DE2418966A1

DE2418966A1 - Verfahren zum giessen von gusstuecken mit einem kugelgraphitgefuege

Info

Publication number: DE2418966A1
Application number: DE2418966A
Authority: DE
Inventors: Henri Duchenne
Original assignee: Renault SAS
Current assignee: Renault SAS
Priority date: 1973-04-20
Filing date: 1974-04-19
Publication date: 1974-11-07
Also published as: FR2226233B1; FR2226233A1; US3971433A; IT1009107B; GB1448058A; DE2418966B2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Gießen durch Impfung von Gußstücken, die ein Kugelgraphitgefüge erfordern und insbesondere von grösseren Gußstücken wie Kurbelweller, von Brennkraftmaschinen.

I.s ist bekannt, die Schmelze, um deren Gefüge zu verbessern, mittels Zusatzlegierungen, wie Silicium und Magnesium und verschiedene Metalle zu impfen, insbesondere, um ein Kugelgraphitgefüge zu erzielen.

Es ist ferner eine bekannte Tatsache, daß es, da die

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Impfwirkung mit der Zeit rasch abnimmt, wünschenswert ist, um Gußstücke mit einem homogenen Gefüge zu erzielen, diese Impfung so kurz wie möglich vor der Erstarrung des so behandelten Metalls vorzunehmen.

Für diesen Zweck wurden aufeinanderfolgend mehrere Impfverfahren angewendet. Zuerst hat man vor dem Gießen den Impfstoff in feinen Teilchen durch Rühren der Schmelze einverleibt, die sich in der Gießpfanne befand. Dann hat man versucht, eine doppelte Impfung vorzunehmen, wobei die Schmelzmasse zuerst in der Pfanne vor dem Beginn des Gießvorgangs geimpft wurde, worauf die Impfung unmittelbar vor diesem Gießvorgang wiederholt wurde, entweder beispielsweise beim Umgießen in kleine Handpfannen beim Durchtritt durch ein Filter in Form eines Trichters, der eine geeignete Menge Impfstoff enthielt. Desgleichen hat man versucht, die Schmelzmasse durch direkte kontinuierliche oder diskontinuierliche Dispersion des Impfstoffes in den Einguß oder durch Einbringen eines Impfstoffstaubes in die Form, zu behandeln. Diese Verfahren haben sich jedoch nicht als ausreichend zuverlässig hinsichtlich der Homogenität des Gefüges der Gußstücke herausgestellt, so daß vorgeschlagen wurde, die Schmelze mit dem Impfstoff im Augenblick seines Abflusses in das System von Kanälen oder des aufgesetzten Eingusses der Form in Kontakt zu bringen, wobei der Impfstoff, der einen Körper in eingeschlossener Form in der Gießform umhüllt oder bildet, vorzugsweise in Form eines perforierten Gießkerns auftritt und sich fortschreitend durch Schlämmen unter der Wirkung des Eingusses auflöst.

Schließlich wird bei einer komplizierteren Form des vorangehend beschriebenen Verfahrens der Impfstoff in Form von Stücken in das System von Gießköpfen der Gießform

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gebracht und zwar unmittelbar vorgeschaltet einer Vorrichtung, die beispielsweise durch .einen Gitterrost aus feuerfestem Material oder aus einem perforierten Gießkern besteht, der den Durchtritt der Schmelze ermöglicht, jedoch die Mitnahme des nicht gelösten Impfstoffes durch die flüssige Schmelze verhindert.

Bei diesem Verfahren zur fortschreitenden Lösung durch Schlämmen von Impfstoffstücken durch das Gießmetall ist es jedoch erforderlich, daß die Abmessung der Impfstoffstücke am Ende des Gießvorgangs noch grosser als diejenige der Öffnungen der Durchtrittsvorrichtung für die Schmelze ist. Hieraus ergibt sich die Notwendigkeit, grössere Impfstoffmengen zu verwenden, als notwendig sind, sowie einen Verlust der restlichen Impfstoffstücke, die nach der Erstarrung im Gießkopf einverleibt bleiben.

