DE1280494B - Dauerform fuer den Metallguss - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. α.:

B22c

Deutsche KL: 3IbI- 9/06

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

P 12 80 494.3-24 (R 29652)

11. Februar 1961

17. Oktober 1968

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Dauerform für den Metallguß.

Das Gießen von Eisenlegierungen, Stahl oder Grauguß, in Metallkokillen oder metallische Dauerformen Bringt große Schwierigkeiten mit sich, und zwar nicht our bei dem üblichen Vergießen des flüssigen Metalls unter dem Einfluß der Schwerkraft, sondern auch beim Schleuderguß und beim Druckguß. Insbesondere besteht hierbei die Gefahr des Anschweißens der vergossenen Legierung an die Metallkokille, und zwar gerade in den Teilen derselben, die am meisten erhitzt werden, d. h. dort, wo das einströmende Metall zuerst mit der Form in Berührung kommt sowie in den inneren Teilen der Form, die in das geschmolzene Metall hineinragen. Eine weitere Schwierigkeit ergibt sich aus dem heftigen Wärmestoß, den die Form bei der plötzlichen Berührung mit dem auf eine hohe Temperatur gebrachten, geschmolzenen Metall auszuhalten hat, wodurch der allmähliche Zerfall der Form infolge der Bildung von Spalten und ao Rissen usw. herbeigeführt wird.

Nach dem Vorhergehenden muß also die metallene Dauerform, um vollauf zu befriedigen, eine gewisse Anzahl von Eigenschaften aufweisen, insbesondere eine hohe Feuerfestigkeit, eine hohe Wärmezähigkeit »5 und einen guten Widerstand gegenüber dem Wärmestoß.

Diese außergewöhnlichen Eigenschaften sind bei einer zum Gießen bestimmten Leglierung schwer miteinander zu vereinbaren.

Durch die deutsche Patentschrift 946 658 ist eine Dauerform zum Vergießen von Eisen und Stahl bekannt, die durch Sintern aus einem Gemisch von metallischen und nichtmetallischen Teilchen hergestellt ist. Um zu gewährleisten, daß diese Dauerform den thermischen und mechanischen Beanspruchungen auf die Dauer gewachsen ist, wird eine bestimmte Auswahl der metallischen und der nichtmetallischen Bestandteile vorgeschlagen, und zwar soll der Verbundstoff zu etwa gleichen Gewichtsteilen aus Eisen als metallischem und aus Aluminiumoxyd als nichtmetallischem Bestandteil bestehen. Zur Herabsetzung der Sintertemperatur müssen noch Flußmittel zugesetzt werden. Die Herstellung solcher Dauerformen durch ein Sinterungsverfahren ist unbefriedigend.

Zur Herstellung von Formen für Bäckereien und ähnliche Zwecke, bei denen die Formen keinen nennenswerten mechanischen Beanspruchungen ausgesetzt sind, ist es bereits bekannt, Metalle mit niedrigem Schmelzpunkt auf ein Modell des mit der Form herzustellenden Gegenstandes aufzuspritzen. Die deutschen Patentschriften 704732 und 722114 be-Dauerform für den Metallguß

Anmelder:

Regie Nationale des Usines Renault,

Billancourt, Seine (Frankreich)

Vertreter:

Dipl.-Ing. C-H. Huss, Patentanwalt,

8100 Garmisch-Partenkirchen, Rathausstr. 14

Beanspruchte Priorität:

Frankreich vom 13. Februar 1960 (818444)

schreiben die Herstellung von Dauerformen aus schwer schmelzenden Metallen für die Zwecke der Kunstharzindustrie, bei der durch Aufspritzen in mehreren, in bestimmter Weise angeordneten Schichten eine Verfestigung und Verstärkung der Schichtdicke erreicht werden soll. Auch in der Zeitschrift »Gießerei«, 1952, H. 26, S. 673 bis 678 ist die Anwendung des Metallspritzverfahrens zur Herstellung von Dauerformen beschrieben. Diese gespritzten Metalldauerformen, die aus einer durch Metallspritzung geformten Maske bestehen und mit einem niedriger schmelzendem Metall hintergossen sind, dienen zur Herstellung von Gußteilen aus Wachs, Kunstharzen und anderen niedrig schmelzenden Stoffen. Es ist bisher nicht gelungen, mit diesem einfachen Verfahren Formen herzustellen, die der Beanspruchung des Metallgusses auf die Dauer standzuhalten vermochten. Dies zu erreichen, war das erfindungsgemäße Ziel.

