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Titel der erfindung
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Verfahren zur Herstellung von Verbundgußkörpern nach dem Schleudergießv
erfahren Anwendungsgebiet der Erfindung Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur
Herstellung von Verbundgußkörpern nach dem Schleudergießverfahren in metallische
Kokillen oder SandSormen aus flüssigem Zustand ür Gußstücke mit unterschiedlichen
Geometrien, vorwiegend rotationssmmetrische, teilweise profilierte Teile, für die
au9 Grund ihrer Beanspruchung und ihres Verwendungszwecks ein oder zwei verschiedene
Werkstoffe mit speziellen oder unterschiedlichen ienschaften in einem Bauteil erforderlich
sind.
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Charakteristik der bekannten technischen Lösungen Das bekannte Schleudergießverfahren
ist dadurch gekennzeichnet, daß in eine metallische Form (Kokille), die horizontal
oder vertikal in einer stufenlos regelbaren Schleudergußmaschine mit Umdrehungsgeschwindigkeiten
von 200 - 2000 U/min angeordnet ist, flüssiges Gießgut in eine eigens entsprechend
der Länge des zSlindrischen Körpers ausgebildete Gießrinne eingegossen wird. Üblicherweise
werden Gußeisenwerkstoffe geschleudert, z. 3. duktile Rohre, ZglinderlauSbuchsen,
Für die Herstellung von Verbundgußkörpern sind unterschiedliche Lösungen bekannt.
Im allgemeinen beziehen sich diese auf die Anwendung des Gießens in einer metallischen
Form (Kokille) unter Nutzung des Schleudergießverfahrens als Einkomponentenwerkstoff
mit pulverförmigen Zusätzen, die durch Nutzung der Zentrifugalkraft in der äußeren
Schicht angereichert
werden, DE-AS 17 58 008, oder durch Einbringen
von endlosen Metailfasern au9 die Trommelinnenwand (Kokilleninnenwand) mit nachfolgendem
Umgießen, DE-OS 23 52 789 und D13OS 20 49 757, oder durch das Gießen von Walzen
und zyl indrischen Hohlkörpern aus einer Hartgußarbeitsschicht und einem weichen
Stahlkern sowie dem erforderlichen Aufbringen einer sogenannten "Pufferschicht"
aus Gußeisen bzw. einer Legierung, die im C-Gehalt zwischen dem Grundwerkstoff (Hartguß)
und dem Verbundwerkstoff Stahl, in Kokillen vergossen, liegt. Diese Schicht soll
den 05angel des Aufschmelzens der äußeren Verschleißschicht verhindern, DE-OS 23
56 422.
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Bekannt ist auch ein Verfahren zur Herstellung von mehrlagigen Metallen
nach dem Schleudergießen. Unterschiedliche Werkstoffe werden nacheinander in die
Kokille vergossen. Nach der Erstarrung werden durch Ringbandwalzen im warmen oder
kalten Zustand die beiden Lagen getrennt, DE-OS 23 65 108. Für die Herstellung von
Verbundkörpern sind auch Verfahren im Sandgua bekannt. Dabei kann ein rotationssmmetrischer
Stahlkern unter Vakuum bis zum Aufschmelzen erwärmt und nachfolgend mit einem ungleichen
anderen Metall in einer vorgewärmten Form umgossen werden, DE-OS 23 35 588.
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Üblich sind im Sandguß auch UberguB- und weitere Umgießverfahren,
teilweise bis zum Rückgießen des Übergußeisens in das Schmelzaggregat, DE-OS 22
33 148, JP-PS 21 650 058. Bekannt sind auch Verfahren des Auftragens von Pasten
auf den Formstoff, die metallische verschleißfeste Bestandteile enthalten (WO, SiO),
die mit dem Eingießen des flüssigen Metalls in die Oberfläche diffundieren und dort
eine verschleißfoste Schicht geringer Dichte bilden, DE-OS 20 16 312.
