DE2519444A1 - Verfahren zum giessen von metallischem werkstoff unter erhoehung seiner zaehfestigkeit bzw. zaehigkeit - Google Patents

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Verfahren zum Gießen von metallischem Werkstoff unter Erhöhung seiner Zähfestigkeit bzw. Zähigkeit

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Durchführen einer Anlaß- bzw. Zähfestigkeitsbehandlung unter Erzeugung der Superplastizitätserscheinung in einem Gußstück bei einem Verfahren zum Gießen eines metallischen Werkstoffs.

Bei Gießverfahren wurde bisher eine Wärmebehandlung eines Gußstücks nach dem Gießen in einer Sandform oder einer Metall-Kokille in Form des sog. natürlichen Anlassens durchgeführt, wobei das Gußstück in der Gießform langsam abgekühlt wurde, um seine vom Gießen herrührende Restspannung aufzuheben. Diesem Verfahren haftet Jedoch der Nachteil an, daß die für das Schmelzen des metallischen Werkstoffs bei hoher Temperatur angewandte thermische Energie nur für das Gießen eingesetzt wurde, während das Gußstück nach dem langsamen Abkühlen auf Raumtemperatur zur Durchführung der Wärmebehandlung erneut erwärmt wurde, womit eine Vergeudung von Wärmeenergie verbunden ist.

Der Erfindung liegt damit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum GJtfJen von metallischem Werkstoff und zur gleich-

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zeitigen Durchführung einer Anlaß- oder Zähfestigkeitsbehandlung des Gußstücks während des Gießvorgangs zu schaffen, bei welchem die für das Gießen erforderliche Wärmeenergie zum Teil auch für die Anlaßbehandlung des Gußstücks ausgenutzt wird, um seine Festigkeit und Zähigkeit zu verbessern.

Dies· Aufgabe wird bei einem Verfahren zum Gießen von metallischem Werkstoff unter Erhöhung der Zähfestigkeit des Gußstücks erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß nach dem Abgießen des metallischen Werkstoffs in eine Gießform bzw. eine Kokille und dem Erstarren des Werkstoffs die Gießform schon während der Zeitspanne zerlegt bzw. das Gußstück entformt wird, während welcher die Temperatur des metallischen Werkstoffs oberhalb eines Temperaturbereichs von etwa 100°C über und unter seinem Phasenumwandlungspunkt liegt, und daß unter Belastung des so erhaltenen Zwischenprodukts mit einer niedrigen Beanspruchung in der Größenordnung von etwa 1/1O bis 1/20 der Fließ- oder Streckgrenze des metallischen Werkstoffs eine Superplastizitätserscheinung im Werkstoff hervorgerufen wird, indem der Werkstoff mehreren, den Phasenumwandlungspunkt durchlaufenden Temperaturzyklen unterworfen wird, wodurch das Zwischenprodukt einer Anlaß- bzw. Zähfestigkeitsbehandlung ausgesetzt wird.

Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Verfahrensschema einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung und

Fig. 2 ein· graphische Darstellung der Beziehung zwischen Temperatur und Zeit beim Verfahren gemäß Fig. 1.

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Im folgenden ist das erfindungsgemäße Verfahren zum Gießen eines metallischen Werkstoffs unter Erhöhung der Zähfestigkeit des Gußstücks im einzelnen erläutert.

Gemäß Fig. 1 wird zunächst auf übliche Weise ein Gußeisen oder Grauguß mit 1,5% Kohlenstoff zum Schmelzen auf eine Temperatur von 154O°C erhitzt, und die Metallschmelze wird in eine Gießform oder Kokille eingeschüttet, womit das eigentliche Abgießen A abgeschlossen ist.

Unter allmählicher Temperatursenkung erstarrt die Metallschmelze dann auf natürliche Weise. Wenn die Temperatur einen Wert von etwa 1050⁰C erreicht hat, wird die Gießform zerlegt, um das Gußstück (Zwischenprodukt) herauszunehmen, das dann in ein Salzbad eingetaucht wird. Diese Vorgänge bilden das Zwischenprodukt-Ausformverfahren B.

Das Salzbad ist mit einer Druckvorrichtung versehen, so daß das in das Salzbad eingetauchte Zwischenprodukt unter Druck gesetzt werden kann. Bei Ausübung einer Belastung von etwa 2 kg/mm auf das im Salzbad befindliche Zwischenprodukt wird letzteres Erwärmungs- und Abkühlzyklen (mit einer Frequenz von 4-5 Zyklen pro Minute) unterworfen, welche einen Phasenumwandlungspunkt (980⁰C) in einem den Phasenumwandlungspunkt einschließenden Temperaturbereich, d.h. den Temperaturbereich von etwa 100⁰C über und unter dem Phasenumwandlungspunkt bei einem oberen Grenzwert von 1050⁰C und einem unteren Grenzwert von 900⁰C, durchlaufen. Die vorgenannten Arbeitsgänge werden als Superplastizitäts-Behandlungsverfahren C bezeichnet.

Das Zwischenprodukt wird aus dem Salzbad entnommen und auf natürliche Weise abgekühlt, um das gewünschte Gußprodukt zu erhalten. Dieser Vorgang ist als Verfahrensschritt des Herausnehmens D bezeichnet.

