DE19809631C1 - Method and device for pouring a melt and castings produced therefrom - Google Patents
Method and device for pouring a melt and castings produced therefromInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Vergießen einer Schmelze bei verhältnismäßig geringer Erstarrungsgeschwindigkeit, wie insbesondere Schwerkraftkokillengießverfahren, Sandgießverfahren, Niederdruckgießverfahren oder Zwischenformen dieser Verfahren, wobei die Schmelze Phasen, wie Vorausscheidungen von Kristallen oder Partikel oder Kurzfasern, mit niedrigerer elektrischer Leitfähigkeit als das Metall der Restschmelze aufweist; um verschleißfeste Oberflächenbereiche zu erhalten, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass die Schmelze unter zumindest lokaler Einwirkung eines elektromagnetischen Wechselfeldes zur Erstarrung gebracht wird und dadurch eine Anreicherung der weniger leitfähigen Phasen an Bereichen der Gußteiloberfläche erreicht wird.The invention relates to a process for casting a melt at a relatively low solidification rate, such as in particular gravity die casting processes, sand casting processes, low-pressure casting processes or intermediate forms of these processes, the melt having phases, such as precipitations of crystals or particles or short fibers, with lower electrical conductivity than the metal of the residual melt ; In order to obtain wear-resistant surface areas, it is proposed according to the invention that the melt solidifies under at least local action of an alternating electromagnetic field, and thereby an enrichment of the less conductive phases is achieved in areas of the cast part surface.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Vergießen einer Schmelze bei verhältnismäßig geringer Erstarrungsgeschwindigkeit, wie beispielsweise Schwerkraftkokillengießverfahren, Sandgießverfahren, Niederdruckgießverfahren oder Zwischenformen dieser Verfahren, bei denen die Erstarrungsgeschwindigkeit verglichen mit derjenigen bei Druckgießverfahren gering ist, wobei die Schmelze Phasen, wie Vorausscheidungen von Kristallen oder Partikel oder Kurzfasern, mit niedrigerer elektrischer Leitfähigkeit als das Metall der Restschmelze aufweist.The invention relates to a method for casting a Melt at a relatively low level Solidification rate, such as Gravity die casting process, sand casting process, Low pressure casting process or intermediate forms of this Procedures in which the rate of solidification low compared to that in die casting processes is, the melt phases, such as pre-precipitations of Crystals or particles or short fibers, with lower electrical conductivity as the metal of the residual melt having.
Verschleißfeste Gussstücke werden häufig aus Schmelzen oder Legierungen hergestellt, welche Vorausscheidungen, intermetallische Phasen oder zugesetzte Partikel oder Fasern aufweisen, die die Verschleißfestigkeit des Gussstücks gegenüber dem Basismetall bzw. der Basismetallliegierung erhöhen sollen. Beispielhaft sei an dieser Stelle lediglich auf übereutektische AlSi- Legierungen hingewiesen, bei denen primär vorausgeschiedenes Silizium eine derartige Phase niedrigerer elektrischer Leitfähigkeit bildet. Von Schwerkraftseigerungseffekten abgesehen ist grundsätzlich von einer gleichmäßigen Verteilung derartiger Phasen im Gussstück auszugehen. Die erhöhte Verschleißfestigkeit wird jedoch nicht an allen Stellen des Gussstücks, sondern üblicherweise an Oberflächenbereichen, die später einen Gleitbereich bilden, oder an Lagerabschnitten oder Querschnittsverengungen benötigt. Eine erhöhte Konzentration dieser Phasen im Gussstück kann sich sogar nachteilig auswirken (z. B. Versprödung), weshalb die Verschleißfestigkeit von Gussstücken beispielsweise an Oberflächenabschnitten nicht beliebig durch Anreicherung derartiger Phasen im gesamten Gussstück erhöht werden kann.Wear-resistant castings are often made from melts or Alloys, which pre-selections, intermetallic phases or added particles or Have fibers that the wear resistance of the Casting compared to the base metal or the Base metal alloy should increase. To be exemplary only hypereutectic AlSi- Alloys pointed out, where primary pre-deposited silicon such a phase forms lower electrical conductivity. Of Apart from gravitational effects of an even distribution of such phases in the Going out casting. The increased wear resistance however not at all points of the casting, but rather usually on surface areas that later become one Form sliding area, or on bearing sections or Cross-sectional narrowing needed. An increased Concentration of these phases in the casting can even have an adverse effect (e.g. embrittlement), which is why the Wear resistance of castings, for example Surface sections not arbitrarily due to enrichment such phases in the entire casting can be increased.
