DE2519444C3 - Verfahren zur Erhöhung der Festigkeit und Zähigkeit von Gußstucken - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erhöhung der Festigkeit und Zähigkeit von Gußstücken aus metallischen Werkstoffen, die einen Umwandlungspunkt im festen Zustand aufweisen.

Bei einem bekannten Gießverfahren wird eine Wärmebehandlung eines Gußstücks nach dem Gießen in einer Sandform oder einer Metall-Kokille durchgeführt, wobei das Gußstück in der Gießform langsam abgekühlt wird, 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 wird, während das Gußstück nach dem langsamen Abkühlen auf Raumtemperatur zur Durchführung der Wärmebehandlung erneut erwärmt wird, wodurch die Wärmeenergie ungenügend ausgenutzt wird.

Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Erhöhung der Festigkeit und Zähigkeit von Gußstücken zu schaffen, bei dem die für das Gießen erforderliche Wärmeenergie zum Teil auch für die Anlaßbehandlung des Gußstücks ausgenutzt wird.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches gelöst, Auf diese Weise kann ein Gußstück mit hoher Zähigkeit und Festigkeit hergestellt werden, wobei die Wärmeenergie des Gießvorganges in vorteilhafter Weise für die Anlaßbehandlung ausgenutzt wird. Da erfindungsgemäß die Behandlung zur Erhöhung der Festigkeit und Zähigkeit an einem 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 Festigkeit und Zähigkeit 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 aufweisen, 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 instandgesetzt werden (wozu entweder ein massiver keilförmiger Körper eingesetzt werden kann oder

Pulver verwendet werden können).

Aus Metall 23 (1969), Seite 1264 bis 1269 ist zwar der Effekt der Umwandlungssuperplastizität an sich bekannt. Jedoch wird dabei nicht die für das Gießen erforderliche Wärmeenergie zum Teil auch für die Anläßbehandlung des Gußstücks ausgenutzt. Außerdem sind die dabei angewandten Temperaturzyklen so langsam, daß keine durchgreifende Erhöhung der Festigkeit und Zähigkeit erreicht wird. Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen und einer Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 ein Verfahrensschema gemäß der Erfindung und

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

Gemäß Fig. 1 wird zunächst auf übliche Weise ein Gußeisen oder Grauguß mit 1,5% Kohlenstoff zum Schmelzen auf eine Temperatur von 1540° 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 Durck gesetzt werden kann. Bei Ausübung einer Belastung von etwa 2 kg/mm² auf das im Salzbad befindliche Zwischenprodukt wird letzteres Erwärmungs- und Abkühlungszyklen (mit einer Frequenz von 4—5 Zyklen pro Minute) unterworfen, welche einen Phasenumwandlungspunkt (980⁰C) in einem dem 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 Suberplastizitäts-Behandlungsverfahren Cbezeichnet.

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 Dbezeichnet.

Da bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform der erste Zyklus der Temperaturzyklen mit der Abkühlung beginnt, wird das Gußstück aus seinem geschmolzenem Zustand nach einem Gleichgewichtsphasendiagramm abgekühlt, wobei die Erhitzungs- und 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 nur durch das Salzbad erfolgt, wird die obere Grenztemperatur des Temperaturzyklus auf eine über dem Phasenumwandlungspunkt (bei 1050⁰C) liegenden Temperatur eingestellt. Durch Anwendung der vorgenannten Tempera- <*5 turzyklen auf das Zwischenprodukt zur Erzeugung der Superplastizitätserscheinung in ihm tritt im Zwischenprodukt eine Kornfeinung sowie eine Vergleichmäßigung des metallurgischen Gefüges auf, so daß dadurch

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 Umwandlungspunktes aufgrund der Änderung der Erwärmungs- und Abkühlgeschwindigkeit sowie der zwischen Beginn und Ende der Umwandlung oder Umformung erforderlichen Zeitspanne. Obgleich die ausgeübte Belastung mit 2 kg/mm² angegeben ist, wird sie allgemein auf einer Größenordnung von etwa V10 bis '/₂o der Fließ- oder Streckgrenze (maximale Dauerbelastung) des metallischen Werkstoffs festgelegt.

Bei der praktischen Durchführung der Erfindung können die Bedingungen für die 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 z. B. Gußstahl oder Nichteisenlegierung angewandt werden. Jm Fall von Aluminium-Bronzeguß wird beispielsweise ein Phasenumwandlungspunkt (οί + δ-*β) von 570⁰C und eine ^-Löslichkeit von 850—57O°C nutzbar gemacht. Wenn dabei ähnliche Temperaturzyklen beim metallischen Werkstoff angewandt werden, wobei die oberen und unteren Grenztemperaturen auf 880 bis 900⁰C bzw. 500 bis 520°C festgelegt sind, kann die gewünschte Gußstückqualität erzielt werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Verfahren zur Erhöhung der Festigkeit und Zähigkeit von Gußstücken aus metallischen Werkstoffen, die einen Umwandlungspunkt im festen Zustand aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß das Gußstück nach dem Erstarren bei einer die Umwandlungstemperatur um mindestens 100⁰C übersteigenden Temperatur der Gießform entnommen und zur Erzielung der an sich bekannten Umwandlungsplastizitätserscheinung unter einer Belastung m Höhe von Vio bis V20 der Streckgrenze des Werkstoffs mehreren den Umwandlungspunkt des Werkstoffs durchlaufenden Temperaturzyklen unterworfen wird.