DE2154615A1 - Herstellung von warmfesten oder verschleissbestaendigen gusskoerpern - Google Patents

Description

• Herstellung von warmfesten oder verschleißbeständigen Gußkörpern Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Herstellung von warmfesten oder verschleißbeständigen Gußkörpern aus Legierungen durch rasche Abkühlung aus der Schmelze, wobei nach den Methoden der Druckguß- oder Schleudergußverfahren gearbeitet wird.
• Die rasche Abkühlung von Legierungsschmelzen, insbesondere von Schmelzen mit hohen Anteilen an Legierungselementen, führt zu einem homogenen Gefügeaufbau und zu einer gieicrnässigen und feinen Verteilung der ausgeschiedenen Phasen, Dies bringt eine wesentliche Verbesserung der Duktilität, Festigkeit, Warmfestigkeit und Verschleißbeständigkeit mit sich.
• Die sehr fein ausgeschiedenen Phasen führen zu eier D ersionshärtung, die das Kriechverhalten bei hohen Temperaturen entscheidend verbessert.
• In vielen Fällen wird weiterhin die Loslichkeit von bestimmten Legierungselementen in der Matrix gesteigert. Dies läßt erwarten, daß sich Legierungen herstellen lassen, die Duktilität, Warmfestigkeit, Verschleißbeständigkeit und Leitfähigkeit für elektrischen Strom und Wärme miteinander vereinen.
• Von Legierungen des Aluminiums ist z f B bekannt daß bei rascher Abkühlung aus der Schmelze ein zr;~elfaches der bei langsamer Erstarrung löslichen Legieruneremete, wie Mangan, Chrom, Vanadium, Wolfram, Molybdän, Eisen oder seltenen Erden, in Lösung geht. Nach einer entsprechenden Wärmebehandlung lassen sich Aushärtungseffekte erzielen. Diese sind verglichen mit den bekannten aushärtbaren Aluminiumlegierungen, weitgehend temperaturstabil.
• Ähnliches gilt für Legierungen des Kupfers mit Anteilen an Chrom, Zirkon, Hafnium, Titan, Vanadium, Niob, Molybdän und Wolfram. Die gesteigerte Löslichkeit an diesen Legierungselementen führt besonders nach einer weiteren Wärmebehandlung zu besonders warmfesten Kupferlegierungen mit einer guten Leitfähigkeit für Elektrizität und Wärme.
• Legierungen auf der Basis von Eisen, Nickel oder Kobalt lassen sich durch eine rasche Abkühlung aus der Schmelze gleichfalls verbessern. Es können großere Anteile an für die Festkeit und die Warmfestigkeit wichtigen Legierungselementen, wie Vanadium, Niob, Tantal, Molybdän oder Wolfram, in Lösung gebracht werden. Grobe Ausscheidungen von intermetallischen Verbindungen und Karbiden, Boriden sowie Nitriden werden vermieden. Die gleichmäßig und fein verteilten Dispersionen dieser harten Gefügebestandteile trägen zu einer Verbesserung der DUktilität, Warmfestigkeit und Verschleißbeständigkeit bei.
• Bisher machte man sich die Vorteile der raschen Erstarrung von Legierungsschmelzen durch Verdüsen oder Granulieren zunutze. Die rasch erstarrenden feinen Schmelzentröpfchen falleu dann in Form von Pulvern oder Granulaten an und werden durch Kepaktieran und Strangpressen in Halbzeug überführt.
• Zur Herstellung von fertigen Formteilen schließen sich dann noch spanabhebende oder nichtspanabhebende Verfahren, wie Präzisionsschmieden an.
• Zur Herstellung von größeren Mengen von kleineren Formteilen ist dieses Verfahren aber aufwendig und unwirtschaftlich.
• Zudem geht durch die mit dem Strangpressen und Formschmieden verbundene Wärmebehandlung bereits ein Teil der durch die rasche Erstarrung aus der Schmelze erzielten guten Eigenschaften wieder verloren.
