DE1558268B2 - Verfahren zum Herstellen eines Metallgußkörpers - Google Patents

Verfahren zum Herstellen eines Metallgußkörpers

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Description

Aktivkohle ist Kohlenstoff, der durch eine hohe Porösität und eine entsprechend große Oberfläche charakterisiert ist. Die Herstellung von Aktivkohle schließt gewöhnlich eine erste Stufe ein, in der das Rohmaterial, beispielsweise Knochen, Holz, Torf oder Nußschalen, normalerweise durch Erhitzen bei Abwesenheit von Luft carbonisiert wird. In der zweiten Stufe wird das erhaltene Verkohlungsprodukt einem Aktivierungsverfahren unterworfen. Es sind mehrere solcher Verfahren bekannt. Weitgehend wird hier ein Verfahren verwendet, das die gesteuerte Oxydation des Kohlenstoffs mit geeigneten Gasen vorsieht. Beispielsweise kann Dampf oder Kohlendioxyd bei Temperaturen von 800 bis 9000C oder Luft von 300 bis 6000C verwendet werden. Die oxydierenden Gase entfernen die rückständigen Kohlenwasserstoffe und anderes flüchtiges Material und verursachen eine Erosion der Kohlenstoffoberfläche.
Aktivkohle hat im allgemeinen eine spezifische Oberfläche von mindestens 100 m2 pro g, und zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung wird Aktivkohle mit einer spezifischen Oberfläche von mindestens 500m2/g und insbesondere von 1000 bis 1600 m2/g vorgezogen. (Die Oberfläche wird gewöhnlich durch Gasabsorption nach dem BET-Verfahren bestimmt.) Ein weiterhin bevorzugter Gegenstand der Erfindung ist, daß die Aktivkohle einen rückständigen, flüchtigen Gehalt haben sollte, der 5 Gewichtsprozent nicht überschreitet. Aktivkohle aus Holzkohlen vegetabilen Ursprungs führt beim vorliegenden Verfahren zu besonders guten Ergebnissen, besonders eine Aktivkohle, die durch Pyrolyse von Kokosnußschalen hergestellt wurde.
Im Hinblick auf die Teilchengröße werden feinere Materialien verwendet. Vorzugsweise sollten die Teilchen durch ein Sieb mit einer lichten Maschenweite von 1,17 mm gehen, besonders bevorzugt sollten die Teilchen durch ein Sieb mit einer lichten Maschenweite von 0.55 mm gehen. Am unteren Ende des Teilchengrößenbereiches ist das Material, das einen wesentlichen Teil von Teilchen enthält, die durch ein Sieb mit einer lichten Maschenweite von 0,076 mm gehen, etwas staubig und obgleich es für das erfindungsgemäße Verfahren wirksam ist, unpraktisch zu handhaben. Es wird daher vorgezogen, Aktivkohle zu verwenden, bei der im wesentlichen alle Teilchen durch ein Sieb mit einer lichten Maschenweite von 0,10 mm zurückgehalten werden. Die im Handel erhältliche Aktivkohle ist in verschiedenen Sorten entsprechend den unterschiedlichen Bereichen der Teilchengröße erhältlich* Sorten mit Teilchengrößen, die durch ein Sieb mit einer lichten Maschenweite von 0,19 bis 6,55 mm und von 0,16 bis 0,30 mm gehen, werden sehr erfolgreich verwendet. Eine Sorte mit einer Teilchengröße mit einer lichten Maschenweite von 0,25 bis 1,17 mm hat sich ebenfalls als zufriedenstellend erwiesen.
Gemische von Aktivkohle und feuerfesten Feststoffen in Teilchenform, beispielsweise Molochit, Zirkonsand oder kugelförmiger Metallschrot, können zum Umgeben der Form beim.vorliegenden Verfahren . verwendet werden; In bestimmten Fällen sind solche Gemische wirksam, wenn sie nur so,wenig wie 5 Gewichtsprozent Aktivkohle enthalten, obgleich das Minimum, das zur Verwendung in einem besonderen Fall geeignet ist, von einer Vielzahl von Faktoren abhängt, einschließlich besonders der Empfindlichkeit des Metalls gegenüber Oxydation. ■ ■■· ■ Durch geeignete Wahl der Komponenten können Gemische ausgewählt werden, die schnellere Abkühlungsgeschwindigkeiten ergeben, als sie unter Verwendung von Aktivkohle allein erreicht werden können. Das kann wünschenswert sein, wenn dicke Metallteile gegossen werden sollen und wenn das Metall von einer solchen Qualität ist, daß eine langsame Abkühlgeschwindigkeit mit der Entwicklung von Oberflächenporösität verbunden ist.