Um die Qualität des Gussstücks beim Stranggießen von Stählen zu erhöhen, wurden bereits elektromagnetische Drehfelder eingesetzt, um der Seigerung in den bis zu 6 Meter langen Sümpfen von Stahl im gerade erstarrenden Strang entgegenzuwirken. Das Drehfeld wird durch unterhalb der Stranggusskokille angeordnete Spulen, also im Nachkühlbereich, erzeugt und in den Strang eingestrahlt. Hierdurch soll eine innige Vermischung innerhalb des Sumpf s erreicht werden und wie bereits erwähnt Seigerungserscheinungen entgegengewirkt werden, um ein homogenes Gefüge innerhalb des Stranggussstücks zu erhalten. Im Hinblick auf die Verhinderung von Seigerungserscheinungen durch elektromagnetische Drehfelder wird auf die DE-A-31 22 156 und die DE-A-24 24 610 verwiesen.To the quality of the casting when continuously casting Increasing steels have already been electromagnetic Rotary fields are used to prevent segregation in up to 6 Meter long swamps of steel in the just solidifying Counteract strand. The rotating field is through below the coils arranged in the continuous casting mold, i.e. in After cooling area, generated and irradiated into the strand. This should intimate mixing within the sump be achieved and as already mentioned Signs of segregation can be counteracted to a homogeneous structure within the continuous casting receive. With a view to preventing Signs of segregation due to electromagnetic rotating fields to DE-A-31 22 156 and DE-A-24 24 610 referred.
Aus der DE-A-28 55 933 ist ein Verfahren bekannt, wonach durch die Kombination eines von außen über Elektroden angelegten Stromflußes in einem elektrisch leitfähigen fluiden Medium und eines hiervon unabhängig angelegten Magnetfeldes die Auftriebskräfte von verschieden gut leitenden Bestandteilen des Mediums beeinflusst werden. Es handelt sich hierbei um ein Gleichfeldverfahren, d. h. Strom und Magnetfeld sind in vorgegebener Weise zeitlich sowie räumlich aufeinander abgestimmt; sie könnten nur gleichphasig zueinander verändert werden. Die Druckschrift lehrt die vollständige volumenmäßige Durchdringung der Flüssigkeit durch den Strom bzw. das Magnetfeld, um Entmischungen aufzuheben oder zu verstärken, um beispielsweise eine Phase abtrennen zu können.From DE-A-28 55 933 a method is known, according to which by combining one from the outside via electrodes applied current flow in an electrically conductive fluid medium and an independently created Magnetic field the buoyancy forces of different good conductive components of the medium are influenced. It is a DC field method, d. H. electricity and magnetic field are temporal as well as spatially coordinated; they could only be changed in phase with each other. The publication teaches the full volume penetration of the Liquid through the current or the magnetic field, um Abolish or reinforce segregation to for example to be able to separate a phase.
Ausgehend von der eingangs erwähnten Herstellung von Gussstücken mit verschleißfesten Oberflächenbereichen liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu Grunde, verschleißmindernde Phasen in den betreffenden Oberflächenbereichen zu konzentrieren, ohne in anderen Bereichen des Gussstücks hieraus resultierende negative Auswirkungen hinnehmen zu müssen.Starting from the production of Castings with wear-resistant surface areas the object of the present invention, wear-reducing phases in the concerned Focus surface areas without being in others Areas of the casting resulting negative To have to accept effects.
Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Dabei wird die Schmelze unter zumindest lokaler Einwirkung eines elektromagnetischen Wechselfeldes zur Erstarrung gebracht, so dass dabei das elektromagnetische Wechselfeld in einen Oberflächenbereich einer von der Frequenz des Wechselfelds und der Leitfähigkeit der Schmelze abhängigen Eindringtiefe eindringt und dadurch eine Anreicherung der weniger leitfähigen Phasen an diesen Oberflächenbereichen des Gußteils erreicht wird. This task is initiated in a procedure mentioned type solved according to the invention with the features of claim 1. The Melt under at least local influence of a electromagnetic alternating field solidified, so that the alternating electromagnetic field in a surface area one of the frequency of the Alternating field and the conductivity of the melt Penetration depth and thereby enrichment of less conductive phases on these surface areas of the casting is reached.
Es wurde erfindungsgemäß erkannt, dass im Bereich der
Eindringtiefe eines elektromagnetischen Wechselfeldes eine
Kraftkomponente auf die weniger leitfähigen Phasen in
Richtung der Gussstückoberfläche gebildet wird, so dass
diese sich an Bereichen der Gussteiloberfläche anreichern.
