DE19632195C1 - Verfahren zur Herstellung von Gußstücken - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Gußstücken, wie Motorblöcken u. dgl., aus Gußeisen mit Lamellengraphit.

Gußstücke finden nahezu in der gesamten Industrie Anwendung wie beispielsweise im Werkzeugmaschinenbau, bei der Halbzeugherstellung, im Ofen- und Heizungsbau, im Motorenbau und letztlich auch in der chemischen Industrie. Zur Gewichtsersparnis ist es wünschenswert, die Gußstücke bei ausreichender Festigkeit dünnwandig herzustellen, was jedoch eine gute Fließfähigkeit des erschmolzenen Gußeisens bedingt. Es ist bekannt, daß ein erhöhter Kohlenstoffgehalt die Fließfähigkeit der Schmelze des Gußeisens begünstigt. Der Kohlenstoffgehalt des Gußeisens läßt sich durch die Gattierung oder auch die Fahrweise des Ofens steuern. Dabei wird das Gußeisen in der Regel im Kopolofen erschmolzen. Allerdings kann der Schmelzvorgang auch in einem Trommelofen oder einem Elektroofen vorgenommen werden. Nach dem Abguß verbleibt das Gußstück üblicherweise solange in seiner Form bis es sich auf etwa 300°C abgekühlt hat. Der bei diesem Abkühlvorgang erzielte Gefügezustand wird in der Regel hingenommen, obschon es bekannt ist durch bestimmte Abkühlbedingungen den Gefügezustand und damit die mechanischen Eigenschaften des Gußeisens zu beeinflussen. Zur Erzielung bestimmter mechanischer Eigenschaften ist es üblich, legiertes Gußeisen durch die Zugabe besonderer Zuschlagstoffe wie beispielsweise Kupfer, Chrom, Phosphor, Antimon, Mangan, Mikrolegierungen usw. zu erzeugen.

Bei vielen Gußstücken, wozu insbesondere auch Motorblöcke von Verbrennungsmotoren gehören, ist es wünschenswert, daß verschiedene Bereiche härter sind, als andere Bereiche des Gußstücks oder aber auch höhere Festigkeitswerte aufweisen, als andere Bereiche des gleichen Gußstücks.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, Gußstücke zu erzeugen, deren mechanische Eigenschaften hinsichtlich ihrer Härte und Festigkeit durch entsprechende Gefügebildung in vorbestimmter Weise beeinflußt werden können. Diese Aufgabe ist mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Durch diese Behandlung kann auf die Zugabe von Legierungsstoffen zur Gattierung oder zur Schmelze des Gußeisens verzichtet werden, da sich partielle Bereiche des Gußstücks mit höheren mechanischen Eigenschaften auf die angegebene Weise herstellen lassen, ohne daß dies generell im gesamten Gußstück der Fall wäre. Demzufolge erfordern bei der Bearbeitung des Gußstückes lediglich die Bereiche, die höhere mechanische Eigenschaften aufweisen eine spätere spanabhebende Bearbeitung mit hochwertigen Werkzeugen, während die anderen Bereiche sich mit üblichen, einfachen Werkzeugen bearbeiten lassen. Die partielle Anhebung der Härte des Gußeisens wird durch die Anhebung des Kohlenstoffgehaltes auf 3 bis 4% vorzugsweise 3,6 bis 3,8% C-Gehalt ausgeglichen, was sich durch Steuerung des Schmelzprozesses über die Gattierung und/oder den Betrieb des Schmelzofens sowie anschließenden Abguß der Schmelze im Sandguß oder Lost-Foam-Verfahren erzielen läßt. Somit können die Bereiche des Gußstücks, die nicht durch zusätzliche intermittierende Luftstöße in ihrer Härte angehoben wurden, auf die übliche, einfache Weise bearbeitet werden. Durchgehend legiertes oder in seiner Härte durchgehend angehobenes Gußeisen würde die Bearbeitung des Gußstückes infolge erhöhten Werkzeugverschleißes verteuern.

Um innere Spannungen im Gußstück nach der Abkühlbehandlung zu eliminieren, wird das Gußstück vorteilhaft nach der Abkühlbehandlung in einem Warmhalteofen zur Vermeidung von Eigenspannungen schrittweise auf eine geringe Resttemperatur zurückführt.