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Oxidation bei beschichteten Stoffen wird beim Kontakt der beiden Gußwerkstoffe
durch Zusätze von organischen chtigen Bestandteilen aus den Grundstoffen PolySluorethen
oder überohloriges Polyvenyl unter erheblichen Umweltbelastungen vermieden, DD-WP
70 969, weil sich diese Oxidation als echter verfahrenstechnischer Mangel herausgestellt
hat.
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Ziel der Erfindung Die Erfindung hat das Ziel, Gußstücke mit unterschiedlichen
Geometrien, entsprechend ihrer Beanspruchung und ihrem Verwendungszweck kostengünstig,
unter Verringerung des mechanischen und Materialaufwandes, herzustellen0 Darlegung
des Wesens der Erfindung Aufgabe der Erfindung ist es, unter Anwendung des bekannten
Schleudergießverfahrens mit metallischen und nichtmetallischen Grundkörpern für
unterschiedliche Geometrien, vorwiegend zylindrische Bauteile, auch mit Profilen,
das Vergießen von ein oder mehreren Werkstoffen mit unterschiedlichen Eigenschaften,
auch durch Verbund, unter Vermeidung von Oxidation zwischen den herkstoffschichten,
herzustellen.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß Gußkörper nach
dem Schleudergießverfahren in Sand- oder Met als form als Verbundkörper, bestehend
aus unterschiedlichen Eisenwerkstoffen, überwiegend einem zäheren homogenen Innenwerkstoff
einer Übergangszone und einem verschleißfesten und damit höherfesten homogenen AuBenwerkstoff,
erforderlicher Wanddicke, der Giaßzeit zwischen Grundwerkstoff und Zwischenwerkstoff
und, zur Vermeidung der Oxidation des Grundwerkstoffes während der Abkühlung durch
Aufbringen von MgC03 als flüssige Schlacke, hergestellt werden Bs gehört mit zur
erfindungsgemäßen Fertigung, daß die in einer SandSorm, bestehend aus einem Formstoff
oder zwei Formstoffschichten, ausgebildeten profilierten Gußkörper in einer metallischen
Form - Buchse oder Kokille - so dimensioniert werden, daß eine Wärmeleitfähigkeit
des Systems # von 0,3-1,2 ### erreicht wird.
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1, m.k erreicht wird.
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Es gehört weiterhin zur Erfindung, daß im Kernblockverfahren Modellsand
von 15 mm Dicke aus wasserglasgebundenem Chromit oder Korundsand und wasserglasgebundenem
Quarzsand als Füllsand mit einer Dicke von 15 mm, in eine metallische Form ein-Oebractl
nachlolbend eine verschleißfeste Schicht von 5 - 8 mm
Dicke und
nach 10 - 50 sec eine zähe zweite Schicht aus Eisenwerkstoffen zu einem Verbundkörper
geschleudert wird.
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Es gehört auch zur Erfindung, daß in eine Sandform mit einer Wärmeleitfähigkeit
A von 0,3 W Eisenwerkstoff geschleudert wird.
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Es ist auch erfindungsgemäß, daß in eine Form, bestehend aus wasserglasgebundenem
Chromitmodellformstoff und wasserglasgebundenem Sandformstoff mit je 10 - 15 mm
bzw. 15 - 20 mm Dicke, in eine 15 mm dicke Kokille eingebracht, mit einer Wärmeleitfähigkeit
von # 0,35 ### bei 1553 K als Verschleißwerkstoff GX 280 Cr 20 mit einer Schichtdicke
von 5 - 8 mm vergossen und nach 10 - 50 sec mit GS 20 MnGr 5 oder GS 45 vollgegossen
wird, wobei nach dem Gießen des ersten Werkstoffes MgCo3 zugegeben wird.
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Die erfindungsgemäße Technologie wird in der Form durohgeführt, daß
in die aus Metall oder Formstoff bestehende Schleudergießform zunächst der erforderliche
Werkstoff in einer aus den Gebrauchseigenschaften abgeleiteten Schichtdicke, unter
Berücksichtigung der AbkU.hlunosgeschwindigkeit, eingegossen wird, d. h., dem Temperaturverlauf
an der Innenwand das Nachgieren eines zweiten Werkstoffes so erfolgt, daß zwischen
Erstwerkstoff und Zweitwerkstoff ein Verbund derart entsteht, daß das Aufschmelzen
des Grundwerkstoffes nur im Sinne der Bildung einer Verbundschicht erfolgt. Die
Ausbildung der Verbundschicht ist dabei so gestaltet, daß einerseits ein gleichmäßiger
Übergang vom Grund- zum Verbundwerkstoff gegeben ist und andererseits das unterschiedliche
Wärmeausdehnungsverhalten und Spannuncsverhalten der Werkstoffe ausgeglichsn wird.
