HU208270B - Lose-pattern, pressure precision casting method - Google Patents

Description

(57) KIVONAT

Az eljárás során az öntvénynek megfelelő mintát, készítünk szerves habból, a mintát kötőanyag nélküli száraz homokkal vesszük körül, majd az így készített öntőformát fémolvadékkal töltjük fel és mielőtt a fémolvadék 40%-a megdermed, a formát izosztatikus gáznyomás alá helyezzük, és a találmány szerint 30 °Cnál nagyobb dermedési tartományú alumínium ötvözet, valamint olyan öntvények esetén, ahol a

L/(e/2) arány (R), ahol

L - a beömlő csatorna és a kritikus zóna közötti távolság, e - az átlagos falvastagság L mentén,

10-nél nagyobb, 0,1 és 0,5 MPa közötti izosztatikus nyomást alkalmazunk oly módon, hogy minél nagyobb R értéke, annál kisebb nyomást alkalmazunk.

HU 208 270

A leírás terjedelme: 6 oldal (ezen belül 2 lap ábra)

HU 208 270 Β

A találmány tárgya olyan elvesző mintás, nyomás alatti precíziós öntési eljárás, amelynek során hőálló filmréteggel bevont mintát készítünk szerves anyag habból, a mintát kötőanyag nélküli homokkal körülvéve öntőformát készítünk és fémolvadékot öntünk bele, majd a hab elégése után a keletkezett gázokat és folyékony égéstermékeket eltávolítjuk és a fémolvadékot lehűtve megdermesztjük oly módon, hogy az öntőformát a fémolvadék legfeljebb 40 tömeg%~ának megdermedése előtt legfeljebb 0,5-1,5 MPa értékű izosztatikus nyomás alá helyezzük.

Az US 3 157924 számú szabadalmi eljárásból ismeretes olyan eljárás, amely szerves anyag, például polisztirol habból készített öntőminta felhasználását írja le. A mintát kötőanyag nélkül használt száraz homokból készített öntőformába ágyazzák és ebbe az öntőformába öntik a fémolvadékot. Általában az ipari alkalmazás során a mintát hőálló anyagból készített filmmel vonják be, hogy az öntvények minőségét javítsák. A megolvasztott fémet öntőnyílásokon és csatornákon át vezetik a mintához, amely a forró fémolvadékban elég és az égéstermékként elsősorban keletkező gőz a homokszemcsék közötti réseken át távozik az öntőformából.

Ez az eljárás lényegesen egyszerűbb, mint a hagyományos nem kokillás öntés, minthogy alkalmazásával elkerülhető az öntőformát összetartó különböző kötőanyagok keverése és tömörítése, magok elhelyezése stb. és ugyanakkor lehetővé teszi az öntőformában felhasznált anyagok egyszerű újrafelhasználását. Ennek megfelelően lényegesen gazdaságosabb is a hagyományos megoldásoknál.

Ezen túlmenően az ilyen minták alkalmazása nagyobb szabadságot enged a tervezőknek is az öntvények kialakításánál. Ezért az eljárást egyre szélesebb körben alkalmazzák a gyakorlatban. Mindazonáltal jelentkezett néhány komoly hiányosság. Ezek közül kettő lényegében a hagyományos fémkohászati mechanizmus következménye:

A dermedés viszonylag lassú és ennek következtében könnyen kialakulhatnak (elsősorban alumínium ötvözetek esetében) a fémolvadékban oldott hidrogén kiválása következtében létrejövő üregek és a termikus gradiens viszonylag alacsony szintje következtében mikrorepedések is fellépnek. Ezen hátrányok kiküszöbölésére dolgoztuk ki az FR 2606688 számú szabadalmi leírásban ismertetett megoldást, amelynek lényege, hogy az öntőformát miután a fémolvadékot betöltöttük, de mielőtt annak 40%-a megdermedt volna 0,5 és 1,5 MPa közötti izosztatikus nyomás alá helyezzük. Az eljárás során tehát először öntőmintát készítünk szerves anyag habból és azt hőálló anyagból készített filmmel vonjuk be. Ezután a mintát kötőanyag nélküli száraz homokból készített öntőformába helyezzük és az öntőformát feltöltjük fémolvadékkal, a beöntőnyílásokon és beöntőcsatornákon keresztül. Ezután eltávolítjuk a minta égése során keletkező gőzt és folyékony égéstermékeket, majd hagyjuk, hogy a fémolvadék kihűljön és megdermedjen.