Ausserdem wird zwischen dem Beginn und dem Ende des Gießvorgangs eine beträchtliche Änderung der Austauschfläche zwischen der Schmelze und deir Impfstoff erhalten, die vor allem eine Minderung des Impfgrades herbeiführt. Zwar macht sich dieser Nachteil beim Gießen kleiner Stücke wenig störend bemerkbar, während bei ziemlich großen Stücken, wie bei Kurbelwellen von Brennkraftmaschinen, die eine ziemlich lange Gießzeit erfordern, große Gefahr besteht, daß die Homogenität des Gefüges nicht ausreichend ist.

Das Verfahren, das Gegenstand der Erfindung bildet und den vorerwähnten Nachteilen abhelfen soll, sieht eine Gießform vor, die einen Abdruck des herzustellenden Stückes und eine Behandlungskammer hat, die sich in der Gußrinne der Gießform befindet und den zum Gießen dieses Stückes erforderlichen Impfstoff enthält.

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Sein Hauptmerkmal besteht darin, daß das Volumen der Behandlungskammer, die in den Abdruck des Gußstückes mündet, gleich der Summe der Volumen des herzustellenden Gußstücks und des Speisekopfes dieses Gußstücks ist, welche Kammer gußstückseitig durch ein temporäres Verschlußorgan abgeschlossen ist, welches durch die gemeinsame Wirkung der Temperatur und des Druckes der Schmelze zerstörbar ist, wobei die Impfung in dieser Kammer während ■der Zeit geschieht, die zur Zerstörung des temporären Vers chlussorgans notwendig ist und der Impfstoff sich gleichmassig in der Schmelzmasse unmittelbar vor der Füllung ' des Abdruckes des Gußstückes gleichmässig verteilt.

Ein zweites Merkmal der Erfindung besteht in der Zwischenschaltung eines Siphons zwischen dem Einguß und dem aufgesetzten Einguß der Behandlungskammer, so daß selbst im Falle einer unbeabsichtigten und kurzzeitigen Unterbrechung des Gießvorgangs die in der Kammer enthaltene Schmelze sich nicht in Kontakt mit der umgebenden Luft befindet, so daß sich in dieser Kammer keine Oxidhäute oder -Schichter, bilden, die für die Qualität des Gußstücks schädlich sind.

Ein drittes Merkmal der Erfindung besteht in der Verwendung als temporäres und zerstörbares Verschlußorgan einer Blechplatte, deren Dicke und Zusammensetzung die Dauer des Widerstandes gegen die Temperatur und den Druck der Schmelze und damit die Impfdauer der Schmelze bestimmt.

Ein viertes Merkmal"der Erfindung besteht in der Verwendung einer Trenngalette aus feuerfesten neutralen Materialien, die einen Hohlraum aufweist, der ein Eehandlungsprodukt enthält und dem temporären und zerstörbaren Verschlußorgan im aufgesetzten Einguß des Gußstückes unmittelbar nachgeschaltet angeordnet ist, wobei das Produkt in dem Hohlraum

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einerseits durch die temporäre und zerstörbare Verschlußvorrichtung gehalten wird und andererseits durch ein Organ wie einen Kartonbogen, der mit dem Grund des Hohlraums der Galette verklebt ist, gehalten wird. Das Behandlungsmittel kann beispielsweise ein Desoxydations- und Nachimpfungsmittel sein, das dazu dient, die Wirkung des in der Behandlungskammer enthaltenden Impfstoffes zum Vollenden und die Oxide zu vermindern, die durch das Schmelzen des temporären und zerstörbaren Verschlußorgans, wenn dieses aus einem Metall ist, entstehen. Was die Trenngalette betrifft, so hat diese nicht nur die Aufgabe der Begrenzung zwischen dem herzustellenden Gußstück und dessen Gießkopf, sondern auch die gleichmässige Verteilung des Behandlungsmittels in der Masse der Schmelze, wenn es durch die letztere mitgeführt wird, zu erleichtern.

