DE1909165C3

DE1909165C3 - Verfahren zur Herstellung poröser Metallformen

Info

Publication number: DE1909165C3
Application number: DE1909165A
Authority: DE
Inventors: Kunii Nagano Nakata (Japan)
Original assignee: NAGANO PREFECTURE NAGANO (JAPAN)
Current assignee: NAGANO PREFECTURE NAGANO (JAPAN)
Priority date: 1968-02-26
Filing date: 1969-02-24
Publication date: 1974-04-18
Also published as: DE1909165B2; US3605855A; DE1909165A1; GB1219379A

Description

prozent erhöht oder erniedrigt werden. Natriumsulfat hat die Wirkung eines Flußmittels, welches unter hohen Temperaturen schmilzt, um die Lötverbindung der aus Metallteilchen bestehenden Schale •j!u erleichtern.

Um weiter die Lötverbindung der Metallteilchen zu vervollkommnen, können sie vorzugsweise mit Flußmitteln, wie Borsäure oder Borax, gemischt oder bestrichen werden.

Es kann vorteilhaft sein, den Raum, der nach dem j ο Entfernen des Modells verbleibt, mit einem Stützsand auszufüllen, um die Schale beim Hinterfüllen mit dem geschmolzenen Metall abzustützen. Der bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zu verwendende Stützsand kann gewöhnlicher Formsand sein. Wenn jedoch ein Schslenformsand mit hoher Fließfähigkeit verwendet wird, ergeben sich Vorteile, indem beim Eingießen eines geschmolzenen Metalls reduzierendes CO-Gas erzeugt wird, das die Oxydation der aus Metallteilchen bestehenden Schale verhindert und das Verlöten der Metallteilchen erleichtert.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird an Hand der Zeichnung näher erläutert, hierin sind

F i g. 1 bis 5 eine Herstellungcfolge einer Metallform ohne Verwendung eines exothermen Mittels,

Fig. 6 bis 8 eine Herstellungsfolge einer Metallform entsprechend den F i g. 2 bis 4 unter Verwendung eines exothermen Mittels,

F i g. 9 eine mikroskopische Fotografie eines Gefügcs, welches den gebundenen Zustand der Metallteilchen in dem Querschnitt einer erfindungsgemäß hergestellten Metallform wiedergibt.

Beispiele der erfindungsgemäßen Herstellung von Metallformen werden im folgenden beschrieben. Die Angaben in den Beispielen sind Gewichtsteile bzw. Gewichtsprozent.

Beispiel 1

Wie in Fig. 1 darge^ -lit ist ein Modell 2 auf einer Modellplatte 3 angeordnet und weiter ein Formkasten 4 mit einer Sandauskleidung 5 auf der Modellplatte 3 aufgestellt, um das Modell 2 einzuschließen.

Dann wird ein durch Mischen und Kneten von 100 Teilen Stahlteilchen von 0,20 bis 0,15 mm, 3 Teilen Kupferpulver von weniger als 10 Mikron und 3 Teilen Natriumsilicat (Molverhältnis 2,7) nergestelltes Material in 10 mm Stärke auf dem Modell geformt, welches bestrichen ist mit einer Vinylfarbe als einer Trennmasse. Das geformte Material wird unter Verwendung eines COyGases oder Alkohols verfestigt, um eine Schale 1 aus Metallteilchen zu bilden. Dann wird das Modell 2 herausgezogen (wie ^;n Fig. 2 dargestellt) und die Schale allmählich mit einem Brenner, wobei Wasser entfernt wird, bis auf etwa 300⁰C erhitzt. Nach dem Erhitzen wird der Formkasten 4, welcher die Schale aus Metaliteilchen enthält, um 180° gedreht, ein anderer Formkasten 7, wie in F i g. 3 dargestellt, aufgesetzt und der Teil, aus welchem das Metall 2 entfernt worden ist, und der Raum, welcher durch den Formkasten 7 gebildet wird, mit einem Stützsand 6 gefüllt.

Anschließend wird die aus den Formkästen 4 und 7, die, wie vorstehend beschrieben, mit dem Stützsand 6 angefüllt wurden, bestehende Anordnung gedreht und ein geschmolzenes Metall 8 in den Raum eingegossen, del durch die Rückseite der Schale aus Metallteilchen und der Sandauskleidung 5 gebildet wird.

