DE2647667A1 - Verfahren zum herstellen von legierungsanteile zur ausloesung einer kugelgraphitbildung beim sphaeroguss enthaltender gusstuecke - Google Patents

Description

Verfahren zum Herstellen von Legierungsanteile zur Auslösung einer Kugelgraphitbildung beim Sphäroguß enthaltender Gußstücke.

Es kann heute allgemein vorausgesetzt werden, daß es über eine kontrollierte Zusetzung bestimmter Legierungsanteile, wie insbesondere Magnesium oder Cer, verhältnismäßig einfach ist, beim Sphäroguß die Auslösung der Kugelgraphitbildung genügend zu fördern und zu vergleichmäßigen. Dadurch hat das sphärolithische Gußeisen in jüngerer Zeit eine stärkere Verbreitung erfahren, indem es dabei auch gelungen ist, die Kugelgraphitbildung so zu steuern, daß doch weitgehend optimale Materialeigenschaften erhalten wurden.

709819/0649

Was nun die Wirkung solcher die Auslösung einer Kugelgraphitbildung beim Sphäroguß bewirkender Elemente anbetrifft, liegt die weitere allgemeine Erkenntnis vor, daß bei deren Vereinigung mit einer entsprechenden Eisenschmelze der Wirkungsgrad umso stärker nachläßt je langer die Schmelze steht. Man geht deshalb heute immer häufiger dazu über, solche Behandlungsmittel so spät wie möglich der Schmelze zuzusetzen, wobei sich bis jetzt das Verfahren am stärksten durchgesetzt hat, eine betreffende Gießrinne, über welche die Eisenschmelze zum Giessen eines Formgußstückes zum Fließen bis hin zu dem entsprechenden Formhohlraum gebracht wird, mit einer Art Bypass-Rinne zu versehen und in dieser Bypass-Rinne die dabei in der Regel körnigen bis pulverförmigen Behandlungsmittel anzuordnen, so daßsie durch die durch diese Bypass-Rinne fließende Teilmenge der Schmelze quasi mitgeschwemmt wird bis hin zu dem betreffenden Formhohlraum. Die eine Kugelgraphitbildung auslösenden Behandlungsmittel werden mithin hierbei erst kurz vor der eigentlichen Erstarrung der Schmelze dieser zugesetzt, wobei der extreme Fall dieser Maßnahme die Beschichtung der Wände des betreffenden Formhohlraums mit einem solchen Behandlungsmittel ist.

Genauere Untersuchungen haben nun für diese Maßnahmen ein darin kritisches Ergebnis gebracht, daß damit kaum eine völlig gleichmäßige Verteilung des Behandlungsmittels in der Schmelze erreichbar ist und mithin das betreffende Formgußstück Zonen mit entsprechend unterschiedlichen Festigkeitseigenschaften hat. Eine mögliche Hauptursache dafür sind die dynamischen Verhältnisse, die bei der Beimischung der doch ziemlich stark reagierenden Behandlungsmittel in die in Strömung befindliche Schmelze in einer darüber hinaus noch ziemlich kurzen Zeitdauer vorherrschen. Um diese Kriterien unproblematischer zu gestalten, ist man bis heute versucht, mit höheren Konzentrationen besonders des Magnesiums zu arbeiten, um damit die Kugelgraphitbildung genügend rascher ablaufen zu lassen. Solche höheren

709819/0649

264766?

Konzentrationen führen aber eher zu einem inhomogenen Gefüge als daß sie eine gleichförmige Auflösung fördern, weshalb auch dieser Weg weniger erfolgversprechend ist.

