DE1608051B2 - Verfahren zum Herstellen eines Siebkerns für die Formimpfung von Stahl- und GuBeisenschmelzen - Google Patents

Description

Gegenstand der Erfindung ist ein Siebkern für die Formimpfung von Stahl- und Gußeisenschmelzen, sowie ein Verfahren zur Herstellung solcher Siebkerne.

Es ist bekannt, Gußeisen während der Füllung der Gußform mit dem geschmolzenen Metall durch ein Impfverfahren in der Qualität zu verbessern. Der Impfstoff bewirkt eine Variation des Gußgefüges z. B. insofern, als die Zementitbildung ausgeschlossen wird. Eine derartig verbesserte Feinstruktur führt zu Werkstücken mit geringerer Brinell-Härte, so daß die nachträgliche Bearbeitung erleichtert und damit verbilligt wird.

Es sind bereits Verfahren bekannt, bei denen die Gußeisenschmelze in der Form beim Durchströmen des Einguß- bzw. Anschnittsystems der Form oder Kokille mit den darin eingeformten Impfmitteln in Berührung gebracht wird (deutsche Auslegeschrift 12 48 239). Zu diesem Zweck sind auch bereits Siebkerne beschrieben worden, zu deren Herstellung der geneigte Kernkasten mit körnigen Impfmitteln wie Ferrosilicium und Ca-Silicium ausgelegt und dann mit Formsand, Öl-Sand oder CO-Sand oder keramischen Stoffen hinterstampft wird. Die Verfestigung kann je nach Art des Sandes oder keramischen Stoffes beispielsweise durch CO-Behandlung, Auslagern oder durch Brennen erfolgen.

Eine solche Anfertigung von beschichteten Kernen in einem Arbeitsgang erfordert recht umständliche und aufwendige Maßnahmen: So wird die Form für die Siebkerne, die also eine der Lochzahl entsprechende Anzahl von Stahlstiften enthalten muß, mit einer dünnen Schicht von körnigem Ferrosilicium gefüllt. Darauf wird Sand oder keramische Masse in die Form gebracht und die Formfüllung durch Stampfen verdichtet und verfestigt, so daß nunmehr die Stahlstifte aus dem Kern herausgezogen und der Kern aus der Form entnommen werden kann. Das Stampfen ist schwierig und bedeutet besonders bei geringeren Wandstärken zwischen den Löchern die Benutzung eines aufwendigen Verfahrens. Beim Entfernen der Stifte aus den festgestampften Formungen wirkt die Bewegung gegenüber den schmirgelnden körnigen Ferrosilicium-Bestandteilen schleifend auf die Metallstifte ein.

Es liegt mit andern Worten in der Natur der hierbei verarbeiteten körnigen Materialien, wie Ferrosilicium und Sand, daß die Formgebung nicht auf automatischen

ίο Pressen, wie sie sich für Massenfertigung eignen, erfolgen kann. Auch führt die Verfestigung solcher gestampften Verbundkörper durch CO-Behandlung oder Auslagern nicht zu der für den ganzen Siebkörper wünschenswerten Festigkeit. Und wenn man den nach dem vorbeschriebenen Verfahren durch Aufbringen von Impfmitteln, wie Calciumsilicid, auf die Oberfläche einer keramischen Masse erhaltenen Formling im Anschluß an die Formung durch Brennen verfestigt, so besteht die Gefahr, daß das Impfmittel durch die erforderliche hohe Temperatur sich chemisch in unerwünschter Weise verändert, beispielsweise durch Oxidation. Bei der erforderlichen hohen Temperatur treten ferner chemische Reaktionen zwischen dem keramischen Teil und dem Impfmittelteil ein, beispielsweise von Bildung niedrigschmelzender Eutektika.

Andere bekannte Vorschläge gehen dahin, für das Impfen von Gußeisenschmelzen innerhalb der Form das stückige Impfmittel auf einem feuerfesten Siebkern durch erhöhte Ränder festzuhalten, vgl. die Gebrauchsmusterschrift 19 65 864. Diese lose Anordnung des stükkigen Impfmittels auf der Grundplatte innerhalb der erhöhten Randzone bietet aber keine unbedingte Sicherheit dagegen, daß die beim Guß durch Materialabnahme kleiner gewordenen Körner nicht durch die Sieböffnungen in den Lauf des Eingußsystems gerissen werden, so daß die so wichtige gleichmäßige Verteilung des Impfmittels während des gesamten Gießvorganges gefährdet wird.

Ebensowenig ist die erforderliche gegenseitige Ab-Stimmung von Gießgeschwindigkeit, Größe des Gußstücks und Menge des Impfmittels gewährleistet bei gewissen Arten der Formimpfung mit Hilfe von Siebkernen, die selbst aus gemahlenem Ferrosilicium und Bindemittelzusatz bestehen und die demgemäß unter Betriebsbedingungen nicht zuverlässig befriedigende Ergebnisse lieferten, vgl. hierzu den Aufsatz von Reifferscheid, »Verfahren zum Impfen von Gußeisenschmelzen« in der Zeitschrift »Gießerei«, 54 (1967), H. 23, S. 621/624.

