DE2807527B2 - Verfahren zum Impfen oder Veredeln von Metallschmelzen - Google Patents
Verfahren zum Impfen oder Veredeln von MetallschmelzenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Impfen oder Veredeln von Metallen durch Zugabe von Zusatzstoffen
in geschmolzener Form, die mittels hoher kinetischer Energie in die Metallschmelzen eingebracht werden.
Um in Metallen oder Meallegierungen bestimmte Werkstoffeigenschaften gezielt zu erzeugen, werden zu
deren Schmelzen bevorzugt unmittelbar vor dem Gießen entsprechende Zusatzstoffe, Elemente oder
Legierungen zugegeben. So werden beispielsweise Gußeisenschmelzen mit Magnesium und/ooer Impfmitteln
behandelt, um Kugelgraphit beziehungsweise bestimmte Gefügeeigenschaften zu erzeugen, Aluminium-Silizium-Legieiungen
werden durch Zugabe von Natrium veredelt oder Stahlschmelzen werden durch Zusätze desoxydiert oder entschwefelt.
Nach dem zur Zeit durchgeführten Verfahren werden da^u die einzubringenden Stoffe in fester, meist
pulverisierter oder gekörnter Form den Schmelzen im Ofen, in der Gießpfanne oder im Gießstrahl bevorzugt
unmittelbar vor dem Gießen hinzugefügt. Dabei kommt es darauf an, daß diese Zusatzstoffe in der richtigen
Dosierung mögliehst gleichmäßig verteilt und verlustarm aufgenommen werden, um eine Verschwendung
der meist teuren Zusatzstoffe durch Überdosierung, Abbrand, Abdampfen oder Aufschwimmen zu vermeiden.
Gleichzeitig kann in bestimmten Fällen die Gegenwart der Luftatmosphäre nachteilig sein.
Die Probleme, wie sie bei der Sphärogußherstellung durch Behandlung mit dem leicht verdampf- und
oxydierbaren Magnesium auftreun, sind aus der Praxis bekannt Magnesium wird deshalb heute den Gußeisenschmelzen
meist in Druckpfannen oder besonderen Konvertern hinzugegeben, allerdings erfondern dann
die dafür erforderlichen besonderen Anlagen neue Investitionen, und zwischen Behandlung und Abguß
liegt ein langer und verlustreicher Zeitraum. Wenn andererseits Magnesium elementar oder vorlegiert in
fester Form den Schmelzen direkt zugegeben wird, besteht neben dem Verlust durch Abbrand und
ίο Abdampfen auch die Gefahr, daß einerseits bei Zugabe
in feinpulverisierter Form das Magnesium nicht genügend von der Schmelze gebunden wird, während
andererseits bei Zugabe in gröberer Körnung das Magnesium in der noch bis zur Erstarrung verbleibenden
Zeit sich gegebenenfalls nicht mehr genügend vermischen kann, so daß unerwünschte Konzentrationssteigerungen entstehen, während andere Stellen unbehandelt
bleiben. Zugleich kommt das zuerst einfließende Gußeisen noch mit dem kalten Magnesium in
Berührung, so daß dieses sich nicht mehr vollständig auflöst und somit das Gußeisen weitgehend unbehandelt
in die Form fließt und dort erstarrt. Insbesondere besitzen gegossene kleine Gußstücke mit einem
Gewicht bis zu einem Kilo dann nicht mehr die geforderten Werkstoffeigenschaften. Die hier geschilderten
Nachteile hei der Herstellung von Sphäroguß
haben im Prinzip auch mehr oder weniger Gültigkeit entsprechend den physikalischen und chemischen
Eigenschaften der Zusatzstoffe für das Impfen oder Veredeln von Gußeisen — oder anderen Metallschmelzen,
ganz gleich, ob die Behandlung im Ofen, in der Pfanne, im Gußstrahl durch Zufuhr der Stoffe in Draht
— oder Pulverform erfolgt.
Nach beispielsweise der DE-PS 10 92 496 ist deshalb zur Abhilfe des oben geschilderten Problems bereits vorgeschlagen worden, Magnesium beziehungsweise Magnesiumlegierungen gegebenenfalls zusammen mit den üblichen Impfmitteln in fester Form mit beispielsweise einem Blasrohr unter Verwendung von Trägergas auf die Badoberfläche von Gußeisenschmelzen aufzublasen. In diesem Fall gelangen zwar die Zusatzstoffe vermittels ihrer erhöhten kinetischen Energie bis unter die Badoberfläche, und ein gegebenenfalls inertes Trägergas verhindert ein Abbrennen, nach dem Vorschlag der DE-Patentschrift müssen die Zusatzstoffe jedoch noch schmelzen, und die optimale Vermischung erfolgt erst durch Rühren der behandelten Gußeisenschmelze in Druckkammern oder Druckpfannen. Gerade dieses Verfahren erfordert zusätzlich weitere Anlagen, und die Behandlung kann nicht, wie für eine optimale Wirkung gefordert, unmittelbar vor dem Eingießen in die Form vorgenommen werden. Ferner werden auch mit Hilfe von sogenannten Lanzen, die in die Metallschmelzen eintauchen, die Zusatzstoffe zugegeben. So wird zum Beispiel nach der DE-AS 24 53 254 geschmolzenes Aluminium in Stahlschmelzen mittels Lanzen eingeblasen. In diesem Fall allerdings müssen, da die Spitzen der Lanzen in die Schmelzen eingetaucht sind, diese aus teuren und hochschmelzenden Materialien bestehen, sie unterliegen starkem Verschleiß und müssen häufiger ausgetauscht werden.
