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Verfahren zum Herstellen von Verbundgußstücken Legierungen mit besonderen
chemischen oder physikalischen Eigenschäften, z. B. Magnetlegierungen oder verschleißfeste
Legierungen, sind mitunter so hart und spröde, daß eine Formgebung durch .spanabhebende
Bearbeitung sehr schwierig, wenn nicht unmöglich ist. Werkstücke aus diesen Legierungen
werden vorwiegend im Formgußverfahren hergestellt und durch Schleifen bearbeitet.
Dadurch ist die Formgebung der Werkstücke naturgemäß beschränkt, da man fast ausschließlich-
auf die Möglichkeiten angewiesen ist, die die Form- und -Gießtechnik bietet: ,So
ist es beispielsweise gießtechnisch praktisch nicht möglich, Durchbrüche und Vertiefungen
unter etwa ¢ mm in den zu gießenden Werkstücken zu erhalten, da entsprechend große
Ölkerne sich in die Form nicht einsetzen lassen.
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Es ist bereits bekannt, metallische Kerne aus niedriger schmelzenden,
spanabhebend bearbeitbaren Metallen oder Legierungen nachträglich in- zunächst beim
Gießen stärker gehaltene Öffnungen der- Metallstücke einzugießen oder massive, bearbeitbare
metallische Kerne in die Öffnungen einzupressen. Diese
Verfahren
haben jedoch den Nachteil',, daß durch die Wärme- oder Druckspannungen die gegossenen
Werkstücke sehr leicht zerstört werden.
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Weiter ist bekannt, metallische, spanabhebend bearbeitbare Kerne und
Bolzen aus geschmiedetem Werkstoff in dieForm einzusetzen und zu umgießen. Die verschieden
große Wärmeausdehnung von Gußmasse und Kern führt bei der Wärmebehandlung dieser
Stücke sehr häufig zu Spannungsrissen. Oft entstehen diese auch bereits durch die
Abschreckwirkung der eingegossenen massiven Kerne. Sodann wirken sich schon geringe
Kernverlagerungen häufig äußerst nachteilig aus.
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Es ist ferner noch ein Vorschlag bekanntgeworden, allerdings nicht
beärbeitbare, sondern verschleißfeste Auflagen oder Einlagen aus hartmetallähnlichemWerkstoff
zuerzielen. Das Verfahren besteht darin, die harten Bestandfeile des Hartmetalls,
d. h. die Karbide der hochschmelzenden Metalle, in Pulverform in die Gußformeinzubringen.
Die aufgegossene Gußmasse durchtränkt das Pulver, wodurch eine harte Schicht entsteht,
die durch das Gußmetall in sich gebunden ist. Die physikalischen und chemischen
Eigenschaften schwanken jedoch stark, da das Maß des Durchtränkens mit Gußmetall
nicht zu beherrschen ist.
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Die nach den bekannten Verfahren hergestellten Werkstücke haben stets
verschiedene Legierungszusammensetzung für Kern, Auflage oder Einlage einerseits
und Gußwerkstoff andererseits. Eine Beeinträchtigung der physikalischen oder chemischen
Eigenschaften des Formgußstückes durch denKernwerkstoff, und umgekehrt, ist daher
vielfachnichtzuumgehen. Gegenstand der Erfindung ist nun ein Verfahren zur Herstellung
von Formgußstücken, welches gestattet, die geschilderten Nachteile vollständig zu
vermeiden. Erfindungsgemäß werden Werkstücke aus spröden, harten oder verschleißfesten
Legierungen, die an einzelnen Stellen spanabhebend bearbeitet -werden söllen, im
Formgußverfahren unter Verwendung von metallischen, in die Gießformen eingesetzten
Kernen und/oder Randstücken erzeugt, welche ihrerseits aus zerkleinertem metallischen%
Werkstoff auf dem Sinterwege$ergestellt sind. Das Sintern erfolgt nach einem der
üblichen Verfahren mit oder ohne Bindemittel. Die Bindemittel können aus einem Metall
oder einerLegierungbestehen, die einen niedrigeren Schmelzpunkt haben als die Legierung
des Gußstückes, mit welchem die Sinterkörper-ein einheitliches Ganzes bilden sollen:
Als Bindemittel können auch Legierungen verwendet werden, die bei hoher Temperatur
und/oder hohem Druck plastisch werden. Die Formgebung vor dem Sintern kann durch
das Pressen allein erfolgen oder auch durch Pressen und Vor-Sintern, wobei die Formgebung
wenigstens teilweise im vorgesinterten Zustand erfolgt. Vorzugsweise sollen diese
Kern- und/ oder Randstücke die gleiche Zusammensetzung haben wie die Gußlegierung.