Die Gleichzeitigkeit der' Auflösung des Impfstoffes in der ganzen Masse der Schmelze im Inneren der Behandlungskammer vermittelt dem erfindungsgemäßen Verfahren bestimmte Vorteile gegenüber dem bekannten Verfahren der progressiven Auflösung durch Schlämmen der Impfstoffstücke durch das Gießmetall, Dieses Verfahren ermöglicht das Erzielen einer vollkommenen Homogenität des Gefüges beim Gießen ziemlich massiver Stücke, sowie eine wirtschaftliche Verwendung des Impfstoffes infolge des Umstandes, daß in die Kammer nur die Impfstoffmenge eingeführt zu werden braucht, die für den Vorgang notwendig ist. Es ermöglicht ferner eine große Schnelligkeit des Gießvorgangs und macht diesen von dem menschlichen Faktor unabhängig, wobei das Leiten der Masse der Schmelze über den Impfstoff nicht mehr notwendig ist. Es gestattet ferner eine sehr einfache Regelung der Impfdauer durch die Einwirkung auf die Dicke und die Zusammensetzung des temporären VErschlußorgans in Abhängigkeit von dem verwendeten Impfstoff. Der Impfstoff kann sowohl

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in Form von Pulver oder von Stücken verwendet werden, obwohl es vorzuziehen ist, ihn im pulverförmigen Zustand zu verwenden.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden beispielsweisen Beschreibung eines solchen Verfahrens zum Gießen von Gußstücken mit Kugelgraphitgefüge, das in den beiliegenden Zeichnungen dargestellt ist und zwar zeigen:

Fig, 1 eine Ansicht teilweise im Schnitt und im Aufriß einer Gießform für das erfindungsgemäße Gießverfahren ; -

Fig. 2 eine Einzelheit im Schnitt eines temporären und trennenden Verschlußorgans;

Fig, 3 die Reproduktion einer Mikrophotographie einer Probe zum Nachweis der Graphitierung, die bei einem Anfangsversuch zur Regelung der Gießbedingungen mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens erzielt worden ist5

Fig, 4 die Reproduktion einer Mikrophotographie einer Probe zum Nachweis der Graphitierung, die nach der Regelung der Gießbedingungen erhalten worden ist.

Die in Fig, 1 dargestellte Gießform ist eine herkömmliche Gießform als Sandkasten, Im Inneren dieser Gießform ist ein Abdruck 1 des herzustellenden Gußstücks sowie eine Behandlungskammer 2 vorgesehen, welche zur leichteren Bestimmung des Volumens aus einem vertikalen zylindrischen

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Teil zusammengesetzt ist, der an jedem seiner Enden durch eine Halbkugel abgeschlossen ist. Diese Kammer 2 ist mit Bezug auf den Abdruck 1 des herzustellenden Gußstücks ausladend angeordni, so daß sie eine Drucksäule bildet, und ihr Volumen ist gleich der Summe der Volumen des herzustellenden Gußstücks und des Gießkopfes. Sie wird durch einen aufgesetzten Einguß 3 gespeist, der am unteren Ende seiner oberen Halbkugel angeordnet ist, und ein Siphon 4, das zweckmässig in einer der Stoßebenen der Form angeordnet ist und dessen Aufgabe vorangehend erläutert wurde, ist zwischen dem aufgesetzter. Einguß 3 und dem Einguß 5 angeordnet.