• Es hat sich nun herausgestellt, daß die genannten Nachteile -vermieden und Gußkörper mit extrem hoher Warmfestigkeit oder Verschleißbeständigkeit im Druckguß- oder Schleudergußverfahren hergestellt werden können, wenn gemäß vorliegender Erfindung Legierungen verwendet werden, die aus Aluminium mit bis zu 12 96 an Fe, Ni, Mn, Cr, Mo, W, V, Nb, Ta, Mg, Li, Ti, Zr, Hf und Cu sowie bis zu 25 96 Si oder aus Kupfer mit bis zu 9 96 an Cr, Ti, Zr, Hf, V; Nb, Ta, Mo, W, Fe, Ni, Co, Sn, Zn, Be, Mg, Al, As, P, Bund Si oder aus Chrom mit bis zu 50 96 an Fe, Co und Ni und bis zu 40 % an Mo, W, Ta, Nb, Ti, Zr und Hf sowie bis zu 5 96 an seltenen Erden, Y, Ca, Al, B, C, N und Si sowie bis zu 75 , an Re oder aus Nickel mit bis zu 60 * an Cr, Mo, W, Nb, Y, Ta, Ti, Zr, Hf, Al, Fe, Co und bis zu 3 % an B, N, C und Si oder aus Kobalt mit bis zu 60 % an Cr, Mol W, Y, Nb, Ta, Ti, Zr, Hf, Ni, Fe, Al und bis zu 5 96 an B, N, C und Si oder aus Eisen mit bis zu 50 , an Cö, Ni, Mn, Cr, Mo, W, V, Nb, Ta, Ti, Zr, Hf, Al und bis zu 7 % an B, N, C, S, P und Si oder aus Titan mit bis zu 45 96 an Al, Nb, Zr, V, Ta, Cr, Mo, W, Fe, Ni, Co, Cu, Sn, Ge und bis zu 3 an B, C, N, und Si oder aus dem Grundmetall Zink, Magnesium, Zirkon, Niob, Tantal, Vanadium, Molybdän oder Wolfram mit geeigneten Legierungszusätzen bestehen, wobei die genannten Legierungszusätze Jeweils einzeln oder in Kombination miteinander in dem Grundmetall vorhanden sind, und wenn diesen Legierungen in eine Kokille aus einem Material mit einer Mindestwärmeleitfähigkeit von 0,2 cal/cm. sec.OC, vorzugsweise aus einem Material auf der Basis von Kupfer, Molybdän, Wolfram oder Berylliumoxid, vergossen werden, wobei darauf geachtet werden muß, daß die Gußkörper in ihren hauptsächlich beanspruchten Teilen einen Abstand von maximal 3 mm zur Kokillenwand oder zu dem Kokillenkern aufweisen sowie daß die Kokille vor dem Gießvorgang auf eine dem 0,2 bis O,Sfachen Betrag der absoluten Schmelztemperatur der Legierung entsprechende Temperatur gemessen in Grad Kelvin, gebracht wird.
• Der wesentlichste Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß die hervorragenden Eigenschaften, die -wie oben erwähnt - durch eine rasche Erstarrung aus der Schmelze erhältlich sind, weitgehend auf den fertigen Gußkörper übertragen werden.
• Beim konventionellen Kokillenguß schrumpft der Gußkörper beim Erstarren und löst sich von der Kokillenwand. Der entstehende Spalt ist ein erhebliches Hindernis für den weiteren Wärmeübergang. Dahingegen bildet sich der Schrumpfungsspalt beim Erstarren unter Druck im Druckguß oder Schleuderguß verfahren wenig oder gar nicht aus. Aus diesem Grund ist hier die Abkühlungsgeschwindigkeit der randnahen Zonen größer und damit der Gefügeaufbau günstiger.
• Um eine ausreichende Abkühlungsgeschwindigkeit der Schmelze zu erreichen, wird erfindungsgemäß für die Kokille ein Material mit der genannten hohen Wärmeleitfähigkeit verwendet. Es ist darauf hinzuweisen, daß neben den angegebenen metallischen Werkstoffen als einziger keramischer Werkstoff BeO diese Forderung erfüllt. Mit einem dünnen Überzug aus diesem Werkstoff läßt sich ein Verschweißen der Schmelze mit dem Kokillenmaterial mit Sicherheit verhindern. Die dazu erforderlichen dünnen Überzüge auf der Innenfläche der Kokillen lassen sich leicht mit einem Plasmabrenner aufbringen. Sie verhindern nicht nur das Verschweißen, sondern erhöhen auch die Lebensdauer der Kokillen.