Es wird dabei von der Erkenntnis ausgegangen, daß im gegossenen Zustand spröde,
grobkristalline Legierungen auf dem Sinterwege, insbesondere unter Verwendung genügend
fein zerkleinerten Werkstoffs . hergestellt, feinkörnig und mit spanabhebenden Werkzeugen
bearbeitbar sind.
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Diese Bearbeitbarkeit durch spanabhebende Werkzeuge wird noch erhöht,
wenn die einzusetzenden Kern- und/oder Randstücke zunächst mit geringerer Dichte
hergestellt werden. Gleichzeitig kann dadurch die gegebenenfalls bei stärkeren Kernen
und/oder Randstücken mögliche Abschreckwirkung bei der Erstarrung der Güßstücke
vollständig ausgeschaltet werden.
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Es gehört zum Wesen der Erfindung, daß bei der Erstarrung der schmelzflüssigen
Legierung zumindest eine teilweise Legierungsbildung zwischen dieser und den eingesetzten
Kern- und/oder Randstücken erfolgt. Diese Legierungsbildung tritt verstärkt bei
Kernen geringerer Dichte ein. Durch nachfolgende Wärmebehandlungsverfahren, z. B.
durch eine Diffusionsglühung, läßt sich der mechanische Zusammenhang zwischen eingesetzten
Kernen und/oder Randstücken stark erhöhen. Hervorzuheben ist ferner die keimbildende
Wirkung der eingesetzten Kerne auf die erstarrende Schmelze, die auch bei der Gußlegierung
in der Nähe der Kerne ein feinkörniges Gefüge zu erzielen gestattet, selbst bei
sehr heiß vergossenen Chargen.
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Es ist an sich bekannt, spanabhebend bearbeitbareWerkstücke vollkommen
aus harten, spröden oder verschleißfesten Legierungen herzustellen und sich hierzu
des Sinterns zu bedienen, Jedoch ist hierbei die Formgebung weitgehend von den Preßbedingungen
abhängig, und es sind, somit nur verhältnismäßig einfache und nicht zu große Formen
möglich. Ferner ist dieses Verfahren nur bei hohen Stückzahlen wirtschaftlich in
Anbetracht der jeweils erforderlichen teueren und genau gearbeiteten Preßmatrizen
und -stempel. Größere Werkstücke -lassen sich nach diesen Verfahren wegen der anzuwendenden
hohen Drücke und der damit erforderlichen großen Pressen nur unwirtschaftlich herstellen.
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Bei Anwendung des Verfahrens gemäß der Erfindung lassen sich dagegen
beliebig gestaltete und auch größere Werkstücke im weit billigeren Formgußverfahren
erzeugen. Die in die Formen einzusetzenden Kerne und/oder Randstücke, die im fertigen
Gußstück Einlagen oder Auflagen bilden, lassen. sich auf gewisse immer
-wieder zu verwendende einfache
-Grundformen beschränken.
Es .ist- auch möglich, die Teile aus mehreren preßtechnisch leicht zu erzeugenden
Einzelstücken zusammenzusetzen, die, beliebig miteinander verbunden, vor allem durch
die Legierungsbildung mit dem Gußwerkstoff zusammengehalten werden. Das beschriebene
- Verfahren -zur -Herstellung von Formgußstücken unter Verwendung von Teilen, die
nach den Verfahren- der Metallkeramik gewonnen sind, bedeutet also einen wesentlichen
Fortschritt gegenüber dem bisherigen Stand der Technik: Das Verfahren gemäß -der
Erfindung ist nicht auf- die Anwendung der gleichen Legierungszusammensetzung für
die Kerne, Einlagen und Auflagen und für die Gußlegierung beschränkt, die- allerdings.
vielfach von ausschlaggebender Bedeutung ist. Um besonderen Anforderungen an die-Ein-
und Auflagen zu genügen, ist es jedoch oft- günstig, wenn diese sich zwar- in der
mengenmäßigen Zusammensetzung- von derjenigen der Gußlegierung unterscheiden, jedoch
aus den gleichen chemischen Grundstoffen aufgebaut sind wie diese. Es ist dabei
vorteilhaft, wenn die verschieden zusammengesetzten Legierungen- in ihrer Wärmeausdehnung
zwischen Räumtemperatur und Schmelzpunkt um nicht mehr, als etwa roo/o voneinander
abweichen: Weitere Möglichkeiten des Verfahrens- gemäß der -Erfindung bestehen darin;
solche gesinterten Kern--und/öder Randstücke zu verwenden,-welche aus einem- Gemenge
mehrerer Metall- und/oder Legierungspulver, gegebenenfalls auch unter Zusätzen von
Metalloidpulvern, hergestellt sind. Es-ist dadurch beispielsweise möglich, Lagereigenschaften
od. dgl. zu erzielen. - Vorbedingung ist nur, däß eine Legierungsbildung zwischen
den eingesetzten metallkeramischen Körpern und der Gußlegierung stattfindet. Es
genügt hierbei; z. B. wenn der metallkeramische Kern aus zwei oder mehreren, ineinander
im flüssigen und/oder festen Zustand ganz oder teilweise unlöslichen Bestandteilen-.
aufgebaut ist, daß einer dieser Bestandteile-zur-teilweisen oder vollständigen Mischkristallbil'dung
mit der Gußlegierung befähigt ist.