Solch ein Zuband ist in Fig, 4 wiedergegeben. Nachdem das eingegossene geschmolzene Metall, z.B. geschmolzenes Gußeisen» von 1500°C, sich verfestigt hat, werden die Formkästen 4 und 7. die Sandauskleidung 5 und der Stützsand 6 «ntfernt, um eine hinteifüllte Metailforro 9 fertigzustellen, wie sie in Fig, 5 dargestellt ist.

Beispie! 2

Beispiel 1 wurde mit der Ausnahme wiederholt, daß folgende Materialien gemischt, geknetet und dann geformt wurden, um eine Schale zu erhalten.

Nickel-Chrom-Stahl-Teilchen von 0,43
bis 0,20 mm (C 0,35%, Ni 3,0%, Cr
0,6%, Rest Fe) 100 Teile

Messingpulver von unter 10 Mikron

(Cu 60%, Zn 40%) 7 Teile

Natriumsilicat (Molverhältnis 2,7) 2 Teile

Es wurde eine hir.cerfüllte Schale aus verlöteten Nickel-Chrom-Stahl-T.^chen erhalten.

Beispiel 3

Folgende Materialien wurden gemischt, geknetet und dann geformt, um eine Schale, wie im Beispiel 1 beschrieben, zu erhalten.

Weichstahlteilchen von 0,43 bis 0,20 mm

(Kohlenstoffgehalt 0,2%) 100 Teile

Selbstfließendes Nickellegierungspulver
von unter lOM'ikron (Ni 72%, Cr
12%, B 2,8%, Si 4,0%, Fe 3,5%,
Co < 1 %, C 0,5%, Schmelzpunkt
1040° C) 10 Teile

Natriumsilicat (Molverhältnis 2,7) 2.2 Teile

Die Vorwärmtemperatur der Schale betrug 450 C und die Temperatur des zu vergießenden geschmolzenen Gußeisens 1470⁰C. Es wurde eine verlötete und verbundene Metallform in Form einer hinterfüllten Schale erhalten.

Beispiel 4

., Die folgenden Materialien wurden gemischt, geknetet und dann, wie im B-ispiel 1 beschrieben, zu einer Schale geformt.

Gußeisenteilchen von 0,43 bis 0,25 mm

(C 2,8%, Si 1,5%i) 100 Teile

Messingpulver von unter 10 Mikron

(Cu 60%, Zn 40%) 7 Teile

Natriumsilicat (Molverhäitnis 2,7) 2 Teile

Die Vorwärmtemperatur der Schale betrug 200° C und die Temperatur des geschmolzenen zu vergießenden Gußeisens 1400⁰C. Das Gießen erfolgte unter Argonatmosphäre. Es wurde eine verlötete und verbundene hinterfüllte Metallform erhalten.

Im folgenden werden weitere Beispiele des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung von Metallformen, aber unter Verwendung eines exothermen Mittels, beschrieben.

Beispiel 5

Ein durch Mischen und Kneten von 5 Gewichtsprozent Kupferpulver Und 2 Gewichtsprozent Natriumsilicat mit hoch kohlenstoffhaltigen Stahlteilchen mit einer Größe von etwa 0.4Q mm aU Hi

teil hergestelltes Material wurde in 10 mm Stärke, Auf diese Weise wurden die Oberflächen der

wie in F i g. 1 dargestellt, auf einem Modell 2 geformt. niedrigkohlenstofThaltigen Stahlteilchen mit der selbst-

Methanol (ein Kohlendioxydgas oder Alkohol können schmelzenden Nickellegierung bedeckt, und das duk-

auch verwendet werden) wird in das geformte Ma- tile Gußeisen drang in die Hohlräume zwischen den

terial einsickern gelassen, um zum Erhalt einer 5 Stahlteilchen ein, wodurch eine fest verbundene

Schale 1 aus Metallteilchen ein Natriumsilicatgel zu hinterfüllte Metallform erhalten wurde, bilden. Dann wird, nachdem das Modell 2 entfernt

worden ist, wie in Fig. 6 dargestellt, ein exothermes Beispiel 7 Mittel 10 mit einer bestimmten Stärke auf die Oberfläche 11 der Schale aus Metallteilchen aufgetragen. io Die folgenden Materialien wurden gemischt, ge-Nachdem das exotherme Mittel 10 aufgebracht worden knetet und dann zu einer Schale, wie im Beispiel 5 ist, wird die Schale vorgewärmt, um ein Abschrecken beschrieben, geformt, des später eingegossenen geschmolzenen Metalls 8 zu Nickel-Chrom-Stahlteilchen von 0,43 bis verhindern. _{0 2}o mm (C 0.32 ⁰Z₀, Ni 3,0%, Cr 6%,