Der Impfstoff 6 ist in der unteren Halbkugel der Kammer angeordnet und ein temporäres Verschluß- und Trennorgan 7, das in Fig. 2 näher dargestellt ist, ist in der Verbindungsrinne zwischen der Kammer 2 und dem Abdruck 1 des Gußstücks und bildet gleichzeitig einen Ansatz des Gießkopfes und befindet sich in der Stoßebene des herzustellenden Gußstücks unmittelbar oberhalb der unteren Halbkugel der Kammer 2.

Das temporäre Verschluß- oder Trennorgan 7 setzt sich aus einer kreisförmigen Verschlußplatte 8 aus Blech, die anschliessend an die Kammer 2 angeordnet ist, und aus einer ebenfalls kreisförmigen Trenngalette 9 zusammen, welch letztere aus neutralen feuerfesten Materialien hergestellt und dem Abdruck 1 des Gußstückes benachbart angeordnet ist. Die Verschlußplatte 8 ist mit der Galette 9 verklebt und das Ganze sitzt an seinem Umfang im Sand der Gießform.

Die Dicke und die Zusammensetzung der Verschlußplatte 8, welche, wie erwähnt, dazu bestimmt ist, durch die .kombi-

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nierte Wirkung der Temperatur und des Druckes der in der Kammer 2 enthaltenen Masse der Schmelze zerstört zu werden, bestimmt die Dauer des Widerstandes dieser Platte und damit die Impfdauer der Masse der Schmelze vor der Füllung des Abdruckes 1 des Gußstückes.

Die Galette 9 weist einen zylindrischen Hohlraum 10 auf, dessen Öffnung zur.Kammer 2 gerichtet ist, sowie einen halbkugelförmigen Hohlraum 11, dessen Öffnung zum Abdruck 1 des Gußstücks gerichtet ist, von dem er das eingußseitige Ende bildet, ferner eine Mitte!öffnung 12, die einen aufgesetzten Einguß bildet, zur Verbindung zwischen den Hohlräumen 10 und 11, und eine Reihe von Kanälen 13, die in regelmässigen Abständen in kreisförmiger Anordnung in der Nähe des Umfangs der Galette 9 angeordnet sind und ebenfalls die Hohlräume 10 und 11 miteinander verbinden. Ein Nachimpfungs- und Desoxydationsmittel irr pulverförmigen Zustand, das dazu dient, die Wirkunr des sich in der Kammer 2 befindenden Impfstoffes 6 zu vollenden und damit die Oxide zu verringern, die durch das Schmelzen der Verschlußplatte 8 entstehen, ist in dem Hohlraum 10 durch die Verschlußplatte 8 einerseits und durch eine Kartonscheibe 14, die mit dem Grund des Hohlraums 10 verklebt ist, andererseits eingeschlossen. Der Neigungswinkel der Kanäle 13, die für den Abfluß des im Hohlraum 10 enthaltenen Produkts dienen, wird zweckmässig so bestimmt, daß eine wirksame Nachimpfung der Masse der Metallschmelze, die durch die Mittelöffnung 12 ausfließt, sichergestellt ist.

Der Verlauf des Gießvorgangs ergibt sich aus der vorangehenden Beschreibung. Die notwendige Menge Impfstoff 6 der Kammer 2 sowie das temporäre und trennende Verschlußorgan 7 werden bei der Herstellung der Gießform

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eingesetzt«, Wenn die Schmelze in die Gießform gegossen wird, füllt sie, durch die Verschlußplatte 8 gehalten, die Kammer 2, wobei sie den Impfstoff 6 auflöst und infolge der Wirkung des Siphons 4 ohne Kontakt mit der umgebenden Luft bleibt. Während dieser Zeit bewirkt die kombinierte Wirkung der Temperatur und des Druckes der Masse der in der Kammer 2 enthaltenen Schmelze das Schmelzen der Verschlußplatte 8. Die Masse des in geeigneter Weise geimpften Metalls dringt sodann durch Gefällewirkung und Abziehen in den Abdruck 1 des Gußstückes ein und reagiert beim Durchtritt mit dem Nachimpfungsmittel, das im Hohlraum 10 der Galette 9 enthalten ist.

