DE3703416C2 - - Google Patents
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- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
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- B22C9/00—Moulds or cores; Moulding processes
- B22C9/02—Sand moulds or like moulds for shaped castings
- B22C9/04—Use of lost patterns
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- Mechanical Engineering (AREA)
- Mold Materials And Core Materials (AREA)
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Description
Die Erfindung betrifft eine Feingußschalenform, vorzugsweise
für untereutektische Aluminium-Legierungen, bei der die rauhe
Forminnenwand mit einem Salzgemisch mit reduzierenden Eigenschaften
beschichtet ist und die Salzbeschichtung aus einem
Salz oder Salzgemisch mit einer unterhalb der Abgußtemperatur
liegenden Liquidustemperatur besteht und dessen Kationen
überwiegend aus denen der Alkali- und/oder Erdalkali und
deren Anionen überwiegend aus denen der Halogene bestehen.
Es ist ein Verfahren zur Verringerung der Dendritenarmabstände
bekannt (DE-OS 35 12 118), bei dem die Verbesserung
der technologischen Eigenschaften der Gußteile mittels einer
besonderen Salzmischung erhalten wird, indem diese Salzmischung
auf eine besonders rauhe Formschalen-Innenwand aufgebracht
wird, was der Keimung der Dendriten bei der Metallerstarrung
förderlich ist, so daß kleinere Dendritenarmabstände erhalten
werden. Darüberhinaus ist aus dieser Schrift bekannt, daß
eine große Anzahl von keimwirksamen Substanzen in der
Literatur beschrieben sind.
Es ist außerdem bekannt (J. A. Reynolds und C. R. Tottle,
Journal of the Inst. of Metals, Vol. 80 (1951-52), Seiten
93 bis 98), daß pulverförmig auf die Gußform-Innenwand aufgebrachtes
Metall eine Kornverfeinerung des Gußstücks bewirken
kann. In US-PS 30 19 497 sind für diesen Zweck sogar Edelmetallpulver
vorgeschlagen worden. Die Wirkung von Metallpulver
als keimaktiv auf die Ausbildung von Dendritenarmabständen
wurde jedoch in keiner dieser Literaturstellen
untersucht und auch nicht nahegelegt.
Es ist ferner bekannt, daß untereutektische Aluminium-Legierungen,
wie zum Beispiel AlSi7Mg0,6, dann verbesserte Festigwerte
aufweisen, wenn gasarme und saubere Schmelzen verwendet
werden, was man am besten durch Abguß im Vakuum und/oder
durch eine Spülgasbehandlung im Grobvakuum und/oder
Filtrierung der Schmelze erreicht.
Die Aufbringung von Metallfilmen auf unterschiedliche
Materialien, auch solche keramischer Art, ist an sich bekannt.
Da bisher kein Verfahren bekannt ist, mit dem man mit metallischer
Beschichtung der Formschale und deren Vorwärmung an
Luft oder an Sauerstoff verunreinigtem Schutzgas eine Keimung
der Dendriten erzielen kann, liegt der vorliegenden Erfindung
die Aufgabe zugrunde, kleinere Dendritenarmabstände beim Abgießen
untereutektischer Aluminium-Legierungen in vorgewärmte
Feingußschalenformen einwandfrei und sicher einzustellen.
Die Lösung dieser Aufgabe besteht darin, daß für die Beschichtung
der Forminnenwand eine Kombination eines Salzes
bzw. Salzgemisches mit Metall verwendet wird und das Beschichtungsmetall
zu mehr als 40 Atom-% aus einem oder mehreren
Metallen aus der Reihe Al, Ti und/oder Erdalkalimetallen und/
oder deren Legierungen, Mischungen oder metallischen Verbindungen
besteht.
Vorteilhaft wird das Beschichtungsmetall, gegebenenfalls in
Form seiner Legierungen, Mischungen oder Verbindungen, vor,
nach oder gleichzeitig mit der Salzbeschichtung auf die Forminnenwand
aufgebracht.
Zweckmäßig besteht das Beschichtungsmetall aus einer Aluminium-
Legierung, die 0 bis 10 Gew.-% Magnesium enthält und/oder
0 bis 6 Gew.-% Silizium und/oder 0 bis 3000 ppm Yttrium und/oder
eine und/oder mehrere Seltene Erden und/oder Beryllium und/oder
Wismut und/oder Antimon enthält.
Der Vorteil der Erfindung ist nicht nur die Tatsache, daß man
erheblich kleinere Dendritenarmabstände und damit bessere
technologische Werte des abgegossenen Formteils, insbesondere
bei untereutektischen Aluminium-Legierungen erhält, sondern daß
gleichzeitig eine kugelige Einformung des Siliziums erhalten
wird. Dies ist vor allem deswegen wichtig, weil dadurch zusätz
liche Veredelungsmaßnahmen eingespart werden können.
