DE2141452A1 - Druckgießverfahren mit Sauerstoffspülung - Google Patents

Description

Patentanwälte Dipl.-Ing. EVeickmann,

Dipl.-Ing. H.Weickmann, Dipl.-Phys. Dr. K. Fincke Dipl.-Ing. R A."Weickmann, Dipl.-Chem. B. Huber

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8 MÜNCHEN 86, DEN SAHA POSTFACH 860 820

MÖHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 48 39 21/22

<983921/22>

NIPPON LIGHT METAL COMPANY LTD., 3-5, 7-chome, Ginza, Chuo-ku, Tokio, Japan

Druckgießverfahren mit Sauerstoffspülung

Die Erfindung betrifft ein Druckgießverfahren mit Sauerstoffspülung und schafft ein verbessertes Verfahren dieser Art, mit dem man einwandfreie Gußstücke erhält, die praktisch frei von Blasen und Lunkern sind*

Ein Druckgießverfahren ist ein wirkungsvolles Gußverfahren, mit dem man Gußstücke mit schoner Gußfläche und hoher Maßgenauigkeit in Massenproduktion herstellen kann; es hat jedoch den Mangel, daß zahlreiche Poren in dem Gußstück erzeugt werden, die die Festigkeit des Gußstückes beeinträchtigen.

Das Entstehen solcher Poren in dem Gußstück beruht in erster Linie darauf, daß beim Druckgießen der Schmelze in der Formhöhle und der Einspritzmuffe Luft vorhanden ist, die in der Schmelze eingefangen wird und in dem Gußstück in Form von zahlreichen kleinen Blasen enthalten ist»

TJm diesen Nachteil des herkömmlichen Druckgießverfahrens zu beheben, ist bereits ein Druckgießverfahren mit Sauerstoffspülung vorgesehlagen worden« Gemäß diesem Verfahren wird vorher in eine Druckgußvorrichtung Sauer st off gas eingelei·=» t-et, so daß die Pormhöhlung und die Einspritzmuff© mit Sau«

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eretoff gefüllt sind und die in diesen Räumen vorhandene Luft durch Sauerstoff ersetzt wird; dann wird eine Schmelze, die geformt werden soll, eingespritzt, so daß der in der Schmelze eingeschlossene Sauerstoff mit der Schmelze reagieren kann und dispergiert, um in der Form von feinen Oxydpartikeln in dem Gußstück enthalten zu sein. Mit diesem Verfahren kann man ein Gußstück herstellen, in dem durch das eingeschlossene Gas praktisch keine Poren erzeugt werden.

Dagegen sind jedoch in einem Gußstück, das durch dieses . Druckgießverfahren mit Sauerstoffspülung hergestellt ist, ' merklich größere Lunker vorhanden, als in einem im herkömmlichen Druckgießverfahren erzeugten Gußstück, und diese vermindern den oben erwähnten günstigen Effekt dieses Verfahrens. Solche Lunker sind wesentlich größer als die Poren, die duroh die eingeschlossenen Luftblasen entstehen, und haben eine unregelmäßige Form, wogegen die durch Luftblasen entstandenen Poren im wesentlichen sphärisch sind. Außerdem finden sich die durch die Luftblasen erzeugten Poren in praktisch allen Teilen des Gußstückes; die Lunker dagegen werden in den Teilen gebildet, wo sich die Verfestigung der Schmelze verzögert, wie beispielsweise in den dicken Teilen des Gußstückes, und lassen sich also gut von den duroh Luftblasen \ entstandenen Poren unterscheiden·

Derartige Lunker finden sich häufiger in einem Gußstück, das im Druckgießverfahren mit Sauerstoffspülung hergestellt ist, als in einem im üblichen Druckgießverfahren erzeugten Gußstück, vermutlich weil bei dem herkömmlichen Verfahren die in der Schmelze eingefangene Luft zu zahlreichen komprimierten Luftblasen dispergiert und in der Schmelze, mit der die Formhöhlung gefüllt wird, eingeschlossen wird und beim Schrumpfen der Schmelze während der Verfestigung diese Luftblasen bis zu einem gewissen Maß expandieren und dadurch das Entstehen von Lunkern verhindern. Beim Druckgießverfah-

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ren mit Sauerstoffspülung dagegen, erzeugt das Schrumpfen der Schmelze "beim Verfestigen, da keine Luftblasen in der Schmelze enthalten sind, in dem Teil des Gußstückes, wo sich die Verfestigung verzögert, eben Lunker.