Während das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von Gußkörpern aus Stählen von hohem Chromgehalt verwendet werden kann, liegt sein besonderer Vorteil in der Tatsache, daß es ein zufriedenstellendes Gießen ermöglicht bei einfachen Stählen niedrigen Kohlenstoff gehalts, beispielsweise DIN 17006, GS-38,9 und CK 15, bei niedriglegierten Stählen und bei hochlegierten Werkzeugstählen hohen Kohlenstoffgehaltes, die im allgemeinen etwa 12% Chrom enthalten und anderen Legierungen, die schlechten Verzunderungswiderstand bei hoher Temperatur aufweisen.
Es ist vorgesehen, daß die beim Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendete keramische Schalengußform nach herkömmlichen Verfahren hergestellt werden kann. Das normale Verfahren zur Herstellung einer keramischen Schalengußform beinhaltet die Herstellung eines Wachsmodells, das verbrauchbar bzw. herausnehmbar ist, das Aufbauen einer Schale aus feuerfestem Material rund um das Modell durch Aufbringen einer Anzahl von Beschichtungen einer Aufschlämmung, die aus pulverförmigem, feuerfestem Material in einem flüssigen Bindemittel hergestellt ist, und die Weiterbehandlung der getrockneten Anordnung in einer solchen Weise, daß das Modell entfernt, beispielsweise ausgeschmolzen wird. Die Schale wird dann gebrannt.
Die keramische Schalengußform wird vorzugsweise unmittelbar nach der Entfernung der Form aus dem Brennofen in die Aktivkohle getaucht, und gewöhnlich wird das : Metall ohne . Verzögerung in die Form gegossen.
Zur Erleichterung des Eintauchens der Form in die Aktivkohle kann das Wirbelschichtverfahren .. angewendet werden. : ;
Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung.
Beispiel 1
Eine keramische Schalengußform wurde durch Aufbringen von aufeinanderfolgenden Beschichtungen einer Schlämme von Sillimanit-Teilchen, die durch ein Sieb mit einer lichten Maschenweite von 0,076 mm nicht hindurchgehen in hydrolysierter; Äthylsilicatlösung und einem Überzug von Sillimanit-Teilchen, die durch ein.Sieb mit einer lichten Maschenweite von 0,19 bis 0,40 mm gehen auf einen Modellbaum, wobei man jede Beschichtung vor Aufbringung der nächsten erstarren ließ.·Es wurden insgesamt sechs Tauchbeschichtungen aufgebracht, und nachdem die letzte Beschichtung erstarrt war, wurde das.Ganze in einem warmen Luftstrom getrocknet, bis der überschüssige Alkohol und Wasser entfernt waren. ..·..... ■ -.;..' :! .. Die Wachsmodelle wurden dann aus der Form mit Hilfe eines Dampfautoklavs entfernt,' wonach die Form zum Gießen in der üblichen Weise durch einstündiges Brennen in einem Ofen bei 10500C hergestellt wurde.
Der heiße Kasten wurde dem Brennofen entnommen und sofort in einen Formkasten aus Flußstahl gebracht und in Aktivkohle bis etwa 1 cm vom Rand des Eingießens eingebettet. Die Aktivkohle war ein Material,
das durch Pyrolyse von Kokosnußschalen hergestellt war und handelsüblich ist. Dessen Korngrößenverteilung war:
Durch ein Sieb mit einer lichten Maschenweite
von 0,40 bis 0,55 mm gehen 43 % der Teilchen,
von 0,25 bis 0,40 mm gehen 45 % der Teilchen,
von 0,19 bis 0,25 mm gehen 10% der Teilchen,
von 0,14 bis 0,19 mm gehen 2% der Teilchen.