Nach den eingangs genannten Schritten können Metallfilme nach
den verschiedenen chemischen oder physikalischen Verfahren auf
die Forminnenwand aufgebracht werden. Es ist jedoch wegen der
einfacheren Handhabung vorteilhaft, Metallpulver und Salz bzw.
Salzgemisch in Form einer Aufschlämmung bzw. Lösung gleichzeitig
durch Ein- und Ausgießen auf die Formschaleninnenwand aufzu
bringen.
Da Metallpulver bei der Vorwärmung der Formschale stärker zur
Oxydation neigen als Metallfilme, hat es sich als günstig heraus
gestellt, metallische Legierungen und/oder Verbindungen bzw.
Mischungen in Pulverform zu verwenden, die entweder bei der
Vorwärmung der Formschale nur eine besonders geringe Oxydation
auf Grund ihrer Zusammensetzung erfahren, oder man verwendet
Metalle, deren Oxydschicht in Gegenwart des Gußaluminiums bei
Abgußtemperatur durch einen Legierungspartner zerstört wird.
Die Zerstörung des Oxydfilms auf den Oberflächen erreicht man
beispielsweise, indem man Aluminium-Hartlotpulver mit Korngrößen
von ca. 10 bis 50 µm verwendet. Übliche Hartlote enthalten z. B.
als reduzierend wirkenden Zusatz Beryllium mit etwa 50 ppm,
manche zusätzlich Magnesium mit ca. 1,5% und auch Wismut oder
Antimon mit ca. 10 bis 100 ppm. Zur Dendritenkeimung ist es dabei
aber günstig, den Siliziumgehalt heute üblicher Hartlote zu
senken oder besser, ihn vollständig zu vermeiden.
Als reduzierend auf den Oxydfilm der Metallpulver wirken aber
auch weitere Erdalkalimetalle, Yttrium und/oder Seltene Erden,
z. B. Cer-Mischmetallzusätze, als Legierungspartner des Aluminium-
Hartlotpulvers.
Man wählt möglichst Legierungen, die sich wegen ihrer Härte
auf einfache Weise mahlen lassen und gleichzeitig keimaktiv sind.
Bisher haben sich die folgenden metallischen Verbindungen mit
jeweils etwa 1 : 1 im Atomverhältnis bewährt: FeAl, FeTi, CaAl,
CaSi, TiNi, TiAg.
Es ist eine an sich bekannte zusätzliche Maßnahme, diesen Ver
bindungen noch Sauerstoffgetter-Material in geringen Mengen zu
zusetzen, um herstellungsbedingten Sauerstoff im Innern des
Materials abzubinden. Besonders vorteilhaft ist es, die Pulver
zusätzlich mit einem Edelmetall zu legieren, oder die Pulver
nach der Mahlung mit einem Edelmetall der Platingruppe dünn zu
beschichten, was preiswerter ist. Beispielsweise lassen sich auf
TiNi-Pulver durch Imprägnieren mit einer Palladiumsalzlösung
und anschließender chemischer oder thermischer Reduzierung
dünn mit Edelmetall beschichtete Bereiche der Pulveroberfläche
erzeugen, die auch nach Erhitzung der Formschale an Luft keinen
Oxydfilm aufweisen. Auf diese Weise wird eine besonders gute
Benetzung des Keimpulvers durch das Gußaluminium erzielt.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den nach
stehenden Beispielen beschrieben.
Die Innenseite einer Feingußformschale wird durch Ein- und Aus
schütten und anschließender Trocknung mit einer Aufschlämmung
beschichtet, welche aus 40 g NaCl, 20 g NaF, 20 g LiCl, 5 g Na₄Fe,
5 g Na₄Fe(CN)₆ und 20 g Metall in 1 l Wasser besteht.
Die Schale wird unter Schutzgas vorgewärmt, dann auf etwa 200°C
gebracht und im Vakuum mit einem AlSi7Mgo,6 von ca. 700°C ver
gossen. Die durch das Salzgemisch verstärkte Keimwirksamkeit der
verschiedenen Metalle ergaben folgende Reihenfolge mit ab
nehmender Wirksamkeit:
Ti, Al, Mg, Zr, Sr, Hf, Ba, Be, Ca, Se, Nb, V, Ta, Fe, Ni, Co, Sb, Se, Te, Cu, Ag.
Ti, Al, Mg, Zr, Sr, Hf, Ba, Be, Ca, Se, Nb, V, Ta, Fe, Ni, Co, Sb, Se, Te, Cu, Ag.