Die in dem mit Sauerstoffspülung erzeugten G-ußstück vorhandenen Lunker sind zwar erheblicher als bei den im üblichen Verfahren hergestellten Gußstücken? doch das /Gesamtvolumen dieser Lunker in dem Gußstück ist so geringfügig, verglichen mit dem Gesamtvolumen des Gußstückes, daß, wenn man im Fall des Druckgießens einer Schmelze nach dem Druckgießverfahren mit Sauerstoffspülung eine derartig kleine Menge inerten Gases, wie ausreicht, um durch Expansion das von den Lunkern eingenommene Volumen zu verstopfen, dem Sauerstoff beigibt und dieses Gasgemisch in die Formhöhlung einleitet, bis es sie ausfüllt, die geringe Menge inerten Gases, die in dem Gasgemisch enthalten ist» in der eingespritzten Schmelze in unsichtbare feine Gasbläschen dispergiert; dadurch bleibt das Gußstück frei von verschiedenen Beeinträchtigungen, die auf den enthaltenen inerten Gasblasen beruhen, und die Bildung großer Lunker durch die Expansion des eingeschlossenen inerten Gases beim Festwerden der Schmelze wird verhindert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Druckgießverfahren mit Sauerstoffspülung so weit zu verbessern, daß man Gußstücke hoher Festigkeit erzielt, die als Maschinenteile und sonstige Konstruktionsteile verwendbar sind. Die Erfindung zielt auf ein Druckgießverfahren mit Sauerstoffspülung ab., bei dem das Entstehen großer Lunker in dem Gußstück verhindert wird, so daß einwandfreie Gußstücke produziert werden, die praktisch keinen inneren Defekt haben, und bei dem zugleich die Entstehung von Blasen vermieden wird. Dies ist ein dem Druckgießverfahren mit Sauerstoffspülung eigener Effekt.

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Zur »Lösung dieser Aufgabe geht die Erfindung von obiger Überlegung und von einem Druckgießverfahren mit Sauerstoffspülung aus, bei dem die in der Formhöhlung der Druckgießmaschine vorhandene Luft durch Sauerstoffgas ersetzt wird und dann eine zu gießende Metallschmelze eingespritzt wird,, Erfindungsgemäß wird dem Sauerstoffgas, durch das die luft in der Formhöhlung ersetzt werden soll, eine kleine Menge inerten Gases zugefügte

Zur weiteren Erklärung der Ziele und Merkmale der Erfindung wird nachfolgend ein Beispiel in Form eines durchgeführten Versuches beschriebene

Bei dem Versuch wurde eine Druckgießmaschine mit einer 500 Tonnen horizontalen kalten Kammer verwendet, die mit einer Vorrichtung zum Einleiten eines Gasgemisches aus einem Sauerstoffgas und einem inerten Gas im richtigen Volumenverhältnis versehen war· Das Gasgemisch konnte durch einen in einer Einspritzmuffe der Maschine angebrachten Gaseinlaß kontinuierlich in die Form eingeleitet werden, so daß die in der Formhöhlung vorhandene Luft durch das Gasgemisch ersetzt wurde, worauf eine Schmelze eingespritzt werden konnte. In dieser Maschine wurde durch Einspritzen einer zu gießenden Schmelze bei einer Gießtemperatur von 700⁰C und einer Einspritzgeschwindigkeit von 100 m/sec ein Gußstück mit den Abmessungen im Schnitt rechts 4 mm, in der Mitte 10 mm, links 6 mm dick und 150 mm breit aus einer Aluminiumlegierung (Zusammensetzung: 9fi Si, 3$ Ou und 0,5$ Fe, der Rest Al und Verunreinigungen) hergestellt. Dies geschah in drei Verfahrensweisen: Einmal mit Hilfe des herkömmlichen Druokgießverfahrens, bei dem kein Austausch durch Sauerstoffgas stattfand; zum zweiten, indem ein industriell reiner Sauerstoff mit einem Reinheitsgrad von 99,9$ in die Gießmaschine eingeleitet und die in der Formhöhlung vorhandene Luft durch Sauerstoff ersetzt wurde; und drittens, indem gemäß der Erfindung die Luft in der Formhöhlung durch ein Gasgemisch aus

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einem industriell reinen Sauerstoffgas mit einem Reinheitsgrad von 99 , 9fo und einer Zugabe von Stickstoff von 1,5 Volumenprozent des Gesamtvolumens ersetzt wurde,, Die Erzeugnisse dieser drei Verfahrensweisen wurden mittels Röntgenstrahl enpr Uf ung auf innere Defekte in den Gußstücken untersucht. Ergebnis: In dem im herkömmlichen Druckgießverfahren hergestellten Gußstück waren zahlreiche Blasen über das gesamte Produkt verstreut vorhanden. In dem nach dem Druckgießverfahren mit Sauerstoffspülung unter Verwendung von ausschließlich industriell reinem Sauerstoff hergestellten Gußstück waren zwar in dem ganzen Gußstück überhaupt keine Blasen vorhanden, jedoch fanden sich viele großkalibrige Poren, die als Lunker anzusehen sind, in dem mittleren, dicken Teil des Gußstückes. In dem nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Produkt, d.h„ unter Austausch mit dem Gasgemisch, dem eine kleine Menge von Stickstoff beigefügt war, fanden sich keine großen Lunker und überhaupt keine Blasen.