• Optimale Ergebnisse hinsichtlich Oberflächenqualität und fehlerfreiem Guß lassen sich nur erreichen, wenn die Temperatur der Kokille in dem angegebenen, von dem Schmelzpunkt der zu verarbeitenden Legierung abhängigen Bereich liegt. Die Kokille muß also vor dem Eingießen der Legierung auf eine dem 0,2 bis 0,5fachen Betrag der absoluten Schmelztemperatur der Legierung entsprechende Temperatur, gemessen in Grad Kelvin, gebracht werden.
• Unter den angegebenen Bedingungen lassen sich im Druckgußverfahren schon bei mittleren Schließdrucken und im Schleudergußverfahren ab etwa 1500 U/min der Schleudergußkokille die genannten, schwierig zu vergießenden Legierungen mit überhöhten Anteilen an Legierungselementen, deren gute Eigenschaften bisher nur durch Verdüsen oder Granulieren zur Auswirkung kamen, in einem einzigen Arbeitsgang zu Präzisionsgußteilen verarbeiten.
• Diese Gußteile bedürfen kaum mehr einer Nachbearbeitung und weisen insbesondere in ihren besonders zu beanspruchenden Randzonen eine optimale Warmfestigkeit und Yerschleißbeständigkeit auf. Gegenüber gleichen, in konventioneller Weise im Feingußverfahren hergestellten Gußteilen zeigt sich zudem eine verbesserte Leitfähigkeit für Wärme und Elektrizität sowie eine gesteigerte Duktilität.
• Nach einer vorteilhaften Ausführungsart des erfindungsgemäßen Verfahrens werden Legierungen des Kupfers mit 0,7 bis 3 96 Cr und/oder mit 0,15 bis 1,5 % Zr und mit maximal 1 , an Mg, Li, P, As, Si zu Gußkörpern mit einer Dicke von idaximal 5 mm, beispielsweise zu Punktschweißelektroden, vergossen. Insbesondere bei der Herstellung zylindrischer Punktschweißelektroden mit einem Durchmesser von bis zu 9 mm hat es sich als günstig erwiesen, in die Kokille einen Kern einzusetzen, der aus der gleichen Legierung wie der fertige Gußkörper besteht.
• Des weiteren hat sich erfindungsgemäß auch die Verarbeitung einer Legierung aus Aluminium mit 1,5 bis 5 96 Mn und/oder 1 bis 5 X Cr und/oder 0,5 bis 5 96 V und/oder 0,2 bis 3 , Zr und/oder 0,1 bis 7 % So als günstig erwiesen.
• Das Verfahren nach der Erfindung eignet sich auch besonders zur wirtschaftlichen Herstellung von hochbeanspruchten Ventilkörpern, Dichtleisten für Wankelmotoren, Turbinenschaufeln, Schneidwerkzeugen und für Leiterkörper, wie Kontakte oder Kontaktträger, Kommutatorteile und Punktschweißelektroden.
• Diese Teile können nunmehr kostenSparend in einer überlegenen Qualität aus Legierungen auf der Basis von Aluminium, Kupfer, Eisen, Nickel, Kobalt oder Chrom hergestellt werden, die ihre besonderen Eigenschaften hinsichtlich Warmfestigkeit, elektrischer Leitfähigkeit oder Verschleißbeständigkeit ebenfalls einer raschen Erstarrung aus der Schmelze verdanken.
• Erfindungsgemäß kann dabei auch zunächst ein Schaufelfuß mit einem Blattkern aus Legierungen des Nickels mit weniger als 9 % Cr und mehr als 10 % W hergestellt werden, der anschließend in einer weiteren Kokille mit einem Blattmantel aus einer Legierung auf der Basis von Nickel mit 15 bis 25 96 Cr versehen wird. Andererseits ist es jedoch auch möglich, einen solchen Schaufelfuß mit einem Blattkern aus einer Legierung auf der Basis von Kobalt mit höchstens 9 % Cr und mindestens 20 % W herzustellen und dann anschließend in einer weiteren Kokille einen Blattmantel aus einer Legierung auf der Basis von Kobalt, Eisen oder Nickel mit 15 bis 25 % Cr zu erzeugen.
• Nach einer anderen Ausführungsart der Erfindung wird zunächst ein Kern aus einer Legierung auf der Basis von Vanadium, Niob, Tantal, Molybdän oder Wolfram hergestellt, der dann in einer weiteren Kokille einen Mantel aus einer oxydations- und korrosionsbeständigen Legierung auf der Basis von Eisen, Nickel, Kobalt.oder Chrom erhält.