Das Vorwärmen kann mit solchen Mitteln wie 15 Rest Fe) 100 Teile

einem Wärmeofen oder einem Gasbrenner erfolgen. Neusilberpulver von unter 10 Mikron

Die Vorwärmung wird jedoch vorzugsweise mit Hilfe _(Cu _M„,^ _{Ni ]8}ο_/βι Zn 18%) 5 Teile

eines Wärmeofens durchgeführt. Die bevorzugte Vor- Natriumsilicat (Molverhältnis 2,7) 1,7 Teile

wärmtemperatur beträgt etwa 250° C.

Der Formkasten 4, welcher die Schale aus Metall- **> Die Anwendung eines exothermen Mittels erfolgte teilchen enthält und wie vorstehend beschrieben be- wie im Beispiel 5 beschrieben. Die Vorwärmtempehandelt worden ist, und das exotherme Mittel 10 ratur der Schale betrug 250⁰C. Als geschmolzenes werden um 180° gedreht, ein anderer Formkasten 7 Metall wurde ein duktiles Gußeisen mit 3,3% Kohlenwird wie in Fig. 7 dargestellt angeordnet, und der stoff und 1,8°/o Silicium bei 1430⁰C verwendet. Das Teil, von welchem das Modell 2 entfernt worden ist, as exotherme Mittel wurde 13 Sekunden, nachdem das und der Raum, welcher von dem Formkasten 7 ge- geschmolzene duktile Gußeisen eingegossen worden bildet wird, werden mit Stützsand 6 angefüllt. war, gezündet und verbrannt.

Wenn die in obiger Weise gebildete Anordnung Das duktile Gußeisen drang in die Hohlräume zwi-

wieder gedreht und, wie in F i g. 8 dargestellt, ein ge- sehen den Nickel-Chrom-Stahlteilchen ein, wodurch

schmolzenes Metall 8 in den durch die Rückseite der 30 eine fest verbundene Hinterfüllte Metallform erhalten

Schale 1 und der Sandauskleidung 5 gebildeten Raum wurde.

eingegossen wird, erhitzt sich die Schale 1 schnell, so Die hinterfüllte Metallform, welche unter Ver-

daß das exotherme Mittel 10 auf der Oberfläche 11 wendung eines exothermen Mittels erhalten wurde,

der Schale zündet und verbrennt, wodurch die ist in der Bindung zwischen den Metallteilchen fester,

Schale 1 schnell von beiden Seiten auf eine hohe 35 weist keine derartigen Fehler wie Rißbildung und

Temperatur in einer reduzierenden Atmosphäre er- Herausfallen der Teilchen auf und hat eine hohe

hitzt wird. Das geschmolzene Metall 8 wird daher Lebensdauer.

leicht in die Zwischenräume zwischen den Metall- F i g. 9 ist eine vergrößerte Fotografie eines Geteilchen der Schale 1 eindringen, wodurch die ent- füges, das den verbundenen Zustand der Metallsprechenden Metallteilchen fest miteinander ver- 40 teilchen im Querschnitt einer Metallform zeigt Diese bunden werden und eine hinterfüllte Metallform 9, Form wurde durch Gießen geschmolzenen Gußeisens wie in Fig. 5 dargestellt, fertiggestellt wird. mit einer Zusammensetzung von 3,6% Kohlenstoff,

2,2% Silicium, 0,5% Mangan, 0,15% Phosphor und

Beispiel 6 0,07% Schwefel in eine aus einem durch Mischen

45 von 5% Kupferpulver und 2% Natriumsilicat mit

Die folgenden Materialien wurden gemischt, ge- hochkohlenstoffhaltigen Stahlteilchen mit einem knetet und dann zu einer Schale, wie im Beispiel 5 Kohlenstoffgehalt von 1,0% hergestellte·¹ Material

beschrieben, geformt. gebildete Schale aus Metallteilchen, die durch das

iw»^«i»v^hi_Mc*»#i»Mi«>Ct_aMteii,.fi.M Eindringen des geschmolzenen Gußeisens verlötet

^^StSfaSSSiSSSLfr *> «ad verbunden wittden. erhalten, Dieses Foto zeigt

gehal!Γθ?2·Λ?.„.??. ^^TÜ". 100Teile ^dnen Z*«**¹*' ^itt ^*⁰ *» vernaschte Kupfer-

JS t>T r*??«/*^Γη ft« ' ¥555° ftSäiSSa«Is? Dabei sind Se^etallSSi

feV««/ r« 1 ·/ i~n£«. ωΐ,ν'' 55 durch Löten vollständignritemander verbunden.

