EP1105236B1 - Giesswerkzeug für das giessen von formteilen aus nicht-eisenmetallen - Google Patents

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EP1105236B1
EP1105236B1 EP99946021A EP99946021A EP1105236B1 EP 1105236 B1 EP1105236 B1 EP 1105236B1 EP 99946021 A EP99946021 A EP 99946021A EP 99946021 A EP99946021 A EP 99946021A EP 1105236 B1 EP1105236 B1 EP 1105236B1
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EP
European Patent Office
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casting
heavy
casting tool
metal
particles
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EP99946021A
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EP1105236A1 (de
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Fidelius Greiner
Marion Von Cetto
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gesellschaft Fuer Wolfram Industrie MBH
Plansee SE
Original Assignee
Gesfuer Wolfram Industrie Mbh
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    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D17/00—Pressure die casting or injection die casting, i.e. casting in which the metal is forced into a mould under high pressure
    • B22D17/20—Accessories: Details
    • B22D17/22—Dies; Die plates; Die supports; Cooling equipment for dies; Accessories for loosening and ejecting castings from dies
    • B22D17/2209—Selection of die materials
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B22C—FOUNDRY MOULDING
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    • B22C9/061—Materials which make up the mould
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
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    • B22D15/04—Machines or apparatus for chill casting
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C27/00—Alloys based on rhenium or a refractory metal not mentioned in groups C22C14/00 or C22C16/00
    • C22C27/04—Alloys based on tungsten or molybdenum

Definitions

  • casting tools e.g. molds or casting molds needed to transfer an almost finished component.
  • Welding or gluing occurs when a Light metal casting solidifies in contact with the mold surface. At the Ejecting from the mold can then damage the mold surface arise.
  • JP 05 000 354 discloses a shaped body which essentially consists of tungsten is sintered. On the surface of the molded body, the cavity in which a Cast part is poured, an oxide layer forms. About the The shape of the particles from which the shaped body is sintered is not disclosed here.
  • this task is performed according to the Invention solved by the use of high-melting heavy metals as a material for the production of casting molds for the casting of molded parts Non-ferrous metals.
  • tungsten, Tungsten alloys, molybdenum or molybdenum alloys are used.
  • the molds or casting molds can be completely removed from the high-melting heavy metal or the heavy metal alloy or Steel exist, the effective non-ferrous metal during the casting process facing surfaces with the high-melting heavy metal or whose alloys are sufficiently coated.
  • the alloys of tungsten consist of at least 30% Tungsten (W) and beyond mainly from the alloying elements Nickel (Ni), iron (Fe) and copper (Cu).
  • Another advantage of the invention has resulted from the fact that in particular Magnesium alloys can now be painted.
  • the vanishingly small Dissolution of the molding material also leads to a significant increase in tool life the mold or casting mold during the manufacturing processes.
  • the high-melting Heavy metal alloys especially the tungsten alloy, as Shaped element or coating of the shaped element or contact part for to be produced molded part not within the molded element as a cast Part, but instead of a sintered part, which is made of a framework of microscopic particles, especially monocrystals of heavy metal, which is firmly linked to each other by a binding matrix are connected, and which also contains the heavy metal.
  • the particles or grains are spherical, ideally spherical.
  • alloying elements which are made up of the elements 22 to 29 or 40 to 47 or 72 to 79 of the Periodic Table of the Elements should be selected, and in particular from the group of elements 25 to 29 or 46 and 78 should be chosen, and if possible no more than include three alloy elements in total, so that a dense Material arises.
  • the proportion of the surface of the heavy metal particles can be on the contact surface at the expense of the binding matrix proportions can be increased by the contact area of the molded element towards the molded part after sintering the molded element mechanically processed, for example by machining acceptance such as Milling or grinding, but also by eroding.
  • tungsten as a heavy metal component the entire shaped element made of the tungsten alloy, or one with the base part (e.g. made of iron) screwed or otherwise positively connected Contact part.
  • the base part e.g. made of iron
  • no warping of the contact part made of the heavy metal alloy takes place when heated, which yes - for reasons of material savings with the Tungsten alloy - only relatively thin dimensions will be used while the mechanical stability and compressive strength through the outside adjacent base part should be guaranteed.