• Bei der Herstellung von Ventilkörpern kann der Ventilschaft als Kern mit einer hochwarmfesten Legierung auf der Basis von Eisen, Nickel oder Kobalt als Ventilteller umgossen werden.
• Eine Schleudergußvorrichtung des erfindungsgemäßen Verfahrens unter Vakuum oder Schutzgas bei vermindertem Druck ist im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, daß sie einen rotierbaren, wassergekühlten Kupfertiegel aufweist, in dem die Legierung durch einen Lichtbogen aufgeschmolzen wird, der von einer feststehenden Wolframelektrode ausgeht, wobei die aufgeschmol zene Legierung durch Rotation des Tiegels über dessen Rand in die Schmelzenkanäle der Schleudergußkokille beförderbar ist.
• Eine derartige Vorrichtung ist schematisch in der beigefügten Abbildung wiedergegeben. In dieser ist die selbstverzelasellde Elektrode austhoriertem Wolfram mit 4 bezeichnet Diese schmilzt die Legierung 2 in einem wassergekühlten Kupfertiegel auf. Durch Rotation gelangt dann die Schmelze in die Schleudergußkokille 6 aus Kupfer, Molybdän oder Wolfram.
• Bei der Herstellung von Turbinenschaufeln aus den bereits zuvor genannten speziellen Legierungen stellte sich ein optimales Gefüge an der dünnen Hinterkante (training edge") des Schaufelprofils ein. Dies ist von großem Vorteil, da gerade dieser Teil der Schaufel im Betrieb am höchsten beansprucht wird. Mit den erfindungsgemäßen Verfahren wird eine derart hohe Oberflächenqualität und ein derart exakter Abguß erreicht, daß die Gußstücke im allgemeinen kaum mehr einer Nachbearbeitung bedürfen.
• Während sich bisher Legierungen auf der Basis von Nickel mit einem Anteil von mehr als 20 Gew.% Wolfram nur schwer vergiessen liessen, läßt sich nunmehr durch Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens der Wolfram-Anteil auf über 40 GewO% steigern. Trotz der in diesem Fall sehr zähen Schmelze wird die Form aus einer Legierung der Zusammensetzung Mo-0,5 Ti - 0,08 Zr - 0,02 C bei Anwendung eines mittleren Schließdruckes oder bei Drehzahlen der Schleudergußkokille von mehr als 1500 u/min.
• bei einer Vorwärmung der Form auf 4000C gut gefüllt. Noch bessere Resultate konnten mit einem Formenmaterial auf der Basis von Wolfram mit kleineren Anteilen an Nickel und Eisen bei einer Vorwärmtemperatur von 650 C erhalten werden.
• Superlegierungen auf der Basis von Kobalt verdanken ihre hohe Warmfestigkeit in der Hauptsache der Ausscheidung von Karbiden. Ohne Beeinträchtigung der Duktilität können bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens die Anteile an Kohlenstoff, aber auch an Bor und Stickstoff etwa verdoppelt werden. Die ausgeschiedenen harten Phasen liegen dann in einer feinen und gleichmäßig verteilten Dispersion in der Matrix vor.
• Das gleiche gilt für Legierungen auf der Basis von Eisen mit vorzugsweise stöchiometrischen Zusätzen von maximal 21 % an Kohlenstoff und Karbidbildn+ wie Ti, Zr, V und Nb.
• Die Verarbeitung von Legierungen auf der Basis von Chrom im Feinguß ist nur mit einem Zusatz von größeren Anteilen an Elementen möglich, die den Schmelzpunkt herabsetzen und die Warmfestigkeit beeinträchtigen. Kär höher schmelzende Chromlegierungen gibt es noch keine ausreichend temperaturbeständigen Formenmaterialien. Werden diese Legierungen auf der Basis von Chrom aber nach dem erfindungsgemäßen Verfahren, insbesondere im Schleuderguß, zu Formteilen vergossen, so zeigt sich als eine sehr vorteilhafte Nebenwirkung eine Senkung der Übergangstemperatur duktil - spröde, die einige hundert Grad betragen kann. Es lassen sich auf diese Weise erstmals Turbinenschaufeln aus Legierungen auf der Basis von Chrom mit einem Schmelzpunkt von mehr als 17000C in Formen aus Legierungen auf der Basis von Molybdän oder Wolfram herstellen.