Einige Stunden später wurde ein geschmolzener Stahl der folgenden Zusammensetzung
C, % Mn,
% 		Si, % S, % P. % Ni. % Cr, % Fe
0,15 0,40 0,60 0,016 0,020 1,56 1,49 Rest
rostfreien Ferritstahles umgeben, wobei der Stahl die folgende Zusammensetzung aufwies:
5
C, % 		Mn,
% 		Si, % Ni, % Ci, % Mo,
% 		V, % Fe
0,09 1,48 0,23 1.31 12,25 0,61 0,34 Rest
Die Gußkörper hatten ausgezeichnete, vollständig narbenfreie Oberflächen.
Bei einem Vergleichsversuch wurde Aktivkohle durch Graphit der folgenden Teilchengrößenverteilung ersetzt. Durch ein Sieb mit einer lichten Maschenweite
zur Herstellung von Gußkörpern in die Form gegossen und auf eine Temperatur unterhalb der Rothitze abkühlen lassen, bevor er aus der Form genommen wurde.
Die erhaltenen Gußkörper hatten eine ausgezeichnete, glatte fehlerfreie Oberfläche. Es folgte ein leichtes Schrotabblasverfahren, um die Reste des Gußformmaterials, die nach dem Herausnehmen noch anhaften, zu entfernen.
von mehr als 1,8 mm gehen 4,5 % der Teilchen, so von mehr als 1,17 mm gehen 40,0% der Teilchen, von mehr als 0,89 mm gehen 46,0% der Teilchen, von mehr als 0,55 mm gehen 86,0 % der Teilchen, von mehr als 0,40 mm gehen 95,0% der Teilchen.
Die Oberflächen der Gußkörper waren durch Narben, wie sie für gegossenen rostfreien Ferritstahl üblich sind, beeinträchtigt.
Beispiel 3
B e i s ρ i e 1 2
Schalengußformen wurden mit Aktivkohle analog Beispiel 1 während dem Gießen und Abkühlen eines Durch Umgeben der Schalengießformen mit Aktivkohle analog Beispiel 1 wurden Gußkörper mit ausgezeichneten Oberflächen aus Stählen der folgenden Zusammensetzung erhalten:
C. % Mn, % Si, % Cr, % Fe C, % Cr, % W, % Fe
0,08 0,41 0,32 0,66 Rest 1,58 12,21 1,10 Rest
Beispiel4
Dieses Beispiel beschreibt einen Versuch, der einen Vergleich zwischen der Verwendung von Aktivkohle zum Umgeben einer keramischen Schalengußform nach der Erfindung und der Verwendung von Holzkohle für den gleichen Zweck ermöglicht.
Eine Modellanordnung wurde hergestellt, die aus zwei 25,4 mm viereckigen Wachsbarren mit einer Länge von 203,2 mm bestand, die an einem Ende mit einem gemeinsamen Zulauf zum Eingußkanal verbunden waren, an dem ein herkömmlicher Eingußtrichter aus Wachs befestigt war. Die 25,4-mm-Barren waren parallel angeordnet und wiesen einen Abstand von 101,6 mm auf.
Diese Anordnung ermöglichte, daß die damit hergestellte keramische Schalengußform zwei Teile hatte, die in getrennten Behältern vor dem Gießen eingebettet wurden. Bei dem einen Behälter bildete Aktivkohle aus Kokosnußschalen das Einbettungsmaterial und bei dem anderen Behälter wurde Holzkohle mit einer vergleichbaren Teilchengröße verwendet.
Metall der folgenden Zusammensetzung wurde in die Form gegossen:
C. % Si. % Mn, % S, % Fe
0,13 0,12 1,22: 0,18 Rest
Der Barren des Metallgusses in der Holzkohlenbettung zeigte etwas Narbenbildung und eine beträchtliehe Anzahl Gußblasendefekte, während der Barren, der in der Einbettung aus Aktivkohle gegossen wurde, eine zufriedenstellende Oberfläche aufwies.
Beispiel 5
Unter Verwendung im wesentlichen desselben Verfahrens analog Beispiel 1 wurden narbenfreie Gußkörper aus Legierungen erhalten, die die in der folgenden Tabelle aufgezeigten Zusammensetzungen hatten.