  • the binding matrix 7 shares viewed in depth at the contact surface, preferably funnel-shaped educated.
  • the contact part 5 or shaped element becomes - as shown in dash-dotted lines - an increasing Release of material from the binding matrix 7 from the contact surface 10 take place, so that here a formation of cavities in the contact surface 10 in Area of the binding matrix 7 will take place.

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Description

I. Technischer Hintergrund
Für das Herstellen von Formteilen aus Nicht-Eisenmetallen, insbesondere aus Aluminium oder Magnesium, durch Gießen werden Gießwerkzeuge, z.B. Kokillen oder Gieß-Formen benötigt, um ein nahezu fertiges Bauteil überführen zu können.
Solche Bauteile können als Halbzeuge, als Konstruktionsbauteile, als Fertigteile oder ähnliches der Weiterverarbeitung oder dem eigentlichen Gebrauchszweck zugeführt werden. Die hierzu benötigten Kokillen oder Gieß-Formen bestehen aus geeigneten Stählen, d.h. aus Eisenmetallen.
Es hat sich gezeigt, dass Gießwerkzeuge (Kokillen, Tiegel, Ansaugrohre, Pyrometer-Schutzrohre usw.) aus diesen Werkstoffen den großen Belastungen durch den intensiven Kontakt mit flüssigen Leichtmetallen oft nicht gewachsen sind. Schäden an der Oberfläche und damit der Austausch verschlissener Gießwerkzeuge sind die Folge. Diese Schäden äußern sich in Auswaschungen und Brandrissen. Auswaschungen entstehen durch Erosion, Korrosion und Anschweißungen. Brandrisse sind eine Folge thermischer Ermüdung der beteiligten Werkstoffe.
Als Erosion bezeichnet man den mechanischen Verschleiß, welcher durch hohe Strömungsgeschwindigkeiten von Leichtmetallen wie Aluminium und Magnesium beim Gießen hervorgerufen wird. Die Erosion der Gießwerkzeuge ist um so geringer je widerstandsfähiger die verwendeten Werkstoffe unter den eingesetzten Bedingungen sind.
Der Begriff Korrosion faßt alle physikalischen Effekte zusammen, welche das Auflösen der Gießwerkzeuge begünstigen. Diesem Mechanismus liegt die Tatsache zugrunde, daß die meisten Legierungselemente des Stahls in den Leichtmetallen Aluminium und Magnesium löslich sind. Diese Auflösung führt mit der Zeit zu einem erheblichen Materialabtrag.
Zu Anschweissungen oder auch zum Verkleben kommt es, wenn ein Leichtmetallgussstück im Kontakt mit der Formoberfläche erstarrt. Beim Auswerfen aus der Form können dann Schäden an der Formoberfläche entstehen.
Mit den Auswaschungen ist eine Materialverschleppung in das Gussteil verbunden. Diese Verunreinigungen können schwerwiegende Konsequenzen haben.
Es hat sich nun gezeigt, dass Bauteile aus Nicht-Eisenmetallen insbesondere aus Aluminium oder Magnesium und deren Legierungen, die mittels solcher Kokillen und Formen hergestellt worden sind, bei der Weiterverarbeitung - insbesondere im Automobilbau -, zu erheblichen Schwierigkeiten führen und darüber hinaus eine starke Korrosionsneigung zeigen.
So lassen sich z.B. zwischen aus Aluminium gegossenen Karosserieteilen auf einfache Weise keine dauerhaft festen Schweißverbindungen herstellen. Eine weitere Schwierigkeit hat sich beim Lackieren von aus Magnesium oder Magnesium-Legierungen bestehenden Fertigteilen, wie sie insbesondere für Automobile z.B. in der Form von Tür- und Kofferdeckelgriffen benötigt werden, ergeben; solche Teile nehmen beim Lackieren nur teilweise die aufgebrachten Farben an und korrodieren nach ihrer Herstellung sehr rasch.
Die JP 05 000 354 offenbart einen Formkörper, der im Wesentlichen aus Wolfram gesintert ist. An der Oberfläche des Formkörpers, die dem Hohlraum, in dem ein Gußteil gegossen wird, zugewandt ist, bildet sich eine Oxidschicht aus. Über die Form der Partikel, aus denen der Formkörper gesintert ist, ist hier nichts offenbart.
a) Technische Aufgabe
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, hier Abhilfe zu schaffen.
b) Lösung der Aufgabe
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Ausgehend von der durch viele Versuche ermittelten Erkenntnis, dass ursächlich für die eingangs genannten Schwierigkeiten das Verschleppen und Auswaschen von Legierungsbestandteilen aus der Kokille oder Form beim Gießvorgang der Nicht-Eisenmetalle und deren Überführung in die Oberflächenschicht des jeweiligen Gussteiles oder Spritzgussteiles ist, wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung gelöst durch die Verwendung von hochschmelzenden Schwermetallen als Werkstoff zur Herstellung von Gießformen für das Gießen von Formteilen aus Nicht-Eisenmetallen.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung werden als Schwermetall Wolfram, Wolfram-Legierungen, Molybdän oder Molybdän-Legierungen verwendet.
Hierbei können die Kokillen oder Gießformen vollständig aus dem hochschmelzenden Schwermetall oder der Schwermetall-Legierung oder aber aus Stahl bestehen, deren wirksame während des Gießvorganges dem Nicht-Eisenmetall zugewandten Flächen mit dem hochschmelzenden Schwermetall oder dessen Legierungen ausreichend stark beschichtet sind.
Erfindungsgemäß bestehen die Legierungen des Wolfram aus mindestens 30% Wolfram (W) und darüber hinaus hauptsächlich aus den Legierungselementen Nickel (Ni), Eisen (Fe) und Kupfer (Cu).
Unter Verwendung der erfindungsgemäßen Gießwerkzeuge kommt es nicht, zumindest aber nur zu geringen Auswaschungen und Brandrissen des Gießwerkzeugwerkstoffs. Hierfür sind mehrere Eigenschaften des Werkstoffs verantwortlich. Durch seine hohe Warmhärte und gute Anlassbeständigkeit setzt er dem mechanischen Verschleiß durch strömende flüssige Metalle einen hohen Widerstand entgegen. Es treten deshalb deutlich weniger Erosionserscheinungen auf als bei Verwendung herkömmlicher Werkstoffe. Die Schwermetalle, insbesondere Wolfram und Molybdän, gehen bei den verwendeten Gießtemperaturen und -zeiten in nur sehr geringen Mengen in Lösung, so dass kaum Korrosion zu beobachten ist. Zusätzlich behindert die bei den verwendeten Gießtemperaturen in geringem Maße stattfindende Oxidation der Schwermetalle das Anschweißen der Leichtmetalle an die Gießform. Eine Beschädigung der Gießform durch Anschweißen wird hierdurch wirksam verhindert. Seine Struktur und seine mechanischen Eigenschaften aber auch seine vergleichsweise geringe Wärmeausdehnung machen den Werkstoff zudem sehr beständig gegen thermische Ermüdung. Er ist deshalb kaum anfällig gegen Brandrisse.
Dies hat zur Folge, dass das zur Herstellung der Formteile verwendete Leichtmetall nicht oder nur sehr gering verunreinigt wird und die Kokille bzw. die Form nicht oder nur wenig verschleißt.
Somit lassen sich Leichtmetall-Gusslegierungen mit höherer Reinheit als bisher möglich herstellen. Es hat sich gezeigt, dass damit die Schweißbarkeit von Leichtmetall-Legierungen deutlich verbessert und gleichzeitig die Korrosionsneigung stark vermindert wird.
Die deutliche Verbesserung der Schweißbarkeit von Aluminiumgussteilen durch Verwendung der erfindungsgemäßen Gießformen ist besonders vorteilhaft bei der Herstellung von Aluminiumgussteilen zusammengesetzten Chassis und Karosserien für den Automobilbau.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung hat sich daraus ergeben, dass insbesondere Magnesium-Legierungen nunmehr lackierbar werden. Die verschwindend geringe Anlösung des Formwerkstoffes führt zudem zu einer signifikanten Standzeiterhöhung der Kokille bzw. Gießform während der Herstellungsprozesse.
Die aus den hochschmelzenden Schwermetallen herzustellenden Gießwerkzeuge, Kokillen, Druck- und Gießformen können jede beliebige Form und Ausbildung entsprechend dem angewendeten Herstellungsprozess und dem für den Herstellungsprozess zu verwendenden Werkstoff aufweisen.
Darüber hinaus hat es sich als vorteilhaft erwiesen, die hochschmelzenden Schwermetall-Legierungen, insbesondere die Wolfram-Legierung, als Formelement bzw. Beschichtung des Formelementes oder Kontaktteil zum herzustellenden Formteil hin innerhalb des Formelementes nicht als gegossenes Teil zu verwenden, sondern stattdessen aus einem gesinterten Teil, welches aus einem Gerüst aus mikroskopisch kleinen Partikeln, insbesondere Monokristallen des Schwermetalls besteht, die durch eine Bindematrix fest miteinander verbunden sind, und die ebenfalls das Schwermetall enthält.
Die Partikel bzw. Körner (Monokristalle) sind dabei sphärisch, idealerweise kugelförmig.
Die Mengenverhältnisse im Formelement, bzw. dem Formelement, welches aus einer Schwermetall-Legierung besteht, sind dabei so zu wählen, und das SinterVerfahren ist dabei so durchzuführen, dass ein Formelement mit hoher mechanischer Festigkeit und gleichzeitig geringem Mengenanteil der dem Schwermetall beigefügten Legierungselemente an der Kontaktfläche zwischen Formelement und Formteil erzielt wird.
Insbesondere bei Wolfram als verwendetem Schwermetall ist dies erzielbar, wenn die etwa kugelförmigen Partikel aus Wolfram einen Durchmesser von 10 um bis 40 µm, insbesondere von 20 µm bis 30 µm besitzen. Die Größe dieser Partikel wird einerseits durch die prozentualen (alle in der vorliegenden Anmeldungen angegebenen Prozentangaben sind Gewichtsprozente) und andererseits durch die physikalischen Parameter des Sinter-Vorganges beeinflusst.
Würden die Partikel, beispielsweise aus Wolfram, einen größeren Durchmesser besitzen, so würde die Zugfestigkeit des entsprechenden Sinter-Teiles zu gering werden, und damit seine Temperaturwechselbeständigkeit abnehmen.
Mit sinkendem Durchmesser der Partikel steigt zunehmend die Gefahr des Herauslösens solcher z.B. Wolfram-Partikel aus dem gesinterten Formelement beim Gießen des Formteiles aus der Kontaktfläche heraus mit der Folge einer Einlagerung in die oberflächennahen Bereichen des Formteiles. Diese Verunreinigung würde wieder zu undefinierten Veränderungen des Korrosionsverhaltens, der Abriebfestigkeit, der spanenden Bearbeitbarkeit und der Lackierfähigkeit führen.
Da beim Sintern die Korngröße zunimmt, je länger die Zeitdauer des Sinterns ist, und je höher die Temperatur ist, bei der das Sintern stattfindet, kann durch die Art des Sintervorganges die Größe der Partikel aus Schwermetall gesteuert werden.
Dabei muss zusätzlich berücksichtigt werden, dass der Sintervorgang in Abhängigkeit von der Zugabe an Legierungselementen, die ja aus den Elementen 22 bis 29 bzw. 40 bis 47 bzw. 72 bis 79 des Periodensystems der Elemente gewählt werden sollen, und dabei insbesondere aus der Gruppe der Elemente 25 bis 29 bzw. 46 und 78 gewählt werden sollen, und nach Möglichkeit nicht mehr als drei Legierungselemente in der Summe umfassen, so geführt wird, daß ein dichter Werkstoff entsteht.
Die Bindematrix selbst ist ein Metallgittergefüge, welches aus der Schmelze der zulegierten Elemente, z.B. Nickel und Eisen besteht, in welcher auch das Schwermetall in geringem Maße gelöst wird - bei Wolfram bis zu 30% Wolfram in der Bindematrix. Es ist auch ein Sintern bei so niedrigen Temperaturen möglich, daß die Elemente der Bindematrix dabei nicht in Schmelze übergehen, sondern in fester Phase verbleiben.
Beim Herstellen von Formteilen aus Aluminium sollte insbesondere auf Kupfer als Bestandteil der Legierung verzichtet werden, da Kupfer gleichzeitig im Formteil aus Aluminium vorliegt, und deshalb zum Eingehen einer Verbindung mit dem Formteil neigt.
Neben dem Nachteil der abnehmenden Zugfestigkeit bei zu großen Partikeldurchmessern aus Schwermetall vergrößert sich auch der Durchmesser derjenigen Kontaktflächen, die durch die Bindematrix erzeugt werden. Je kleiner diese Bindematrix-Kontaktflächen sind, umso größer ist die Wahrscheinlichkeit, dass durch mechanische Abrasion, Haftenbleiben am Formteil u.ä. Partikel aus der Bindematrix herausgelöst und im Formteil in oberflächennahen Bereichen eingelagert werden.
Die angegebene Durchmessergröße der Schwermetall-Partikel stellt daher einen optimalen Mittelweg dar.
Weiterhin kann an der Kontaktfläche der Flächenanteil der Schwermetall-Partikel zu Lasten der Bindematrix-Anteile vergrößert werden, indem die Kontaktfläche des Formelementes zum Formteil hin nach dem Sintern des Formelementes mechanisch bearbeitet werden, beispielsweise durch spanende Abnahme wie Fräsen oder Schleifen, aber auch durch Erodieren, bearbeitet wird.
Dadurch werden die aus Schwermetall bestehenden Partikel an der Kontaktfläche gekappt, so dass deren sphärische Form auf der Kontaktseite eine ebene Fläche aufweist. Da beim Sintern sich die sphärischen Partikel an die Außenfläche der Sinterform anlegen, wird gegenüber dieser Ausgangsstruktur der Flächenanteil der Partikel gegenüber dem Bindematrixanteil in der Kontaktfläche vergrößert, und dadurch auch die Breite der Bindematrix-Kontaktflächen auf maximal 1 µm bis 5 µm verringert.
Der große Benetzungswinkel zwischen Wolfram und den Leichtmetallen wie Al und Mg in Verbindung mit den geringen Stegbreiten der Bindematrix verhindert ein Unterspülen und damit das Herauslösen von Schwermetallpartikeln.
Ob die Schwermetall-Legierung auf dem Formelement als dünne, insbesondere im nicht-festen Zustand aufgebrachte, also pulverisierte oder flüssige, Beschichtung aufgebracht werden kann, oder in Form eines blechartigen dünnen Überzuges, hängt von der Verformbarkeit der Schwermetall-Legierung und/oder deren Schmelzpunkt im Vergleich zum Schmelzpunkt des Basisteiles des Formelementes ab.
Bei Verwendung von Wolfram als Schwermetall auf einem Basisteil aus Eisen ist wegen des vergleichsweise niedrigen Schmelzpunktes von Eisen im Vergleich zu Wolfram ein Aufschweißen des Wolframs weder in flüssigem noch im pulverisierten Zustand (durch Sintern) möglich, wohl aber durch thermisches Spritzen, wie z. B. Plasmaspritzen.
Vorzugsweise besteht daher bei Wolfram als Schwermetall-Bestandteil entweder das gesamte Formelement aus der Wolfram-Legierung, oder ein mit dem Basisteil (z.B. aus Eisen) verschraubtes oder anderweitig formschlüssig verbundenes Kontaktteil. Dabei ist darauf zu achten, dass aufgrund des unterschiedlichen Wärmedehnungsverhaltens von Wolfram einerseits und z.B. Eisen andererseits keine Verwerfung des aus der Schwermetall-Legierung bestehenden Kontaktteiles bei Erhitzen erfolgt, welches ja - aus Gründen der Materialersparnis bei der Wolfram-Legierung - nur relativ dünn dimensioniert verwendet werden wird, während die mechanische Stabilität und Druckfestigkeit durch das außen anliegende Basisteil gewährleistet werden soll.
c) Ausführungsbeispiele
Eine Ausführungsform gemäß der Erfindung ist im folgenden anhand der Figuren beispielhaft näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1:
eine Schnittdarstellung durch den Kontaktbereich zwischen Formelement und Formteil,
Fig. 2:
die Darstellung eines anderen Gefüges innerhalb des Formelementes und
Fig. 3:
unterschiedliche Formelemente.
In Fig. 1 ist zu erkennen, dass das aus der Schwermetall-Legierung bestehende Formelement bzw. der Teil des Formelementes, der mit dem herzustellenden Formteil 3 in Kontakt gerät (Kontaktteil 5), aus einer Vielzahl von kleinen, sphärischen, insbesondere kugelförmigen Partikeln 6 besteht, die durch eine die Zwischenräume ausfüllende Bindematrix 7 zusammengehalten werden.
Dieser Verbund ist durch Sintern hergestellt. Die Partikel 6 bestehen vollständig oder insbesondere weitestgehend aus dem verwendeten Schwermetall, beispielsweise Wolfram, während die Bindematrix aus einem Feststoffgemisch aus den zugegebenen Legierungselementen, beispielsweise Nickel und Eisen, sowie wiederum dem verwendeten Schwermetall, z. B. Wolfram besteht.
Die beim Sintern herrschende Temperatur liegt z. B. unter dem Schmelzpunkt des jeweils verwendeten Schwermetalls, z. B. Wolfram, jedoch über den Schmelzpunkten der anderen Legierungselemente, z. B. Nickel und Eisen. Diese Legierungselemente liegen somit als Schmelze vor, wodurch auch ein Teil des Wolframs in der Schmelze in Lösung geht, so dass die Bindematrix zunächst insgesamt in Lösung vorliegt und beim Beenden des Sintervorganges erstarrt und damit die bekannte molekulare Gitterstruktur einer Metall-Legierung bildet.
Dadurch, dass die ausschließlich aus dem Schwermetall bestehenden sphärischen, insbesondere kugeligen Partikel direkt miteinander verkleben und zusätzlich die bestehenden Hohlräume zwischen den sich bildenden Partikeln durch die beschriebene Bindematrix ausgefüllt werden, die ebenfalls eine sehr hohe Adhäsionsfähigkeit gegenüber dem Gerüst aus Schwermetall aufweisen, entsteht ein Sinterkörper, dessen mechanische Eigenschaften, insbesondere Zugfestigkeit deutlich über der des reinen Schwermetalls, insbesondere Wolfram, liegt.
Da Dehnung und Zugfestigkeit mit steigendem Schwermetallgehalt abnehmen und damit die Sprödheit zunimmt, sollte der Gehalt an Schwermetall eine Obergrenze von 98%, besser 95%, nicht überschreiten.
Wie in Fig. 1 an der mechanisch bearbeiteten, beispielsweise gefrästen, Kontaktfläche 10 zum Formteil 3, welches beispielsweise aus Aluminium gegossen wird, zu erkennen ist, bildet sich aufgrund der Temperatur von ca. 700° des eingegossenen Aluminiums an der Oberfläche der Partikel 6 eine dünne Schicht aus einem oder mehreren Oxiden des Schwermetalles, beispielsweise WO2, WO3, aus, die gegenüber dem Formteil 3 als Trennmittel wirkt.
Da durch die mechanische Bearbeitung der Kontaktfläche 10 die sphärischen bis runden Partikel 6 an der Kontaktfläche eingeebnet werden, wird hierdurch deren Flächenanteil vergrößert und demgegenüber der Flächenanteil an Bindematrix 7 an der Kontaktfläche 10 verringert. Darüber hinaus sind die Bindematrix-Anteile an der Kontaktfläche in die Tiefe betrachtet vorzugsweise trichterförmig ausgebildet. Zu Beginn der Benutzung des Kontaktteiles 5 bzw. Formelementes wird daher - wie in strichpunktierten Linien dargestellt - eine zunehmende Auslösung von Material aus der Bindematrix 7 von der Kontaktfläche 10 her stattfinden, so dass hier eine Ausbildung von Kavitäten in der Kontaktfläche 10 im Bereich der Bindematrix 7 erfolgen wird.
Dadurch wird jedoch gleichzeitig das zur Kontaktfläche 10 hin frei verfügbare Material der Bindematrix 7 immer weniger und damit geht auch die Auslösung und Abwanderung in das Formteil 3 hinein immer langsamer vor sich, mit zunehmendem Gebrauch des Formelementes, ohne dass gleichzeitig die Wahrscheinlichkeit eines Ausbrechens von Partikeln 6, die direkt an der Kontaktfläche 10 liegen, dramatisch zunimmt.