Lf o» A acbmeiz- _{Beim VergJeich} ^^ _{naeh dem} erfhidimgsgemaßen

::::: ._»«. sarACSTAfiASfi: SS

Die Anwendung eines exothermen Mittels erfolgte Gießversuche würde festgestellt, daß die MetaUform

wie im Beispiel 5 beschrieben. Die Vorwärmtempera- 60 nach der Erfindung sogar in 300 kontinuierlichen

tür der Schale betrug 300° C. Ais geschmolzenes Einsätzen keine Rißbildung zeigt, daß aber die

Metall wurde ein duktiles Gußeisen mit 3,5% Kohlen- Metallform, die nach dem üblichen Verfahren her-

stoff und 2,3% Sflicmm bei 1430° C verwendet Das gestellt worden ist, schon nach 10 Einsätzen Risse

exotherme Mittel wurde 10 Sekunden, nachdem das aufweist. Die nach dem erfmdungsgetnäßen Verfahren

geschmolzene duktile Gußeisen eingegossen worden 65 hergestellte Metallform besitzt daher e»«» hohe

war, gezündet und verbrannt. Lebensdauer.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

i 2 Metallteilchen als Hauptbestandteil hergestelltes MB-Patentansprüche· terial auf einem in einem Formkasten gesetzten Modell geformt und verfestigt wird, zeichnet sich da-

1. Verfahren zur Herstellung poröser Metall- durch «us, άφ man einen MisebungsanteiJ von Naformen, wobei ein durch Mischen und Kneten 5 triumsiJikat von weniger als 3 Gewichtsprozent Vereines Metallpulvers und Natriumsilikat mit Me- wendet und nach Bildung einer Schale das Modell talltejlchen als Hauptbestandteil hergestelltes entfernt und die Schale mit geschmolzenem Metall Material auf einem in einem Formkasten gesetzten hinterfiiUt

Modell geformt und verfestigt wird, dadurch Das zu Hinterfüllen verwendete Metall erhitzt die

gekennzeichnet, daß man einen Mischungs- io Schale aus Metallteilchen, so daß diese Teilchen zu-

anteil von Natriumsilikat von weniger als 3 Ge- zammeugelötet und verbunden werden. Es wird nach

wichtsprozent verwendet und nach Bildung einer seiner Verfestigung zu einem Stützmetall und trägt

Schale das Modell entfernt und die Schale mit somit wesentlich zur Verhinderung der Verformung

geschmolzenem Metall hinterfüllt. der Schale aus Metallteilchen, der Erhöhung ihrer

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge- »5 Lebensdauer und der Regelung der thermischen Leitkennzeichnet, daß man die Metallteilchen mit fähi^keit bei. Das Material und die Gießtemperatur Flußmitteln mischt oder bestreicht des geschmolzenen Metalls müssen unter Berück-

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge- sichtigung der Dicke der Schale sowie der Art der kennzeichnet, daß man nach dem Entfernen des Metallteilchen und des Metallpulvers bestimmt wer-Modells und vor dem Hinterfüllen ein exothermes 20 den. Die bei dem erfindungsgemäßen Verfahren verMittel auf den T<?il der Schale aufbringt, von wendeten Metallteilchen sind gewöhnlicherweise welchem das Modell entfernt worden ist. Stahl-, !egierte Stahl- oder Gußeisenteilchen. Es wird

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge- jedoch im allgemeinen ein hochkohlenstoffhaltiges kennzeichnet, daß man Teilchen aus Stahl, Stahl- Gußeisen bevorzugt.

legierungen oder Gußeisen als Metallteilchen ver- 25 Das Metallpulver ist vorzugsweise ein gemischtes

wendet. Pulver mit Gehalten an Kupfer- und Kupferlegie-

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge- rungspulver oder Nickellegierungspulvcr. Um die kennzeichnet, daß man Pulver aus Kupfer, Lötwirkung der Metallteilchen zu erleichtern, können Kupferlegierungen oder Nickellegierungen als die zu verwendenden Metallteilchen an der Ober-Metallpulver verwendet. 30 fläche mit einem leicht zu lötenden Metall beschichtet

sein. Bei dem erfindiiugsgemäßen Verfahren verbin-

den sich die Schale und das geschmolzene Metall zu

einem Stück in Form einer Metallform, welche durch

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Her- die Lötwirkung des gemischten Metallpulvers fest verstellung poröser Metallformen, wobt* ein durch 35 bunden und porös ist.