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Für die Legierungsbildung zwischen Gußlegierung und Kernen bzw. Randstücken
ist es oft von Vorteil, wenn diese vor dem Einsetzen in die Form einer Reduktionsbehandlung.unterworfen
werden: Weiterhin ist eine Erleichterung der Legierungsbildung dadurch möglich,
daß die- Kerne vorher mit einen dünnen überzug -versehen werden aus einem Metall
oder -einer Legierung niedrigeren Schmelzpunktes oder aus einer bei hoher Temperatur
bzw. unter hohem Drück plastisch werdenden Legierung. Solche Überzüge können z.
B elektrolytisch oder mittels eines Metallspritzverfahrens aufgebracht werden. Solche
Metalle öder Legierungen können aber auch bereits in den in-die Form einzusetzenden
Kernen oder Randstücken vorhanden sein.
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Eine Ausführungsform des Verfahrens gemäß der Erfindung besteht darin,
bei Herstellung eines Gußstückes gleichzeitig verschiedenartig zusammengesetzte
oder hergestellte Kern- und/oder Randstücke zu verwenden. Auch können neben den
metallischen Kernen und/oder Randstücken in üblicher Weise gleichzeitig auch ölsandkerne
od. dgl. benutzt werden, die aus dem fertigen Gußstück entfernt werden.
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Größe und Form der einzusetzenden Kerne und/oder Randstücke sind im
einzelnen von der Größe der zu bearbeitenden Fläche, - der Bohrung od. dgl. wie
auch von der Gesamtgröße des Werkstückes abhängig. Da ein einwandfreies Verschweißender
Kerne und/oder Randstücke beim Gießen- gewährleistet sein soll, ergibt sich eine
von Gußstück zu Gußstück und Legierung zu Legierung verschiedene ungefähre obere
Grenze des Verhältnisses von ' deren Gewicht zum Gesamtgewicht. jedoch läßt sich
-dieser Wert oft noch- z. B. durch Änderung- der Anschnittechnik, - durch
Setzen -größerer Trichter; durch Vorwärmen der Formen, durch Aufbringung einer geeigneten
Legierungsschicht auf die Kerne bzw. Randstücke, durch Zusatz eines geeigneten metallischen
Bindemittels oder auch durch eine Steigerung der Gießtemperatur erhöhen. Aus wirtschaftlichen
Gründen wird man die Kerne und Randstücke stets möglichst klein halten. Es empfiehlt
sich Jedoch, sie so groß zu wählen, daß auch bei einer geringen Kernverlagerung
genügend Zugabe vorhanden ist, um die Gefahr des Ausbrechens in unmittelbarer Nähe
der- Verbundschicht zu vermeiden.
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Würde der Gießstrahl unmittelbar auf einen eingesetzten Kern gemäß
der Erfindung treffen, so wäre hier die Möglichkeit einer örtlichen Auswaschung
gegeben, die dann durch. die Gußlegierung _ ausgefüllt würde. Auf diese Weise würde
eine nicht mehr spanabhebend beärbeitbare Stelle entstehen. Es ist daher entweder
der -Anschnitt des Bußstückes so . zu wählen, daß beim Gießen die eingesetzten metallischen
Teile vom Gießstrahl umspült werden, oder aber die Kerne sind. an Stellen, an denen
ein Auftreffen des- Gießstrahles nicht zu vermeiden ist, von vornherein zu verstärken.
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Dort wo für die Kerne .ein geringerer Wärmeabfluß während der Erstarrung
. entsteht, also besonders zur Mitte der Gußstücke hin, ist mit erhöhter Legierungsbildung
zu rechnen. Es ist daher zweckrriäßig, zur Mitte hin verstärkte Kerne zu wählen.
Gleichzeitig wird dadurch selbst im Fall schlechter Bindung -zwischen den Kernen
und der gegossenen
Legierung ein genügend fester .Sitz gewährleistet.
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Werden Kerne verwendet, die im Vergleich zum Gußwerkstoff geringere
Dichte oder höhere Plastizität aufweisen, so ist oft noch deren nachträgliche Warm-
oder Kaltverformung, gegebenenfalls gefolgt von einer Diffusionsglühung vor oder
nach einer spanabhebenden Bearbeitung der nach dem Verfahren gemäß der Erfindung
hergestellten Werkstücke, angebracht und von Vorteil. Im Fall der Kaltverformung
ist an Stelle der Diffusionsglühung vielfach auch eine Erholungsglühung ausreichend.