Es konnte nun gefunden werden, daß durch eine bestimmte Auswahl der Zusammensetzung des Werkstoffes aus Metall- und Keramikbestandteilen mit Hilfe des Metallspritzverfahrens Dauerformen herstellbar sind, die sich für den Metallguß eignen.

Der Erflndungsgegenstand besteht dementsprechend in einer Dauerform für den Metallguß, die mittels der Metallspritztechnik durch schichtweises Auftragen auf ein Modell in Form von Masken erzeugt wird, das dadurch gekennzeichnet ist, daß mindestens eine Schicht aus Metallkeramik besteht, deren Metallbestandteile mindestens 5 Gewichtsprozent Chrom und deren Keramikbestandteil mindestens 55 Gewichtsprozent Al₂O₃ enthält und sich auf 5 bis 70 Volumprozent, bezogen auf das Volumen der verdichteten Metallkeramik, beläuft.

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Die nach diesem Verfahren hergestellten Formen erlauben sehr zahlreiche aufeinanderfolgende genaue Abgüsse, ohne daß sie dabei beschädigt werden; sie haben also eine lange Lebensdauer. Die erfindungsgemäßen Dauerformen sind auch in den schwierigsten Fällen, nämlich dem Schmelzguß von Eisenmetall bei hohen ,Temperaturen (1500° C), noch widerstandsfähig, und sie genügen dabei zahlreichen, schwer realisierbaren Bedingungen: Sie widerstehen ben an derselben nicht haften. An einer mit dem Sandstrahlgebläse behandelten Modellplatte haften die aufgespritzten Teilchen zu stark, und das Ablösen der Kruste wird damit unmöglich. Eine gute Oberflächengüte erhält man durch Satinieren, d. h. also, indem man der Metalloberfläche durch eine geeignete Oberflächenbehandlung ein seidig glänzendes Aussehen verleiht. Das kann in der Weise erfolgen, daß man das Werkstück mit einem feinen, in Wasser sus-

dem Wärmestoß, sie besitzen hohe Lebensdauer ge- ίο pendierten Schleifmittel (»vapor blast«) abspritzt,

genüber der thermischen Ermüdung, sie neigen nicht Diese Modellplatten können für die Herstellung einer

zum Anschweißen an der Gießform, sie besitzen hohe großen Anzahl von Krusten bzw. Masken verwendet

Widerstandsfähigkeit gegen Korrosion und Auflö- werden.

sung, ihre Eigenschaften können den gewünschten Die Herstellung der Masken erfolgt in der Praxis

Wärmeableitfähigkeiten angepaßt werden, und dies 15 auf die folgende Weise:

kann sogar an verschiedenen Stellen der Form in gewünschter unterschiedlicher Weise bewirkt werden. Eines der Kennzeichen der erfindungsgemäßen Dauerformen besteht darin, daß sie entweder aus einer einzigen Schicht oder aus mehreren aufeinanderfolgenden, eng. miteinander verbundenen Schichten aufgebaut sein können, beispielsweise Schichten aus einem Oxyd, einem metall-keramischen Stoff, einem Metall oder einer Legierung. Diese Schichten können ferner in der gewünschten Reihenfolge angebracht werden, beispielsweise zunächst ein Oxyd, das mit der Schmelze in Berührung steht, dann ein metall-keramischer Stoff und schließlich eine zur Verfestigung der Maske dienende Legierung. Ebenso kann der die Form bildende Werkstoff aus einer einzigen nicht vergießbaren Masse bestehen, nämlich aus einem metall-keramischen Stoff. In allen Fällen jedoch erfolgt die Herstellung der Form durch Aufspritzen des dieselbe bildenden Werkstoffes auf eine Modellplatte mit Hilfe einer üblichen Metallspritzpistole. Eine Modellplatte ist eine Nachbildung der Form oder eines Teiles der Form, die man herstellen will; dabei kann es sich um eine wirkliche Platte mit aus derselben hervorstehenden Teilen oder auch um einen Rotationskörper handeln. Die aufgespritzte Werkstoffschicht muß genügend dick sein, um eine Kruste zu bilden, die man von der Modellplatte abheben kann, ohne daß sie dabei zerbricht. Diese Mindestdicke hängt von der Form der Modellplatte ab, darf aber nicht unter lmm sein. Als Spritzpistolen kann man ohne Unterschied zwei der üblichen bekannten Bauarten verwenden, nämlich entweder eine solche, bei welcher ein Draht zugeführt wird, oder

1. Herstellung der Modellplatte in der gewünschten Form, aus Stahl, aus Grauguß oder irgendeinem anderen Metall, wobei die Oberfläche mit einem weichen Strahlmittel, das in Wasser suspendiert ist, geglättet wird.

