DE3504118C1 - Verfahren zur Herstellung faserverstaerkter Leichtmetall-Gussstuecke - Google Patents

Description

a) als Fasermaterial ein Fasergewirr aus lösungsgesponnenen, gebrannten anorganischen Lockerfasern verwendet wird,

b) das Fasergewirr mit einem Überschuß an Leichtmetall-Schmelze getränkt,

c) der Überschuß an Leichtmetall-Schmelze unter gleichzeitigem Verdichten des Fasergewirrs entfernt,

d) der Abfluß der Leichtmetall-Schmelze unterbunden und

e) die faserdurchsetzte Leichtmetall-Schmelze in an sich bekannter Weise zum Erstarren gebracht wird.

re Verarbeitung zu gerichteten Kurzfaservliesen, wie dies z. B. bei Kohlekurzfasern üblich ist, praktisch nicht möglich. Sie können daher nur als Watte verwendet werden. Die Verwendung dieser Watte zur Verstärkung von Leichtmetall-Gußstücken ist im Prinzip möglich. Da jedoch der Faseranteil pro Volumen in der erzeugten Watte zu gering ist, muß die Watte zu einem Faserformkörper verdichtet werden, was nur möglich ist, wenn man die Watte mit einem sehr hohen Gehalt an temporaren oder dauernd^wirksamen Bindemitteln versetzt. Diese Bindemittel sind jedoch in vielerlei Hinsicht nachteilig. Des weiteren setzt die komprimierte Faserpakkung dem eindringenden Metall einen hohen Widerstand entgegen, so daß die Herstellung völlig durchtränkter, porenfreier Leichtmetall-Gußstücke außerordentlich schwierig und nur mit verhältnismäßig hohen Ausschußraten möglich ist.

Die Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, ein Verfahren zur Herstellung faserverstärkter Leichtmetall-Gußstücke zu finden, die einen hohen Faseranteil besitzen, bei deren Herstellung dennoch von loser Faserwatte oder Wolle mit geringem Faseranteil pro Volumeneinheit ausgegangen werden kann.

zeichnet, daß die Leichtmetall-Schmelze durch gezielte Abkühlung gerichtet zur Erstarrung gebracht wird.

Diese Aufgabe wird durch das im kennzeichnenden

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn- 25 Teil des Patentanspruchs 1 beschriebene Verfahren gelöst

Das Verfahren besteht darin, daß man in eine Gießform zunächst ein Fasergewirr einbringt. Dieses Fasergewirr kann als lose Watte oder lose Wolle eingebracht werden, man kann aber auch einen Faserformkörper, der sehr locker sein kann und sehr wenig Bindemittel enthält, einlegen. Solche Faserformkörper sind einfach und billig herzustellen, z. B. nach den in der Feuerfestindustrie üblichen Technologien. So kann man z. B. eine

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung faserverstärkter Leichtmetall-Gußstücke.

Faserverstärkte Leichtmetall-Gußstücke, insbeson- 35 leichte Filzplatte, einen leichten Faserkörper und derdere solche, die mit anorganischen Fasern verstärkt gleichen herstellen und daraus den gewünschten zum

sind, finden zunehmendes Interesse, da sie die guten Eigenschaften beider Materialien miteinander vereinen. Die Herstellung solcher Gußstücke erfolgt z. B. gemäß DE-PS 26 44 272 derart, daß eine Gießform, die eine Verstärkungseinlage aus einem anorganischen Fasermaterial enthält, mit Leichtmetall-Schmelze gefüllt und anschließend die Schmelze unter hohem Druck zur Erstarrung gebracht wird.

Bisher wurden für diesen Zweck im allgemeinen Langfasern oder Endlosfasern eingesetzt. Der Nachteil dieser Fasern besteht jedoch in einem außerordentlich hohen Preis, der die breite Verwendung von Gußstükken, die mit diesen Fasern verstärkt wurden, praktisch verhindert.

Es sind auch preiswertere keramische Fasern bekannt. Ihr Herstellungsvorgang verläuft vereinfacht dargestellt wie folgt:

Es wird eine spinnbare anorganische oder organische

55 Einlegen in die Form geeigneten Formkörper ausstanzen. Um einen konstanten F^seranteil in den Leichtmetallgußstücken sicherzustellen, muß immer die gleiche Gewichtsmenge an Fasern in die Gießform eingebracht werden. Am einfachsten ist das, wenn die bereits erwähnten locker vorverdichteten Formkörper benutzt werden. Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn der Formkörper die Form an den Seitenwänden dicht verschließt. Durch diesen Reibschluß an den Seitenwänden ist die Wahrscheinlichkeit, daß die Fasern aus der Form herausgedrückt werden, sehr gering. Sollte diese Gefahr ausnahmsweise dennoch bestehen, so können temporäre Haltemöglichkeiten vorgesehen werden, denkbar sind z. B. Siebplatten, Drahteinsätze und dergleichen, die ein Wandern der Fasern verhindern können und die gegebenenfalls im fertigen Leichtmetall-Gußstück verbleiben können. Nachdem in die Gießform die erforderliche Menge an Fasergewirr eingebracht ist, wird das Fasergewirr in der Gießform mit Leichtmetall-Schmelze unter geringem Druck getränkt.

