DE4232742A1 - Verfahren zum Herstellen endformnaher Formteile aus Rotguß - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen endform­ naher Formteile aus Rotguß.

Zum Herstellen endformnaher Formteile aus Aluminiumlegie­ rungen kennt man das Thixocasting. Nach dem Thixocasting wird ein thixotropes Gemenge aus flüssigen und festen Bestandteilen einer Aluminiumlegierung in Formwerkzeugen verpreßt. Der Feststoffanteil besteht aus hochschmelzenden Aluminium-Mischkristallen, während der Flüssiganteil von niedriger schmelzenden Gefügebestandteilen gebildet wird. Allerdings muß die Bildung von Dendriten bei den an sich dendritisch erstarrenden Aluminiumlegierungen verhindert werden. Denn Dendrite führen zu Rissen beim Verpressen, da sich die Dendritenarme verhaken. Aus diesem Grunde wird das thixotrope Rohmaterial im Zuge seiner Erstarrung auf mecha­ nische oder elektromagnetische Weise gerührt, um die Dendri­ ten zu brechen, so daß sich ein körniges Gefüge einstellt. Außerdem ist es bekannt, das Rohmaterial einer Kaltver­ formung und einer anschließenden Wärmebehandlung zu unter­ werfen, um im Wege einer Rekristallisation ein körniges Gefüge zu erhalten. Beide Maßnahmen sind in fertigungs- und anlagentechnischer Hinsicht aufwendig. - Grundsätzlich will man im Wege des Thixocasting Formteile herstellen, die sich durch verbesserte mechanische Eigenschaften und insbesondere erhöhte Dichtheit auszeichnen.

Die Probleme um die Verarbeitung von Rotguß zu endformnahen Formteilen sind durch das Thixocasting von Aluminiumlegie­ rungen nicht maßgebend beeinflußt worden. Rotguß - bei dem es sich um Kupfer-Zinn-Zink-Legierungen handelt - bzw. Rotguß-Formteile werden regelmäßig im Sandgußverfahren her­ gestellt, in zunehmendem Maße auch im Strangguß- und Schleudergußverfahren. Solche Kupfer-Zinn-Zink-Legierungen weisen in Abhängigkeit ihrer Zusammensetzung ein verhältnis­ mäßig breites Erstarrungsintervall auf von beispielsweise 1010°C bis 854°C. Das bedeutet, daß Rotguß-Formteile zu Mikroporösitäten neigen. Solche Mikroporösitäten stören, weil sie einen negativen Einfluß auf die mechanischen Eigenschaften und insbesondere die Dichtheit der Formteile haben. - Diese Nachteile will die Erfindung vermeiden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, wonach sich endformnahe Formteile aus Rotguß mit optimierten mechanischen Eigenschaften, insbesondere mit erhöhter Dichtheit, Festigkeit und Zähigkeit rationell und wirtschaftlich herstellen lassen.

Zur Lösung dieser Aufgabe lehrt die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen endformnaher Formteile aus Rotguß, wonach zunächst im Zuge der Herstellung des zu verwendenden Rotguß­ materials aus einem Rotguß-Ausgangsmaterial eine Rotguß­ schmelze erzeugt und diese Rotgußschmelze mit einem Korn­ feinungsmittel behandelt und mit vorgegebener hoher Ge­ schwindigkeit abgekühlt wird, so daß feine Dendriten ent­ stehen. Das erstarrte Rotgußmaterial wird einer Temperatur bis zu 1010°C ausgesetzt, wobei sich die Dendriten ein­ kugeln bzw. abrunden und einen thixotropen Zustand mit einem vorgegebenen Feststoffanteil und einem entsprechenden Flüssigkeitsanteil überführt wird, und daß die thixotrope Rotgußmasse in einem Formwerkzeug verpreßt wird. - Im Rahmen der Erfindung wird das in der beanspruchten Weise vorbe­ handelte Rotgußmaterial im Wege des Thixocastings ver­ arbeitet, ohne daß jedoch ein mechanisches oder elektro- magnetisches Rühren oder eine Kaltverformung mit an­ schließender Wärmebehandlung zur Rekristallisation erforder­ lich sind. Vielmehr wird im Zuge des erfindungsgemäßen Verfahrens das Gefüge der jeweils verwendeten Kupfer-Zinn- Zink-Legierung gefeint. Dazu dient nicht nur das Behandeln der Rotgußschmelze mit einem Kornfeinungsmittel, sondern auch eine hinreichende Abkühlungsgeschwindigkeit, damit nach der Erstarrung der Rotgußschmelze eine hinreichend feine Dendritenstruktur zur Verfügung steht. In der erzeugten Rotgußschmelze beträgt der Feststoffanteil ca. 60% bis 80 %, vorzugsweise 70% und der Flüssigkeitsanteil 40% bis 20 %, vorzugsweise 40%.