2. Aufspritzen eines Metalloxyds oder eines metall-keramischen Stoffes auf diese Modellplatte mittels einer Spritzpistole, und zwar in einer Menge, die ausreicht, um eine abnehmbare Kruste zu bilden. Gegebenenfalls werden eine

¹ oder mehrere zusätzliche Schichten von geeigneter Zusammensetzung aufgespritzt. Keine weitere Zurichtung der Oberfläche ist erforderlich, um eine Schicht anderer Art auf eine vorhergehende Schicht aufzuspritzen. Es kann zweckmäßig sein, insbesondere dann, wenn die Modellplatte eine Oberfläche eines Rotationskörpers hat, derselben eine Drehbewegung zu erteilen, beispielsweise auf einer Drehbank, um das Aufspritzen der Kruste vorzunehmen.

3. Zusammenbau der Kruste bzw. Masken zu einer Form. Die Masken werden an Ort und Stelle gehalten, entweder durch eine Packung metallischer oder feuerfester Körnchen, die in einen Formkasten eingestampft sind, oder durch einen porösen Zement, vorzugsweise einen Aluminium- bzw. Schmelzzement, oder aber durch eine mechanische Befestigung in einer metallenen Vorrichtung.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren kann man eine Form herstellen, deren Masken aus einer einzigen Schicht eines metall-keramischen Stoffes bestehen. Insbesondere eignet sich dafür eine Masse mit 40% Chrom, auf das Volumen des verdichteten

eine solche, die ein Pulver verarbeitet. Bei der Drahtspritzpistole gelangt das zu verspritzende Metall bzw. 50 Stoffes bezogen, sowie aus Tonerde oder einem an der betreffende Stoff in die Stichflamme in der Form Tonerde bzw. Aluminiumoxyd reichen Bauxit. In eines Drahtes, falls es sich um dehnbare Metalle diesem Falle trifft nämlich das flüssige Metall auf handelt, im gesinterten Zustand, falls es sich um Wände der Form, welche sehr reich an Oxyd sind, keramische oder metall-keramische Stoffe handelt. einerseits wegen des hohen Tonerdegehalts, anderer-Bei der Pulverspritzpistole werden die zu versprit- 55 seits wegen des Häutchens aus Chromoxyd, das sich zenden Stoffe in Pulverform in den Behälter der sofort an der Oberfläche bildet.
Pistole eingebracht, von wo sie unter der eigenen Der metallische Teil der Form wird gegen den An-

Schwere, gegebenenfalls durch Rütteln unterstützt, in griff des geschmolzenen Metalls durch die Oxyde von die Stichflamme des Brenners abfließen. Man kann Chrom und Aluminium geschützt. Infolge der Synhierbei ohne jeden Unterschied einfach miteinander 60 kristallisation von Cr₂O₃ und Al₂O₃, d. h. des Ververmischte Pulver oder auch Pulver vermahlener Le- schmelzens beider Kristalle zu homogenen Mischgierungen verwenden. kristallen, wird ein durchgehendes ununterbrochenes

Die Oberflächengüte der Modellplatte, welche bei- Häutchen gebildet. Man kann von den oben als Beispielsweise aus unlegiertem Kohlenstoffstahl mit etwa spiel angegebenen genauen Bedingungen abweichen, 0,15 bis 0,20% C verfertigt werden kann, ist von 65 wobei man sich bei Ausführung des Verfahrens an großer Bedeutung; sie darf nämlich weder zu glatt die folgenden Grenzwerte zu halten hat: Aluminiumnoch zu rauh sein. Von einer polierten Modellplatte oxyd oder Bauxit = 10 bis 70%, Cr = Rest, bezogen springen die aufgespritzten Teilchen zurück und blei- auf das Volumen der verdichteten Masse.

Eine weitere Möglichkeit der Fertigung von für das erfindungsgemäße Verfahren geeigneten Krusten besteht in dem aufeinanderfolgenden Aufspritzen mehrerer verschiedener Schichten zur Bildung der gleichen Kruste.

Bei einer als Beispiel angeführten Ausführung, die sowohl hinsichtlich der Herstellung der Kruste als auch hinsichtlich der Verwendung der letzteren als Maske in einer Form befriedigt, wird zunächst eine erste Schicht aus einem metall-keramischen Stoff aufgespritzt, bestehend aus 82% Eisen, 18% Chrom und 25% Tonerde oder Bauxit, auf das Volumen der verdichteten Masse bezogen. Diese erste Schicht mit einer Mindestdicke von 0,5 mm wird mit einer zweiten aufgespritzten Schicht einer Legierung aus 80% Chrom und 20% Molybdän überzogen, und auf diese zweite Schicht folgt eine dritte Schicht aus einem ferritischen Chromstahl mit 82% Eisen und 1.8% Chrom. Die zweite und die dritte Schicht haben eine Dicke von 1 bis zu 10 mm. Vor der Inbetriebnahme ao dieser Art von Maske wird eine selektive Oxydation des Chroms vorgenommen, um auf der ersten Schicht, die mit dem flüssigen Metall in Berührung kommt, ein an Chromoxyd reiches Häutchen zu bilden, wobei sich das Chromoxyd teilweise mit dem Aluminiumoxyd des bereits an Ort und Stelle befindlichen metall-keramischen Stoffes umsetzt. Die selektive Oxydation kann beispielsweise so vorgenommen werden, daß man die Kruste in einer feuchten Wasserstoffatmosphäre auf 650° C erhitzt.

Von den vorstehend als Beispiel angeführten genauen Bedingungen kann man abweichen, wobei man aber bei Ausführung des Verfahrens sich innerhalb der folgenden Grenzen halten muß:
I. Schicht aus einer Legierung von Eisen und Chrom mit 5 bis 30 Gewichtsprozent Chrom sowie 10 bis 60% Tonerde oder Bauxit, auf das Volumen der verdichteten Masse bezogen.
II. Schicht aus einer Legierung von Molybdän und

Chrom mit 50 bis 90 Gewichtsprozent Chrom. III. Schicht aus einer Legierung von Eisen und

Chrom mit 5 bis 30 Gewichtsprozent Chrom.
Eine weitere zufriedenstellende Ausführungsform von Krusten, die zu mehrschichtigen Masken geeignet sind, besteht darin, daß man zunächst auf die Modellplatte einen Überzug aus einem reinen feuerfesten Metalloxyd, jedoch ohne jedes Metall, aufbringt. Die Bindung zwischen dieser Schicht und einer folgenden auf Metallbasis bleibt dabei ausgezeichnet. Beispielsweise erhält man sehr zufriedenstellende Resultate, wenn man eine erste dünne Schicht mit einer Dicke von 0,05 bis 0,1 mm aus Aluminiumoxyd aufspritzt und dann auf diese Schicht eine solche aus einem metall-keramischen Stoff mit 66% Cr, 20% Mo, 14% Fe und außerdem 20% Aluminiumoxyd, auf das Volumen der verdichteten Masse bezogen, folgen läßt. Die dritte bzw. die Außenschicht besteht aus einer Legierung von 82% Fe und 18% Cr oder einer sonstigen unoxydierbaren Eisenlegierung. Die beiden letztgenannten Schichten haben eine Dicke von 2 bis 10 mm.

Von den vorstehend angeführten genauen Bedingungen kann man abweichen, wobei man sich jedoch bei Ausführung des Verfahrens innerhalb der folgenden Grenzen halten muß: II. Schicht: 50 bis 80 Gewichtsprozent Chrom, 10 bis 45 Gewichtsprozent Molybdän, 5 bis 25 Gewichtsprozent Eisen sowie 5 bis 40% Tonerde oder Bauxit, auf das Volumen der verdichteten

Masse bezogen.
III. Schicht: Legierung aus Fe und Cr mit 5 bis 30% Cr.