Dies lässt sich physikalisch mit dem Eindringen des
elektromagnetischen Wechselfelds in die Schmelze und die
Auswirkungen der hierbei sich ergebenden elektrischen
Feldstärke E und magnetischen Feldstärke H bzw. Induktion B
und der aus dem Vektorprodukt der elektrischen Feldstärke
und der magnetischen Feldstärke H gebildeten
Energiestromdichte S (S = E × H) im Zusammenhang mit der
jeweils unterschiedlichen elektrischen Leitfähigkeit σ der
Phasen und der sie umgebenden Schmelze zumindest qualitativ
erklären. Diese Wirkung ist praktisch auf den Bereich der
Eindringtiefe des elektromagnetischen Wechselfelds
beschränkt, welche nach der Theorie proportional zum
Reziproken der Wurzel aus Frequenz, magnetischer
Permeabilität und elektrischer Leitfähigkeit ist
It was recognized according to the invention that a force component is formed on the less conductive phases in the direction of the casting surface in the area of the penetration depth of an alternating electromagnetic field, so that these accumulate on areas of the casting part surface. This can be done physically with the penetration of the alternating electromagnetic field into the melt and the effects of the resulting electrical field strength E and magnetic field strength H or induction B and the energy current density S (S =. Formed from the vector product of the electrical field strength and the magnetic field strength H) E × H) in connection with the different electrical conductivity σ of the phases and the surrounding melt explain them at least qualitatively. This effect is practically limited to the range of the penetration depth of the alternating electromagnetic field, which according to the theory is proportional to the reciprocal of the root from frequency, magnetic permeability and electrical conductivity
(δ = 1/√ (πfµσ)
(δ = 1 / √ (πfµσ)
Innerhalb dieser Eindringtiefe werden also die weniger leitfähigen Partikel in Richtung auf die Oberfläche bewegt, weil sie eine geringere abstoßende Kraft durch das Wechselfeld erfahren als die stärker leitfähige umgebende Schmelze. Hierdurch entsteht hinter der angereicherten Oberflächenschicht mit erhöhter Konzentration der jeweils betrachteten Phase eine Schicht mit demgegenüber deutlicher Verarmung. Es wird auch darauf hingewiesen, dass der Begriff der Gussteiloberfläche im weitesten Sinne zu verstehen ist. Es kann sich hierbei um eine Bohrung, einen Kanal oder dergleichen handeln.Within this depth of penetration, the number will decrease conductive particles moving towards the surface, because they have less repulsive force from the Alternating field experience than the more conductive surrounding Melt. This creates behind the enriched Surface layer with increased concentration of each considered phase a layer with, in contrast, more clearly Impoverishment. It is also noted that the Concept of the casting surface in the broadest sense understand is. This can be a hole, a Act channel or the like.
Mit der erfindungsgemäßen Lösung kann also bei gleicher Ausgangsschmelze eine höhere Oberflächenkonzentration der betreffenden Phase als bei einem bekannten Gießverfahren erreicht werden.With the solution according to the invention, the same can be done Initial melt a higher surface concentration of the relevant phase than in a known casting process can be achieved.
Diese bewusst herbeigeführte Seigerung unter der Wirkung elektromagnetischer Wechselfelder muss im wesentlichen im noch flüssigen Zustand erfolgen. Wird der Anteil aus Partikeln bzw. Vorausscheidungen und weiteren Schmelzenanteilen zu groß, so lassen sich die Partikel nicht mehr hinreichend leicht verschieben. Die festen Phasen verkanten und behindern sich gegenseitig.This deliberately induced segregation under the effect electromagnetic alternating fields must essentially still liquid state. Will the share out Particles or pre-selections and others Particles of melt too large, so the particles no longer move sufficiently easily. The firm Phases tilt and hinder each other.
Diese örtlich eingeleitete Phasenbewegung unter elektromagnetischer Feldeinwirkung benötigt auch Zeit. Die Erstarrung darf daher nicht so rasch wie zum Beispiel beim Druckguss erfolgen. Die üblichen Erstarrungszeiten im Sandguss aber auch im Kokillenguss mit vorzugsweise wärmedämmenden Schlichten erlauben im allgemeinen die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Insoweit erweist es sich auch als vorteilhaft, dass die Einstrahlung des elektromagnetischen Wechselfelds in die Schmelze nicht nur "Auftriebskräfte" erzeugt, sondern auch die Erzeugung von Wärme mit sich bringt. Diese lokale Energiezufuhr verzögert die Erstarrung in vorteilhafter Weise weiter.This locally initiated phase movement below Electromagnetic field exposure also takes time. The Solidification must therefore not be as quick as, for example, with Die cast. The usual freezing times in Sand casting but also preferably in permanent mold casting heat-insulating sizes generally allow the Implementation of the method according to the invention. So far it also proves advantageous that the irradiation of the alternating electromagnetic field in the melt generates only "buoyancy forces", but also generation of warmth. This local energy supply further delays the solidification in an advantageous manner.