A dermedés során azonban, amikor a fémolvadék már teljesen kitöltötte a formaüreget és a gőz nagy része már elhagyta a formát, de a dermedés még nem fejeződött be, az öntőformát nyomás alá helyezzük. Ezt a legegyszerűbben úgy lehet elvégezni, hogy az egész öntőformát nyomáskamrába helyezzük és a nyomáskamrát gázforrással kötjük össze.

A fenti műveletet elvégezhetjük közvetlenül az olvadékkal történő feltöltés után, amikor a fém teljes mennyisége még olvadt állapotban van, de elvégezhető későbben is, amikor egy része már megdermedt. Mindenesetre az öntőformában lévő fémolvadék 40 tömeg%-nál nagyobb mennyisége nem lehet dermedt állapotban, amikor az öntőformát nyomás alá helyezzük, mert akkor már a művelet hatástalan. Az öntőformát körülvevő tér nyomását maximálisan 0,5 és 1,4 MPa érték közötti értékre emeltük.

A fenti körülmények között azt találtuk, hogy az így előállított öntvények minősége jelentős mértékben javult és a javulást a következőképpen lehetett magyarázni:

A gázzárványok mennyisége csökkent, mégpedig a dermedés alatt alkalmazott nyomással arányos mértékben. Ha tehát 1,1 MPa nyomást alkalmaztunk a dermedés során, akkor az atmoszferikus nyomáson történő öntéshez képest mért 0,1 MPa nyomásnövekedés a gázzárványok térfogatát mintegy 11-szeresével csökkentette.

A minta kitöltés is jobb volt, minthogy a még olvadt fémet tartalmazó beöntőnyílásokra ható nyomás a fémolvadékot keresztülpréseli a dendrithálón még a dermedés kezdetekor és így a mikrorepedések gyakorlatilag megszűnnek.

Ugyanakkor viszont azt is tapasztaltuk bizonyos esetekben, hogy 0,5 MPa-nál nagyobb nyomás egy speciális anyaghibához vezet. Ez az ún. szivacsos lunker akkor képződik, ha az ötvözetnek viszonylag nagy dermedési tartománya van és egy képlékeny zóna alakul ki az öntvényen belül. Ezen belül azt tapasztaltuk, hogyha a beöntőcsatoma és a dermedési üreg közötti távolság nagy az öntvény falvastagságához képest, a képlékeny zóna jelentősen csökkenti a megolvadt fém lehetőségét a formába történő beáramlásra, aminek következtében a beömlő csatorna, illetve a felöntés nem tudja ellátni a feladatát a külső nyomás hatására, aminek az a következménye, hogy a fémolvadék utánpótlás nem elég gyors a szívódási üregek felé.

Minthogy a dermedési tartomány viszonylag nagy, az ilyen esetekben az öntvény kérge (amely a fém/homok határfelületen van) ridegebbé válik és a külső nyomás hatására az öntvény belseje felé mozdul el. Ily módon bizonyos mennyiségű gáz szivároghat a dendritek közé, a dermedési üregekbe és ezáltal jön létre az említett szivacsos lunker, ami éppen olyan káros, mint a hagyományos szívódási üreg.

A fentiek alapján tehát, ha olyan alumínium ötvözetből akarunk öntvényt készíteni, amelynek viszonylag nagy dermedési tartománya van és ugyanakkor az öntvény geometriája olyan, hogy a betáplálás és a dermedési lunker, azaz a kritikus zóna között az öntvény falvastagságához képest nagy távolság van, a szivacsos lunker kialakulását a túlnyomás kiküszöbölésével lehet elérni.