Die Erfindung hat sich zum Ziel gesetzt, das Impfen mit den verschiedenen, in den genannten Veröffentlichungen aufgeführten Impfmitteln durch Schaffung eines zuverlässig arbeitenden, leicht in Massenfertigung herzustellenden Siebkerns aus keramischem Material und einem dieser Impfmittel zu erleichtern und von Fehlerquellen zu befreien. Zu diesem Zweck wird die Herstellung eines teilweise aus einem Impfmittel bestehenden Siebkerns für die Formimpfung von Stahl- und Gußeisenschmelzen erfindungsgemäß in der Weise durchgeführt, daß ein aus feuerfester, erosionsbeständiger keramischer Masse bestehender fertig gebrannter Siebkern durch Aufkleben des Impfmittels auf die Oberfläche des Siebkerns mit diesem beschichtet wird. Zweckmäßig wird dabei die Haftung des Impfmittels an der Oberfläche des keramischen Kerns mit Hilfe hitzebeständiger Klebstoffe, wie Wasserglas oder Feuerfestbinder in Form von saurem Aluminiumphosphat bewirkt.

Die Menge des aufgebrachten Impfstoffes kann so dosiert werden, daß die günstigste Menge Impfstoff in das Gußstück hineingelangt, beispielsweise 3 g Ferrosilicium mit 90% Siliciumgehalt auf ein Gußstück von 15 kg. Diese Anpassung des Impfmittelbedarfs an das Gewicht des Gußstückes kann nach der erfindungsgemäßen Methode in exakter Weise erreicht werden.

Gegenüber dem eingangs erörterten Verfahren, bei dem die Verfestigung des teilweise aus einem Impfstoff bestehenden, durch Hinterstampfen gewonnenen Verbund-Siebkernes durch anschließende gemeinsame Behandlung, also z. B. bei dem aus keramischem Material und dem Impfmittel bereiteten Formling durch Brennen erfolgt, arbeitet das Herstellungsverfahren nach der Erfindung mit einer zweistufigen Verfestigungsbehandlung, bei der zuerst ein fertig gebrannter Grundkörper aus normaler keramischer Masse hergestellt wird, auf dem anschließend die Impfmittelschicht aufgeklebt wird, die sich dann ihrerseits durch Antrocknen schonend verfestigt. Die Festigkeit dieser Schicht und ihre Haftung an der keramischen, zweckmäßig für das Eindringen des Klebemittels porös gehaltenen Oberfläche des Grundkörpers kann erforderlichenfalls durch mäßiges Erwärmen auf Temperaturen von z. B. 110⁰C verbessert und beschleunigt werden.

Das geschilderte Herstellungsverfahren hat unter anderem den Vorteil, daß im fertig beschichteten Siebkern ein unverändertes reaktionsfähiges Impfmittel zur Verfügung steht. Herstellungsmäßig ist die getrennte Herstellung des feuerfesten keramischen Teils ohne Impfmittel gegenüber den älteren Vorschlägen erheblich überlegen, da die aus weichen nicht schmirgelnden Stoffen bestehende keramische Masse gut formbar und die Herstellung großer Stückzahlen eines Grundkörpers guter Haltbarkeit aus einer Form möglich ist, ohne daß ein schneller Verschleiß der für die Formung erforderlichen Stahlstifte eintritt.

Das Impfmittel wird vorteilhaft in Form eines Korngemisches von 0 bis 3 mm Korndurchmesser aufgetragen. In dieser Form steht eine große, für die Auflösung günstige Oberfläche zur Verfügung.

Der erfindungsgemäß beschichtete keramische Gießkern erfüllt den ihm zugedachten Zweck in ausgezeichneter Weise. Versuche haben ergeben, daß das aufgebrachte Ferrosilicium sich vollständig auflöst, daß aber nach dessen Auflösung der keramische Teil des Siebkerns noch voll erhalten ist und seine Funktion als Schlackenfang in der gleichen Weise erfüllt, wie das bei unbeschichteten keramischen Gießkernen der Fall ist.

Ein aus Impfmittel allein bestehender Kern, wie solche unter anderm in dem obenerwähnten Aufsatz beschrieben und abgebildet sind, würde sich dagegen mehr oder weniger auflösen, so daß die schwachen Wände zwischen den einzelnen Bohrungen verschwinden und damit die Stauwirkung des Kerns aufgehoben sein würde.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden an Hand einer Zeichnung eines solchen mit Impfmittel beschichteten keramischen Gieß-Siebkernes beschrieben. In der Zeichnung stellt dar

F i g. 1 die Lagerung eines mit Impfmittel beschichteten Gießkerns nach der Erfindung in einem Eingußsystem,

F i g. 2 einen solchen Gießkern für sich im Querschnitt und

F i g. 3 denselben in Aufsicht.