Die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens erweist sich als besonders vorteilhaft im Zusammenhang mit dem Vergießen einer übereutektischen oder nah-eutektischen technischen Aluminium-Silizium-Legierung, bei der die Silizium- Vorausscheidungen, die sogenannten Silizium-Primärkristalle die Phase geringerer elektrischer Leitfähigkeit bilden.The application of the method according to the invention has proven itself as particularly advantageous in connection with the potting a hypereutectic or near-eutectic technical Aluminum-silicon alloy, in which the silicon Precipitations, the so-called silicon primary crystals form the phase of lower electrical conductivity.
Auch intermetallische Phasen wie z. B. Ni2Al3 oder TiAl3 werden in AlSi-Legierungen vorausgeschieden und weisen eine geringere elektrische Leitfähigkeit auf als flüssiges Aluminium und werden daher ebenfalls an die Oberfläche transportiert.Intermetallic phases such as B. Ni 2 Al 3 or TiAl 3 are pre-deposited in AlSi alloys and have a lower electrical conductivity than liquid aluminum and are therefore also transported to the surface.
Bei der Schmelze kann es sich aber in ebenfalls vorteilhafter Weise auch um eine Eisenschmelze handeln, bei der Graphit- oder Zementit-Vorausscheidungen die Phase geringerer elektrischer Leitfähigkeit bilden. Auch Schwermetallschmelzen sowie Leicht- oder Buntmetallschmelzen mit Partikeln oder Kurzfasern aus Materialien mit niedrigerer elektrischer Leitfähigkeit als die Restschmelze eignen sich zum Vergießen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren.In the case of the melt, however, it can also be advantageously also act as an iron smelter of the graphite or cementite pre-precipitates the phase form lower electrical conductivity. Also Heavy metal melts as well as light or Non-ferrous metal melts with particles or short fibers Materials with lower electrical conductivity than the residual melt is suitable for casting after method according to the invention.
Die Phase geringerer elektrischer Leitfähigkeit in der zu vergießenden Schmelze kann auch von Granulatkörnen oder auch von dispergierten SiC-Partikeln gebildet sein. In vorteilhafter Weise kann die Phase geringerer elektrischer Leitfähigkeit auch Fasern, wie zum Beispiel Al2O3, SiO2, C oder Aluminiumsilikate (Al2O3) . (SiO2) umfassen.The phase of lower electrical conductivity in the melt to be cast can also be formed by granules or else by dispersed SiC particles. Advantageously, the phase of lower electrical conductivity can also fibers, such as Al 2 O 3 , SiO 2 , C or aluminum silicates (Al 2 O 3 ). (SiO 2 ) include.
Wie vorausgehend bereits erwähnt, wird die Schmelze mit zunehmender Erstarrung insgesamt zäher. Vor allem das Wachstum von Stengelkristallen, Dendriten oder Platten behindert die Beweglichkeit der zu verschiebenden Partikel. Auch im Bereich dünner Wandstärken beispielsweise im Stegbereich zwischen Bohrungen eines Zylinderblocks führt das "Aufschwimmen" der weniger leitfähigen Partikel sehr rasch zu einer Verarmung, so dass es wünschenswert wäre, wenn "aus der Tiefe" des Gussstücks weitere Phasen nachgeliefert würden. Zur Lösung dieses Problems wird in Weiterbildung der Erfindung von besonderer Bedeutung vorgeschlagen, dass durch Einstrahlen eines magnetischen Wanderfeldes, insbesondere zusätzlich zu dem elektromagnetischen Wechselfeld ein tangentialer Materialfluss im Bereich der Gussteiloberfläche erzeugt wird. Hierdurch wird die Ausbildung großer Stengel- und Plattenkristalle behindert, was sich in jedweder Hinsicht als vorteilhaft erweist. Die erstarrende Schmelze bleibt länger thixotrop. Die Beweglichkeit der zu verschiebenden Phasen kann bis zu höheren Feststoffanteilen aufrecht erhalten werden.As previously mentioned, the melt is with increasing solidification overall tougher. Above all that Growth of stem crystals, dendrites or plates hinders the mobility of the particles to be moved. Also in the area of thin wall thicknesses, for example Web area leads between holes in a cylinder block the "floating" of the less conductive particles very much rapidly becoming impoverished so it would be desirable if "from the depth" of the casting further phases would be delivered. To solve this problem is in Further development of the invention is of particular importance suggested that by irradiating a magnetic Hiking field, especially in addition to that electromagnetic alternating field a tangential Material flow generated in the area of the casting surface becomes. This will train large stem and Plate crystals hindered itself in every way proves to be advantageous. The solidifying melt remains longer thixotropic. The mobility of those to be moved Phases can be maintained up to higher solids be preserved.
