DE2728048B1

DE2728048B1 - Verfahren zur Herstellung eines Formgussteiles

Info

Publication number: DE2728048B1
Application number: DE2728048A
Authority: DE
Inventors: Martin Ing Ruehle
Original assignee: Mahle GmbH
Current assignee: Mahle GmbH
Priority date: 1977-06-22
Filing date: 1977-06-22
Publication date: 1978-09-28
Also published as: JPS5410233A; US4210193A; FR2395092A1; DE2728048C2; FR2395092B1; GB1588840A; BR7803933A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei AlSi-Gußteilen ist es häufig erwünscht, zumindest an einzelnen bestimmten Stellen ein besonders feinkörniges Gefüge zu erzielen. Denn feinkörnig gegossene Al-Si-Legierungen sind Voraussetzung für die wirtschaftliche Herstellung eines Werkstückes aus diesem Material mit z. B. guter Temperatur-Wechsel-Beständigkeit sowie hohen Werten für Bruchfestigkeit, Bruchdehnung und Dauerfestigkeit durch an dem fertigen Gußstück erfolgende Koagulationsglü- hung. Bei Al-Si-Gußteilen ist über den Einfluß und die Beeinflußbarkeit der Gefügestruktur bereits folgendes bekannt:

Die Si-Einlagerungen liegen nicht in Form separater Partikel vor, sondern sie sind durch ein dendritisches Netzwerk miteinander verbunden. Dadurch treten bei äußerer Belastung bzw. Verformung der Gefügezone hohe Spannungsspitzen im Silizium auf, die schon bei relativ kleinen Verformungen zum Bruch der spröden Si-Einlagerungen und damit zur Einbringung innerer Kerben in den Werkstoff führen. Diese ungünstigen Vernetzungen können bisher nur durch extrem langes Koagulationsglühen der Gußteile zerstört werden. Ein solches Verfahren ist z. B. in DE-PS 1234399 beschrieben.

Zur Erzielung feinkörniger Gefügezonen an Formgußteilen ist es zwar aus GB-PS 137731 bereits bekannt, die Wandbereiche des Gußstückes im schmelzflüssigen Zustand durch Anspritzen der das Gußteil umgebenden Formwände mit Wasser zu kühlen. Das Gefügekorn wird durch eine solche Maßnahme in der Tat kleiner, jedoch nur in einem relativ eng begrenzten Maße. Dies liegt daran, daß die erstarrende Schmelze in der Gußform schrumpft, wodurch der Kontakt zwischen Formwand und Gußteile verloren geht und sich zwischen Formwand und Gußteil ein Luftspalt ausbildet. Dadurch wird die Wärmeübertragung vom Gußteil zum Kühlmedium Wasser wesentlich vermindert mit dem Effekt, daß dem Gußteil die

ίο für die Ausbildung eines besonders feinkörnigen Gefüges erforderliche Wärme nicht mehr in ausreichendem Maße entzogen werden kann.

Hier eine Verbesserung zu schaffen, ist Aufgabe der Erfindung. Dabei kommt es nach der Erfindung ganz besonders darauf an, bereits beim Guß in bestimmten Zonen des Gußteiles ein derart feinkörniges Gefüge zu erzielen, daß die Dauer des obenerwähnten, für die Erzielung bestimmter Materialeigenschaften erforderlichen Koagulationsglühens möglichst gering wird. Dabei wird von dem bekannten Umstand ausgegangen, das extrem feinkörnige Gefüge mit äußerst kurzen Koagulationsglühzeiten auskommen.

Gelöst wird die angeführte Aufgabe durch ein Verfahren nach dem kennzeichnenden Teil des An-Spruchs 1.

Bei Anwendung dieses Verfahrens ist es möglich, in beliebigen nahe der Formwand liegenden Einzelbereichen eine feinkörnige Ausbildung des eutektischen Si mit einem linearen Korndurchmesser < 1,5 μηι zu erzielen. Gußteilzonen mit derartigen Gefügebereichen benötigen bei Temperaturen zwischen 480° C und 540° C nur Koagulationsglühzeiten zwischen 10 see und 1 Stunde. Das erfindungsgemäße Verfahren ist in bezug auf ein anschließendes Koagulieren des feinkörnigen Gefügebereiches besonders vorteilhaft. Dadurch ist es jedoch nicht allein hierauf beschränkt, sondern es ist überall dort anwendbar, wo lokale Partien eines Formgußstückes mit einem fluiden Kühlmittel schnell und intensiv abgekühlt werden sollen.

Eine zweckmäßige Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens gibt Anspruch 2 wieder.

Der Vorteil liegt bei der Verfahrensführung nach Anspruch 2 darin, daß das üblicherweise an dem fertigen Gußteil in einem zusätzlichen Vorgang vorzunehmende Koagulierungsglühen entfällt bzw. durch gezielte Steuerung der Abkühlung des Gußteiles bereits in der Gießform ersetzt wird.

Im folgenden werden Ausfuhrungsbeispiele zu den Ansprüchen 1 und 2 beschrieben:

Die Zeichnung zeigt ein Gußteil mit einer Zone feinkörnigen Gefüges nebst zugehöriger Gußform.