Nach beispielsweise der DE-PS 10 92 496 ist deshalb zur Abhilfe des oben geschilderten Problems bereits vorgeschlagen worden, Magnesium beziehungsweise Magnesiumlegierungen gegebenenfalls zusammen mit den üblichen Impfmitteln in fester Form mit beispielsweise einem Blasrohr unter Verwendung von Trägergas auf die Badoberfläche von Gußeisenschmelzen aufzublasen. In diesem Fall gelangen zwar die Zusatzstoffe vermittels ihrer erhöhten kinetischen Energie bis unter die Badoberfläche, und ein gegebenenfalls inertes Trägergas verhindert ein Abbrennen, nach dem Vorschlag der DE-Patentschrift müssen die Zusatzstoffe jedoch noch schmelzen, und die optimale Vermischung erfolgt erst durch Rühren der behandelten Gußeisenschmelze in Druckkammern oder Druckpfannen. Gerade dieses Verfahren erfordert zusätzlich weitere Anlagen, und die Behandlung kann nicht, wie für eine optimale Wirkung gefordert, unmittelbar vor dem Eingießen in die Form vorgenommen werden. Ferner werden auch mit Hilfe von sogenannten Lanzen, die in die Metallschmelzen eintauchen, die Zusatzstoffe zugegeben. So wird zum Beispiel nach der DE-AS 24 53 254 geschmolzenes Aluminium in Stahlschmelzen mittels Lanzen eingeblasen. In diesem Fall allerdings müssen, da die Spitzen der Lanzen in die Schmelzen eingetaucht sind, diese aus teuren und hochschmelzenden Materialien bestehen, sie unterliegen starkem Verschleiß und müssen häufiger ausgetauscht werden.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein einfaches Verfahren zu schaffen, nach dem
Zusatzstoffe zu Metallschmelzen, und zwar insbesondere zu Gußeisenschmelzen, in möglichst gleichmäßiger
Verteilung mit ausgewogener Dosierung zugegeben werden können, so daß möglichst verlustfrei ohne
Abbrand beziehungsweise Reaktion mit der umgeben-
den Atmosphäre unabhängig von der Gießgewchwindigkeit,
gegebenenfalls auch in einer automatischen Gießanlage, Gußstücke beliebiger Größe mit gleichmäßigen
Werkstoffeigenschaften abgegossen werden können. s
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst,
daß die Zugabe der Zusatzstoffe im ausfließenden Gußstrahl erfolgt.
Das Einschießen der geschmolzenen Zusatzstoffe kann dabei beispielsweise durch mechanisch erzeugtes ι ο
Einschleudem oder durch Einblasen unter Verwendung von Trägergasen erfolgen. Bevorzugt lassen sich dabei
für das Einblasen aus der thermischen Metallspritztechnik bekannte Spritzpistolen verwenden, mit denen die
vorher in Pulver — oder Drahtform vorliegenden Zusatzstoffe aufgeschmolzen und dann problemlos bis
zur feinsten Tropfenform regelbar in die Schmelze gespritzt werden. Insbesondere für hochschmelzende
Impfmittel, wie beispielsweise Karbide, lassen sich Plasmaspritzpistolen verwenden. Gleichzeitig läßt sich
die Zufuhr in den Spritzpistolen ohne Schv- jerigkeiten regeln, so daß die Dosierung je nach Bedarf in exakt
abgewogener Menge erfolgen kann. Beim Behandeln der Metallschmelzen im Gußstrahl kann das Einspritzen
kontinuierlich oder intermittierend entsprechend den Gußstrahlparametern, gegebenenfalls auch vollautomatisch
gesteuert, vorgenommen werden. Verschiedene Zusatzstoffe, wie beispielsweise Ferrosilizium als
Impfmittel und Magnesium zur Erzeugung von Kugelgraphit, lassen sich entweder in Mischung aus einer
Spritzpistole alleine oder durch Kombination von mehreren Zufuhreinrichtungen gleichzeitig oder nacheinander
verspritzen. Gegebenenfalls kann auch ein einziges Zusatzmittel aus mehreren, an verschiedenen
Stellen angebrachten Zufuhreinrichtungen zugegeben werden, damit so eine noch bessere Einmischung erfolgt.
Die Trägergase sollen inert gegenüber den Zusatzstoffen sein, und gegebenenfalls kann ihre Auswahl so
erfolgen, d"ß sie zusätzlich einen veredelnden Einfluß auf die Metallschmelzen beim Erstarren ausüben.