Dieses Tränken kann nach bekannten Techniken, z. B. nach dem Niederdruckgießverfahren geschehen. Da das Fasergewirr sehr locker ist, bietet es der Leichtmetall-

Lösung oder eine spinnbare Suspension aus den Fasergrundbestandteilen in einem anorganischen oder organischen Suspensionsmittel hergestellt. Diese Flüssigkeit wird zu einem »Precursor«-Faden versponnen. Der Faden wird dann zu einem oxidkeramischen Faden mit

sehr kleiner Korngröße gebrannt. Bedingt durch das 60 Schmelze nur wenig Widerstand und läßt auch einge-Herstellungsverfahren sind diese Fasern sehr preiswert, schlossene Luft oder Gase leicht entweichen. Eine temhaben jedoch den Nachteil, daß sie als ungerichtete lose poräre Haltemöglichkeit für das Fasergewirr in der Watte oder Wolle anfallen. Die lose Watte oder Wolle Form ist daher auch im allgemeinen nicht erforderlich, besitzt nur einen sehr geringen Faseranteil pro VoIu- Der geringe Förderdruck einer Niederdruckgießanlage meneinheit und die einzelnen Fasern in der Wolle oder 65 (unter 1 bar) reicht zum Tränken aus. Dieses kann verWatte liegen völlig ungerichtet, so daß keinerlei Vor- hältnismäßig langsam geschehen, so daß der niedrigste zugsrichtung besteht. Da die Fasern zum Teil, bedingt Druck ausreicht. Da die heiße Leichtmetallmasse wedurch den Brennprozeß, Krümmungen aufweisen, ist ih- sentlich größer ist als die Fasermasse, kühlt diese das

Leichtmetall bei der Füllung nicht ab. Das Leichtmetall kann also bei der Imprägnierung nicht in dem Fasergewirr erstarren. Durch geeignete Isolation der Seitenwände der Form oder durch eine Heizung wird sichergestellt, daß das strömende Leichtmetall auch an den Seitenwänden erst verzögert erstarrt. Sobald die Form einen Überschuß an flüssigem Leichtmetall enthält, wird dieser unter gleichzeitigem Verdichten des Fasergewirrs wieder abgepreßt. Das Fasergewirr wird dabei verdichtet und das Volumen des Gußkörpers nimmt ab. Als Leichtmetall besonders geeignet ist dabei Magnesium, weil dieses die Fasern, die bevorzugt aus Aluminiumoxid, Mullit, Mischungen von beiden oder auch AIuminiumborsilicat, also oxidkeramische Fasern mit hohen AbCVGehalten und niedrigen SiO₂-Gehalten bestehen, ohne Schwierigkeiten benetzt und das überschüssige Leichtmetall ohne große Schwierigkeiten durch Abpressen wieder entfernt werden kann. Bei dem Abpressen läßt man den Überschuß zweckmäßigerweise durch die Füllöffnung zurück in den Vorratsbehälter laufen. Der niedrige Förderdruck, der zum Tränken des Fasergewirrs benutzt wurde, kann dabei weiterhin bestehen, er kann aber auch weggenommen werden. Das Fasergewirr leistet bei dem Verdichten nur wenig Widerstand und kann leicht auf verhältnismäßig hohen Dichten komprimiert werden.

Sobald das Fasergewirr unter Entfernen des Überschusses an Leichtmetall-Schmelze auf die gewünschte Dichte verdichtet ist, wird der weitere Abfluß der Leichtmetall-Schmelze unterbunden. Der Preßdruck wird jetzt auf hohe Werte erhöht und die Schmelze dabei zum Erstarren gebracht. Es ist für die Qualität des Gußstückes vorteilhaft, wenn die Schmelze, wie an sich bekannt, gerichtet zur Erstarrung gebracht wird. Das kann durch gezielte Kühlung oder andere an sich bekannte Maßnahmen erfolgen. Durch den Aufbau des Hochdruckes (je nach Stabilität der Form sind bis zu 2000 bar möglich) in der Erstarrungsphase werden auch die letzten noch nicht getränkten Hohlräume zwischen den Fasern gefüllt und die Erstarrungs-Schrumpfung des Metalls wird kompensiert (»Nachspeisung«), so daß keine Schrumpfunglunker, weder mikroskopisch, noch makroskopisch auftreten. Am Ende der Erstarrungsphase hat das Leichtmetall-Gußstück das gewünschte Maß und kann aus der Form entnommen werden.