Die bisherigen Erkenntnisse auf diesem Gebiet können mithin dahin zusammengefaßt werden, daß es für solche eine Kugelgraphitbildung beim Sphäroguß auslösenden bzw. fördernden Behandlungsmittel doch sehr wichtig ist, daß sie in nicht zu großen Schüben bei dieser doch relativ spaten Veredelung dem Gußeisen zugesetzt werden, sei es in körniger oder brikettierter Form, weil sonst weder verhindert werden kann, daß es überhaupt nicht zu einer Reaktion kommt und sich mithin entsprechende Nester solcher nicht zur Reaktion gebrachter Zuschlagstoffe bilden oder die Reaktion dieser Zuschlagstoffe ungleichförmig abläuft und mithin ein entsprechend inhomogenes Pormgußstück erhalten wird. Weiterhin kann es bei der bisher geübten Handhabung vorkommen, daß besonders bei größervolumigen Gießverfahren die Zuschlagstoffe in unzureichenden Teilmengen zugesetzt werden und beispielsweise bereits verbraucht sind, während noch weitere Teilmengen der Eisenschmelze zu einem betreffenden Formhohlraum hin fließen, was dann selbstverständlich für ein optimales Arbeitsergebnis ebenso unerwünscht ist wie besonders im Umfang mit hohen Magnesiumanteilen auftretende Verunreinigungen und Abscheidungen im Fertigguß, die auch Lunker u.dgl. zur Folge haben und mithin reichlich unerwünschte Schwachungsstellen ergeben. An solche für die Kugelgraphitbildung beim Sphäroguß maßgebliche Behandlungsmittel muß auch noch die Forderung gestellt werden, daß sie auch während einer längeren Lagerung ihre Eigenschaften beispielsweise unter Vermeid ung einer Oxydation beibehalten, wobei selbstverständlich auch noch die Forderung erfüllbar sein muß, daß sie für eine solche auch längere Lagerung sowie für dazwischen liegende oder auch abschließende Handhabungen eine ursprüngliche Beschaffenheit nicht verlieren.

709819/0849 - 4 -

Mithin liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, unter Beachtung eines genügend geringen Kostenfaktors und einer also weitgehend wirtschaftlichen Verfahrensweise die Herstellbarkeit von Gußstücken vorzugsweise in Block- oder Ringform unter Verwendung einer diese für die Kugelgraphitbildung maßgeblichen Behandlungsmittel oder Zuschlagsstoffe enthaltenden Schmelze zu ermöglichen, wobei solche Gußstücke dann hauptsächlich die Eigenschaft einer gleichmäßigen Auflösungsrate bei Berührung mit einer entsprechenden Eisenschmelze erfüllen müssen, damit beim entsprechenden Sphäroguß ein sphärolithisches Gußeisen mit den erwünschten optimalen Materialeigenschaften erhalten wird, Mithin muß an das Herstellungsverfahren für solche Gußstücke hauptsächlich die Forderung erhoben werden, daß die danach gefertigten Gußstücke ein genügend homogenes Gefüge haben, das insbesondere frei von jeglichen Abscheidungen ist, bei dem weiter keine Oxydationsprodukte der verwendeten Ausgangsmaterialien vorliegen und bei dem auch sonstige organischeoder feuerfeste Verunreinigungen nicht in den Gußkörper eingeschlossen sind. Andererseits muß im Hinblick auf den Kostenfaktor besonders berücksichtigt sein, daß nicht zu teure und insbesondere wieder verwendbare Formen sowie auch Formmaterialien verwendbar sein sollten ebenso wie ein zahlenmäßig größerer Vielfachguß, nach dessen Abschluß alle für die verwendeten Formen und Formmaterialien erforderlichen Säuberungsarbeiten auf ein nötwendiges Minimum reduzierbar sein müßten.

Zur Lösung dieser Aufgabe sind erfindungsgemäß die durch das Kennzeichen des Anspruches 1 ausgewiesenen Merkmale vorgesehen, die gemeinsam mit den Merkmalen des Anspruches 2 die in einer entsprechenden Weiterbildung erfaßte bevorzugte Ausbildung der Erfindung nach dem Anspruch 3> ergeben. Besonders diese bevorzugte Ausbildung der Erfindung erfährt durch die weiteren Ansprüche eine Jeweils zweckmäßige Weiterbildung, wenn dafür die vorstehenden Kriterien berücksichtigt werden.

709819/0649

Nach der Erfindung ist es mithin möglich, ziemlich weitreichend homogene Gußstücke aus solchen Materialien zu fertigen, die bei einem Sphäroguß eine Kugelgraphitbildung auslösen und fördern. Hierbei erfüllen die bei einer Berührung mit der entsprechenden Schmelze verdampfenden bzw. vergasenden Materialien, die also bevorzugt als ein entsprechend kompaktes Modell den jeweiligen Formhohlraum für ein solches Gußstück ausfüllen, den Zweck, durch den für dieses Verdampfen bzw. Vergasen benötigten Wärmeverbrauch zu einer beschleunigten Abkühlung der Schmelze beizutragen und damit zu verhindern, daß sich vor dem Abschluß des Erstarrungsprozesses der Schmelze einzelne Anteile abspalten. Andererseits unterstützt der entwickelte Dampf bzw. das Gas die Intensität der Berührung zwischen der Schmelze und der Wand des betreffenden Formhohlraums, so daß bei dessen bevorzugter Hinterfütterung mit einem die Wärme absorbierenden bzw. vernichtenden Material dieser Kühlungsprozeß noch weiter gefördert wird und damit in noch stärkerem Maße die Homogenität des Gußstückes bei der folglich entsprechend beschleunigten Erstarrung der Schmelze.