Nach der Erstarrung bildet die in der Kammer» 2 vorhandene Metallmenge den Gießkopf. Er enthält alle Schlacken, die bei der Reaktion entstehen und an der Oberfläche wegen des Dichteunterschiedes aufschwemmen, so daß keine Gefahr besteht, daß Einschlüsse entstehen, die für die mechanischen Eigenschaften des Gußstückes nachteilig sind. Nach dem Entformen braucht das Gußstück lediglich vom Gießkopf in der Höhe der öffnung 12 des Filters 9 getrennt zu werden, dessen Vorhandensein das Lösen durch Schlag erleichtert.

Nachfolgend werden beispielsweise die Werte und die Ergebnisse von zwei Versuchen angegeben, die unter Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Gießen von Kurbelwellen von Brennkraftmaschinen mit einem Bruttogewicht von 13,5 kg durchgeführt wurden, wobei sich aus dem Vergleich die Leichtigkeit der Regelung erkennen läßt.

Beispiel 1

Das verwendet® Metall ist eins Ausgangsschmelzs füv

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Kurbelwellen, die bei der Analyse 3,75 % C_$ !„38 % Si, 0,35 % Mn und 20 ppm Pb zeigte. Der sich in der Kammer 2 der Gießform befindende Impfstoff bildet prozentual bei einem Bruttogewicht des gegossenen Metalls von 28 kg 0,5 % Impfstofflegierung PECEINEY als grobkörniges Pulver mit etwa 0,075 % Mg und 0,1 % Si-Ca in Pulverform« Diese beidenElemente wurden, bevor sie auf den Grund der Behandlungskammer gebracht wurden_s gemischt und eingesackt. Das sich im Hohlraum 10 der. Galette 9 befindende Produkt ist ein Impfstoff mit 5 % Ba, 2₉S % Ca und 1,4 % Al und entspricht 0,15 % des Gewichts der Kurbelwelle „ Die Temperatur der Schmelze in der Gießpfanne -beträgt ⁰

Während des Gießvorgangs konnte ausserhalb der Form kein Zeichen der inneren Reaktion abgesehen von einer geringen Ausscheidung von KgO festgestellt werden* Die Füllungsdauer der Kammer 2 betrug 18/100 Min und die Durchtrittszeit-durch die Verschlussplatte S₃ deren Dicke 6/10 mm war·, betrug 28/100 Min nach Beginn des Giefövorgangs.

Beim Gußputzen wurde festgestellt daß der Gießkopf -/on 14,5 kg mit starker- Lunker« bildung alle Schlacken enthielt Die Trennung des Gußstückes und des Gießkopfes ließ sich leicht mit einem einzigen Schlag durchführen.

Die mikrographische Prüfung der- Proben zum Nachweis .der Graphitierung wurde auf verschiedene Gegengewichts der Kurbelwelle verteilt und z-eigte einen Anteil von SO Kugelgraphit über 3/% der Länge des Gußstückes und einen Anteil j der- in Fig«, 3 dargestellt ist* weich® eine dss? erhaltenen Mikrophotographien Z'sv-r-odnzi&T-t-_: ?on 10 - SO ^ Kugelgraphit über das Isttte '/ier-tsl des 3äßs βΐ,ΐβ-. Aus diepsr: V^'/Z'iok. ^1Yc dalisv^ Iis

die Gehalte von Impfstoff unter der unteren Grenze liegen.