Durch die erfindungsgemäße Zufuhr der Zusatzstoffe in geschmolzenem Zustand lösen sich diese jetzt nach
ihrem Einschießen in die Metallschmelze unter sofortiger gleichmäßiger Verteilung auf. Konzentrationsseigerungen
und ungelöste, noch längere Zeit feste Partikel, die, wie nach dem bisherigen Verfahren aufschwimmen,
abdampfen oder verschlacken könnten, treten dabei nicht auf, so daß nach dem erfindungsgemäßen
Verfahren auch Gußsliicke von geringerem Gewicht und gleichmäßigen Gefügeeigenschaften ohne Verlust
durch Üb^rdosierung der ieuren Zusatzstoffe problemlos
gegossen werden können. Die erfindungsgemäße Zufuhr der geschmolzenen Zusatzstoffe kann sowohl im
Schmelzofen als auch in der Gußpfanne oder der Gußform erfolgen. Bevorzugt eignet sich das erfindungsgemäße
Verfahren zur Zufuhr der Zusatzstoffe im Gußstrahl unmittelbar vor dem Eingießen in die Form,
da insbesondere bei Verwendung von Spritzpistolen die geschmolzenen Stoffe in einem fokussierten Strahl auf
das ausfließende Metall gerichtet werden können, wo sie sich in kürzester Zeit auflösen und vermischen.
Gleichzeitig kann die Zusatzmenge proportional der fließenden Metallmenge automatisch geregelt erfolgen,
so daß das erfindungsgemäße Verfahren sich insbesondere für vollautomatische Gießereien besonders eignet
Die Erfindung sei anhand eines Ausführungsbeispieles und durch eine entsprechend'; Zeichnung näher
erläutert:
Die Figur zeigt in schematischer Darstellung einen Gußtiegel 1 in geneigter Ste!l;ng, über dessen
Ausflußrinne 2 geschmolzenes Gußeisen 3 \r. eine
Stapelsandgußform 4 für die Herstellung von Kolbenringen für Verbrennungskraftmaschinen fließt. In der
Spritzpistole 5 wird Magnesium in einem elektrischen Lichtbogen aufgeschmolzen und unter Verwendung von
Kohlendioxyd als Trägergas auf das ausfließende Gußeisen 3 in der Rinne 2 in einem Spritzstrahl 6
geblasen. In der Spritzpistole 7 wird das Impfmitlei Ferrosilizium mit 25 Gewichtsprozent Silizium in einem
elektrischen Lichtbogen aufgeschmolzen und unter Verwendung von Kohlendioxyd als Trägergas in einem
Spritzstrahl 8 auf das ausfließende Gußeisen 3 in der Ausflußrinne 2 geblasen.
In unserem Ausführungsbeispiel wird ein für die Herstellung von Kolbenringen übliches Gußeisen mit
3_40/0 Kohlenstoff, 2—3% Silizium, 0,2-0,5% Mangan,
bis 1,0% Nickel sowie Phosphor und Schwefel in den üblichen Mengen eingesetzt. Je nach Stellung und
Füllung des Tiegels beträgt die Ausflußgeschwindigkeit des Eisens beim Abgießen 10 bis 15 kg pro Stunde. Über
die Spritzpistole 5 wird entsprechend der Gießgeschwindigkeit
geregelt 70—100 g geschmolzenes Magnesium pro Sekunde in einem Kohlendioxydstrom 6
mit 4 Atu eingeblasen. Über die Spritzpistole 7 werden
50—75 g pro Sekunde geschmolzenes Ferrosilizium. bestehend aus 75% Eisen und 25% Silizium, entsprechend
der Gießgeschwindigkeit geregelt und in einem Kohlendioxydstrom mit 4 Atü auf das ausfließende
Gußeisen eingeblasen. Die gegossenen Kolbenringe zeigen ein einheitliches Gefüge aus martensitischem
Gußeisen mit eingelagertem Kugelgraphit in regelmäßiger Verteilung.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (7)
1. Verfahren zum Impfen oder Veredeln von Metallen durch Zugabe von Zusatzstoffen in
geschmolzener Form, die mittels hoher kinetischer Energie in die Metallschmelzen eingebracht werden,
dadurch gekennzeichnet, daß die Zugabe der Zusatzstoffe im ausfließenden Gußstrahl erfolgt
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die geschmolzenen Zusatzstoffe mechanisch beschleunigt eingeschleudert werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die geschmolzenen Zusatzstoffe unter
Verwendung von Trägergasen in die Schmelzen eingeblasen werden.
4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet daß die Zugabemenge der Zusatzstoffe
pro Zeiteinheit proportional zur Gußgeschwindigkeit geregelt erfolgt
5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet daß die Zugabe der geschmolzenen
Zusatzstoffe durch mehrere Zufuhrvorrichtungen erfolgt
6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zugabe der
geschmolzenen Zusatzstoffe mit aus der thermischen Metallspritztechnik bekannten Spritzpistolen
erfolgt, mit denen die Zusatzstoffe aufgeschmolzen und unter Verwendung von Trägergas aufgeblasen
werden.
7. Verwendung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 6 zur Herstellung von Kolbenringen aus
Gußeisen mit Kugelg-aphit im Sandstapelgußverfahren.
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|---|---|---|---|
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