Das gelingt erfahrungsgemäß mit sinkender Abkühlungsgeschwindigkeit, d. h. bei Sandverbundguß
vorteilhafter als bei Kokillenschleuderguß.
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Zur Vermeidung der Oxidation der Oberflache wird unter inertreicher
Atmosphäre (N2 oder Argon) gearbeitet oder erfindungsgemäß wird zur Bildung einer
die Oxidation vermeidenden flüssigen Schlackenschicht MgCO3 aufgegeben.
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AusSührungsbeispiele 1. Ausführunsbeispiel: Ein profiliertes rotationssymmetrisches
Bauteil der Abmessung 200 mm x 180 mm Länge mit einem gewindeähnlichen Profil am
Außendurchmesser für Schnecken in Schneckenpressen der Ol- und Plastindustrie (Extruder)
wird in einem Kernblock, bestehend aus zwei unterschiedlichen Formstoffen, in einer
Formstoffwanddicke von ca. 30 mm hergestellt und in eine Metallbuchse eingebracht,
die die für die Schleudergießmaschine erforderliche Außenabmessung einerseits hat
und andererseits zu einer dem Verfahren eigenen Wärmeleitfähigkeit zur Erstarrung
des Gußstückes in angemessener Zeit führt.
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Als Formstoff eignet sich wasserglasgebundener Quarz sand für Gußeisen
und Zirkon, Korund oder Chromitformstoff wasserglasgebunden als Modellsand in einer
behichtdicke von max. 10 -15 mm und Quarzsand wasserglasgebunden in einer Schichtdicke
von 15 - 20 mm. Danach erfolgt das Einsetzen in eine metallische Dauerform (kokille)
mit einer Wanddicke von 15 - 20 mm.
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Die Voraussetzung ist eine hohe Wärmeleitfähigkeit # von 0,3 W/m#k.
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Je nach Verwendungszweck werden die geforderten Eisenwerkstoffe oder
Stähle im Schleuderguß bei Geschwindigkeiten zwischen 800 - 1800 U/min (werkstoff-
und geometrieabhängig) hergestellt.
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Im Ausführungsbeispiel ist esein GX 280 Cr 20 mit 1400 U/min.
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2. Piusführungsbeispiel Ein profilierter zylindrischer Hohlkörper
200 mm 180 mm Länge als Schnecke für Ölpressen oder Extruder wird als Verbundkörper
hergestellt. Die Gesamtwanddicke beträgt 20 mm. Geschleudert wird in einer Sandform,
bestehend aus Kernblöcken auf der Grundlage 10 - 15 mm Formstoffdicke als Modeilsand
in Form von Olivinsand, Korund oder Ohromitsand wasserglasgebunden und auf 30 mm
Gesamtformstoffdicke mit Quarzsand wasserglasgebunden aufgefüllt. Der Kernblock
wird entsprechend der Geometrie geteilt in eine Metallbuchse (Kokille) mit 20 mm
Dicke in die Schleudergießmaschine eingebracht. Bei Schleu-
dergeschwindigkeiten
von 1400 - 1600 U/min wird zunächst eine Verschleißschicht aus hochfestem Gußeisen
in 6 - 8 mm Wanddicke gegossen, nachfolgend zur Vermeidung der Oxidation MgCO3 aufgegeben.
Bei einer Wärmeleitfähigkeit des Systems von #0,35 bis 0,45### wird ein zäher Stahl,
z.B. GS 45, nach ca. 10 sec bis zur Formfüllung derart eingegossen, daß eine Verbundschicht
zwischen Verschleiß- und Grundwerkstoff entsteht.