NO129890B - - Google Patents

Description

Fremgangsmåte til å minske overflatedefektene i

stålstøpestykker ved støping i en form med

grafittoverflater.

Foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte til

å minske overflatedefekter i stålstøpestykker fremstilt i en form med overflater av grafitt.

Støpeblokker eller -stykker har ofte uregelmessige

eller grove overflater, noe som kan skyldes defekter på

formens overflate. Disse defekter kan være et resultat av en utilstrekkelig pålegning av et belegg, eller ved at man bruker for dårlige materialer i nevnte belegg, slik at ved ihellingen av stålet vil deler eller partikler av belegget bli revet ut av veggen og frembringe defekter på den støpte artikkel.

Støpeblokker med overflatedefekter må bearbeides til

den ønskede og nødvendige glatte overflate, men dette er relativt kostbart og tidskrevende,. og ofte vil støpet»lokkens overflate' selv etter en slik behandling ikke være i en perfekt tilstand.

Ifølge foreliggende oppfinnelse er det tilveiebragt'

en fremgangsmåte til å minske overflatedefektene i et stålstøpe-stykke ved støping i en form med grafittoverflater, hvilke definerer støpeformhulrom med forskj ellige"'dimens j oner . mellom mot hverandre'vendte veggoverflater, hvorved et belegg inne-holdende et ildfast oksyd anbringes på støpeoverflåtene og gis en tykkelse på omkring 0,013-0,115 cm og formens temperatur holdes mellom 120 og 205°C under anbringelse av belegget samt at en temperatur over 100°C deretter opprettholdes frem til støpingen av smeltet stål i støpeformhulrommet, og denne fremgangsmåte er kjennetegnet ved at mengden av tilført stålsmelte pr. tidsenhet varieres omvendt proporsjonalt med størrelsen av nevnte dimensjoner og at det tilveiebringes en stigehastighet på 1,2b-12,82 cm pr. sekund i formen.

Ved en utførelse av oppfinnelsen støpes en rustfri stålsmelte ifølge de amerikanske kvalitetsserier 200, 300 og 400 med en hastighet tilsvarende en stigning på 1,9

til 3,2 cm pr. sekund i formen. Ved støping av lavkarbonstål og lavlegerte stål, er det foretrukket at smeiten tilføres med en hastighet tilsvarende en stigning på 3 til 5,1 cm pr. sekund i formen.

Det vil i det etterfølgende bli gitt en detaljert beskrivelse av formbeleggets sammensetning samt fremgangsmåten for å belegge formen med nevnte belegg.

Grafitt har høy varmeledningsevne, og når det smeltede metall strømmer inn i formen, vil den raske avledning av varme fra det smeltede metall ofte frembringe sprekker og andre over-flatedefekter i det støpte metall som på dette tidspunkt kan være størknende langs formens overflater. Disse sprekker samt andre defekter er meget uheldige, og som nevnt ovenfor må støpeblokker eller -stykker med slike defekter overflatebehandles etterpå. Formbelegget danner en meget effektiv varmebarriere mellom det metall som støpes og grafitten, og den metode som anvendes for å pålegge nevnte belegg, gjør dette belegg mer effektivt foruten at selve ihellingsmetoden hjelper til å hindre sprekker og andre defekter i det støpte materiale. Ved selve ihellingen må det smeltede stål nå en stillestående'tilstand før det størkner for å få en perfekt støpeblokk, for hvis én del av stålet størkner før det når en stillestående tilstand, så vil det ikke' fylle formen perfekt. Oppfinnelsen er spesielt anvendbar i forbindelse med trykkstøping, dvs. den fremgangsmåte' hvor smeltet metall kommer inn i formen fra bunnen i motsetning til vanlig støping hvor det smeltede metall ihelles formen fra toppen.

Ved selve støpingen må det smeltede stål heller ikke angripe belegget slik at partikler eller større partier rives ut av belegget, hvorved man får dannet defekter eller uregel-messigheter i støpeblokken som tilsvarer nevnte defekter i belegget.