Der Kernwerkstoff geringerer Dichte oder höherer Plastizität. vermag die bei den
Verformungsverfahren auftretenden Spannungen in der Hauptsache aufzunehmen, ohne
den Gußwerkstoff zu gefährden. Es ist so z. B. möglich, Buchsen, in die ein Gewinde
geschnitten werden soll, in die Kerne einzupressen, ohne daß das Gußstück auseinandergesprengt
wird.
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Es ist weiter möglich, die nach dem beschriebenen Verfahren hergestellten
Gußstücke nachträglich den bei dem Werkstoff des Formgußstückes üblichen Glüh-,
Normalisier-, Härte-, Vergütungs- und/oder Anlaßbehandlungen bzw. einer Wärmebehandlung
im Magnetfeld zu unterwerfen. Diespanabhebende Bearbeitung kann in solchen Fällen
vor oder nach den erwähnten Behandlungen durchgeführt werden.
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In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel für die Anwendung des.
Verfahrens gemU derErfindung-diargestellt.ÜheAbb-. i stellt im Schnitt einen Magnetanker
aus einer Eisen-Nickel-Aluminium-Dauermagnetlegierung mit etwa, a8 % Ni und
etwa 13 % Al bisher üblicher Art dar. Der Anker i aus gegossenem Dauermagnetwerkstoff
ist mit einem eingegossenen zylindrischen Bolzen 2 aus Weicheisen versehen, in den
das Gewinde für eine Führungsbuchse eingeschnitten wird. Bei dieser Form der Ausführung
ergibt sich ein außerordentlich starker Ausfall durch Härtebruch. Ferner wirkt der
eingeschlossene Eisenbolzen als magnetischer Kurzschluß.
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DieAbb. 3 zeigt einen solchen Dauermagnetanker 4 nach dem Verfahren
gemäß der Erfindung hergestellt, wobei als Kern ein Körper 3 nach Abb. 2 verwendet
wunde. Der Körper 3 ist auf dem Sinterwege aus pulverförmigen Ausgangsstoffen hergestellt
und hat praktisch die gleiche Zusammensetzung wie der Körper 4. Der Körper 4 wird
auf dem Gußwege hergestellt, wobei der Körper 3 als Kern in die Gießform eingesetzt
wird. Der Körper 3 ist in der Mitte stärker ausgeführt als an den Enden, um dem
infolge Wärmestaues in der Formmitte stärkeren Abschmelzen Rechnung zu tragen. Die
strichpunktierten Linien 5 deuten an, wie weit der ursprünglich eingesetzte Kern
3 abgeschmolzen ist. Nach der für derartige Magnetkörper üblichen Wärmebehandlung
ist der Kern 3 unter Verwendung üblicher Hartmetallwerkzeuge mit einer Bohrung 6
versehen worden. Die Bohrung könnte auch von vornherein im Körper 3 vorgesehen werden.
Dauermagnete dieser Art lassen sich so mit bedeutend geringerem Härteausschuß herstellen,
und darüber hinaus zeigen die Magnete, in Systeme eingebaut, erhöhte magnetische
Leistung.
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Die Abb..4 stellt einen ähnlichen Magneten dar wie Abb. 3, jedoch
mit einem Kern 3 geringerer Dichte. Nach Vorbohren ist in den Kern nachträglich
eine zur Aufnahme eines Gewindes bestimmte Messingbuchse 7 warm eingepreßt. , Der
Magnet nach der Abb. 5 ist mit einem Kern 3 versehen, der mit beiden Enden aus dem
Körper 4 herausragt. In der Abb. 6 ist der Kern aus zwei aneinandergesetzten Kegelstümpfen
3' und 3" gebildet, deren Gestalt vor dem Eingießen des Gußwerkstoffes in die Form
durch die strichpunktierten Linien 5 angedeutet ist.
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Nicht nur Dauermagnete aus Eisen-Nickel-Aluminium-, Eisen-Kobalt-Nickel-
oder Eisen-Kobalt-Nickel-Titan-Legierungen mit den üblichen Zusätzen und Beimengungen
von Kupfer, Mangan, Silicium, Kohlenstoff, Chrom, Molybdän oder Wolfram haben, nach
dem Verfahren gemäß der Erfindung hergestellt, besondere Vorzüge, sondern auch Gußstücke,
die beispielsweise Zwecken zugeführt werden, bei denen es auf Verschleißfestigkeit,
große Härte od. dgl. ankommt. Die spanabhebend zu bearbeitenden Stellen dieser Gußstücke
sind mit Ein- oder Auflagen versehen, die auf dem Sinterwege erzeugt sind und die
sich trotz -ihrer erheblich besseren Bearbeitbarkeit in das Gußstück vollkommen
einfügen. .