DE10256837A1

DE10256837A1 - Verfahren zur Herstellung eines metallischen Gußteiles

Info

Publication number: DE10256837A1
Application number: DE2002156837
Authority: DE
Inventors: Ralf Gerke-Cantow; Ulrich Steinrücken
Original assignee: TITAN ALUMINIUM FEINGUS GmbH; TITAN-ALUMINIUM-FEINGUSS GmbH
Current assignee: TITAN ALUMINIUM FEINGUS GmbH; TITAN-ALUMINIUM-FEINGUSS GmbH
Priority date: 2002-12-04
Filing date: 2002-12-04
Publication date: 2004-06-24
Also published as: AU2003278130A1; WO2004050278A1; EP1569768A1

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Herstellung eines metallischen Gußteiles, insbesondere nach dem Feingußverfahren, insbesondere eines Gußteiles aus Aluminium oder aus einer aluminiumhaltigen Legierung, mittels Einbringen einer Metallschmelze in eine Gießform, insbesondere aus Keramik, vorgestellt, wobei die Gießform nach Einbringen derart auf eine Temperatur unter der entsprechenden Solidus-Temperatur der Metallschmelze gebracht ist oder wird, daß während der Phasenumwandlung flüssig-fest und/oder fest-fest eine rißverursachende Ausdehnung oder Schwindung bereits erstarrter Bereiche der Metallschmelze unterbleibt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines metallischen Gußteiles, insbesondere nach dem Feingußverfahren, insbesondere eines Gußteiles aus Aluminium oder aus einer aluminiumhaltigen Legierung, mittels Einbringen einer Metallschmelze in eine Gießform, insbesondere aus Keramik.
Bei der Herstellung von metallischen Gußteilen, insbesondere aus hochfesten Legierungen, entstehen häufig beim Abkühlen Risse, die sogenannten Warmrisse, die sich in den mechanischen Eigenschaften sehr negativ bemerkbar und oftmals die Gußteile unbrauchbar machen.
Problem der vorliegenden Erfindung ist es daher, diesen Nachteil zumindest zu vermindern bzw. zu vermeiden.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren nach Anspruch 1 sowie durch ein metallisches Gußteil nach Anspruch 8 gelöst.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines metallischen Gußteiles, insbesondere nach dem Feingußverfahren, insbesondere eines Gußteiles aus Aluminium oder aus einer aluminiumhaltigen Legierung, mittels Einbringen einer Metallschmelze in eine Gießform, insbesondere aus Keramik, ist (in diesem Fall wird die Gießform vor Eingießen der Metallschmelze auf eine entsprechende Temperatur unterhalb der Solidus-Temperatur gebracht) oder wird (in diesem Fall wird die Gußform vor Eingießen der Metallschmelze auf eine Temperatur gebracht, die höher als die Solidus-Temperatur der Metallschmelze ist, wobei nach Einbringen auf eine entsprechende Temperatur unterhalb der Solidus-Temperatur abgekühlt wird) die Gießform nach Einbringen derart auf eine Temperatur unterhalb der Solidus-Temperatur der Metallschmelze gebracht, daß während der Phasenumwandlung flüssig-fest eine rißverursachende Ausdehnung oder Schwindung bereits erstarrter Bereiche der Metallschmelze unterbleibt.
Aufgrund dieser speziellen Verfahrensführung findet kein Spannungsaufbau statt, der häufig zu den oben erwähnten unerwünschten Warmrissen führt, so daß nach vollständiger Phasenumwandlung (flüssig-fest) das Gußteil auf Raumtemperatur abgekühlt werden kann.
Beispielsweise beträgt für die Aluminiumlegierung A201 die Solidus-Temperatur 535°C. Das erfindungsgemäße Verfahren wird insbesondere bei der Herstellung von Feingußteilen, insbesondere bei der Herstellung von Aluminium bzw. aluminiumhaltigen Legierungen verwendet.
Zunächst ist es vorteilhaft, wenn die Metallschmelze zeitlich derart abgekühlt wird, daß die Dehnungsgeschwindigkeit der erstarrten Metallschmelze beim Abkühlen unterhalb der kritischen Rißentstehungsdehnungsgeschwindigkeit liegt, um im Vorfeld ein mögliches Potential zur Entstehung der unerwünschten Warmrisse auszuschließen.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die erstarrte Metallschmelze zeitlich derart abgekühlt wird, daß während einer Phasenumwandlung fest-fest eine rißverursachende Ausdehnung oder Schwindung von Bereichen der erstarrten Metallschmelze unterbleibt, um unerwünschte Spannungsrisse zu verhindern.
In der Praxis hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn die Abkühlung mittels eines Wärmeträgermediums kontrollierend gesteuert wird. Dabei kann es sich vorteilhafterweise um ein Wärmeträgermedium aus der Gruppe Wärmeträgeröle (bitte weitere Beispiele!), Metallschmelze (bitte weitere Beispiele!) Salzschmelze (bitte weitere Beispiele!) oder um einen mittels eines gasförmigen Mediums fluidisierten Feststoff in Granulatform, Puderform oder dergleichen oder aber um ein Gas handeln.
Begründet ist dies in den thermophysikalischen Eigenschaften der erwähnten Wärmeträgermedien, die relativ hohe Abkühlgeschwindigkeiten bei niedrigem Temperaturgradienten gewährleisten können.
Ein nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestelltes metallisches Gußteil weist quasi keine Warmrisse auf, was in Abhängigkeit der Legierungszusammensetzung zu exzellenten mechanischen Eigenschaften führen kann.
Die Erfindung wird anhand des nachfolgenden Ausführungsbeispieles näher erläutert.
Durch Begrenzung der Abkühlung nach der lokalen Erstarrung auf eine Temperatur unter Solidus wird die thermische Ausdehnung/Schwindung der bereits erstarrten Bereiche begrenzt und somit die Spannung im warmrißgefährdeten Bereich derart reduziert, daß Warmrisse nicht auftreten. Nach vollständiger Erstarrung kann das Gußteil durch beispielsweise Luft oder Wasser abgekühlt werden.
Eine filigrane Bauteilgeometrie wurde in der als warmrißanfällig geltenden Legierung A201: Cu 4 – 5; Mn 0,2 – 0,4; Mg 0,15 – 0,35; Ti 0,15 – 0,35 Rest Al (Angaben in Gewichtsprozent) (Solidustemperatur 535°C) gegossen. Ein Gußteil wurde im Standardfeinguß mit 730°C Gießtemperatur und 750°C Formtemperatur gegossen. Ein weiteres Gußteil wurde mit ebenfalls 730°C gegossen. Die Form wurde jedoch nur auf 700°C vorgeheizt. Nach Abguß wurde die Form kontrolliert in einer elektrisch beheizten Abkühlanlage auf 400°C abgekühlt. Das Gußteil, welches in der Abkühlanlage abkühlte, war frei von Warmrissen.
Durch gezielte Abkühlung kann eine Dehnungsgeschwindigkeit unterhalb der kritischen Dehnungsge schwindigkeit für Rißentstehung eingestellt werden. Somit können auch Spannungsrisse aufgrund von Gefügeveränderungen, die mit Volumenveränderungen verbunden sind, vermieden werden.
Der Prozeßablauf stellt sich wie folgt dar:

– vorhergehende konventionelle Prozeßschritte
– Vorheizen der Form
– Gießen
– Abkühlen auf T < Ts
– nach vollständiger Phasenumwandlung Abkühlung auf Raumtemperatur

Claims

Verfahren zur Herstellung eines metallischen Gußteiles, insbesondere nach dem Feingußverfahren, insbesondere eines Gußteiles aus Aluminium oder aus einer aluminiumhaltigen Legierung, mittels Einbringen einer Metallschmelze in eine Gießform, insbesondere aus Keramik, dadurch gekennzeichnet, daß die Gießform nach Einbringen der Schmelze derart auf eine Temperatur unterhalb der Solidus-Temperatur der Metallschmelze gebracht ist oder wird, daß während der Phasenumwandlung flüssig-fest eine rißverursachende Ausdehnung oder Schwindung bereits erstarrter Bereiche der Metallschmelze unterbleibt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallschmelze zeitlich derart abgekühlt wird, daß die Dehnungsgeschwindigkeit der erstarrten Metallschmelze beim Abkühlen unterhalb der entsprechenden kritischen Rißentstehungsdehnungsgeschwindigkeit liegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erstarrte Metallschmelze zeitlich derart abgekühlt wird, daß während einer Phasenumwandlung fest-fest eine rißverursachende Ausdehnung oder Schwindung von Bereichen der erstarrten Metallschmelze unterbleibt.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Abkühlung mittels eines Wärmeträgermediums kontrollierend gesteuert wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß es sich beim Wärmeträgermedium um eines aus der Gruppe Wärmeträgeröle, Metallschmelze, Salzschmelze handelt.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem Wärmeträgermedium um einen mittels eines gasförmigen Mediums fluidisierten Feststoff in Granulatform, Puderform oder dergleichen handelt.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem Wärmeträgermedium um ein Gas handelt.
Metallisches Gußteil, hergestellt nach einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7.