Belegget som benyttes innbefatter et ildfast oksyd såsom aluminiumoksyd (A^O^) eller silisiumdioksyd (SiC^)

som den mest viktige bestanddel. Aluminiumoksyd vil i de fleste tilfeller være foretrukk-t, spesielt når store stål-stykker skal støpes og man må anvende høyere temperaturer, skjønt man også har oppnådd tilfredsstillende resultater med' andre forbindelser, f.eks. zirkbniumoksyd (ZrO^) samt kombi-nasjoner av forskjellige oksyder. ,

Det ildfaste oksyds partikler må males ned til meget liten størrelse, dvs. mindre enn 2 mikron. Skjønt en fullstendig ensartet partikkelstørrelse er ideell, kan man tillate et betydelig variasjonsområde. P.eks. kan partiklene i størrelse variere fra 2 til 30 mikron, skjønt man oppnår bedre resultater i området fra 5 til 15 mikron. Jo mer ensartet partiklenes størrelse er, jo mindre varme vil bli ledet vekk fra belegget. Man har også funnet at hvis det ildfaste materiale males til en tilstand hvor 90% av partiklene ligger i det ønskede område, f.eks. fra 2 til 30 mikron, eller mer praktisk i området fra 5 til 15 mikron, så vil belegget være meget effektivt.

Det er ønskelig at belegget har lav varmeledningsevne og tilsvarende høy varmeisolerende evne, slik at man ved støpingen av stål ikke får en rask vekkledning av varmen i det smeltede stål, slik at dette stivner under selve ihellingen. Varmen i det smeltede stål bør med andre ord forbli i stålet inntil støpingen er fullstendig og formen fylt. Belegget som anvendes i foreliggende oppfinnelse er spesielt effektivt i så henseende.

De bindemidler som anvendes i formbelegg har betydelig effekt på beleggets varmeoverføringsevne. I et tilfelle anvendte man et glimmerholdig materiale ("VeeGum") og dette resulterte i et meget løst belegg, mens kolloidal aluminiumoksyd gav et meget tett pakket belegg. Under like betingelser ledet først-nevnte belegg vekk en gitt mengde varme i løpet av 48 sekunder sammenlignet med 29 sekunder for det sistnevnte belegg, noe som indikerer at det førstnevnte belegg har langt dårligere varmeledningsevne.

En tilsetning av fin leire i mengder på mellom 0,25 og 4,0% gav tilfredsstillende festeevne for mange formål, uten at dette i særlig høy grad gikk utover beleggets tetthet, og i de fleste tilfeller ville en mengde på ca. 1,0% være tilfredsstillende.

Ettersom en vannsuspensjon av belegget blir påsprøytet formens overflate, så må temperaturen på nevnte overflater være tilstrekkelig høy til at vannet kan fordampe, men ikke så høy at man får en så kraftig fordampning at selve beleggsmaterialet blåses ut av formen. De foretrukne øvre grenser for grafitt-former ligger fra 163 til 205°C, alt avhengig av det anvendte bindemiddel og den anvendte påsprøytningsteknikk. Den nedre temperatur ligger i området mellom «2 og 107°C. Ved disse lavere temperaturer vil vannet ikke umiddelbart koke ved kontakt med overflaten, men istedenfor vil fordampningen skje fra yttersiden av belegget, og man får dannet et kompakt og meget tett lag.

Når man får denne type tørking, vil vanndampen komme ut fra overflaten i løpet av 10 til 15 sekunder etter påsprøytningen.

Sprøyting av en grafittform med for lav temperatur kan også ha andre skadelige effekter, ved at grafitten vil adsorbere og holde på vannet i form av damp ved temperaturer over vannets kokepunkt. Prøver har vist at grafitt kan holde på damp i en viss tid ved temperaturer på opptil 205°C. Over l63°C er dette tidsrom av størrelsesorden på 15 minutter eller mindre, mens ved temperaturer på lavere enn 120°C, vil damp stadig være tilstede etter 1 time.

Belegget blir fortrinnsvis påført i form av en vannopp-slemming hvor forholdet faste stoffer til vann er slik at man opprettholder en viskositet i nærheten av vannets. Oppslemmingen påføres ved hjelp av en sprøytepistol som enten kan være hydraulisk eller pneumatisk.