Das magnetische Wanderfeld kann, wie vorstehend erwähnt, insbesondere zusätzlich aber auch unabhängig von elektromagnetischen Wechselfeldern erzeugt und eingestrahlt werden. Werden Felder mit unterschiedlicher Frequenz verwendet, so wirken beide Felder unabhängig voneinander, wobei aber beachtet werden muss, dass auch das Wanderfeld eine Kraftwirkung auf die weniger leitfähigen Phasen in Normalenrichtung haben kann. Die Lage der Feldvektoren des Segregationsfeldes und des Wanderfeldes können unterschiedliche Richtungen haben. Dies erlaubt eine freiere Gestaltung der hierfür erforderlichen Spulensysteme.The traveling magnetic field can, as mentioned above, especially in addition but also independently of alternating electromagnetic fields generated and irradiated become. Are fields with different frequencies both fields work independently of each other, but it must be noted that the hiking field a force effect on the less conductive phases in Can have normal direction. The location of the field vectors of the Segregation field and the hiking field can have different directions. This allows one free design of the necessary for this Coil systems.
Die Ausgestaltung der Induktionsspulen kann mit aufwendiger Sehnung wie bei größeren Drehstrommotoren oder aber nur aus wenigen Teilspulen aufgebaut werden. Werden nur wenige Teilspulen verwandt, so entstehen sogenannte Oberwellenfelder. Mit steigender Ordnungszahl nimmt deren Amplitude jedoch ab. Das Oberwellenfeld der dritten Ordnung ist ein Drehfeld mit entgegengesetztem Drehsinn. Seine Eindringtiefe in das Material ist deutlich niedriger als diejenige des Grundfeldes. Daher bewirkt das Oberwellenfeld nur eine Schwächung des oberfächenparallelen Antriebs in unmittelbarer Nähe der Oberfläche der Schmelze bzw. des hieraus gebildeten Gussstücks.The design of the induction coils can be complex Tendon as with larger three-phase motors or only from a few sub-coils. Will be few Partial coils used, so-called Harmonic fields. With increasing atomic number, their number increases Amplitude, however. The third order harmonic field is a rotating field with opposite direction of rotation. His Depth of penetration into the material is significantly lower than that of the basic field. Hence the harmonic field only a weakening of the surface parallel Drive in the immediate vicinity of the surface of the melt or the casting formed from it.
Um den apparativen Aufwand nicht zu groß werden zu lassen, erweist es sich als vorteilhaft, die Erzeugung der Drehfelder nicht mit einem 3-Phasensystem aus drei jeweils um 120° zeitlich versetzten Stromleitersystemen, sondern nur mit zwei um 90° zeitlich versetzten Systemen zu arbeiten. Dies erlaubt den Einsatz eines einfacheren Spulenaufbaus innerhalb der beengten Verhältnisse einer Gießform. Zwar steigt der Anteil der Oberwellenfelder hierdurch; dies wirkt sich aber auf die Ausbildung der Anreicherungsschicht vorteilhaft aus.In order not to make the expenditure on equipment too great, it proves advantageous to generate the Rotating fields do not use a 3-phase system consisting of three each current conductor systems offset by 120 °, but only with two systems offset by 90 ° work. This allows the use of a simpler one Coil construction within the confined space of one Mold. The proportion of harmonic fields is increasing hereby; however, this affects the training of Enrichment layer advantageous.
Die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens erlaubt also eine deutliche Verringerung der Konzentration der verschleißfesten Phasen im übrigen Gussstück bzw. in der Schmelze, wobei dennoch eine hohe Oberflächenkonzentration der verschleißfesten Phasen erreicht werden kann. Dies bringt Vorteile im Hinblick auf die Bearbeitbarkeit des übrigen Gussstücks mit sich, aber auch die mechanischen Kennwerte des Gussstücks werden hierdurch verbessert. Eine Versprödung in Folge hoher Konzentrationen verschleißfester harter Partikel kann damit auf die angereicherten Oberflächenbereiche des Gussstücks beschränkt werden. Die Dehnbarkeit und Zugfestigkeit des Grundmaterials kann den Anforderungen entsprechend besser gewählt werden.The use of the method according to the invention thus allows a significant reduction in the concentration of the wear-resistant phases in the rest of the casting or in the Melt, but still a high surface concentration the wear-resistant phases can be achieved. This brings advantages in terms of the machinability of the rest of the casting with itself, but also the mechanical This improves the characteristics of the casting. A Embrittlement due to high concentrations more wear-resistant hard particles can thus on the enriched Surface areas of the casting are limited. The Elasticity and tensile strength of the base material can Requirements are better chosen accordingly.
Werden teure Verstärkungsmaterialien, z. B. SiC eingesetzt, so kann mit stärker "verdünnten" Schmelzen gearbeitet werden, so dass die Herstellungskosten deutlich reduziert werden können.Are expensive reinforcement materials, e.g. B. SiC used, you can work with more "diluted" melts be so that the manufacturing costs are significantly reduced can be.