HU 208 270 B

Ugyanakkor viszont az adott öntési technológia fontos eleme a nyomás, amely végül is az öntvény minőségének javulását eredményezné.

A jelen találmánnyal ezért olyan megoldás kidolgozása volt a célunk, amellyel a fenti ellentmondás kiküszöbölhető és jó minőségű öntvények készíthetők nyomás alatt, szivacsos lunker keletkezése nélkül.

Az eljárás során tehát, amikor is fém, elsősorban alumínium ötvözetből készült tárgyakat öntünk és a termék alakjának megfelelő mintát készítünk szerves habból, a mintát kötőanyag nélküli száraz homokkal vesszük körül, majd az így készített öntőformát fémolvadékkal töltjük fel és mielőtt a fémolvadék 40%-a megdermed, a formát izosztatikus gáznyomás alá helyezzük, a jelen találmány szerint 30 °C-nál nagyobb 15 dermedésű alumínium ötvözet alkalmazása esetén, valamint ha a beömlő nyílás és a kritikus zóna közötti távolság és az átlagos falvastagság felének aránya 10nél nagyobb, az öntést 0,1 és 0,5 MPa közötti nyomáson végezzük. 20

A találmány lényege tehát az, hogy a korábban is alkalmazott megoldást meghatározott nyomástartományban folytatjuk le abban az esetben, ha az alkalmazott alumínium ötvözet dermedési tartománya viszonylag nagy és az öntvényben a betáplálás és a legutoljára 25 megdermedő olvadékrész közötti távolság, valamint az öntvénynek ezen a távolságon mért átlagos falvastagsága aránya nagyobb, mint 10.

Ez az arány tulajdonképpen megfelel a betáplálás és a kritikus zóna közötti (L) távolság és az ún. (M) 30 modulus közötti aránynak, ahol is az (M) modulus az öntészetben a falvastagság felét, azaz e/2 értéket jelenti. Ily módon

L/M = L/(e/2) - 2 L/e 35

Lényegében ettől az aránytól függ az alkalmazott maximális nyomás értéke is, amelyet még a szivacsos lunkerek kialakulása nélkül lehet alkalmazni. Minél nagyobb tehát ez az arány, annál kisebb a megengedett nyomásérték. Vizsgálataink azt mutatták, hogy körülbelül 0,5 MPa 40 nyomás esetén (ami a hagyományos technológia minimális nyomásértéke) a fenti (R) arány közel 10.

Ily módon, ha R értéke nagyobb, 0,5 MPa-nál kisebb nyomást kell alkalmazni. Ha a számított nyomás kisebb lenne, mint 0,1 MPa, az öntést gyakorlatilag atmoszferikus nyomáson lehet végezni, minthogy ilyen kis túlnyomás hatása gyakorlatilag elhanyagolható.

A találmány szerinti eljárás különösen jól alkalmazható olyan ötvözeteknél, mint például az AlCu, AlCuMg, AIZnMg, AlSiCuMg ötvözetek, amelyek meglehetősen nagy dermedési tartománnyal rendelkeznek, valamint a hypoeutektikus AlSiMg ötvözeteknél, amelyek szilícium tartalma célszerűen legfeljebb 9%.

A találmány további részleteit kiviteli példákon, rajz segítségével ismertetjük. A rajzon az

1. ábra egy AS5U3G jelű ötvözet szövetszerkezetét mutatja, ahol R = 15 és ahol az öntés során alkalmazott nyomás 1,1 MPa volt, a 2. ábra ugyanezen ötvözet szövetszerkezete 0,3 MPa nyomáson, a

3. ábra egy, a fenti ötvözetből készített dugattyúfedél részlete metszetben és a

4. ábra egy másik típusú dugattyúfedél részlete ugyancsak metszetben.