Zur Erzielung ausgewählter Härtebereiche des Gußstücks sind die auf bestimmte Flächenbereiche partiell ausgerichteten Luftstöße zur Erzeugung einer Härte von mehr als 220 HB bemessen. Außerdem sind vorzugsweise die Kühlzeiten sowohl des stetigen, allgemeinen Luftstromes als auch der partiellen Luftstöße zur Erhaltung einer Zugfestigkeit von wenigstens 250 N/mm² bemessen. Die Menge der Kühlluft für den stetigen, allgemeinen Luftstrom einerseits und die auch partiellen Luftstöße andererseits sowie die Kühlzeiten lassen sich aufgrund von Erfahrungswerten, d. h. empirisch bestimmen. Um das Verfahren hinsichtlich seines reproduzierbaren Ergebnisses unter wirtschaftlichen Aspekten zu homogenisieren ist die Abkühlbehandlung des Gußstückes vorteilhaft mittels einer eine Kamera und einen Monitor umfassenden EDV-Anlage hinsichtlich der Kühlungsintensität, des permanenten Luftstromes und der pulsierenden, partiell ausrichtbaren Luftstöße steuerbar und programmierbar. Dazu lassen sich die abzukühlenden Gußstücke vorzugsweise auf einem Stetigförderer positionieren, um die einen stetigen Luftstrom und intermittierende Luftstöße abgebende Behandlungsstrecke zu durchlaufen. Obschon es denkbar ist, die Gußstücke in verschiedener Weise durch die Behandlungsstrecke hindurchzuführen, ist es vorteilhaft einen Stetigförderer als Gliederbandförderer mit steckbar angeordneten Aufnahmekanten zur Positionierung des Gußstückes zu verwenden, wobei zumindest die Luftstöße abblasenden Düsen gesteuert einstellbar und bereichsweise mit übereinstimmender Geschwindigkeit dem Gliederbandförderer nachführbar sind.

Zur Vermeidung von Energieverschwendung ist es vorteilhaft, die beim Kühlvorgang erwärmte Luft zu Heizzwecken und/oder zur Warmwasserbereitung zu nutzen. Dabei wird die erwärmte Luft vorzugsweise einem Wärmetauscher zugeführt.

Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispieles erläutert und in einer das Behandlungsprinzip zeigenden Zeichnung dargestellt.

Nachdem eine im Kupolofen erzeugte Graugußschmelze mit einem Kohlenstoffgehalt von etwa 3,4 bis 4,0% unter Regulierung des Siliziumgehaltes erzeugt ist, wird diese Schmelze zur Erzeugung eines Gußstücks, bei dem es sich beispielsweise um einen Motorblock handeln kann, in eine Sandguß-Form oder in eine Lost-Foam-Form abgegossen. Nach dem Abguß wird das Gußstück 10 gezielt aus seiner Form getrennt, gelöst oder ausgepackt und auf einem Stetigförderer 11 plaziert. Bei diesem Stetigförderer mag es sich vorteilhaft um einen Gliederbandförderer handeln, auf dessen Platten das Gußstück mittels steckbar angeordneter, nicht dargestellter Aufnahmekanten positioniert festgelegt ist. Wie aus der Zeichnung entnommen werden kann, bilden die Platten des Stetigförderers 11 zusammen mit dem Gußstück 10 die Gußstück-Transportebene 12. Oberhalb dieser Gußstück-Transportebene befinden sich über einen weiten Längenbereich des Stetigförderers 11 sich erstreckende, stationär angeordnete leistenförmige Kühlluftzuführungstrichter 13, die auf das Gußstück 10 gerichtet sind und dieses mit einem stetigen Kühlluftstrom anblasen. Auch unterhalb der luftdurchlässigen Platten des Stetigförderers 11 sind leistenförmige Kühlluftzuführungstrichter 14 über die gleiche Förderstrecke stationär angeordnet und blasen ebenfalls mit einem stetigen Kühlluftstrom das Gußstück 10 an. Dabei ist die Kühlluftmenge und die Durchlaufgeschwindigkeit des Stetigförderers 11 derart ausgelegt, daß ausgehend von der Ausgangstemperatur des Gußstückes 10 dieses nach Verlassen der Kühlstrecke auf mindestens 723°C abgekühlt ist. Sowohl im oberen als auch im unteren Bereich des Gußstückes 10 befindet sich eine mit der Transportgeschwindigkeit des Stetigförderers 11 übereinstimmend mitführbare und an das Gußstück 10 anstellbare Hochdruckkühlleitung 15 bzw. 16, mittels welcher über Düsen 17 intermittierende Kühlluftstöße auf bestimmte Stellen des Gußstückes 10 abgegeben werden. Gleichzeitig erfolgt durch diese gezielten, intermittierenden Preßluftstöße außer der unterstützenden Abkühlung der Gußstückstellen in bestimmter Zeiteinheit eine Entfernung der Formreste, so daß für den Kühlvorgang und das Auftreffen der Kühlluft eine gleichmäßig glatte Oberfläche des Gußstückes vorhanden ist. Die mitlaufenden Hochdruckkühlleitungen 15 und 16 lassen sich steuern, indem die zu behandelnden Flächen oder Teile des Gußstückes 10 auf einem das zu behandelnde Gußstück dreidimensional hinterlegenden Bildschirm markiert werden, so daß die Intensität der Kühlung und die Intensität der Impulse vorprogrammiert werden kann. Die stationären Kühlluftzuführungstrichter 13 bilden zusammen mit der nachführbaren Hochdruckkühlleitung 15 einen oberen Kühleinrichtungsabschnitt 18, während die Kühlluftzuführungstrichter 14 in Verbindung mit der nachführbaren Hochdruckkühlleitung 16 einen unteren Kühleinrichtungsabschnitt 19 bilden. Während nun die permanente Kühlluftzufuhr als Niederdruckkühlung gefahren wird, wird die intermittierende, bestimmten Stellen des Gußstücks zugeführte Kühlluft als Hockdruckkühlung gefahren. Sobald das zu behandelnde Gußstück 10 in die Behandlungszone einfährt, erkennt eine Kamera die Lage des Gußstücks 10 und setzt diese in elektronische Daten um, aufgrund welcher die Düsen an die durch das Programm bestimmten Stellen des Gußstückes herangeführt und gemäß der Intensität und Zeitdauer des Hochdruckluftstromes einen gewünschten Abkühleffekt erzeugen, so daß die behandelten Oberflächen des Gußstückes eine Zugfestigkeit von wenigstens 250 N/mm² erreichen. Außerdem wird durch den Einsatz dieser gezielte, impulsartige Kühlluftstöße abgebenden Düsen eine Brinellhärte an den betreffenden Stellen von mehr als 220 HB erreicht. Nach der Abkühlung des Gußstückes unter die eutektoide Linie wird der Kühlprozeß unterbunden und zur Behebung von Eigenspannungen im Gußstück dieses einem Warmhalteofen zugeführt, der zusammen mit der Restwärme aus dem Gußstück wieder eine Rückheizung bewirkt, durch welche die Eigenspannungen im Gußstück beseitigt werden. Dabei wird der Warmhalteofen so gefahren, daß eine schrittweise Abkühlung des Gußstückes bis auf etwa 300°C erfolgt.

