DE29724028U1

DE29724028U1 - Verbundgußwerkstück

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Publication number: DE29724028U1
Application number: DE29724028U
Authority: DE
Original assignee: HONSEL GUSPRODUKTE GmbH
Current assignee: HONSEL GUSPRODUKTE GmbH
Priority date: 1997-08-23
Filing date: 1997-08-23
Publication date: 1999-08-26
Anticipated expiration: 2007-08-24

Description

VELTEN FRANZ MAYER & JAKOBY Rechtsanwälte DIPL-ING. JOCHEN REHDERS* Patentanwalt Kaistraße 20 40221 Düsseldorf Tel. 02 11 - 3 90 92-24 Fax 02 11 - 3 90 92.-10

10.06.1999 Meine Akte Nr. 7804b R/mg

Honsei Gußprodukte GmbH

"Verbundgußwerkstück"

Die Erfindung betrifft ein Verbundgußwerkstück aus einem vorgefertigten Metallteil, das mit einem Gußmetall umgössen oder in ein Gießmetall eingegossen ist, mit einem möglichst weitgehenden metallischen Verbund zwischen dem Metallteil und dem Gießmetall.

Verbundgießtechniken für Verschleißteile sind in der DE-Z. "Gießereipraxis" Nr. 7/8, 1995, Seiten 146 bis 150, beschrieben und werden überall da angewandt, wo in bestimmten Bereichen des Werkstücks besondere mechanische Eigenschaften, wie Verschließfestigkeit gefordert werden, während für andere Bereiche die mechanischen Anforderungen nicht so hoch sind, dafür aber gute gießtechnische Eigenschaften des Materials gefordert werden. Durch Verbundgießen lassen sich Bauteile herstellen, die sowohl hohen mechanischen Beanspruchungen als auch starkem Verschleiß wesentlich besser standhalten, als dies mit nur einem Werkstoff möglich wäre. Bei Hochleistungsverschleißteilen, wie Pickelblätter von Gleisstopfern, Außenscharen für Formstoffmischer oder Reißzähne von Baggerlöffeln oder auch Gleitsohlen für Bagger, Baggerlippen, Auskleidungen für Rutschen, Siebe, Bunker, Walzen und Rollen für Raupentraktoren, Prallplatten für Prallwände, Brecherbacken in der Erzaufbereitung, Pflugschare, Preßlufthämmer, Auskleidungen für Klinkerrutschen, Zyklone und Ventilatoren, Klinkerhämmer, Hubschaufeln in Kühltrommeln in der Zementindustrie, Auskleidungen für Ventilatoren, Rohrleitungen und Vibrationsförderer, Hammer für Kohlemühlen in Kraftwerken Schlagleisten, Prallplatten, Auskleidungen für Prallbrecher, Hammermühlen, Klassierer und Siebanlagen, Schlägerköpfe im Baustoffrecycling, Schredderhämmer in der Holzverarbeitung sowie Öldruckschnecken und

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Seiherstäbe in der Nahrungsmittelindustrie ist mit einem sehr hohen Verschleiß zu rechnen, so daß sich die Lebensdauer dieser Verschleißteile durch Verbundgießen mit Verwendung von Formungen aus Hartmetallteilen oder -partikeln ganz erheblich erhöhen läßt. Ein weiteres Beispiel für das Herstellen von Teilen in Verbundgießtechnik sind Kolben für Dieselmotoren aus Aluminiumlegierungen mit eingegossenen Verschleißteilen und Zylinderblöcke aus einer gut gießfähigen Aluminiumlegierung mit eingegossenem, verschleißfesten Zylinderlaufbuchsen.

Bei all diesen Verbundgußwerkstücken besteht das wesentliche Problem darin, einen möglichst weitgehenden metallischen Verbund zwischen dem einzugießenden oder zu umgießenden Metallteil und dem Gießmetall herzustellen, da nur auf diese Weise die Eigenschaften der beiden Bestandteile vollständig ausnutzbar sind, ein ausreichender Zusammenhalt zwischen diesen Teilen gegeben ist und insbesondere bei Motorenteilen die Wärmeleitfähigkeit zwischen den einzelnen Elementen nicht beeinträchtigt wird.

Um diesen möglichst weitgehenden metallischen Verbund zwischen dem Metallteil und dem Gießmetall herzustellen, sind verschiedene Verfahren bekannt geworden.