Im Rahmen der Erfindung wird als Rotguß-Ausgangsmaterial vorzugsweise eine Kupfer-Zinn-Zink-Legierung mit Cu < 80%, Sn < 1,5%, Zn < 1,0%, ggf. Pb < 2,5% und ggf. Ni < 1,5% nach DIN 1705 verwendet. Bevorzugt wird eine Legierung mit Cu 84% bis 86%, Sn 4% bis 6%, Zn 4% bis 6% und Pb 4% bis 6% verwendet.

Als Kornfeinungsmittel finden zweckmäßigerweise Kupfer­ zirkon, Kupfereisen, Kupfer Titanborid Verwendung. Das zu verwendende Rotgußmaterial kann nach Behandlung der Rotguß­ schmelze im Stranggußverfahren hergestellt oder durch Ver­ gießen in Metallkokillen erzeugt werden, vielmehr wird auf diese Weise eine für ein feines Gefüge hinreichend schnelle Abkühlung erreicht. Nach bevorzugter Ausführungsform der Erfindung wird das Rotgußmaterial zur Erzeugung einer thixo­ tropen Rotgußmasse auf eine Temperatur von 930°C bis 1010°C vorzugsweise 960°C, in Abhängigkeit von der jeweiligen Kupfer-Zinn-Zink-Legierung erwärmt, dabei kugeln sich die Dendriten ein.

Im Ergebnis lassen sich nach dem erfindungsgemäßen Verfahren endformnahe Formteile aus Rotguß herstellen, die gegenüber in herkömmlicher Weise gegossenen Ausführungsformen beacht­ liche Vorteile aufweisen, weil sie druckdicht und leckage­ frei sind, eine höhere Zugfestigkeit, Dehnung und Zähigkeit ebenso aufweisen wie eine höhere Maßgenauigkeit. Darüber hinaus läßt sich die Produktion nach dem erfindungsgemäßen Verfahren rationalisieren und besonders wirtschaftlich ge­ stalten. Da im übrigen anders als nach dem herkömmlichen Sandguß-Verfahren kein Sand benötigt wird, entfallen auch insoweit erhebliche Entsorgungskosten in bezug auf den Altsand, so daß das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren auch in bezug auf Umweltschutz positiv ist.

Claims (5)

1. Verfahren zum Herstellen endformnaher Formteile aus Rotguß, wonach zunächst im Zuge der Herstellung des zu verwendenden Rotgußmaterials aus einem Rotguß-Ausgangs­ material eine Rotgußschmelze erzeugt und diese Rotguß­ schmelze mit einem Kornfeinungsmittel behandelt und mit vorgegebener Geschwindigkeit abgekühlt wird, daß danach das erstarrte Rotgußmaterial bei einer Temperatur bis zu 1000°C - wobei sich die Dendriten einkugeln - in einen thixotropen Zustand mit einem vorgegebenen Feststoffanteil und einem entsprechenden Flüssigkeitsanteil überführt wird, und daß die thixotrope Rotgußmasse in einem Formwerkzeug verpreßt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Rotguß -Ausgangsmaterial eine Kupfer-Zinn-Zink-Legierung mit Cu < 80%, Sn < 1,5%, Zn < 1,0%, ggf. Pb < 2,5% und ggf. Ni < 1,5% nach DIN 1705 verwendet wird, vorzugsweise eine Legierung mit Cu 84% bis 86%, Sn 4% bis 6%, Zn 4% bis 6% und Pb 4% bis 6%.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Kornfeinungsmittel Kupferzirkon, Kupfereisen, Kupfer TiB₂Basis verwendet wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das zu verwendende Rotgußmaterial nach Behandlung der Rotgußschmelze im Stranggußverfahren herge­ stellt oder durch Vergießen in Metallkokillen erzeugt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Rotgußmaterial zur Erzeugung einer thixotropen Rotgußmasse mit kugelförmigen Dendriten auf eine Temperatur von 930°C bis 1010°c, vorzugsweise 960°C erwärmt wird, wobei die Dendriten in eine kugelige Form überführt werden.