• Kupfer-Chrom-Legierungen haben wegen ihrer relativ hohen Leitfähigkeit und ihrer guten Warmfestigkeit bis zu Temperaturen von etwa 5000C besonders in letzter Zeit größere technische Bedeutung, z.B. als Elektroden für Schweißmaschinen, erlangt.
• Bei den hochleitfähigen Kupfer - Chrom - Legierungen wird bis zu 1 % Chrom zugesetzt. Die maximale Löslichkeit beträgt bei der eutektischen Temperatur von 10720C etwa 0,7 % Chrom.
• Bei 10000C bringt man technisch etwa 0,4 Vo Chrom in Lösung.
• Durch Aushärtung zwischen 400 und 5000C wird eirn Leitfähigkeit von 80 bis 85 % des reinen Kupfers bei einer Zugfestigkeit von etwa 35 kp/mm2 erzielt.
• Läßt man diese Kupfer - Chrom - Legierungen rasch aus der Schmelze erstarrren, so get bedeutend mehr Chrom in Lösung, bis etwa zum zweifachen Betrag Dies führt zu einer gesteigerten Festigkeit und Warmfestigkeit. Während die maximale Härte nach einer Wärmebehandlung dieser Legierungen bisher Werte um 170 kg/mm2 erreichter sind nunmehr schon an 3 mm dicken Proben, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren verarbeitet werden, Werte von etwa 220 kg/mm2 zu erzielen. Eine weitere Verbesserung der Warmfestigkeit läßt sich durch die rasche Erstarrung von Kupfer - Chrom Zirkon-Legierungen erzielen.
• Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich Punktschweißelektroden mit einer verbesserten Standzeit herstellen. Dabei werden Stäbe bis zu einem Durchmesser von etwa 5 mm vorteilhafterweise im Druckgußverfahren hergestellt. Stäbe mit einem größeren Durchmesser lassen sich durch Einsetzen dünnerer Stäbe als Kerne in die Druckgußform realisieren.
• Für die Herstellung von besonders warmfesten Blechen aus den genannten Legierungen werden im Druckgußverfahren Platten mit einer Stärke von 3 mm und weniger vergossen. Die Platten werden dann durch Abwalzen auf die erforderliche Stärke gebracht.
• Als Kokillenmaterial für die erstellung von Gußkörpern mit erhöhter Warmfestigkeit bei gleichzeitig sehr guter Leitfiihigkeit für Elektrizität und Wärme na cii dem erfindullgsgenlsissen Verfahren hat sich unter anderem eine Legierung auf der Basis von Molybdän mit 0,5 0% Ti, 0,08 °O Zr und (),()2 O C bewährt.
• Wie bere it s erwähnt, lassen sich erfindungsgemäß Leg ierungen auf der Basis von Aluminium mit größeren Anteilen an Chrom, Mangan, Vanadium und Zirkon herstellen, als die; bisher m(iglich war. So zeigt eine Aluminiumlegierung mit 3 % Cr und 3 % Si im konventionell vergossenen Zustand grobe Ausscheidungen im Gefüge und nur eine geringe Festigkeit, Warmfestigkeit und Duktilität. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren vergossen zu Gegenständen mit einer Dicke von etwa 1 mm wurde dagegen bei Raumtemperatur eine Zugfestigkeit von etwa 23 kg/mm2 bei 3500C eine solche von 9 kg/mm2 gemessen, bei einer Dehnung von etwa 13 %. Selbst bei 400 0C liegt noch eine Zugfestigkeit von 5,4 kg/mm2 bei einer Dehnung von 19 % vor. Das Gefüge der erfindungsgemäß vergossenen Legierung ist bei einer Vergrößerung von 500fach äußerst fein und gleichmäßig. Ähnliche Ergebnisse wurden mit der Legierung Al -4 % Si - 3,6 % V und der Legierung Al - 5,5 % Si - 4,5 % Ti erhalten.
• Als Kokillenmaterial zum Vergießen der genannten Legierungen im Druckguß oder Schleuderguß hat sich Kupfer bewährt. Die Kokillen werden nicht vorgewärmt.