Es versteht sich, daß die Kühleinrichtung mit einem Gehäuse 20 umgeben ist und der Boden des Kühlbereiches eine Öffnung 21 zur Entsorgung des Formsandes aufweist. Außerdem ist in der Behandlungszone der Kühleinrichtung eine (oder mehrere) Entstaubungsöffnung 22 vorgesehen, die an eine Entstaubungsanlage anschließbar ist.

Das vorbeschriebene Ausführungsbeispiel erläutert das Verfahren nur beispielsweise und läßt sich entsprechend den Bedürfnissen modifizieren.

Claims (9)

1. Verfahren zur Herstellung von Gußstücken, wie Motorblöcken u. dgl., aus Gußeisen mit Lamellengraphit, wobei der Kohlenstoffgehalt des Gußeisens durch Steuerung des Schmelzprozesses über die Gattierung und/oder den Betrieb des Schmelzofens auf etwa 3 bis 4% Kohlenstoff in der Schmelze eingestellt wird,
die Schmelze wird anschließend im Sandguß- oder Lost-Foam-Verfahren abgegossen,
das Gußstück wird in einem Temperaturbereich zwischen 1100°C und 800°C von seiner Form befreit und
einer sich unmittelbar anschließenden Abkühlbehandlung durch Anblasen mittels eines Luftstromes zur vollständigen Befreiung des Gußstücks vom Formstoff unterzogen,
an ausgewählten Bereichen wird das Gußstück zur Erzeugung verbesserter, mechanischer Eigenschaften durch gezielte, intermittierende, kurze Luftstöße unter den eutektoiden Bereich abgekühlt,
wobei die Abkühlbehandlung nach Unterschreiten der Temperatur des eutektoiden Bereiches unterbunden wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gußstück nach der Abkühlbehandlung in einem Warmhalteofen zur Vermeidung von Eigenspannungen schrittweise auf eine geringe Resttemperatur zurückgeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die auf bestimmte Flächenbereiche partiell ausgerichteten Luftstöße zur Erzeugung einer Härte von mehr als 220 HB bemessen sind.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlzeiten sowohl des stetigen, allgemeinen Luftstromes als auch der partiellen Luftstöße zur Erhaltung einer Zugfestigkeit von wenigstens 250 N/mm² bemessen sind.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abkühlbehandlung des Gußstücks mittels einer eine Kamera und einen Monitor umfassenden EDV-Anlage hinsichtlich der Kühlungsintensität des permanenten Luftstromes und der pulsierenden, partiell ausrichtbaren Luftstöße steuerbar und programmierbar ist.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die abzukühlenden Gußstücke auf einem Stetigförderer positioniert eine Luftstrom und Luftstöße abgebende Behandlungsstrecke durchlaufen.

7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Stetigförderer ein Gliederbandförderer mit steckbar angeordneten Aufnahmekanten zur Positionierung des Gußstücks verwendet ist, und zumindest die Luftstöße abblasenden Düsen gesteuert einstellbar und bereichsweise mit übereinstimmender Geschwindigkeit dem Gliederbandförderer nachführbar sind.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die beim Kühlvorgang erwärmte Luft zu Heizzwecken und/oder zur Warmwasserbereitung genutzt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die erwärmte Luft einem Wärmetauscher zugeführt wird.