Beispiel 2;

Das Metall ist eine Ausgangsschmelze für Kurbelwellen mit einer Analyse von 3,79 % C, 1,4-5 % Si, 0,35 % Mn und 20 ppm Pb. Der Impfstoff, der sich in der Kammer 2 befindet, stellt bei einem Gewicht des Gießmetalls von 29 kg einen Prozentsatz von 0,6 9 % Impfstofflegierung PECHINEY als grobkörniges Pulver dar mit 0,105 % einverleibtem Mg und 0,1 % Si-Ca in Pulverform. Diese beiden Elemente wurden vor dem Verbringen auf den Boden der Behandlungskammer gemischt und eingesackt. Das sich im Hohlraum 10 der Galette 9 befindende Produkt ist ein Impfstoffprodukt mit 5 % Ba, 2,8 % Ca und 1,H % Al entsprechend 0,15 % des Gewichts der Kurbelwelle. Die Temperatur der Metallschmelze betrug in der Gießpfanne 1450 C.

BeimGießVorgang konnte ausserhalb der Gießform kein Zeichen einer inneren Reaktion festgestellt werden» Die Füllungszeit der Kammer 2 betrug 17/100 Min und die Durchtrittsdauer der Verschlußplatte 8 von einer Dicke von 8/10 mm betrug 6 6/100 Min nach Beginn des Gießvorgangs.

Beim Gußputzen wurde festgestellt, daß Gießkopf von 15,5 kg mit starker Lunkerbildung alle Schlacken enthielt.Die Trennung des Gußstückes und des Gießkopfes konnte leicht mit einem einzigen Masseschlag geschehen.

Die mikrographische Prüfung der Proben zum Nachweis der Graphitierung verteilt auf die verschiedenen Gegengewichte der Kurbelwelle zeigte einen Anteil, der in Fig. 4 drgestellt ist, welche eine Reproduktion der erhaltenen Mikro-

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graphien darstellt, von 100 % Kugelgraphit über die volle Länge des Gußstückes mit einer großen Menge kleiner und mittlerer Kugeln,

Nach diesen einfachen Regelmaßnahmen kann das Verfahren zur zuverlässigen Produktion angewendet werden, wobei die Gießbedingungen von dem menschlichen Faktor unabhängig sind, insbesondere von der Schnelligkeit des Gießvorgangs und der Füllung der Gießform. Es eignet sich ferner aus diesem Grunde zur Automatisierung.

Patentansprüche;

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Claims

Patentansprüche :

1. Verfahren zum Gießen von Gußstücken mit einem Kugelgraphitgefüge, bei welchem eine Gießform einen Abdruck des herzustellenden Gußstückes und eine Behandlungskammer avfweist, die sich in der Gießrinne der Gußform befindet und den zum Gießen des Gußstückes erforderlichen Impfstoff enthält, dadurch gekennzeichnet, daß das Volumen der Behandlungskammer, die in den Abdruck des Gußstückes mündet, gleich der Summe der Volumen des herzustellenden Gußstückes und des Speisekopfes des Gußstückes ist, welche Kammer gußstückseitig durch ein temporäres Verschlußorgan abgeschlossen ist, das durch die gemeinsame Wirkung der Temperatur und des Druckes der metallischen Schmelze zerstörbar ist, wobei die Impfung in der Behandlungskanimer während der Zeit erfolgt, die zur Zerstörung des temporären Verschlußorgans notwendig ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Siphon zwischen dem Einguß und dem aufgesetzten Einguß der Behandlungskammer angeordnet ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das temporäre und zerstörbare Verschlußorgan eine Blechplatte ist, deren Dicke und Zusammensetzung die

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Dauer des Widerstandes gegen die Temperatur und den Druck der Metallschmelze bestimmt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Trenngalette aus neutralen feuerfesten Materialien, die einen Hohlraum aufweist, welcher ein Behandlungsprodukt enthält, welche Galette unmittelbar nachfolgend dem temporären und zerstörbaren Verschlußorgan im aufgesetzten Einguß des Gußstückes angeordnet ist.

5, Verfahren nach Anspruch 4·, dadurch gekennzeichnet, daß das im Hohlraum der Trenngalette enthaltene Behandlungsprodukt ein Desoxydations- und Nachimpfungsmittel ist.

Patentanwalt

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