• Das Verfahren nach der Erfindung kann jedoch auch auf Werkstücke mit einer größeren Dicke angewandt werden Zu diesem Zwecke werden Kerne mit dem erforderlichen geringen Durchmesser aus den entsprechenden Legierungen in einem ersten Schritt hergestellt und diese dann in einer zweiten Kokille eingesetzt. Dies Verfahren bietet zudem den Vorteil, daß Kern und Mantel aus verschiedenen, für die jeweilige Beanspruchung besonders geeigneten Werkstoffen hergestellt werden können.
• Die gute Bindung zwischen Kern und Auflage kommt durch die Aufheizung des Kern zustande; dieser kann auf Grund seiner Lage in der Kokille die Wärme nur langsam ableiten.
• Besonders vorteilhaft kann dieses Verfahren zur Herstellung von Turbinenschaufeln genutzt werden. Der Kern kann aus einer Legierung hoher Warmfestigkeit und Zeitstandfestigkeit aber geringer Oxydations- und Korrosionsbeständigkeit besiehen, während der Mantel aus einem Werkstoff gefertigt wird, der eine hohe Widerstandsfähigkeit gegenüber den heißen Gasen aufweist.
• Als Nantelwerkstoff dienen dabei insbesondere chromreiche Legierungen auf der Basis von Nickel, Kobalt oder Eisen mit kleineren Zusätzen an Aluminium und auch seltenen Erden Als Kernwerkstoff kommen chromarme Legierungen auf der Basis von Nickel oder Kobalt in Betracht mit einem großen Anteil an hochschmelzenden Metallen, insbesondere an Wolfram.
• Weiterhin bietet sich mit Kernwerkstoffen auf der Basis von Niob, Tantal und Molybdän die Möglichkeit, Turbinenschaufeln herzustellen, die überwiegend äus diesen Legierungen mit ihrer überlegenen Warmfestigkeit bestehen und aufgrund ihrer gleichmäßigen Auflage von oxydationsbeständigen und korrosionsbeständigen Mantelwerkstoffen in Strahltriebwerken zum Einsatz gebracht werden können.
• Bei der ilerstellung derartiger zusammengesetzter Turbinenschaufeln hat es sich als zweckmäßig erwiesen, den Kern in Verbindung mit dem Schaufelfuß herzustellen. Dieser weist dabei schon seine Endmaße auf, und dient zur festen Fixierung des Kerns in der Mantelkokille. Es stellte sich heraus, daß der Schaufelfuß auch aus nur wenig oxydationsbeständigen Werkstoffen bestehen kann, ohne Schaden zu leiden. Dies ist auf seine geschützte Lage und die geringe Temperaturbeanspruchung zurückzuführen.
• Wird dieses Verfahren zur herstellung von zusammengesetzten Gußkörpern für die Fertigung von hochbeanspruchten Ventilen angewendet werden, so wird als Kern der bereits fertig bearbeitete Ventilschaft mit einem kleinen Ansatz für den Ventilteller in die Mantelkokille eingeführt. IIier wird der besonders hoch beanspruchte Ventilteller als Mantel aufgebracht.
• Das Verfahren eignet sich gleichfalls zur llerstellung von Dichtleisten für Wankelmotoren. Auf einem elcstisÖiefl Stahlkern wird ein Mantel; hoher Verschleißbeständigkeit aufgebracht, der durch die rasche Abkühlung einer Legierung auf der Basis von Eisen mit vorzugsweise stöchiometrischen An teilen an Kohlenstoff und Karbidbildnern, wie Vanadium oder Titan, entsteht. Durch die rasche Abkühlung gelingt es, bis etwa 21 % an Kohlenstoff und karbidbildenden Mctall, insbesondere Vanadium in der Legierung in Form einer gleichmäßig verteilten Dispersion zur Ausscheidung zu bringen Besonders bewährt hat sich das erfindungsgemäße Verfahren des Druckgießens oder Schleudergießens zur herstellung von Schneidwerkzeugen wie Schneidplättchen aus Legierungen auf der Basis von Eisen mit hohen, insbesondere stöchiometrischen Anteilen von maximal 21 % an Kohlenstoff und Karbidbildnern, wie Vanadium.