Die Aufbringung der Innenbeschichtung der Feingußformschale
mittels einer Aufschlämmung ergibt eine besonders einfache Aus
führungsform der Erfindung.
Folgende Werte des abgegossenen Formstücks wurden erhalten:
0,2% Dehngrenze | |
305-325 N/mm² | |
Zugfestigkeit | 365-380 N/mm² |
Bruchdehnung A₅ | 9- 12% |
Eine Aufbringung des Aluminiummetallfilms auf die Innenseite
der Feingußformschale und anschließende Beschichtung der Metall
schicht (die die Rauhigkeiten der Feingußformschale abbildet)
mit der getrockneten Salzschicht ergibt einen besonders guten
Schutz des Aluminiummetallfilmes gegen Oxydation, was wiederum
zu einer Verringerung des Dendritenarmabstandes führt.
Ergibt folgende Werte
0,2% Dehngrenze | |
300-310 N/mm² | |
Zugfestigkeit | 360-380 N/mm² |
Bruchdehnung A₅ | 9- 11% |
Eine weitere Verbesserung der Abstände der Dendritenarme wurde
durch Zusatz von Alkali-Titan-Hexafluorid zum Salzgemisch erzielt,
indem zu dem im Beispiel 1 definierten Salz zusätzlich 3 g K₂TiF₆
und 10 g feingemahlenes Aluminium der Zusammensetzung Al,Mg 1,5%
Si 3%, Be 0,01% zugefügt wurde. Nach üblicher Wärmebehandlung wurden
an Zugproben mit 6 mm ⌀ folgende Werte erhalten:
0,2% Dehngrenze | |
310-330 N/mm² | |
Zugfestigkeit | 360-380 N/mm² |
Bruchdehnung A₅ | 8- 10% |
Claims (8)
1. Feingußschalenform, vorzugsweise für untereutektische Aluminium-
Legierungen, bei der die rauhe Forminnenwand mit einem Salzgemisch
mit reduzierenden Eigenschaften beschichtet ist und die
Salzbeschichtung aus einem Salz oder Salzgemisch mit einer unterhalb
der Abgußtemperatur liegenden Liquidustemperatur besteht
und dessen Kationen überwiegend aus denen der Alkali- und/oder
Erdalkalimetalle und deren Anionen überwiegend aus denen der Halogene
bestehen, dadurch gekennzeichnet, daß für die Beschichtung
der Forminnenwand eine Kombination eines Salzes bzw. Salzgemisches
mit Metall verwendet wird und das Beschichtungsmetall
zu mehr als 40 Atom-% aus einem oder mehreren Metallen aus der
Reihe Al, Ti und/oder Erdalkalimetallen und/oder deren
Legierungen, Mischungen oder metallischen Verbindungen besteht.
2. Feingußschalenform nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das Beschichtungsmetall, gegebenenfalls in Form seiner
Legierungen, Mischungen oder Verbindungen, vor, nach oder gleich
zeitig mit der Salzbeschichtung auf die Forminnenwand aufge
bracht ist.
3. Feingußschalenform nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß das Beschichtungsmetall aus einem an sich bekannten Hartlot
für Aluminium besteht, dessen Si-Gehalt verringert ist.
4. Feingußschalenform nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge
kennzeichnet, daß ein Beschichtungsmetall verwendet wird, das
bei Vorwärmung bis 300°C an Luft eine besonders dünne Oxydschicht
ausbildet.
5. Feingußschalenform nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge
kennzeichnet, daß das Beschichtungsmetall eine Komponente
enthält, deren Reduktionsvermögen bei Abgußtemperatur größer ist
als das des Aluminiums.
6. Feingußschalenform nach einem der vorgehenden Ansprüche, da
durch gekennzeichnet, daß das Beschichtungsmetall aus einer
Aluminiumlegierung besteht, die 0 bis 10 Gew.-% Magnesium enthält
und/oder 0 bis 6 Gew.-% Silizium und/oder 0 bis 3000 ppm Yttrium
und/oder eine und/oder mehrere Seltene Erden und/oder Beryllium
und/oder Wismut und/oder Antimon enthält.
7. Feingußschalenform nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß
die Metallbeschichtung überwiegend aus TiNi und/oder TiAg und/
oder CaAl und/oder FeAl und/oder CaSi und/oder FeTi mit jeweils
etwa 1 : 1 im Atomverhältnis besteht.
8. Feingußschalenform nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß
die genannten Metall-Legierungen mit Pd und/oder einem weiteren
Edelmetall und/oder Yttrium und/oder Seltene Erden bis zu 1 Gew.-%
dotiert ist.
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