallschmelze und wird dadurch von dieser aufgeschmolzen, wodurch der Metallschmelze Energie entzogen und diese dadurch lokal gekühlt wird. Wird ein Impfdraht 5 verwendet, so weist dieser üblicherweise einen Hohlraum 6 auf, in welchem Substanzen angeordnet sein können, die beim Einfüllen der flüssigen Metallschmelze und dem damit verbundenen Schmelzen des Impfdrahts 5 freigesetzt werden und in die Metallschmelze bzw. das Gussbauteil eindringen. Hierbei erfolgt insbesondere auch ein Mischen der in dem Hohlraum 6 des Impfdrahtes 5 angeordneten Substanzen mit der Metallschmelze, wodurch deren Werkstoffeigenschaften und darüber auch die späteren Bauteileigenschaften des Gussbauteils beeinflusst werden können.
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Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Gießen eines Gussbauteils aus einer Metallschmelze mit der Verwendung des erfindungsgemäßen Opferdrahtes 4 bzw. des erfindungsgemäßen Impfdrahtes 5 oder des Legierungsdrahtes 7 lässt sich insbesondere auch ein gestaltbarer, optimierter Erstarrungsprozess zur Verbesserung des Gussgefüges erreichen. Darüber hinaus entfällt bei dem erfindungsgemäßen Verfahren das bislang erforderliche Entfernen von Kühlkokillen oder Hülsen vor einem nachfolgenden Bearbeiten, wie beispielsweise einem Putzen oder Zerspanen. Durch eine entsprechende Werkstoffauswahl des Opferdrahtes 4 bzw. des Impfdrahtes 5 oder des Legierungsdrahtes 7 und insbesondere durch spezielle in dem Hohlraum 6 des Impfdrahtes 5 angeordnete Substanzen, kann darüber hinaus zumindest lokal Einfluss auf die Materialeigenschaften des herzustellenden Gussbauteils genommen werden, insbesondere kann darüber beispielsweise dessen Festigkeit bzw. Zähigkeit beeinflusst werden.
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Der Legierungsdraht 7 kann auch eine Ummantelung aufweisen, die zu einem vordefinierten Zeitpunkt schmilzt, wodurch erreicht werden kann, dass der Legierungsdraht 7 nicht bereits bei einem ersten Kontakt mit der flüssigen Metallschmelze schmilzt und mit der Metallschmelze mitbewegt wird. Der erfindungsgemäße Opferdraht 4 bzw. der erfindungsgemäß Impfdraht 5 oder der Legierungsdraht 7 kann dabei an einer genau gewünschten Stelle im Formhohlraum der Gießform 1 eingelegt werden, an welcher die Gefügebeeinflussung des späteren Gussbauteils gewünscht ist.
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Der erfindungsgemäße Opferdraht 4, Impfdraht 5 und/oder der Legierungsdraht 7 lassen sich dabei vergleichsweise einfach in der Gießform 1 positionieren und halten und werden darüber hinaus beim Gießen des Gussbauteils aufgelöst, wodurch die lokale Beeinflussung der Gefügeeigenschaften und insbesondere der Festigkeitseigenschaften des herzustellenden Gussbauteils kostengünstiger und technisch einfacher möglich ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102006006132 A1 [0002]
- DE 4431713 A1 [0003]