In vielen weiteren Versuchen wurde festgestellt, daß man die Menge inerten Gases, die dem Sauerstoff zur Einleitung in die Gießform zuzufügen ist, auf einen Bereich von 1 bis 10 Volumenprozent, vorzugsweise von 1 bis 5 Volumenprozent begrenzen muß, um die günstige Wirkung hinsichtlich der Beseitigung der Lunker zu erzielen, dabei aber keinen inneren Defekt in dem Gußstück durch die Bildung von Gasblasen in der eingespritzten Schmelze entstehen zu lassen. Wenn die zugefügte Menge an inertem Gas kleiner ist als dem obigen Be« reich entspricht, wird der Effekt der Steuerung der Lunkerbil· dung in dem Gußstück geringer_p darüber hinaus wird jedoch die Bildung von Poren durch Gasblasen in höherem Maß noch verstärkt und die Fehlerlosigkait ä©s G-ußstüokes wird be= einträchtigto Beiäas ist nicht wünschenswerte

Das als Zugabe zu dem Sauerstoff vsrv/endete inerte Gas soll

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ein G-as sein_f das fast nicht oder überhaupt nicht mit der Metallschmelze "bei Gießtemperatur reagiert· Versuche haben ergeben, daß außer den inerten Gasen, wie Stickstoff, Argon, Helium auch quasi-inerte Gase wie Kohlendioxid oder ein Gasgemisch dieser Gase verwendet werden kann.

Gemäß der Erfindung können zur Einleitung des Gasgemisches aus Sauerstoff und einem inerten Gas in die Formhöhle die betreffenden Gase entweder gesondert im richtigen Volumenverhältnis durch Gaseinlässe in der Einspritzmuffe oder in der Gießform zugeführt werden oder es kann vorher ein gleich- ψ mäßiges Gasgemisch im richtigen Volumenverhältnis hergestellt und dann dieses Gasgemisch durch einen Gaseinlaß eingeleitet werden· Das letztgenannte Verfahren zeitigt ein günstigeres Ergebnis, was die Gleichmäßigkeit des in die Formhöhlung eingeleiteten Gasgemisches anlangte

Wie oben beschrieben, läßt sich also beim Druckgießen mit Sauerstoffspülung das Auftreten von Poren, die auf Blasen beruhen, und von Lunkern durch Schrumpfung in dem erzeugten Gußstück nach dem Verfahren der Erfindung wesentlich herabsetzen und die Festigkeit des Produktes merklich verbessern. Die Erfindung schafft somit ein hervorragendes Verfahren, mit dem Gußstücke gewonnen werden können, die als Maschinenteile und andere Konstruktionsteile mit hoher Festigkeit brauchbar sindo

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Claims (1)

Patentansprüche

1. Druckgießverfahren mit Sauerstoffspülung zum Druckgießen einer Metallschmelze unter vorherigem Austausch der in
einer lOrmhöhlung vorhandenen Luft durch Sauerstoff duroh Einleiten des Sauerstoffes in die Formhöhlung, dadurch
gekennzeichnet, daß dem Sauerstoff, der die luft in der Formhöhle ersetzen soll, eine kleine Menge eines inerten Gases zugefügt wird ο

Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
das dem Sauerstoff zuzufügende inerte Gas aus der Kohlendioxid, Stickstoff, Argon, Helium und deren Gemische umfassenden Gruppe ausgewählt wird.

3© Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Sauerstoff zuzufügende Menge inerten Gases
zwischen 1 und 10 Vol#, vorzugsweise zwischen 1 und 5
V0I50 der gesamten eingeleiteten Gasmenge "beträgt.

4β Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, da«
durch gekennzeichnet, daß das Gasgemisch aus Sauerstoff und dem inerten Gas vor dem Einführen in die Formhöhlung als ein homogenes Gasgemisch im richtigen Misohungsverhält*- nis bereitet und dann in die Formhöhlung durch einen in einer Gießvorrichtung vorgesehenen Gaseinlaß eingeleitet wird·

5ο Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Sauerstoff und das inerte Gas, die das Gasgemisch bilden, gesondert durch in einer Gießvorrichtung vorgesehene Einlasse eingeleitet werden.

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