Beim Synchronverbundgießen werden zwei Werkstoffe gleichzeitig über verschiedene Gießsysteme in einen Formhohlraum, der durch den Einsatz von Phasentrennblechen in unterschiedliche Bereiche unterteilt ist, vergossen. Dabei wird ein stofflicher Verbund der beiden Werkstoffe mit dem Phasentrennblech, das sich während des Gieß Vorganges erwärmt, angestrebt. Statt eines Phasentrennbleches kann auch eine Trennblechkammer eingesetzt werden, die durch mindestens zwei gelochte Bleche gebildet wird, so daß die Schmelzen in die Kammer fließen, in der eine Mischung der Gießwerkstoffe stattfindet. Eine weitere Möglichkeit besteht im Eintauchen eines Werkstückes in eine Schmelze. Mit dem Tauchen wird das Ziel verfolgt, eine Schicht durch Auffrieren der Schmelze auf das Bauteil aufzubringen. Die geometrische Ausbildung der Schicht ist jedoch nicht eindeutig vorausbestimmbar und nur begrenzt zu reproduzieren. Des weiteren ist es

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möglich, ein Verbundgußteil durch Bildung eines geometrisch bestimmten Ergänzungstücks zu einem Werkstück durch das Auf- bzw. Angießen einer Schmelze auf einen Grundkörper oder das Aus- bzw. Umgießen eines Werkstückes mit einer Schmelze herzustellen. Hierfür gibt es mehrere Ansätze, die darauf abzielen, durch eine Erwärmung des Grundkörpers Benetzungs- und Bindungsvorgänge zwischen den Werkstoffen zu ermöglichen. Dies versucht man beim Überströmbzw. Durchfließverfahren dadurch zu erreichen, daß ein Vielfaches der eigentlich benötigten Schmelze über den Grundkörper fließt.

Weiterhin sind Verfahren bekannt, bei denen der Grundkörper unmittelbar vor dem Angießen der Schmelze innerhalb oder außerhalb der Form induktiv erwärmt

Eine weitere, seit langem bekannte Möglichkeit der Vorbereitung des einzugießenden oder zu umgießenden Metallteils ist in DE-B Dr. Roll, F.: "Handbuch für Gießerei-Technik, 2. Band, 2.Teil, Seiten 228 bis 225, Springer Verlag 1963" beschrieben und besteht darin, dieses Teil vor dem eigentlichen Ein- oder Umgießen mit einem Material zu beschichten, das mit dem Gießmaterial oberflächlich eine Legierung oder eine intermetallische Verbindung eingeht. Bei der Verbindung von Gußeisen oder Stahl mit Aluminium wird das sog. Al-Fin-Verfahren verwandt. Zur Ausführung des Al-Fin-Verfahrens werden die sorgfältig gereinigten und entfetteten Eingußteile bis zum Erreichen der gewünschten Schichtdicke in eine Reinaluminium- oder Aluminim-Silicium-Schmelze getaucht. Nach Entnahme aus diesem Bad wird das Eingußteil so rasch wie möglich in die Gießform gebracht und umgössen.

Auf ähnliche Weise lassen sich gemäß der DE-OS 24 08 500 die Eingußteile auch vor dem Guß mit einem Überzug z. B. aus Zink oder Cadmium versehen, die einen niedrigeren Schmelzpunkt haben als die Aluminiumgußlegierung und dadurch eine Legierungsbildung ermöglichen.

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Bei einem in der DE-OS 38 36 585 beschriebenen Verfahren zur Vorbehandlung von für eine feste metallugrische Verbindung durch Löten, Fügen, Schweißen, Umgießen, Metallspritzen vorgesehenen Oberflächen eines Werkstücks aus einem metallischen Grundwerkstoff werden in einem Gasstrahl hoher Geschwindigkeit suspendierte Partikel aus einem Karbid hoher Sauerstoffaffinität auf die Oberfläche des metallischen Grundwerkstoffs aufgestrahlt und reagieren beim nachfolgenden metallurgischen Verbinden mit den auf der Werkstückoberfläche vorhandenen Sauerstoffträgern chemisch. Die in die Werkstückoberfläche beim Strahlen implantierten Karbidsplitter sorgen für ein reaktivers Verbinden, indem sie Oxidhäute und Einschlüsse zerstören und die Benetzbarkeit erhöhen. Als Vorteilhafte Karbide werden B4C, SiC, C^ C2, Moc, WC, TaC, TiC, HfC genannt. Die implantierten Karbidsplitter bilden keine Beschichtung und keinen metallischen Verbund zwischen dem Metallteil und dem Gießmetall.

Metallische Überzüge für Oberflächenschutz lassen sich auch durch Tauch-, Sud- und Kontaktverfahren, galvanische Verfahren, Diffusionsverfahren bei höheren Temperaturen, Metallspritzverfahren oder Aufdampfverfahren in verdünnter Atmosphäre aufbringen und sind in DE-B: Dr. F. Roll "Handbuch der Gießerei-Technik, 1. Band, 1. Teil, Seite 116, 82-817, Springer Verlag 1959", beschrieben. Allen diesen Verfahren ist der hohe Aufwand gemeinsam, der das Herstellen von Verbundguß werkstücken erheblich verteuert.

Aus DE-B: Prof. Dr. A.A. Appen und Prof. Dr. A. Petzold: "Hitzebeständige Korrosions-, Wärme- und Verschleißschutzschichten", VEB Dt. Verlag für Grundstoffindustrie, Leipzig, 2. Auflage, 1983, Seiten 55, 56 und 70, 71 und DE-B: Prof. Dr.-Ing. habil A. Knauschner: "Oberflächenveredeln und Plattieren von Metallen", VEB Dt. Verlag für Grundstoffindustrie, Leipzig, 2. Auflage, 1982, Seiten 274, 278, 288, sind weitere Verfahren zur Oberflächenbeschichtung von Metallen beschrieben.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein Verbundgußwerkstück vorzuschlagen, das weniger kostenaufwendig ist und dennoch einen möglichst weitgehenden metallischen Verbund zwischen dem

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-5-einzugießenden
oder zu umgießenden Metallteil und dem Gießmetall gewährleistet.

Ausgehend von dieser Problemstellung wird ein Verbundgußwerkstück aus einem vorgefertigten Metallteil, das mit einem Gußmetall umgössen oder in ein Gießmetall eingegossen ist, vorgeschlagen, bei dem erfindungsgemäß für einen möglichst weitgehenden metallischen Verbund zwischen dem Metallteil und dem Gießmetall das einzugießende oder zu umgießende Teil mechanisch mit einer Beschichtung eines sich im wesentlichen auf Raumtemperatur befindlichen Materials, das mit dem Material des einzugießenden oder zu umgießenden Teils und mit dem Gießmaterial oberflächlich eine Legierung oder eine intermetallische Verbindung eingeht, durch mechanisches Aufstrahlen von Granulat oder Kugeln des Beschichtungsmaterials oder durch Aufwalzen oder Aufrollen des Beschichtungsmaterials oder in sich drehenden Trommeln mit einer Füllung aus Granulat oder Kugeln des Beschichtungsmaterials in der Weise versehen ist, daß aufgrund der kinetischen Energie des Beschichtungsmaterials beim Aufstrahlen, der Reibung in der sich drehenden Trommel oder der hohen Pressung beim Aufwalzen oder Aufrollen ein Diffundieren des Beschichtungsmaterials in die Oberflächenbereiche des einzugießenden oder zu umgießenden Teils mit Legierungsbildung oder Bildung von intermetallischen Verbindungen oder ein partielles Verschweißen von Partikeln des Beschichtungsmaterials mit den Oberflächenbereichen des einzugießenden oder zu umgießenden Teils und eine hohe Haftung eintreten.

Das einzugießende oder zu umgießende Teil und das Beschichtungsmaterial können sich während des Beschichtens auf Raumtemperatur befinden. Es kann jedoch auch vorteilhaft sein, wenn sich während des Beschichtens das einzugießende oder zu umgießende Teil auf einer erhöhten Temperatur und nur das Beschichtungsmaterial auf Raumtemperatur befinden.

Die Oberfläche des zu beschichtenden Teils kann vor oder während des Beschichtens chemisch, insbesondere durch Beizen aktiviert sein.

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Um den möglichst weitgehenden metallischen Verbund mit dem Gießmaterial zu gewährleisten, ist es vorteilhaft, ein Beschichtungsmaterial, das beim Ein- oder Umgießen anschmilzt zu verwenden, wobei dieses Anschmelzen entweder dadurch erreichbar ist, daß der Schmelzpunkt des Beschichtungsmaterials niedriger als die Gießtemperatur des Gießmaterials liegt oder dadurch erreichbar ist, daß das Beschichtungsmaterial mit dem Material des einzugießenden oder zu umgießenden Teils ein Eutektikum mit niedrigerem Schmelzpunkt bildet.

Als Beschichtungsmaterialien kommen vorzugsweise in Frage Zinn und Zinnlegierungen, Zink und Zinklegierungen, Eisen und Eisenlegierungen sowie Kupfer und Kupferlegierungen, während als Material für das einzugießende oder zu umgießende Teil Aluminium und Aluminiumlegierungen, Magnesium und Magnesiumlegierungen, Eisen und Eisenlegierungen, Kupfer und Kupferlegierungen, Nickel und Nickelegierungen, Kobalt und Kobaltlegierungen sowie Wolfram und Wolframlegierungen besonderes bevorzugt sind. Schließlich werden als Gießmaterial Aluminium und Aluminiumlegierungen, Magnesium und Magnesiumlegierungen, Titan- und Stahllegierungen sowie Eisen und Eisenlegierungen bevorzugt.