Hierbei sei noch generell festgestellt, daß für die Fertigung solcher erfindungsgemäßer Gußstücke hauptsächlich eine Schmelze in Betracht kommt, die neben einem höheren Gehalt an Magnesium noch solche anderen Legierungsanteile, wie Nickel, Silizium, Eisen, Kalzium und Cer sowie andere zur Kugelgraphitbildung auch als Impfstoffe geeignete Mittel, enthält. Als die Wärme absorbierende bzw. vernichtende Materialien, die sich besonders für eine lose Schüttung und anschließende Verdichtung in einem Formkasten eignen, kommen besonders einige Sandarten in Betracht, die beispielsweise wie Silika-, Zirkon-, Chromit- und Kohlenstoff-Sand ein so genügend großes Abkühlungsvermögen besitzen, daß damit jede Abspaltungstendenz irgendwelcher Bestandteile der Schmelze unterbunden wird.

709819/0649 - 6 -

Besonders geeignet erweist sich auch Stahlkies bzw. Stahlsand, und zwar besonders unter dem Gesichtspunkt, daß es damit möglich ist, für einen Vieifachguß eine genügende Festigkeit der Gießform zu erreichen, wobei dieses Material auch leicht wieder zu säubern ist, besonders im gleichzeitig bevorzugten Umgang mit Polystyrol als dem primären Material, das bei der Berührung mit der Schmelze verdampft bzw. vergast.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird nachfolgend näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 einen zentralen Schnitt nach der Linie 1-1 in Fig. 2 durch einen Formkasten, der zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet ist,

Fig. 2 einen Querschnitt durch diesen Formkasten nach der Linie 2-2 in Fig. 1,

Fig. 3 eine Gießanordnung für einen Sphäroguß, der unter Verwendung eines erfindungsgemäß hergestellten Gußstückes durchgeführt wird, und

Fig. 4 in vergrößertem Maßstab einen Querschnitt nach der Linie 4-4 in Fig. 3 durch ein solches Gußstück.

Innerhalb der hier beschriebenen bevorzugten Ausbildung des erfindungsgemaßen Verfahrens ist die gleichzeitige Herstellung einer größeren Vielzahl von Gußstücken vorgesehen, und zwar unter Verwendung eines Formkastens 10, der zur Durchführung dieses Verfahrens wie folgt vorbereitet wird. Es wird zunächst vorzugsweise aus Polystyrol ein Modell 11 gefertigt, das den späteren Fülltrichter für die Schmelze sowie die

709819/0649

— 7 —

eigentliche Gießrinne 15 umfaßt, von der eine Vielzahl von Abstichen 14 abgezweigt sind, die jeweils in einem Formhohlraum 13 für ein Jeweiliges Gußstück enden. Das Modell 11 hat damit eine baumartige Konfiguration, die insbesondere nach Art eines Christbaumes gestaltet ist, bei dem dann - um bei diesem illustrativen Vergleich zu bleiben - die "Kerzen" auf "Zweige" aufgesteckt sind, welche die einzelnen Abstiche 14 der Gießrinne I5 dieses Gießmodells darstellen, während die "Kerzen" die endseitigen Vergrößerungen I3 sind, deren Abmessungen mithin den Abmessungen des jeweiligen Gußstückes entsprechen, das später an dieser Stelle geformt wird. Bezüglich der Fertigung dieses Modells 11 sollte noch besonders darauf geachtet werden, daß es ein Verhältnis der Oberfläche zum Volumen von wenigstens 1,5 erhält, was unter dem Gesichtspunkt der Bereitstellung einer verhältnismäßig raschen Abkühlungsrate bei der Berührung mit der Schmelze wichtig ist, um so eine Abspaltung einzelner Legierungsanteile der Schmelze zu verhindern. Um eine genügende und über die Dauer des Vergießens der Schmelze anhaltende Festigkeit für das Modell zu erhalten, kann noch an eine Beschichtung des aus Polystyrol bestehenden Modells mit einem feuerfesten Material gedacht werden, was gleichzeitig auch zu einer Steigerung der erreichbaren Oberflächenglätte beiträgt. Im übrigen wird die Gestaltung des Modells in seiner Gesamtheit vorrangig unter gießtechnischen Gesichtspunkten erfolgen, d.h. es muß auf jeden Fall gewährleistet sein, daß die Schmelze auf ihrem Weg entlang der Gießrinne die vergrößerten Endbereiche Ij5 des Modells weitgehend ungehindert erreicht.