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Da bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform der erste Zyklus der Temperaturzyklen mit der Abkühlung beginnt, wird das Gußstück aus seinem geschmolzenen Zustand nach einem Gleichgewichtsphasendiagramm abgekühlt, wobei die Erhitzungsund Schmelztemperatur des metallischen Werkstoffs auf einen Temperaturwert festgelegt wird, welcher den Schmelzpunkt von z.B. 1540⁰C auf der Erstarrungslinie übersteigt. Da beim zweiten und den folgenden Zyklen die Erwärmung des Zwischenprodukts nicht von einer unmittelbaren Erwärmung abhängt, wird die obere Grenztemperatur des Temperaturzyklus auf eine über dem Phasenumwandlungspunkt (bei 1050⁰C) liegende Temperatur eingestellt. Durch Anwendung der vorgenannten Temperaturzyklen auf das Zwischenprodukt zur Erzeugung der Superplastizitätsersclieinung in ihm tritt im Zwischenprodukt eine Mikroverfeinerung des Kristallkorns sowie eine Vergleichmäßigung des metallurgischen Gefüges auf, so daß folglich ein Gußstück mit zufriedenstellender Festigkeit erhalten wird.

Beim vorstehend erläuterten Ausführungsbeispiel sind der obere und der untere Grenzwert des Temperaturbereichs im Temperaturzyklus auf etwa ±100°C in bezug auf den Umwandlungspunkt festgelegt, während eine Frequenz des Temperaturzyklus von 4-5 Zyklen pro Minute gewählt wurde. Der Grund für die Wahl dieser speziellen Werte liegt in der Berücksichtigung der Änderung des Umwandlungspunkts aufgrund der Änderung der Erwärmungs- und Abkühlgeschwindigkeit sowie der zwischen Beginn und Ende der Umwandlung oder Umformung (transformation) erforderlichen Zeitspanne. Obgleich die ausgeübte Belastung mit 2 kg/mm angegeben ist, wird sie allgemein auf einer Größenordnung von etwa 1/10 bis 1/20 der Fließ- oder Streckgrenze (maximale Dauerbelastung) des metallischen Werkstoffs festgelegt.

Bei der praktischen Durchführung der Erfindung können die Bedingungen für den unter Erzeugung der Superplastizitätserscheinung in Aufwärts- und Abwärtsrichtung durch den Umwandlungspunkt verlaufenden Temperaturzyklus, z.B. Temperaturbereich, Frequenz bzw. Häufigkeit, ausgeübte Belastung usw., je nach den Eigenschaften und der Form des zu behandelnden Werkstücks entsprechend gewählt werden.

Obgleich die Erfindung vorstehend in einem Ausführungsbeispiel unter Verwendung von Gußeisen bzw. Grauguß als metallischer Werkstoff beschrieben ist, kann sie gleichermaßen auf Gußstahl, Nichteisenlegierungen ubw. angewandt werden. Im Fall der Nichteisenlegierung AlBC wird beispielsweise ein Phasenumwandlungspunkt (06+ S-^B von 570⁰C und eine ß-Löslichkeit von 850 - 570⁰C) angewandt. Wenn dabei ähnliche Temperaturzyklen beim metallischen Werkstoff angewandt werden, wobei die oberen und unteren Grenztemperaturen auf 880 - 900⁰C bzw. 500 - 520⁰C festgelegt sind, kann die gewünschte Gußstückqualität erzielt werden.

Da erfindungsgemäß die Zähfestigkeitsbehandlung auf ein Zwischenprodukt in seinem superplastischen Zustand angewandt wird, kann eine höhere Festigkeit als bei den bisher erzeugten Gußstücken erreicht werden, wobei zudem das Gießen und die Erhöhung der Zähfestigkeit bzw. das Anlassen des gegossenen Produkts in einem Verfahren erfolgen können. Bezüglich des gegossenen Werkstoffs lassen sich weiterhin die gleichen Wirkungen sowohl bei Eisenmetallen als auch bei Nichteisenmetall-Werkstoffen, die ebenfalls einen Umwandlungspunkt besitzen, erzielen. Darüber hinaus können erfindungsgemäß die bei den bisher angewandten Verfahren häufig auftretenden Gußrisse vermieden werden, und ein Gußstück, bei dem bereits ein Gußfehler vorhanden ist, kann durch Einfügung des gleichen Werkstoffs in die Fehlerstelle inetand-

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gesetzt "werden (wozu entweder ein massiver keilförmiger Körper eingesetzt werden kann oder Pulver verwendet werden können).

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren kann somit ohne weiteres ein Gußstück mit hoher Zähfestigkeit hergestellt werden, womit das erfindungsgemäße Verfahren mithin einen hohen industriellen Nutzen bietet.

Da dem Fachmann selbstverständlich verschiedene Änderungen und Abwandlungen der vorstehend offenbarten Ausführungsform der Erfindung möglich sind, ohne daß vom Rahmen der Erfindung abgewichen wird, soll die Erfindung alle innerhalb des erweiterten Schutzbereichs liegenden Änderungen und Abwandlungen mit umfassen.

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Claims (1)

1. Patentanspruch

   Verfahren zum Gießen von metallischem Werkstoff unter Erhöhung der Zähfestigkeit des Gußstücks, dadurch gekennzeichnet , daß nach dem Abgießen des metallischen Werkstoffs in eine Gießform bzw. eine Kokille und dem Erstarren des Werkstoffs die Gießform schon während der Zeitspanne zerlegt bzw. das Gußstück entformt wird, während welcher die Temperatur des metallischen Werkstoffs oberhalb eines Temperaturbereichs von etwa 10O⁰C über und unter seinem Phasenumwandlungspunkt liegt, und daß unter Belastung des so erhaltenen Zwischenprodukts mit einer niedrigen Beanspruchung in der Größenordnung von etwa 1/1O bis 1/20 der Fließ- oder Streckgrenze des metallischen Werkstoffs eine Superplastizitätserscheinung im Werkstoff hervorgerufen wird, indem der Werkstoff mehreren, den Phasenumwandlungspunkt durchlaufenden Temperaturzyklen unterworfen wird, wodurch das Zwischenprodukt einer Anlaß- bzw. Zähfestigkeitsbehandlung ausgesetzt wird.

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