Die geeignete Kombination der Materialien für das einzugießende oder zu umgießende Teil, für das Gießmaterial und für das Beschichtungsmaterial fuhrt zu Verbundgußwerkstücken, die besonderes geeignet zum Herstellen von Zylinderblöcken in der Motorenindustrie sowie für Hochleistungsverschließteile im Bergbau bei der Erzaufbereitung, beim Gleisbau, im Bauwesen, in der Zementindustrie usw. geeignet sind.

Entscheidend ist beim erfindungsgemäßen Verbundgußstück, daß allein der mechanische Auftrag des Beschichtungsmaterials zu einem soweit gehenden metallischen Verbund führt, daß besondere chemische, thermische oder physikalische aufwendige Vorbehandlungen nicht erforderlich sind.

Claims

1. Verbundgußwerkstück aus einem vorgefertigten Metallteil, das mit einem Gießmetall umgossen oder in ein Gießteil eingegossen ist, bei dem für einen möglichst weitgehenden metallischen Verbund zwischen dem Metallteil und dem Gießmetall das einzugießende oder zu umgießende Teil mechanisch mit einer Beschichtung eines sich im wesentlichen auf Raumtemperatur befindlichen Materials, das mit dem Material des einzugießenden oder zu umgießenden Teils und mit dem Gießmaterial oberflächlich eine Legierung oder eine intermetallische Verbindung eingeht, durch mechanisches Aufstrahlen von Granulat oder Kugeln des Beschichtungsmaterials oder durch Aufwalzen oder Aufrollen des Beschichtungsmaterials oder in sich drehenden Trommeln mit einer Füllung aus Granulat oder Kugeln des Beschichtungsmaterials in der Weise versehen ist, daß aufgrund der kinetischen Energie des Beschichtungsmaterials beim Aufstrahlen, der Reibung in der sich drehenden Trommel oder der hohen Pressung beim Aufwalzen oder Aufrollen ein Diffundieren des Beschichtungsmaterials in die Oberfläche des einzugießenden oder zu umgießenden Teils mit Legierungsbildung oder Bildung von intermetallischen Verbindungen oder ein partielles Verschweißen von Partikeln des Beschichtungsmaterials mit den Oberflächenbereichen des einzugießenden oder zu umgießenden Teils und eine hohe Haftung eintreten.

2. Verbundgußwerkstück nach Anspruch 1, bei dem sich während des Beschichtens das einzugießende oder zu umgießende Teil auf einer erhöhten Temperatur und das Beschichtungsmaterial auf Raumtemperatur befinden.

3. Verbundgußwerkstück nach einem der Ansprüche 1 bis 2, bei dem die Oberfläche des zu beschichtenden Teils vor oder während des Beschichtens chemisch, insbesondere durch Beizen aktiviert ist.

4. Verbundgußwerkstück nach einem der Ansprüche 1 bis 3, mit einem Beschichtungsmaterial, das beim Ein- oder Umgießen anschmilzt.

5. Verbundgußwerkstück nach einem der Ansprüche 1 bis 4, mit einem Beschichtungsmaterial, das bei der Temperatur des Gießmaterials durch Diffusion oberflächlich nach beiden Materialien hin eine Legierung oder eine intermetallische Verbindung bildet.

6. Verbundgußwerkstück nach einem der Ansprüche 1 bis 5, mit Zinn und Zinnlegierungen oder Zink und Zinklegierungen oder Eisen und Eisenlegierungen oder Kupfer und Kupferlegierungen als Beschichtungsmaterial.

7. Verbundgußwerkstück nach einem der Ansprüche 1 bis 6, mit Aluminium und Aluminiumlegierungen oder Magnesium und Magnesiumlegierungen oder Eisen und Eisenlegierungen oder Kupfer und Kupferlegierungen oder Nickel und Nickellegierungen oder Kobalt und Kobaltlegierungen oder Wolfram und Wolframlegierungen als Material für das einzugießende oder zu umgießende Teil.

8. Verbundgußwerkstück nach einem der Ansprüche 1 bis 7, mit Aluminium und Aluminiumlegierungen oder Magnesium und Magnesiumlegierungen oder Titan und Titanlegierungen oder Eisen und Eisenlegierungen als Gießmaterial.