Fig. 3 zeigt unterschiedliche Formelemente:
In Fig. 3a ist eine Gießform mit ihren Formhälften 1a, 1b dargestellt. Dabei besteht jede Formhälfte 1a, 1b einerseits aus einem dem Hohiraum für das spätere Formteil 3 zugewandten Kontaktteil 5a, 5b, welches auf seiner Rückseite durch ein entsprechendes Basisteil 4a, 4b verstärkt wird. Das Basisteil 4a, 4b kann aus Eisen oder Stahlwerkstoff bestehen, während das Kontaktteil 5a, 5b aus der erfindungsgemäßen Schwermetall-Legierung besteht. Die beiden Teile liegen vorzugsweise entlang einer ebenen oder zumindest in einer Richtung geraden Berührungsfläche 8 aneinander an und sind formschlüssig oder stoffschlüssig miteinander verbunden.
Dadurch ist es möglich, das Basisteil 4 relativ schwach zu dimensionieren und damit den Materialbedarf an der Schwermetall-Legierung zu reduzieren.
Demgegenüber zeigt Fig. 3b eine Kokille 2 für das Stranggießen von z. B. Aluminium. Das die Stranggussöffnung umgebende Basisteil 4 besteht wiederum aus der erfindungsgemäßen Schwermetall-Legierung, ist jedoch in seiner Wandstärke wiederum dünn gehalten, da es auf der Außenseite durch ein umgebendes Kontaktteil 5, welches aus Eisen oder Stahl bestehen kann, abgestützt wird. Die Verbindung zwischen den beiden Teilen kann analog wie bei Gießformen erfolgen.
Fig. 3c zeigt beispielhaft im Detail nochmals eine Formhälfte, z.B. 1a einer Gießform, die wiederum aus Kontaktteil 5 und Basisteil 4 aus Schwermetall-Legierung einerseits und Eisen oder Stahl andererseits besteht. Die Kontaktfläche 8 ist dabei rinnenförmig mit hutförmigem Querschnitt ausgebildet. Die für das Kontaktteil 5 verwendete Schwermetall-Legierung, z.B. Wolfram-Legierung, ist - auch bei Verwendung als Flachbandmaterial oder Blech - nur begrenzt biegsam, so dass die Krümmungsradien der Kontaktfläche 8 auf diese Biegsamkeit der Schwermetall-Legierung abgestellt sein muss und nicht zu klein sein dürfen. Dabei wird vorzugsweise ein Bandmaterial mit gleichbleibender Dicke aus der Schwermetall-Legierung verwendet und auf das Basisteil 4 aufgebracht, wobei die Dicke des verwendeten Bandmaterials so groß ist, dass der Querschnitt der herzustellenden Kontaktfläche 10 noch vollständig innerhalb des Querschnittes des Bandmaterials 9 liegt.
Anschließend erfolgt durch Funkenerodieren oder spanende mechanische Bearbeitung die Herstellung der Kontaktfläche 10 in der gewünschten Form.
BEZUGSZEICHENLISTE
1a,b
Gießform
2
Kokille
3
Formteil
4
Basisteil
5
Kontaktteil
6
Partikel
7
Bindematrix
8
Berührungsfläche
9
Bandmaterial
10
Kontaktfläche

Claims (17)

  1. Giesswerkzeug wie Formelement, Ansaugrohr, Tiegel, zum Herstellen von Formteilen aus Nicht-Eisenmetallen, insbesondere aus Aluminium oder Magnesium, mittels Strangguss, Kokillenguss oder Druckguss, wobei das Giesswerkzeug wenigstens auf den das herzustellende Formteil kontaktierenden Seiten aus einer Schwermetall-Legierung, insbesondere einer Schwermetall-Legierung mit hochschmelzendem Schwermetall, insbesondere aus einer Wolfram- oder MolybdänLegierung, besteht,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der aus der Schwermetall-Legierung bestehende Teil des Giesswerkzeuges aus sphärischen, insbesondere kugelförmigen, Partikeln (6) aus Schwermetall gesintert ist, sowie in den Zwischenräumen zwischen den Partikeln aus einer Bindematrix (7) besteht, deren Gemisch ebenfalls das Schwermetall enthält.