• Dagegen war es bisher nicht möglich, Schneidplättchen mit einer einwandfreien Oberfläche und ohne Einschlüsse aus Legierungen auf der Basis von Eisen mit mehr als etwa 9 % Vanadium durch normales Vergießen in eine Kupferkokille herzustellen. Weiter erschwert wurde bisher das Gießverhalten durch einen Zusatz von Titan, der für eine lange Standzeit im Schneidversuch wünschenswert wäre.
• Es zeigte sich nun überraschenderweise, blaß beim Druckgießen mit einem mittleren Schließdruck unter Benutzung von Formen aus der Legierung No - 0,5% Ti - 0,08 °/0 Zr - (),()2 % C, C, einwandfreie kantenscharfe Abgüsse mit einer glatten Ober fläche ohne Einschlüsse mit Legierungen auf der Basis von Eisen mit 4 % C, 15 % V und bis zu 2 % Ti erhalten werdeii 1)as gleiche Ergebnis wurde im Schlellderguß mit Formel aus diesem Flaterial bei Drehzahlen ab etwa 1500 b/mln @@@@@@@ ich Jon en- Vtti1 wies cs sich dabei, wenn die Folrnen im Druckguß von dem @@@@@ mit Schutzgas gespült wurden oder im Schleuderguß under Schuezgäs gearbeitet wurde.
• Gegenüber den durch normales Vergießen hergestellten Schneidplättchen zeigen die erfindungsgemäß hergestellten Schneidplättchen eine überlegene Standzeit Diese ist auf ein feineres Gefüge zurückzuführen. Dies ist offensichtlich auf das Einbringen der stark beschleunlgten Schmelze in die Form beim Druckguß oder Schleuderguß zurückzuführen. Die Schmelze erstarrt nicht kontinuierlich wie beim langsamen Einfüllen in die Form, sondern schlagartig und unter Druck. hierbei dürfte es zu einer Unterkühlung der Schmelze kommen, die für das sehr feine Gefüge mitverantwortlich ist Zudem zeigen die auf diese Weise erzeugten Schneidplättchen eine wesentlich verbesserte Maßhaltigkeit und bedürfen kaum mehr einer Nachbearbeitung. Das Druckguß- bzw. das Schleudergußverfahren gestatten zudem die Herstellung einer Vielzahl von Schneidplättchen in einem einzigen Arbeitsvorgang. Dies trägt erheblich zu einer verbesserten Wirtschaftlichkeit bei.

Claims (14)

Patentansprüche

1. Verfahren zur herstellung von warmßesten oder verscllleßbeständigen Gußkörpern aus Legierungen durch rasche Abkülllung aus der Schmelze nach dem Druckguß- oder Schleudergußverfahren, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierungen aus Aluminium mit bis zu 12 % an Fe, Ni, FIn, Cr, Mo, W, V, Nb, Ta, Mg, Li, Ti, Zr, Hf und Cu sowie bis zu 25 % Si oder aus Kupfer mit bis zu 9% an Cr, Ti, Zr, Lief, V, Nb, Ta, Mo, W, Fe, Ni, Co, Sn, Zn, Be, Mg, Al, As, P, B und Si oder aus Chrom mit bis zu 50 % an Fe, Co und Ni und bis zu 40 % an Mo, W, Ta, Nb, Ti, Zr und IIf sowie bis zu 5 % an seltenen Erden, Y, Ca, Al, B, C, N und Si sowie bis zu 75 % an Re oder aus Nickel mit bis zu 60 % an Cr, Mo, W, Nb, V, Ta, Ti, Zr, Hf, Al, Fe, Co und bis zu 3% an B, N, C und Si oder aus Kobalt mit bis zu 60 % an Cr, o, W, V, Nb, Ta, Ti, Zr, Hf, Ni, Fe, Al und bis zu 5 % O/o an B, N, C und Si oder aus Eisen mit bis zu 50 % an Co, Ni, Mn, Cr, Mo, W, V, Nb, Ta, Ti, Zr, Hf, Al und bis zu 7% an B, N, C, S, P und Si oder aus Titan mit bis zu 45 % an Al, Nb, Zr, V, Ta, Cr, Mo, W, Fe, Ni, Co, Cu, Sn, Ge und bis zu 3 % an B, C, N, und Si oder aus dem Grundmetall Zink, Magnesium, Zirkon, Niob, Tantal, Vanadium, Molybdän oder Wolfram mit geeigneten Legierungszusätzen bestehen, wobei die genannten Legierungszusätze jeweils einzeln oder in Kombination miteinander in dem Grundmetall vorhanden sind, und daß diese Legierungen in eine Kokille aus einem Material mit einer Mindestwärmeleitfähigkeit von 0,2 cal/cm.