Mischen und Kneten eines Metallpulvers und Na- Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Er-

triumsilikat mit Metallteilchen als Hauptbestandteil findung wird nach dem Entfernen des Modells und

hergestelltes Material auf einem in einem Form- vor dem Hinterfüllen ein exothermes Mittel auf den

kasten gesetzten Modell geformt und verfestigt wird. Teil der Schale aufgebracht, von welc'icm das Modell

Aus der deutschen Patentschrift 608 751 sowie der 40 entfernt worden ist. Auf diese Weise wird wegen der britischen Patentschrift 866 372 ist es bereits bekannt, Haftung durch die Lötwirkung und des Eindringens beim Herstellen poröser Metallformen ein durch des geschmolzenen Metalls zwischen die Metall-Mischen und Kneten eines Metallpulvers und Na- teilchen sowie durch das Zusammenwirken der Ertriumsilikat mit Metallteilchen als Hauptbestandteil hitzung durch das zum Hinterfüllen verwendete, gehergestelltes Material auf einem in einem Formkasten 45 schmolzene Metall, welches nach späterer Verfestigesetzlen Modell zu formen und zu verfestigen, so gung zu einem Stützmetall wird, und durch die Zündaß eine hauptsächlich aus Metallteilchen bestehende dung und das Verbrennen des exothermen Mittels Form gebildet wird. Hierbei werden dem Ausgangs- eine fester verbundene, poröse Metallform erhalten, gemisch zur Erzielung einer ausreichenden Festigkeit Das in der Erfindung zu verwendende exotherme jedoch Natriumsilikatanteile von etwa 10⁰/o oder 50 Mittel ist eine aluminothermische Reaktionsmasse behöher zugesetzt. Ferner ist es aus den deutschen Pa- liebiger Zusammensetzung, jedoch unter der Voraustentschriften 722 114, 888 602 sowie der deutschen Setzung, daß diese während des Vorwärmens der Auslegeschrift 1182 780 bekannt gespritzte, ge- Schale aus Metallteilchen nicht zündet, aber leicht bei gossene oder galvanisch niedergeschlagene Metall- der Temperatur des geschmolzenen Hinterfüllmaterials schalenform^ mit flüssigen Metallen zu hinterfüllen. 55 abbrennt. Die verwendete Menge solch eines exo-Hierbei wird dieses Hinterfüllen teilweise mit nicht thermen Mittels kann so bemessen sein, daß die unzu hoch schmelzenden Metallen oder Metallegierun- zureichende Wärmemenge im Fall des Erhitzens der gen durchgeführt, oder es muß ein Metall mit einem Schale aus Metallteilchen mit dem geschmolzenen niedrigeren Schmelzpunkt als demjenigen des Scha- Hinterfüllmaterial ausgeglichen wird. Sie kann etwa lenmaterials verwendet werden. 60 1 g/cm² der Schale betragen.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Ver- Die Größe der Metallteilchen beträgt 0,1 bis

!ahrens zur Herstellung billiger und genauer Metall- 1,5 mm. Der Mischungsanteil des beim erfindungs-

formen, wobei dieses Verfahren billig durchzuführen gemäßen Verfahren verwendeten Natriumsilikats be-

ioin und keinen erheblichen Zeitaufwand erfordern trägt, unabhängig von dem Molverhältnis SiO₂ZNa₂O,

■;oll. 65 weniger als 3 Gewichtsprozent und muß in Abhängig-

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung keit von den Mischungsanteilen der Metallteilchen

poröser Metallform, wobei ein durch Mischen und und solch anderer Zusätze, wie sie im folgenden er-

Kncten eines Metallpulvers und Natriumsilikat mit wähnt werden, in einem Bereich unter 3 Gewichts-