  2. Giesswerkzeug nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Giesswerkzeug eine Gießform (1a, 1b) ist.
  3. Giesswerkzeug nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Giesswerkzeug eine Kokille (2) ist.
  4. Giesswerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    in der Schwermetall-Legierung ausschließlich ein Schwermetall legiert ist.
  5. Giesswerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Schwermetall-Legierung 30% bis 98%, insbesondere 90% bis 95% an Schwermetall, insbesondere an Wolfram, und den Rest Legierungselemente enthält.
  6. Giesswerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Schwermetall-Legierung mindestens 90% Wolfram und maximal 10% Legierungselemente enthält.
  7. Giesswerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    als Legierungselemente die chemischen Elemente der Spalten 5 bis 11 aus der 4. bis einschließlich 7. Zeile des Periodensystems Verwendung finden, und insbesondere die Elemente Mangan, Eisen, Kobalt, Nickel, Kupfer, Palladium und Platin.
  8. Giesswerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Giesswerkzeug vollständig aus einem Sinter-Element und einer in den Zwischenräumen zwischen den gesinterten Partikeln vorhandenen Bindematrix (7) besteht.
  9. Giesswerkzeug nach Anspruch 9,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Giesswerkzeug aus einem Basisteil (4) auf der vom Formteil abgewandten Seite und einem Kontaktteil (5) aus der Schwermetall-Legierung auf der das Formteil (3) kontaktierenden Seite gebildet ist.
  10. Giesswerkzeug nach Anspruch 9,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Basisteil (4) und Kontaktteil (5) flächig miteinander verbunden, insbesondere durch Form- oder Stoffschluß, insbesondere verschweißt, sind.
  11. Giesswerkzeug nach einem der Ansprüche 9 oder 10,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Basisteil (4) in Form einer Oberflächenbeschichtung auf dem Kontaktteil (5) hergestellt ist.
  12. Giesswerkzeug nach einem der Ansprüche 9 bis 11,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Basisteil (4) und das Kontaktteil (5) formschlüssig, insbesondere mittels Verschraubung, miteinander verbunden sind.
  13. Giesswerkzeug nach einem der Ansprüche 9 bis 12,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Kontaktteil (5) nach der Verbindung mit dem Basisteil (4) auf der Kontaktseite zum Formteil hin oberflächenbearbeitet, insbesondere spanend bearbeitet oder erodiert, ist.
  14. Giesswerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die sphärischen Partikel einen Durchmesser von 10 µm bis 40 µm, insbesondere von 20 µm bis 30 µm aufweisen, und der Schwermetallgehalt der Bindematrix (7) größer als 0% ist und maximal 30% bis 100% beträgt, insbesondere der Schwermetallgehalt zwischen 20% und 30%, liegt.
  15. Verfahren zum Herstellen von Giesswerkzeugen, welche zur Herstellung von Formteilen aus Nicht-Eisenmetallen, insbesondere aus Aluminium oder Magnesium, mittels Kokillenguß, Strangguss oder Druckguss dienen,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Giesswerkzeug wenigstens auf der dem herzustellenden Formteil (3) zugewandten Kontaktseite durch Sintern einer Schwermetall-Legierung, insbesondere einer Wolfram-Legierung, hergestellt wird, welche nach dem Sintern ein Gefüge aus Partikeln bildet, welches aus dem Schwermetall und einer Bindematrix (7) besteht, die die Partikel (6) miteinander verbindet und die ebenfalls das Schwermetall enthält, wobei die Partikel (6) sphärische Partikel, insbesondere kugelförmige Partikel sind.
  16. Verfahren nach Anspruch 15,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Durchmesser der Partikel (6) zwischen 10 µm und 40 µm, insbesondere zwischen 20 µm und 30 µm, liegt.
  17. Verfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    bei aus Aluminium herzustellenden Formteilen die Schwermetall-Legierung und somit auch die Bindematrix möglichst wenig, insbesondere kein, Kupfer enthält.
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