sec C, vorzugsweise aus einem Material auf der Basis von Kupfer, Molybdän, Wolfram oder Berylliumoxid, vergossen werden, sowie daß die Gußkörper in ihren hauptsächlich beanspruchten Teilen einen Abstand von maximal 3 mm zur Kokillenwand oder zu dem Kokillenkern aufweisen, wobei die Kokille vor dem Gießvorgang auf eine dem 0,2 bis 0,5fachen Betrag der absoluten Schmelztemperatur der Legierung entsprechende Temperatur, gemessen in Grad Kelvin, gebracht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß aus Legierungen des Kupfers mit 0,7 bis 3 % Cr und/oder mit 0,15 bis 1,5 % Zr und mit maximal 1 % an Mg,Li, P, As, Si Gußkörper mit einer Dicke von maximal 5 mm, beispielsweise Punktschweißelektroden, hergestellt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 2, insbesondere zur Herstellung zylindrischer Punktschweißelektroden mit einem Durchmesser von maximal 9 mm, dadurch gekennzeichnet, daß in die Kokille ein Kern eingesetzt wird, der aus der gleichen Legierung wie der Gußkörper besteht.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung aus Aluminium mit 1,5 bis 5 % Nil und/oder 1 bis 5 % Cr und/oder 0,5 bis 5 % V und/oder 0,2 bis 3 % Zr undXoder p,i bis 7 * Si besteht.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit Legierungen des Eisens, Nickels, Kobalts oder Chroms Turbinenschaufeln gegossen werden.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst ein Schaufelfuß mit einem Blattkern aus Legierungen des Nickels mit weniger als 9 % Cr und mehr als 10 % W hergestellt wird, der anschließend in einer weiteren Kokille mit einem Blattmantel aus einer Legierung auf der Basis von Nickel mit 15 bis 25 % Cr versehen wird.

7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst ein Schaufelfuß mit einem Blattkern aus einer Legierung auf der Basis von Kobalt mit weniger als 9 % Cr und mehr als 20 % W hergestellt wird, der anschließend in einer weiteren Kokille mit einen Blattmantel aus einer Legierung auf der Basis von Kobalt, Eisen oder Nickel mit 15 % bis 25 , Cr versehen wird.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dafJ zunächst ein Kern aus einer Legierung auf der Basis von Vanadium, Niob, Tantal, Molybdän oder Wolfram hergestellt wird, der in einer weiteren Kokille einen Mantel aus einer oxydations- und korrosionsbeständigen Legierung auf der Basis von Eisen, Nickel, Kobalt oder Chrom erhält.

9. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß dieses zur Herstellung von Ventilkörpern verwendet wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilschaft als Kern mit einer hochwarmfesten Legierung auf der Basis von Fe, Ni oder Co als Ventilteller umgegossen wird.

11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß aus Legierungen auf der Basis von Eisen mit vorzugsweise stöchiometrischen Zusätzen von maximal 21 % an Kohlenstoff und Karbidbildnern, wie Vanadium und Titan, Dichtleisten für Wankelmotoren hergestellt werden.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierungen auf einen elastischen Kern aus Stahl aufgebracht werden.

13. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß aus Legierungen auf der Basis von Eisen mit vorzugsweise stöchiometrischen Zusätzen von maximal 21 °S an Kohlenstoff und Karbidbildnern wie Ti, Zr und V, Schneidwerkzeuge, beispielsweise Schneidplättchen hoher Verschle ißfest igkeit, hergestellt werden.

14. Schleudergußvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 - 13 unter Vakuum oder Schutzgas bei vermindertem Druck, dadurch gekennzeichnet, daß diese einen rotierbaren, wassergekühlten Kupfertiegel (1) aufweist, in dem die Legierung (2) durch einen Lichtbogen (3) aufgeschmolzen wird, der von einer feststehenden Wolframelektrode (4) ausgeht, wobei die aufgeschmolzene Legierung (2) durch Rotation des Tiegels (1) über dessen Rand in die Schmelzenkanäle (5) der Schleudergußkokille (6) beförderbar ist.