Az 1. ábrán jól látható, hogy az 5% szilíciumot, 3% rezet, és 1% magnéziumot tartalmazó alumínium ötvözetben a dendritek között nagyméretű fekete gázbuborékok vannak, míg a 2. ábrán látható szövetszerkezetben a gázbeszivárgás mértéke gyakorlatilag elhanyagolható.

A 3. és 4, ábrákon látható dugattyúház fedeleket ugyancsak az említett AS5U3G jelű alumínium ötvözetből készítettük. A két hengerfej kialakítása hasonló: az (1, illetve 4) bordákon (2, illetve 5) ívelt részek helyezkednek el és ezek képezik a kritikus zónát. Az ábrák bal oldalán láthatók a (3, illetve 6) beömlő csatornák.

A bemutatott megoldásoknál bejelöltük a kritikus zónák (e’) vastagságát és (U) hosszméretét, hasonlóképpen a fedél (e) falvastagságát és (L) távolságát a (3, illetve 6) beömlő csatornáktól. Mindezek alapján meghatároztuk az L/e, illetve a R = L/M értéket.

A hengerfejeket kétféle technológiával állítottuk elő, az egyik csoportot 0,3 MPa, a másik csoportot 1,1 MPa túlnyomás alatt öntöttük. Az elkészült hengerfejeket megvizsgáltuk a szivacsos lunkerképződés vonatkozásában. Az eredményeket az 1. táblázatban tüntettük fel.

1. táblázat

hengerfej	a kritikus zóna méretei (cm)	a hengerfej méretei (cm)	Ue	R = L7M	nyomás (MPa)	Lunker
e’	L’	e	L	M
a 3. ábra szerinti	1	2	1,3	5	0,65	3,8	7,6	0,3 Ll	nincs nincs,
a 4. ábra szerinti	1	1	0,9	7	0,45	7,7	15,4	0,3 1,1	nincs jelentős

A táblázatból látható, hogy abban az esetben, amikor R = 7,6, nem találtunk szivacsos lünkért egyik nyomástartományban történt öntés esetében sem. A 3. ábrán látható hengerfejet tehát lehet a hagyományos módon önteni. Ugyanakkor az 1,1 MPa nyomáson öntött hengerfejeknél a szivacsos lunkerképződés megjelent, jóllehet 0,3 MPa nyomáson ezek még nem jelentkeztek. Ebben az esetben a L/M arány 15,4 volt, vagyis ezeket a hengerfejeket csak a találmány szerinti megoldás segítségével lehet hibamentesen önteni.

HU 208 270 Β

Természetesen a bemutatott kiviteli példák csak a találmány illusztrálását szolgálják, nyilvánvaló, hogy bármilyen öntvény előállítható az eljárás segítségével.

Claims (2)

1. SZABADALMI IGÉNYPONTOK

   1. Eljárás fémből, elsősorban alumínium ötvözetből készült tárgyak öntésére, amelynek során az öntvénynek megfelelő mintát készítünk szerves habból, a mintát kötőanyag nélküli száraz homokkal vesszük körül, majd az így készített öntőformát fémolvadékkal töltjük fel és mielőtt a fémolvadék 40%-a megdermed, a formát izosztatikus gáznyomás alá helyezzük, azzal jelle10 mezve, hogy 0,1 és 0,5 MPa közötti izosztatikus nyomást alkalmazunk 30 °C-nál nagyobb dermedési tartományú alumínium ötvözet, valamint olyan öntvények esetén, amelyekre vonatkozóan az

   L/(e/2) arány (R) 10-nél nagyobb, ahol

   L - a beömlő csatorna és a kritikus zóna közötti távolság, e - az átlagos falvastagság L mentén.
2. 2. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy AlCu, AlCuMg, AIZnMg, AlSiMg vagy AlSiCuMg ötvözetek öntése esetén alkalmazzuk.

   HU 208 270 Β Int. Cl.⁵: B 22 D 18/04

   1. ábra