Mit der Erfindung wird auch Schutz begehrt für ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 12, wonach innerhalb der zu vergießenden Schmelze Phasen mit höherer elektrischer Leitfähigkeit als das Metall der Restschmelze vorgesehen sind und welches dadurch gekennzeichnet ist, dass die Schmelze unter zumindest lokaler Einwirkung eines elektromagnetischen Wechselfeldes zur Erstarrung gebracht wird und dadurch eine Verarmung der Gusssteiloberfläche an höher leitfähigen Phasen erreicht wird. Das Einstrahlen elektromagnetischer Wechselfelder in derartige Schmelzen drängt daher in entsprechender Weise feste Phasen mit höherer elektrischer Leitfähigkeit von der Oberfläche weg. Die Anwendung dieser Erfindungsvariante bietet sich insbesondere bei Schmelzen mit verhältnismäßig geringer elektrischer Leitfähigkeit an. Wenn hohe Wechselfestigkeiten des herzustellenden Gussstücks erwünscht sind, erweist sich das Verfahren als vorteilhaft, da die Spannungen an der Oberfläche stets besonders hoch sind und Risse üblicherweise von größeren Einlagerungen mit abweichendem E-Modul ausgelöst werden, deren Konzentrationen im Oberflächenbereich erfindungsgemäß reduziert werden.With the invention, protection is also sought for one Method with the features of claim 12, according to phases with higher phases within the melt to be cast electrical conductivity as the metal of the residual melt are provided and which is characterized by that the melt under at least local influence of a electromagnetic alternating field solidified and therefore a depletion of the cast part surface higher conductive phases is achieved. The irradiation alternating electromagnetic fields in such melts therefore urges solid phases in a corresponding manner higher electrical conductivity away from the surface. This variant of the invention can be used especially in the case of melts with a relatively low level electrical conductivity. If high Fatigue strength of the casting to be manufactured the method proves to be advantageous, because the tensions on the surface are always particularly high are and cracks usually from larger deposits deviating modulus of elasticity are triggered Concentrations in the surface area according to the invention be reduced.
Nach einem weiteren Erfindungsgedanken kann mittels eines zusätzlichen Induktionsfeldes in denjenigen Bereichen der Kokille wo eine gezielte Partikelanreicherung erreicht werden soll, durch Überlagern eines zusätzlichen Wechselfelds mit deutlich höherer Frequenz eine zusätzliche Erwärmung erreicht werden, ohne dass jedoch eine merkliche zusätzliche Kraftwirkung hierdurch verursacht wird.According to a further inventive concept, a additional induction field in those areas of Chill mold where a targeted particle enrichment is achieved by superimposing an additional one Alternating field with a significantly higher frequency an additional Warming can be achieved without being noticeable additional force is caused by this.
Zur Reduzierung der gegenseitigen Blockierung fester Phasen im Zuge der erfindungsgemäß herbeizuführenden Seigerungseffekte können auch Ultraschallfelder eingesetzt werden.To reduce the mutual blocking of solid phases in the course of those to be brought about according to the invention Segregation effects can also be used in ultrasonic fields become.
Zum Gegenstand der Erfindung, für den Schutz begehrt wird, gehört auch die Anwendung der erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung von Zylinderblöcken, Kolben, Bremsscheiben, Bremstrommeln sowie Bremszylindern, Pumpengehäusen und Lagerschalen (Ansprüche 13-19). The subject matter of the invention, for which protection is sought, also includes the use of the method according to the invention for the production of cylinder blocks, pistons, brake discs, Brake drums as well as brake cylinders, pump housings and Bearing cups (claims 13-19).
Bei Zylinderblöcken erweist es sich als besonders vorteilhaft, wenn die Gussteiloberfläche im Bereich der Laufflächen der Zylinderbohrung oder im Bereich der Lagerstühle eine Anreicherung von Phasen mit niedrigerer elektrischer Leitfähigkeit aufweisen.It turns out to be special for cylinder blocks advantageous if the casting surface in the area of Treads of the cylinder bore or in the area of Camp chairs have an accumulation of phases with lower ones have electrical conductivity.