Die oben beschriebenen, nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten sogenannten Primärkrusten können aus Gründen der Wärmeübertragung, deren Bedeutung die Gießereifachleute recht wohl kennen, mit einer aufgespritzten dicken Sekundärschicht aus Kupfer oder aus Aluminium überzogen werden, wenn man die mit dem geschmolzenen Metall zugeführte Wärmemenge durch die Primärschicht bzw. die Primärschichten hindurch, die ja dazu bestimmt sind, dem Wärmestoß und dem Angriff durch das geschmolzene Metall zu widerstehen, rasch abführen will. Umgekehrt kann man zwischen die Primärschichten oder außerhalb derselben eine Schicht aus Tonerde oder aus Magnesia aufbringen, um das Abführen der durch das geschmolzene Metall zugeführten Wärmemengen zu verlangsamen. Die richtige Wahl der Beschleunigung oder der Verlangsamung bei Abführen der Wärmemengen hängt von dem gegossenen Metall, von der Masse des Gußstückes sowie von dessen Form ab. Man kann sogar an der gleichen Form Teile haben, wo die Abführung der Wärmemengen beschleunigt wird, und solche Teile, an denen die Abführung der Wärmemengen verlangsamt wird.

Gegebenenfalls kann man bei den beschriebenen drei Krustenmassen an der Seite, die mit dem geschmolzenen Metall in Berührung kommt, periodisch einen klassischen Schutzüberzug aufbringen, und zwar entweder mit einem Pinsel oder durch Aufblasen eines Staubes mittels eines Blasebalges, durch eine rußende Flamme oder sonstige übliche Mittel. Der Überzug kann dabei aus Tonerde, aus Kieselsäure, aus einem Silico-aluminat, aus Graphit, aus Harzruß, Acetylenruß usw. bestehen.

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Dauerform für den Metallguß, die mittels der Metallspritztechnik durch schichtweises Auftragen auf ein Modell in Form von Masken erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Schicht aus Metallkeramik besteht, deren Metallbestandteil mindestens 5 Gewichtsprozent Chrom und deren Keramikbestandteil mindestens 55 Gewichtsprozent Al₂O₃ enthält und sich auf 5 bis 70 Volumprozent, bezogen auf das Volumen der verdichteten Metallkeramik, beläuft.

2. Dauerform nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einer einzigen Schicht eines metall-keramischen Stoffes aus Chrom und Tonerde oder Bauxit besteht, wobei der Tonerdeoder Bauxitgehalt sich auf 10 bis 70%, auf das Volumen der verdichteten Masse bezogen, beläuft.

3. Dauerform nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus drei Schichten besteht, und zwar die erste Schicht aus einem metall-keramischen Stoff, dessen metallischer Teil eine ferritische Eisen-Chrom-Legierung mit 5 bis 30% Chrom ist, während der Tonerde oder Bauxit enthaltende keramische Teil einen Gehalt von 10 bis 60%, auf das Volumen der verdichteten Masse bezogen, aufweist, die zweite Schicht aus einer Chrom-Molybdän-Legierung mit 50 bis 90% Chrom und die dritte Schicht aus einer ferriti-

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'sehen Eisen-Chrom-Legierung mit 5 bis 30% Chrom.

4. Dauerform nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus drei Schichten gebildet ist, und zwar die erste Schicht mit einer Dicke von 0,05 bis 1 nun aus Aluminiumoxyd, die zweite Schicht aus einem metall-keramischen Stoff mit 50 bis 80% Chrom, 10 bis 45% Molybdän, 5 bis 25% Eisen sowie Tonerde oder Bauxit, letztere* beide in einem Anteil von 5 bis 40%, auf das Volumen der verdichteten Masse bezogen, die dritte bzw. Außenschicht aus einer ferritischen Eisen-Chrom-Legierung mit 5 bis 30% Chrom.

5. Dauerform nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie von einer zusätzlichen Schicht aus Kupfer oder Aluminium umgeben ist.

6. Dauerform nach den Ansprüchen 1, 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie auf ihrer äußeren Oberfläche oder zwischen zwei Schichten eine wärmeisolierende Schicht aus einem feuerfesten Oxyd besitzt.

7. Dauerform nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie sowohl eine den Wärmedurchgang beschleunigende als auch eine isolierende Schicht besitzt.

8. Verfahren zur Herstellung der Dauerform nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Schicht auf die satinierte, d. h. unter Vermeidung des Entstehens eines polierten oder grobmattierten Oberflachenzüstandes mit feinen in einer Flüssigkeit suspendierten Teilchen bestrahlte Oberfläche der Modellplatte, während die gegebenenfalls weiteren Schichten auf die erste Schicht bzw. auf die vorhergehenden Schichten ohne jede Zurichtung der betreffenden Oberfläche aufgespritzt werden.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 704732, 722114,
760193, 832 935, 946 658;
deutsche Auslegeschrift Nr. 1032 897;
»Gießerei«, 1952, H. 26, S. 673 bis 678.

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