Es hat sich gezeigt, das im fertigen Gußstück das Fasergewirr, das völlig unregelmäßig aus Fasern mit einem Durchmesser zwischen etwa 2 μπι und 5 μΐη mit einer Länge von im allgemeinen einigen Zentimetern bestand, durch die Komprimierung eine deutliche Orientierung, und zwar senkrecht zur Verdichtungsrichtung, erfahren hat.

In der Abbildung wird der Verfahrensablauf schematisch dargestellt. Es zeigt

F i g. 1 die mit dem Lockerfasergewirr gefüllte Form, F i g. 2 das Tränken des Lockerfasergewirrs mit der Leichtmetall-Schmelze,

Fig.3 den Beginn der Verdichtungs- und Abpreßphase,

F i g. 4 das Ende der Abpreßphase und den Beginn der Hochdruckphase und

F i g. 5 das Ende der Erstarrungsphase unter Hochdruck.

F i g. 1 zeigt schematisch eine Gießform bestehend aus dem Formboden 2, der auf einer Bodenplatte 1 montiert ist, den beiden Formwänden 3 und 3', die zur Entnahme des fertigen Formkörpers vom Formboden 2, wie es die gestrichelten Pfeile zeigen, getrennt werden kann, sowie dem Formoberteil 6 mit Stempel 7, der genau in den durch die Formwände 3 und 3' gebildeten Raum paßt und ebenfalls beweglich ist.

Das Formunterteil wird mit dem lockeren Fasergewirr 8 gefüllt. Danach wird die Form, wie in F i g. 2 dargestellt, durch das Steigrohr 4 mit Leichtmetall-Schmelze gefüllt und dabei das Fasergewirr getränkt. In der Bodenplatte 1 ist ein Schieber 5 angebracht, mit dem der Metallzu- bzw. -abfluß unterbunden werden kann. Anschließend wird gemäß F i g. 3 der Stempel 7 abgesenkt und überschüssige Leichtmetall-Schmelze unter gleichzeitiger Kompression des Fasergewirrs wieder abgepreßt. Dieses Abpressen soll zügig geschehen, damit keine Erstarrung der Leichtmetall-Schmelze in der Form zu diesem Zeitpunkt stattfindet. Nachdem der Überschuß abgepreßt ist und der gewünschte Verdichtungsgrad des Fasergewirrs erreicht ist, wird mittels des Schiebers 5 der weitere Abfluß von Leichtmetall unterbunden, wie es in F i g. 4 dargestellt ist. Der Stempeldruck wird jedoch aufrechterhalten, so daß sich in der Schmelze ein hoher Druck aufbaut. Die große Masse des Formoberteils 6 bedingt jetzt die Erstarrung des Leichtmetalls von oben nach unten, was gegebenenfalls durch eine zusätzliche Kühlung des Formoberteils 6 verstärkt werden kann. Durch die weitere Aufrechterhaltung des Druckes in der Form wird die Erstarrungsschrumpfung des Metalls laufend kompensiert, so daß keine Schrumpfungslunker entstehen. F i g. 5 zeigt das Ende der Erstarrungsphase unter Hochdruck. Das Gußstück ist in der Form nunmehr endgültig erstarrt, wobei das Volumen des Gußstückes geringfügig kleiner ist als bei Beginn der Erstarrungsphase gemäß F i g. 4. Nach weiterem Abkühlen kann die Form geöffnet und das fertige Leichtmetall-Gußstück entnommen werden. Um Mißverständnisse auszuschließen, soll an dieser Stelle noch einmal darauf hingewiesen werden, daß das Verfahren nur schematisch gezeigt ist. Insbesondere entsprechen die Hübe des Stempels 7 in der Verdichtungsund Erstarrungsphase nicht den tatsächlichen Hubgrößen.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können faserverstärkte Leichtmetall-Gußstücke aus sehr preiswert erhältlichen lösungsgesponnenen anorganischen Lockerfasern hergestellt werden, wobei diese von Natur aus unregelmäßig orientierten Fasern im fertigen Gußstück eine gewisse Orientierung besitzen. Selbstverständlich ist das Verfahren auch für alle anderen Fasern geeignet, da die Fasern im lockeren Zustand getränkt und erst im getränkten Zustand verdichtet werden, so daß sich auch in den Fällen faserverstärkte Leichtmetall-Gußstücke mit hohem Faseranteil herstellen lassen, in denen eine Faserformpackung der gewünschten Faserdichte als solche nicht mehr ausreichend mit dem Leichtmetall tränkbar wäre.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims (1)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung faserverstärkter Leichtmetall-Gußstücke, bei dem ein Fasermaterial in einer Form mit einer Leichtmetall-Schmelze unter geringem Druck getränkt und die Schmelze unter hohem Druck zur Erstarrung gebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß