DE1188766B

DE1188766B - Verfahren zum Auskleiden von Giessformen fuer die Metalle der Elementengruppe IV-B des Periodischen Systems

Info

Publication number: DE1188766B
Application number: DEM34318A
Authority: DE
Inventors: Theodore Operhall
Original assignee: Howe Sound Co
Current assignee: Howe Sound Co
Priority date: 1957-05-28
Filing date: 1957-05-28
Publication date: 1965-03-11

Description

Verfahren zum Auskleiden von Gießformen für die Metalle der Elementengruppe IV-B des Periodischen Systems Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Formauskleidung von Formen zum Gießen von Metallen der Elementengruppe IV-B des Periodischen Systems und betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer derartigen Gießformauskleidung, sowie ein Verfahren zum Ausformen eines Gußstückes aus einer solchen Form.
Die wichtigsten Vertreter dieser in Frage stehenden Elementengruppe sind: Titan, Zirkon und Hafnium. Im Schmelzfluß sind diese Metalle äußerst reaktionsfreudig. Man muß daher, in ganz besonderem Maße bei Titan, beim Erschmelzen und Vergießen diese Metalle von reaktionsfähigen Gasen, wie Sauerstoff, Wasserstoff, Stickstoff oder von Kohlenstoff sowie deren Verbindungen, abschließen. Die gleiche Vorsichtsmaßnahme ist auch bei Legierungen dieser Metalle zu beachten, wie sie häufig verwendet werden. Erschwerend ist dabei noch die hohe Lösungsgeschwindigkeit für verschiedene Gase, mit Ausnahme der inerten Gase, und die hohe Affinität der geschmolzenen Metalle der Elementengruppe IV-B zu anderen Metallen und Metalloxyden, darunter besonders dem Siliziumoxyd, wodurch die Herstellung eines Abgusses halbwegs annehmbarer Güte bisher fast unmöglich war.
Das der Erfindung zugrunde liegende Problem liegt darin, ein Verfahren zu schaffen, das ein relativ einfaches Vergießen der Metalle dieser Elementengruppe ermöglicht, wobei sich die Erfindung der an sich bekannten Gießformauskleidung bedient.
Es ist bekannt, Gießformen mit metallischen Schutzschichten auszukleiden, wobei zur Herstellung der Auskleidung auch Metalle verwendet werden, die in ihrer Zusammensetzung dem zu vergießenden Metall entsprechen. Ferner ist es bekannt, dünne Metallschutzschichten auf Gießformen mit Hilfe von Vakuumverdampfung aufzubringen.
Die Herstellung derartiger Schutzschichten aus Metallen der Gruppe IV-B des Periodischen Systems ist bisher nicht gelungen. Es ist die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe, ein Verfahren zu schaffen, nach dem Formen zum Vergießen dieser Metalle mit einer Schutzschicht des gleichen Metalls ausgekleidet werden können.
Gemäß der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß auf ein ausschmelzbares Modell eine zusammenhängende dünne Sperrschicht gleicher Zusammensetzung wie das Gießmetall niedergeschlagen wird, dann das Modell mit der Sperrschicht eingeformt und dann das Modell ausgeschmolzen wird. Dabei kann auf die Sperrschicht eine Schicht eines Metalls großer Wärmeleitfähigkeit, vorzugsweise Kupfer, aufgebracht werden. Beim Ausgießen einer so hergestellten Form wird vorzugsweise die Form vor dem Ausgießen in einer Edelgasatmosphäre auf etwa 815 bis 1093° C vorgewärmt und gehalten. Beim Ausformen des Gußstückes wird die gegebenenfalls zusätzlich aufgebrachte Metallschicht hoher Wärme-Leitfähigkeit von der Sperrschicht mechanisch, elektrolytisch oder chemisch entfernt.
Durch dieses Verfahren gemäß der Erfindung wird das vergossene Metall der Elementengruppe IV-B des Periodischen Systems durch eine Sperrschicht aus einem gleichartigen Metall gegen chemische Reaktionen mit bzw. Verunreinigungen durch die Formstoffe geschützt und auf diese Weise ein Abguß in bisher nicht erreichbarer Qualität möglich. Mit der erfindungsgemäßen zusätzlichen Niederschlagung einer weiteren Metallschicht mit großer Wärmeleitfähigkeit auf die Sperrschicht erreicht man eine sehr gute Wärmeabführung und verhindert eine Zerstörung der Sperrschicht durch das Gießmaterial.
Die Metalle dieser Elementengruppe, und insbesondere Titan, sind als Schmelze nur schwer zu handhaben, und sie können nicht mittels galvanischer oder chemischer Verfahren in Schichten niedergeschlagen werden. Gemäß der Erfindung wird eine Metallschicht der benötigten Dicke auf ein gusschmelzbares Modell im Vakuum aufgedampft. Dies geschieht in einer Vakuumkammer bei einem Vakuum von etwa 0,0001 bis 0,001 Torr auf bekannte Weise. Die Dicke der auf diese Weise hergestellten metallischen Sperrschicht schwankt zwischen 250 - 10-7 und 765 - 10-5 mm. Schichten von etwa 127 - 10-e mm Dicke bringen eine befriedigende Wirkung. Die Verwendung von Metallegierungen der genannten Elementengruppe an Stelle der reinen Metalle stellt in der Praxis kein besonderes Problem dar, weil die Sublimierung des reinen Metalls aus einer Metallegierung keine ins Gewicht fallende Veränderung der Legierung zur Folge hat. Trotz der sehr geringen Stärke des im Vakuum aufgebrachten Überzuges bildet er eine ausreichend feste metallische Sperrschicht.
Wenn durch die Hitze des Gußstückes die Sperrschicht schmelzen sollte, ist eine chemische Reaktion mit den Formstoffen möglich. Um dies zu verhindern, kann auf die Sperrschicht erfindungsgemäß ein zweiter Überzug eines Metalls guter Wärmeleitfähigkeit, vorzugsweise mit einer Dicke zwischen 250 - 10-4 und 130 - 10-3 mm auf beliebige bekannte Weise aufgebracht werden. Durch diese Metallschicht großer Wärmeleitfähigkeit, beispielsweise aus Kupfer, wird die während des Gießens an die Sperrschicht abgeführte Wärme so schnell abgeführt, daß die Temperatur der Sperrschicht unter dem Schmelzpunkt bleibt. Durch die dabei erreichte schnelle Erstarrung der Oberfläche des Gußstückes wird die Wirkung möglicher Oxydationserscheinungen weitgehend herabgesetzt. Sollte es notwendig werden, die Wärmeabführung zu verstärken, kann die zweite, auf die Sperrschicht aufgebrachte wärmeleitfähige Metällschicht mit zusätzlichen Kühlelementen verbunden werden. Bei der Herstellung dünnwandiger Gußstücke reicht jedoch im allgemeinen .die Wärmeabführung durch die Sperr- und Wärmeableitschicht aus, um eine Zerstörung der Sperrschicht zu verhindern.
Die zum Vergießen jedes anderen der Metalle der Elementengruppe IV-B des Periodischen Systems zur Anwendung kommenden Verfahren sind dem für Titan erläuterten Verfahren im wesentlichen gleich, da die physikalischen und chemischen Eigenschaften, wie Schmelzpunkte usw., einander ähnlich sind. Das gilt auch für die Gießverfahren mit den Legierungen dieser Elementengruppe, wenn auch die Gießtemperatur der Legierungen von derjenigen der reinen Metalle abweicht.

Claims

Patentansprüche: 1. Verfahren zum Auskleiden von Formen für das Vergießen von Metallen der Elementengruppe IV-B des Periodischen Systems, dadurch gekennzeichnet, daß auf einem ausschmelzbaren Modell eine zusammenhängende dünne Sperrschicht gleicher Zusammensetzung wie das Gießmetall niedergeschlagen, mit dem Modell eingeformt und schließlich das Modell ausgeschmolzen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein weiteres Metall großer Wärmeleitfähigkeit auf dem mit einer Sperrschichtversehenen Modell niedergeschlagen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Niederschlag auf der Sperrschicht Kupfer enthält.
4. Verfahren zum Gießen in eine nach einem der Ansprüche 1 bis 3 hergestellte Form, dadurch gekennzeichnet, daß die Form in einer Edelgasatmosphäre auf etwa 815 bis 1093° C erhitzt und dann ausgegossen wird, während die Form in dieser Atmosphäre auf gleicher Temperatur gehalten wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das zu vergießende Metall und die Auskleidung Titan sind.
6. Verfahren zum Ausformen eines Gußstückes aus einer nach Anspruch 2 oder 3 hergestellten Gießform, dadurch gekennzeichnet, daß die außenliegende Schicht des Metalls großer Wärmeleitfähigkeit vom Gußstück mechanisch, elektrolytisch oder chemisch entfernt wird. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 383 944, 660 590, 865 696; USA.-Patentschriften Nr. 2 290 305, 2 273 543.