Bei Kolben mussten seither extrem verschleiß- bzw. thermisch beanspruchte Bereiche, wie zum Beispiel Ringnutbereiche, der Feuersteg, die Kolbenbolzenbohrungen oder Muldenkanten durch aufwendige Bearbeitung, wie z. B. Aufschmelzlegieren von nickelhaltigen Legierungen oder Beschichten, verbessert werden. Zur Herstellung von Kolben aber auch Zylinderblöcken wurden auch infiltrierbare Hohlkörper mit verschleißbeständigen Partikeln oder Fasern eingesetzt, die dann mit einer untereutektischen Aluminium- Silizium-Legierung infiltriert werden und so die verschleißbeständigen Oberflächenbereiche bilden. Wird das erfindungsgemäße Gießverfahren nunmehr zum Herstellen von Kolben oder Zylinderblöcken angewandt, so kann in den vorstehend erwähnten Bereichen eine Anreicherung von Silizium, NiAl, TiAl erreicht werden, ohne dass die diesbezügliche Konzentration der Restschmelze erhöht werden muss.Since then, pistons have had to thermally stressed areas, such as Ring groove areas, the top land, the piston pin bores or trough edges by complex processing, such as. B. Melting alloys of nickel-containing alloys or Coating, improving. For the production of pistons but cylinder blocks also became infiltrable Hollow body with wear-resistant particles or fibers used, which then with a hypoeutectic aluminum Silicon alloy are infiltrated and so the form wear-resistant surface areas. Will that Casting method according to the invention now for the production of Pistons or cylinder blocks applied, so in the areas mentioned above an enrichment of Silicon, NiAl, TiAl can be achieved without the relevant concentration of the residual melt can be increased got to.
Erfindungsgemäß hergestellte Bremsscheiben und Bremstrommeln enthalten vorzugsweise SiC- oder Al2O3- Partikel als verschleißmindernde Einlagerungen an den Bremsflächen. Durch die vorgeschlagene Lösung kann die Oberflächenkonzentration noch deutlich erhöht werden, wodurch die sich hieraus ergebende lokal verstärkte Sprödbrüchigkeit wegen der dahinterliegenden duktileren Bereiche sich nicht negativ auswirkt.Brake discs and brake drums produced according to the invention preferably contain SiC or Al 2 O 3 particles as wear-reducing deposits on the brake surfaces. The proposed solution allows the surface concentration to be increased significantly, so that the resulting locally increased brittleness does not have a negative effect because of the more ductile areas behind it.
Des Weiteren wird für eine Vorrichtung zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens mit den Merkmalen des Anspruchs 20 Schutz in Anspruch genommen. Hiernach umfasst die Gießkokille und/oder ein in die Kokille eingesetzter Kern eine Spule zum Erzeugen des elektromagnetischen Wechselfelds. Die Kokillenwand der Gießkokille ist vorzugsweise aus einem nichtmagnetisierbaren Werkstoff mit vorzugsweise niedriger elektrischer Leitfähigkeit gefertigt. Hierfür hat sich ein austenitischer Chrom- Nickel-Stahl, auf den eine Schutzschicht z. B. aus Keramik oder Molybdän aufgebracht ist, als zweckmäßig erwiesen.Furthermore, for a device for performing the inventive method with the features of Claim 20 protection claimed. Hereafter includes the casting mold and / or one inserted into the mold Core a coil for generating the electromagnetic Alternating field. The mold wall of the casting mold is preferably made of a non-magnetizable material preferably low electrical conductivity manufactured. An austenitic chrome Nickel steel on which a protective layer z. B. made of ceramic or molybdenum is applied, proven to be useful.
Zusätzlich ist durch Kombination magnetischer und nicht magnetisierbarer Werkstoffe im Gießwerkzeug eine gezielte Lenkung des Magnetfelds möglich, so dass bestimmte Bereiche des Gussteils magnetisch abgeschirmt werden, während andere ein entsprechend konzentrierteres Magnetfeld erfahren. In addition, by combining magnetic and not magnetizable materials in the casting tool Steering the magnetic field possible so that certain areas of the casting are magnetically shielded while others experience a correspondingly more concentrated magnetic field.
Um die Abschirmung des Magnetfeldes durch die Kokillenwand weiter herabzusetzen, wird nach einem weiteren Erfindungsgedanken vorgeschlagen, die Kokillenwand senkrecht zu den dahinterliegenden Spulen mehrfach geschlitzt auszubilden, damit das elektromagnetische Wechselfeld möglichst umgeschwächt zur Schmelze gelangen kann.To shield the magnetic field from the mold wall Decrease further, after another Invention ideas proposed the mold wall perpendicular to the coils behind it several times slotted form so that the electromagnetic Alternating field weakened as possible reach the melt can.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der zeichnerischen Darstellung und nachfolgenden Beschreibung des erfindungsgemäßen Verfahrens anhand einiger Anwendungsbeispiele. In der Zeichnung zeigt:Further details, features and advantages of the invention result from the graphic representation and following description of the method according to the invention based on some application examples. The drawing shows:
Fig. 1A eine perspektivische Darstellung eines Kokillenwandabschnitts einer Kokillengießvorrichtung; Fig. 1A is a perspective view of a Kokillenwandabschnitts Kokillengießvorrichtung;
Fig. 1B eine Wicklung zur Erzeugung eines elektromagnetischen Wechselfelds zur Beaufschlagung des Kokillenwandabschnitts nach Fig. 1A; Figure 1B is a winding for generating an alternating electromagnetic field to act on the Kokillenwandabschnitts of FIG. 1A.