In der Zone 1 soll das Gußteil 2 ein feinkörniges Gefüge aufweisen. Die Abmessungen des zylindrischen Gußteiles 2 sind 120 mm Durchmesser X 18 mm Länge. Die Tiefe der feinkörnigen Gefügezone 1 ist 20 mm. Die Wand der Gußform 4 wird an der der feinkörnigen Gefügezone benachbarten Wand von einem Weißblech 3 der Dicke 0,2 mm gebildet. Die Befestigung des Weißbleches 3 erfolgt dadurch, daß es beim Schließen der Kokille mittels einer Bördelung eingeklemmt und durch einen zylindrischen Mantel 8 gesichert wird. Die in die Gußform 4 eingebrachte Schmelze 5 hai die Zusammensetzung: 12% Si, 1% Ni, 1% Cu, 1% Mg, weniger als 0,7% Fe.

Das Weißblech 3 gestattet eine metallische Verbindung zur erstarrenden Schmelze. Bei Verwendung anderer Bleche muß gegebenenfalls durch Aufbringung einer Zwischenschicht diese Eigenschaft zur Ausbil-

ORIGINAL INSPECTED

dung einer metallischen Bindung zwischen Blech und erstarrender Schmelze vorab erzeugt werden.

Die Gußform 4 wird nicht gekühlt.

Das einen Kühlbereich von 100 cm² (Flächeneinheit) abdeckende Weißblech 3 wird durch einen Wasserstrom 7 von 50 l/min während einer Zeitdauer von

50 see gekühlt.

Das fertige Gußteil wird zusammen mit dem an dieses gebundene Weißblech 3 der Gußform 4 entnommen. Die über dem Weißblech 3 liegende Partie des Gußteils 1 hat in einer Tiefe von 20 mm ein Gefüge mit einem linearen Korndurchmesser des eutektischen

51 von weniger als 1,4 μηι. Durch ein Koagulationsglühen während 1 Stunde des Gußteils 2 bei 500° C weist das Material aus der feinkörnigen Gefügezone 1 folgende Eigenschaften auf:

Bruchfestigkeit 320 N/mm² bei 20° C

Bruchdehnung 3,5 % bei 20° C

30,0% bei 300° C

Dauerfestigkeit 140 N/mm² bei 20°C

Die metallische Bindung zwischen erstarrter Schmelze 1 und eingesetztem Blech 3 sowie die Flexibilität des Bleches 3 sollen einen optimalen Wärmeübergang von der Schmelze 5 zum Kühlmittel 7 gewährleisten. Bei einem Abheben des Bleches 3 von der erstarrenden Schmelze 1 würde nämlich ein Isolierspalt entstehen, der eine ausreichend schnelle Wärmeableitung in der Regel nicht mehr zulassen würde.

Die Lehre nach Anspruch 2 wird an dem oben beschriebenen Gußteil folgendermaßen verwirklicht.

Während des Gießens des Gußteils 2 wird in dem im Gußform 4-Inneren oberhalb des Blecheinsatzes 3 liegenden Bereich, der eine feinkörnige Gefügestruktur erhalten soll, in einer Tiefe von 10 mm oberhalb des Bleches 3 die Temperatur mit Hilfe eines konischen Mantelthermometers 6 gemessen und nach den ermittelten Temperaturen dann der Kühlstrom 7 geregelt. Nach Unterschreiten der Erstarrungstemperatur von 575° C um etwa 100° C wird die Kühlung abgestellt, bis die Zone sich durch die Wärme der angrenzenden Schmelze wieder auf ca. 540° C erhitzt hat. Daraufhin wird der Kühlstrom 7 entsprechend der im Inneren ermittelten Temperatur so geregelt, daß die zu koagulierende Zone 1 über einen Zeitraum von 15 see auf der Temperatur von 540° C gehalten wird. Anschließend wird durch den Kühlstrom 7 bis zur endgültigen Erstarrung des Gußstückes 2 weiter abgekühlt. Nach erfolgter Koagulation der feinen Gußstückpartie 1 wird das Thermoelement 6 aus dem Gußstück 2 herausgezogen. Die Kühlung kann auch über die Messung der Oberflächentemperatur bzw. zeitprogrammiert gesteuert werden.

Die Gußteilzone mit dem derart erfindungsgemäß koagulierten Gefüge besitzt folgende Eigenschaften:

Bruchfestigkeit:
Bruchdehnung:

300 N/mm2

3,5 %

bei 20° C bei 20° C

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung eines Formgußteiles aus einer Al-Si-Legierung mit durch indirektes Kühlen der Schmelze lokal unterschiedlich auszubildendem Gußgefüge, das in bestimmten wandnahen Bereichen besonders feinkörnig sein soll,dadurch gekennzeichnet, daß die besonders feinkörnig auszubildenden Bereiche des Gußteiles über dünnwandige, sich gerade durch die Schmelze noch nicht vollständig auflösende, sich mit dem Gußteil jedoch intermetallisch verbindende und vom fertigen Gußteil nur noch zerstörend abtrennbare Formwandteile gekühlt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit diesem zumindest in einzelnen wandnahen Bereichen des Gußteiles ein Gefüge mit einem linearen Korndurchmesser des eutektischen Siliziums von weniger als 1,5 μπι erzeugt wird, daß dort dieses Korngef üge nach dem Prinzip koaguliert wird, indem zunächst gerade so lange gekühlt wird, bis die zu koagulierenden Gefügezonen gerade voll erstarrt sind, sodann die Kühlung unterbrochen wird, bis diese erstarrte Zone durch die Wärme der angrenzenden noch flüssigen Schmelze auf Koagulierungstemperatur aufgeheizt ist und daraufhin die Kühlung so gesteuert wird, daß die Koagulierungstemperatur für den zum Koagulieren erforderlichen Zeitraum gehalten und anschließend weiter abgekühlt wird.