Das unter diesen Gesichtspunkten gefertigte Modell 11 wird dann in den Formkasten 10 eingebracht und dort mit einem Material 12 umhüllt, das die Eigenschaft für eine verhältnismäßig schnelle Absorbierung bzw. Vernichtung von Wärme besitzt. Dafür eignen sich besonders die vorerwähnten Sandarten

709819/0649 _ 8 -

die auch im Gemisch verwendet werden können, wobei ihre Auswahl hauptsächlich unter dem Gesichtspunkt erfolgen sollte, wie bei einer genügend hohen Abkühlungsrate der Schmelze jede Abspaltungstendenz von Anteilen derselben während der Erstarrung verhindert wird. Nach der Füllung des Formkastens 11 mit solchem Sand muß selbstverständlich noch eine übliche Verdichtung beispielsweise durch Vibration vorgenommen werden, damit eine genügende Festigkeit der Form erreicht wird.

Wenn der Formkasten 10 in dieser Art und Weise vorbereitet worden ist, dann kann eine entsprechende Schmelze aus den Materialien, die bei einem Sphäroguß die Kugelgraphitbildung auslösen und fördern, vergossen werden. Die Schmelze wird dabei dann in Berührung gebracht mit dem Modell 11, das unter dem Einfluß der Wärme verdampft bzw. vergast und somit den Weg über die Gießrinne 15 und die davon abgezweigten Abstiche 14 frei gibt zu den Modellteilen IJ, deren Abmessungen also bestimmend sind für die Gußstücke, die damit gefertigt werden. Die Gußstücke können dabei beispielsweise die Form eines Ringkörpers 4-0 erhalten, der beim Sphäroguß so in eine Gießrinne 41 an einer Stelle wenig stromaufwärts von dem betreffenden Formhohlraum eingesetzt wird, daß die durch die Gießrinne fließende Eisenschmelze die Innenwand 42 dieses Ringkörpers gleichmäßig auflöst. Mithin erweitert sich dann diese Innenwand allmählich auf die Konturen 43 und 44 bei einer gleichbleibenden Auflösungsrate, die durch den homogenen Guß des Gußstückes so hinreichend unterstützt wird, daß damit eine optimale Kugelgraphitbildung stattfindet.

709819/0649

Leerse ite

Claims (8)

Ansprüche

1. Verfahren zum Herstellen von Legierungsanteile zur Auslösung einer Kugelgraphitbildung beim Sphäroguß enthaltender Gußstücke vorzugsweise in Block- oder Ringform, bei dem eine entsprechende Schmelze zum Einfließen in eine Gießrinne gebracht wird, von der ein oder mehrere baumartige Abstiche zu jeweils einem Formhohlraum für ein solches Gußstück abgezweigt sind, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Vergießen der Schmelze mindestens die Formhohlräume mit einem bei Berührung mit der Schmelze verdampfenden bzw. vergasenden Material wenigstens verkleidet und vorzugsweise in der Gesamtheit mit einem solchen Material ausgefüllt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens die Formhohlräume mit einem die Wärme absorbierenden bzw. vernichtenden Material hinterfüttert werden.

J. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daßaus dem bei Berührung mit der Schmelze verdampfenden bzw. vergasenden Material ein vorzugsweise auch die Gießrinne und ihre Abstiche umfassendes Modell für die Formhohlräume angefertigt und das Modell dann in einem Formkasten mit dem die Wärme absorbierenden bzw. vernichtenden Material umhüllt wird.

4. Verfahren nach Anspruch j5, dadurch gekennzeichnet, daß das Modell für ein Verhältnis des Volumens zur Oberfläche von nicht mehr als 1,5 angefertigt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als die Wärme absorbierendes bzw. vernichtendes Material ein Silika-, Zirkon-, Chromit- oder Kohlenstoffsand bzw. ein. Gemisch daraus oder Stahlsand bzw. Stahlkies verwendet wird.

709819/0649 -² -

6. Verfahren mindestens nach Anspruch 3.» dadurch gekennzeichnet, daß das Modell mit einem dünnen Film eines feuerfesten Materials beschichtet wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch g e kennzeichnet, daß als bei Berührung mit der Schmelze verdampfendes bzw. vergasendes Material Polystyrol verwendet wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7> dadurch g e kennzeichnet , daß es im stehenden Guß durchgeführt wird ο

70981 9/0649