Fig. 2A eine Draufsicht auf eine in eine gießformeinsetzbare Vorrichtung zur Herstellung einer Zylinderbohrung; Fig. 2A is a plan view of an in gießformeinsetzbare a device for producing a cylinder bore;
Fig. 2B einen Vertikalschnitt durch die Vorrichtung nach Fig. 2A Fig. 2B is a vertical section through the apparatus of Fig. 2A
Fig. 1A zeigt einen Kokillenwandabschnitt 2, der aus einem wendelförmig gewickelten und im Querschnitt rechteckförmigen Hohlprofil 4 gebildet ist. Das Hohlprofil 4 ist von einem Kühlmedium durchströmbar, was durch die Anschlussstücke 6, 8 angedeutet ist. Die einzelnen Wendelgänge liegen nicht aneinander an, sondern es ist ein Spalt oder Schlitz 12 zwischen ihnen ausgebildet, der von einer keramischen Masse 14 ausgefüllt ist, die auch eine innere Beschichtung 16 des Kokillenwandabschnitts 2 bildet. Im Bereich dieser Spalte 12 ist die Kokillenwand für ein einzustrahlendes elektromagnetisches Wechselfeld ideal durchlässig. Fig. 1A shows a Kokillenwandabschnitt 2, which is formed from a helically wound and rectangular in cross-section hollow profile 4. A cooling medium can flow through the hollow profile 4 , which is indicated by the connecting pieces 6 , 8 . The individual spiral paths do not abut each other, but a gap or slot 12 is formed between them, which is filled with a ceramic mass 14 , which also forms an inner coating 16 of the mold wall section 2 . In the area of this column 12 , the mold wall is ideally permeable to an electromagnetic alternating field to be irradiated.
Um den Kokillenwandabschnitt 2 herum ist die in Fig. 1B dargestellte Wicklung 20 positionierbar. Diese Wicklung 20 entspricht einer Drehstromstatorwicklung mit vergleichbarem Aufbau wie bei einem Asynchronmotor. Die Spulenpakete sind nur angedeutet.The winding 20 shown in FIG. 1B can be positioned around the mold wall section 2 . This winding 20 corresponds to a three-phase stator winding with a structure comparable to that of an asynchronous motor. The coil packages are only hinted at.
Die Fig. 2A und 2B zeigen eine in eine Gießform einsetzbare Vorrichtung 30 zur Herstellung einer Zylinderbohrung. Die zu vergießende Schmelze gelangt daher an die Umfangsfläche 32 der Vorrichtung 30, welche von einer Keramikbeschichtung 34 der Umfangsflächen von in Längsrichtung verlaufenden Hohlprofilkörper 36 gebildet ist. Diese Hohlprofilkörper 36 sind in Umfangsrichtung voneinander geringfügig beabstandet angeordnet, so dass zwischen ihnen jeweils ein Spalt 38 verbleibt, der von der keramischen Beschichtungsmasse 34 ausgefüllt ist. Figs. 2A and 2B show an insertable device 30 into a mold for producing a cylinder bore. The melt to be cast therefore reaches the peripheral surface 32 of the device 30 , which is formed by a ceramic coating 34 of the peripheral surfaces of hollow profile bodies 36 running in the longitudinal direction. These hollow profile bodies 36 are arranged slightly spaced apart from one another in the circumferential direction, so that a gap 38 remains between them, which is filled by the ceramic coating material 34 .
Die jeweiligen Hohlprofilkörper 36 bilden einerseits einen längsverlaufenden Kühlmittelkanal 40, sie dienen aber auch als stromführende Wicklung zur Erzeugung eines elektromagnetischen Wechselfelds. Mit den Buchstaben R, S und T wird eine Schaltungsanordnung für 3-phasigen Drehstrom für drei Polpaare mit insgesamt 18 palisadenartigen Hohlkörperprofilleitern angedeutet. Die mit " ' " bezeichneten Phasen sind um 180° elektrisch versetzt und bilden die jeweilige Gegenphase. An zentraler Stelle 42 sind die Leiter zusammengeführt. Dort ist der Sternpunkt des 3-phasigen Drehstromanschlusses.The respective hollow profile bodies 36 on the one hand form a longitudinal coolant channel 40 , but they also serve as a current-carrying winding for generating an alternating electromagnetic field. The letters R, S and T indicate a circuit arrangement for 3-phase three-phase current for three pole pairs with a total of 18 palisade-like hollow profile conductors. The phases labeled "'" are electrically offset by 180 ° and form the respective opposite phase. The conductors are brought together at a central point 42 . There is the star point of the 3-phase three-phase connection.
Der Blindleistungsbedarf der Anordnung wird durch permable Ringkörper aus Ferrit reduziert.The reactive power requirement of the arrangement is determined by permable Ring body made of ferrite reduced.
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