Typische Legierungen, die frei von »Narbenbildung« erfolgreich gegossen wurden; der Rest ist jeweils Eisen
C Si Mn . Ni Cr Mo W V Ti B
0,15 0,25 0,50 0,65
1,00 0,25 0,30 1,50
0,45 0,25 0,65
0,35 0,25 0,65 1,05 0,20
0,15 0,25 0,50 1,50 1,50
2,10 0,30 0,30 12,0 1,0
0,15 0,25 0,40 2,50 0,25
0,35 0,25 0,60 1,55 1,55 0,20
0,16 0,30 0,70 1,0 0,25
0,35 1,00 0,26 17,0 1,15
0,25 0,60 0,25 1,25 0,25
0,45 0,60 0,25 1,25 0,25
0,16 0,4 0,5 1,00 0,25
0,42 0,4 0,5 1,00 0,20
0,25 0,20 0,55 3,20 0,55
0,16 0,40 0,60 3,75 1,00 0,25
0,50 0,40 0,6 1,0 0,20
0,12 1,00 0,80 13,0
0,12 0,25 0,70 2,40 12,0 1,70 0,35
0,10 0,5 0,60 0,50 14,0
0,15 2,0 13,0 3,0
0,72 0,67 0,20 11,85 6,77 0,41
0,20 0,50 0,80 I
0,30 0,50 0,80
0,40 0,50 0,80
0,15 0,40 0,80
0,40 0,50 0,6
1,2 0,8 13,0
0,5 0,5 18,0 12,0
0,14 0,30 0,60 0,5 0,15 0,004
0,20 0,30 0,85 0,55 0,70 0,12

Claims (9)

1 2 sein, daß das Aussehen und die allgemeine Brauchbar- Patentansprüche: keit der Gußkörper nachteilig beeinflußt werden. Es wurden Versuche unternommen, um mit dieser
1. Verfahren zum Herstellen eines Metallguß- Schwierigkeit fertig zu werden, beispielsweise, daß die körpers durch Eingießen von geschmolzenem Me- 5 keramische Schalengußform während des Gießens und tall in eine mit kohlehaltigem Material umgebene Abkühlens des Metalls in eine nicht oxydierende keramische Schalengießform, wobei die Gießform Atmosphäre gebracht wird. Man hat außerdem vermindestens während des Abkühlens des Guß- sucht, die Gußform mit Kohlenstoff bei ausreichend körpers und gegebenenfalls auch während des Ein- hoher Temperatur zu umgeben, um mit ihm den gießens des Metalls mit dem kohlehaltigen Material io Sauerstoff in der Nachbarschaft der Gußform zu umgeben ist, dadurch gekennzeichnet, binden und auf diese Weise dessen Zutritt zum Metall daß als kohlehaltiges Material Aktivkohle verwen- zu verhindern. Während die hierzu verwendeten Kohdet wird. lenstoffarten, beispielsweise Graphit und Anthrazit,
2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch ge- im allgemeinen wirtschaftlich zufriedenstellende Ergebkennzeichnet, daß die Aktivkohle eine spezifische 15 nisse beim Gießen von ferritischen und martensitischen Oberfläche von mindestens 500 m2/g aufweist. rostfreien Stählen mit einem Gehalt im Bereich von
3. Verfahren gemäß Anspruch 2, dadurch ge- 13 Gewichtsprozent Chrom ergeben, erhält man mit kennzeichnet, daß die Aktivkohle eine spezifische anderen Legierungen dieser Gruppe keine zufrieden-Oberfläche von 1000 bis 1600 m2/g aufweist. stellenden Ergebnisse.
4. Verfahren gemäß Anspruch 1 bis 3, dadurch 20 Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, ein Verfahren gekennzeichnet, daß die Aktivkohle einen Rest- zu schaffen, das die oben geschilderten Schwierigkeiten gehalt an flüchtigen Bestandteilen von nicht mehr überwindet.
als 5 Gewichtsprozent aufweist. Gegenstand der Erfindung ist somit ein Verfahren
5. Verfahren gemäß Anspruch 1 bis 4, dadurch zum Herstellen eines Metallgußkörpers durch Eingekennzeichnet, daß die Aktivkohle eine derartige 25 gießen von geschmolzenem Metall in eine mit kohle-Teilchengröße aufweist, daß die Teilchen durch haltigem Material umgebene keramische Schalengießein Sieb mit einer lichten Maschenweite von form, wobei die Gießform mindestens während des 0,55 mm gehen, aber im wesentlichen durch ein Abkühlens des Gußkörpers und gegebenenfalls auch Sieb mit einer lichten Maschenweite von 0,10 mm während des Eingießens des Metalls mit dem kohlezurückgehalten werden. 30 haltigen Material umgeben ist, das dadurch gekenn-
6. Verfahren gemäß Anspruch 1 bis 5, dadurch zeichnet ist, daß als kohlehaltiges Material Aktivkohle gekennzeichnet, daß die Aktivkohle durch Pyrolyse verwendet wird.