Oberhalb der Formteilung 3 liegt der Einguß 1 und der Reaktionsraum 2. Mit diesem steht die Impfmittelschicht 4 in Berührung, die mittels der (schematisch vereinfachend dargestellten) Klebstoffschicht 5 auf dem keramischen Siebkern-Grundkörper aufgeklebt ist. Unterhalb der nichtbeschichteten Seite des Siebkerns liegt im Unterkasten der Form ein Auffangraum 7, an den sich der Lauf 8 anschließt.

Der durch Pressen ohne Zusatz von körnigem Ferrosilicium u. dgl. hergestellte Grundkörper 6 des Siebkerns besteht aus einem feuerfesten keramischen Material, das bei hoher Temperatur gebrannt ist, aber noch saugfähig sein soll, um eine gute Haftwirkung für das Klebmittel zu gewährleisten. Als hitzebeständige Klebstoffe können z. B. dienen Natronwasserglas, Kaliwasserglas, Feuerfestbinder saures Aluminiumphosphat enthaltend, Mischung aus Aluminiumphosphat und Phosphorsäure. Die Haftwirkung des Klebemittels muß während des ganzen Gebrauchs des zusammengesetzten Kerns beibehalten werden, d. h., sie muß den Transportbeanspruchungen widerstehen, sowie den Beanspruchungen beim Auftreffen des Gießstrahls. Es ist wichtig, daß die Auflösung gleichmäßig während des ganzen Gießvorgangs erfolgt, damit die Impfkeime gleichmäßig im Gußstück verteilt werden.

Als Impfmittel können z. B. die hierfür bekannten Legierungen wie Silicide der Erdalkalimetalle, des Magnesiums, des Zirkoniums, des Eisens, des Mangans, des Nickels oder deren Legierungsgemische verwendet werden.

Die Art des Aufbringens der Impfmittelschicht wird der Gestalt, Größe, Lochzahl und Verteilung der Löcher des Siebkerns angepaßt. So kann z. B. eine geeignete Körnung des Impfmittels mit dem Klebemittel zu einer Paste oder einem Brei angerührt und auf die für die Beschichtung vorgesehenen, vorher mit dem Klebemitel eingestrichenen Flächen des gebrannten Siebkern-Grundkörpers aufgebracht werden. Dabei tritt dann allerdings, wenn man keine umständlichen Schablonen verwenden will, in vielen Fällen ein Verschließen der Siebkernlöcher ein, besonders bei Typen mit kleinen Löchern und starken Zwischenwänden. Außerdem steht dabei oft genug Klebemittel zum Eindringen in den Siebkern zur Verfugung, so daß dann sogar die Gefahr eintreten könnte, daß sich die in sich feste Schicht aus Impfstoff und Klebemittel vom Kern ablöst.

Deshalb wird man meist folgendes sehr einfache und sichere Verfahren zum Auftrag der Impfmittel auf den bei hoher Temperatur gebrannten, aber noch saugfähigen Siebkern vorziehen:

Der gebrannte Siebkern wird in das Klebemittel gebracht und verbleibt darin während einiger Sekunden. Der posöse Kern saugt etwas von dem Klebemittel in die zu beschichtende Oberfläche auf. Dadurch wird eine bessere Haftung des Impfmittels auf der Keramik erreicht. Durch die Imprägnierung der Oberfläche wird ferner erreicht, daß die restliche Klebstoffmenge, die das körnige Impfmittel benetzen soll, nicht durch Saugwirkung des Kerns aufgesogen wird und zur Benetzung des Impfmittels zur Verfügung steht.

Nach dem Herausnehmen des Kerns aus dem flüssigen Klebemittel werden die Löcher des Siebkerns ausgeblasen und die trockene Impfmittelkörnung auf die zu beschichtende Oberfläche gestreut. Soweit das Impfmittel vom Klebemittel benetzt wird, bleibt es mit ausreichender Festigkeit auf dem Kern haften. Der Impfmittelüberschuß kann nach dem Abblasen sofort für die Beschichtung weiterer Kerne benutzt werden. Im Bedarfsfall kann der ganze Vorgang wiederholt werden, um die Schichtstärke zu erhöhen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung eines teilweise aus einem Impfmittel bestehenden Siebkerns für die Formimpfung von Stahl- und Gußeisenschmelzen, dadurch gekennzeichnet, daß ein aus feuerfester, erosionsbeständiger keramischer Masse bestehender fertig gebrannter Siebkern durch Aufkleben des Impfmittels auf die Oberfläche des Siebkerns mit diesem beschichtet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das in gekörnter Form verwendete Impfmittel an der Oberfläche des keramischen Kerns mit Hilfe hitzebeständiger Klebstoffe, wie Wasserglas oder Feuerfestbinder in Form von saurem Aluminiumphosphat angeheftet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der gebrannte, noch poröse keramische Siebkern wenigstens an der zu beschichtenden Fläche mit dem Klebemittel zusammengebracht und getränkt und anschließend mit der trockenen Impfmittelkörnung bestreut wird.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Festigkeit der Impfstoffschicht und ihre Haftung an der keramischen Oberfläche durch Trocknen und/oder mäßiges Erwärmen auf Temperaturen von z. B. 11O⁰C verbessert und beschleunigt wird.