von Kokosnußschalen hergestellt wird. Überraschenderweise wurde gefunden, daß das erfin-
7. Verfahren gemäß Anspruch 1 bis 6, dadurch dungsgemäße Verfahren bessere Ergebnisse im gesamgekennzeichnet, daß die Schalengießform in ein 35 ten Bereich der rostfreien Stähle liefert als die bisheri-Wirbelschichtbett von Kohlenstoff eingelagert wird. gen Verfahren und daß die Herstellung von Guß-
8. Verfahren gemäß Anspruch 1 bis 7, dadurch körpern von hoher Qualität aus einfachen Stählen mit gekennzeichnet, daß der Kohlenstoff ein Bestand- niedrigem Kohlenstoffgehalt, niedriglegierten Stählen teil eines Gemisches mit einem oder mehreren mit niedrigem Kohlenstoffgehalt und hochlegierten feuerfesten Feststoffen in Teilchenform ist, wobei 40 Werkzeugstählen möglich ist und daß man dünne, der Kohlenstoff mindestens 5 Gewichtsprozent des keramische Schalen verwenden kann, die bisher wegen Gemisches ausmacht. ihrer großen Porösität nicht verwendet werden konnten.
9. Verfahren gemäß Anspruch 1 bis 8, dadurch In der französischen Patentschrift 1 305 025 wird gekennzeichnet, daß das Metall ein einfacher bereits die Lehre gegeben, die das flüssige Metall Niedrigkohlenstoff stahl, ein niedriglegierter Stahl 45 enthaltende Gußform mit einer Masse zu umgeben, oder ein Hochkohlenstoff- und Hochlegierungs- die aus kohlehaltigem Material besteht.
stahl ist. Als kohlehaltiges Material wird der bekannte Guß
schrot und Graphit in flockiger und schuppiger Form verwendet sowie nicht näher bezeichnete Materialien, 50 die einen wesentlichen Kohlenstoffgehalt und eine verhältnismäßig hohe keramische Leitfähigkeit aufweisen. Die Verwendung von Aktivkohle als Schutz-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen stoff ist hier aber nicht vorgesehen,
eines Metallgußkörpers. ....,.·.,· . Nach der deutschen Patentschrift 733 704 wird zur
Eine Schwierigkeit, die lange Zeit die Herstellung 55 Abdeckung für" Sandgußformen zum Gießen von zufriedenstellender Gußkörper aus bestimmten Arten Leichtmetallen und Leichtmetallegierungen, insbesoneisenhaltiger Metalle, z. B. einfachen Kohlenstoff- dere von Magnesiumlegierungen, Aktivkohle verwenstählen, niedriglegierten Stählen und vielen ferritischen det. Als Schutzstoffe werden in dieser Patentschrift und martensitischen rostfreien Stählen, verhinderte, Schwefel und Borsäure genannt. Bei Verwendung beruht auf der Tatsache, daß diese Metalle bei hohen 60 derartiger Schutzstoffe treten beim Gießen von Me-Temperaturen oxydiert werden. Unter normalen tallen in Sandformen lästige Dämpfe auf. Zur Adsorp-Arbeitsbedingungen kann die verhältnismäßig poröse tion dieser Dämpfe dient die Aktivkohle. Die Aktiv-Struktur einer keramischen Schalengußform die Oxy- kohle selbst wird hier also nicht als Schutzstoff dation des Metalls, das der Schalenwandung benach- verwendet.
bart ist, ermöglichen. Die Art der erhaltenen Ände- 65 Die Aktivkohle wird im übrigen auch nicht mit dem rangen in der Metalloberfläche wechselt nach den Formsand vermischt, sondern einem mit gekörnter Bedingungen und dem besonderen in Betracht korn- Kohle gefüllten Kasten im Anschluß an den Gießmenden Metall; diese Änderungen können aber derart Vorgang auf die Form aufgesetzt.
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