Selve festemekanismen på formoverflaten er slik at man fordamper vannet fra stoffet raskt etter kontakt, hvorved man får et lag av faste stoffer på overflaten av formen ved hjelp av bindemidlet. Hvis formen er for varm, vil små vanndråper inneholdende faste stoffer ikke komme i intim kontakt med formoverflaten på grunn av tilstedeværende damp, og belegget vil ikke feste seg. Hvis temperaturen er for lav, vil de påsprøytede stoffer fukte overflaten og renne nedover, og fordampningen vil i dette tilfelle være for langsom og skjer bare fra yttersiden av beleggets overflate.

Ved å pålegge belegget i form av en rekke lag, er det mulig å la vannet fordampe langsomt på formoverflaten idet første lag påsprøytes, og så la vannet progressivt fordampe utover etter-hvert som ytterligere lag pålegges. Den damp som forlater det utørkede belegg på denne måte, resulterer i et belegg med lav. tetthet og jevn dybde. Pålegningshastigheten for belegget er begrenset av den vannmengde som kan fordampes av varmen på formoverflaten. Ettersom dybden øker, vil fordampningstiden også

øke. De fleste sammensetninger kan pålegges med en hastighet

på mellom ca. 0,004 cm og 0,013 cm pr. omgang med en sprøytepistol, mens man i de fleste tilfeller har funnet at lag på 0,008 cm gir meget utmerkede resultater. Den tid som er nødvendig for å fordampe vannet fra et enkelt lag er ca. 1 sekund. Det endelige beleggs dybde vil til en viss grad være avhengig av den type form man anvender. Hvis man har former med rektangulær form,

så vil dybden på belegget være fra 0,013 cm til 0,115 cm, skjønt man kan tillate variasjoner fra nevnte dimensjoner. Vanligvis vil det være slik at jo dypere formbelegget er, jo mindre varme vil ledes vekk slik at metallet langsommere vil størkne på overflaten av formen.

I forbindelse med alle former er det viktig at belegget påføres i en jevn tykkelse over hele formen, slik at man får en jevn varmeledning fra støpeblokken, ettersom en ujevn varmeledning i de fleste tilfeller er årsaken til sprekker på overflaten av den støpte artikkel.

Det anvendte ildfaste materiale i belegget må naturligvis kunne motstå de høye temperaturer samt kjemiske angrep fra det smeltede stål.

Det bindemiddel som anvendes i meget små mengder, vil gjøre at det ildfaste materiale fester seg til formens overflate. Bindemidlet må også være hydratiseringsstabilt og må ikke redusere beleggets ildfasthet. De mest anvendbare bindemidler er forskjellige malte leirer. Bentonitt gir et meget tett belegg, men inneholder dessverre endel vann, hvorved det elimineres som et. av de mer anvendbare bindemidler.

Suspenderingsmidler og dispergeringsmidler er av liten viktighet, ettersom de har liten effekt på beleggets egenskaper. Suspenderingsmidler innbefatter vanligvis en gel, og nevnte midler brukes for å hindre én sedimentasjon av det ildfaste materiale i sprøytesystemet. Den anvendte mengde er vanligvis av størrelses-orden på mindre enn 0,5%. Dispergeringsmidlet eller elektrolytten brukes for å deflokkulere partikler i det ildfaste pulver. Dette har en viss innvirkning på partikkelstørrelsen i oksydet, slik at man gjør suspenderingen lettere. Ved en fullstendig dispersjon av partiklene vil også tettheten i belegget bli redusert.

For å illustrere det relative mengdeforhold mellom disse forskjellige ingredienser, er flere typiske sammensetninger angitt nedenfor: 1. Si02 - 2400 gram "VeeGum" - 24.gram (.glimmerholdig bindemiddel) Karboksymetylcellulose - 2,4 gram (suspenderingsmiddel) Vann - 1000 - 2000 cm3

2. Al^O-j - 2100 gram

Malt leire - 21,0 gram

Karboksymetylcellulose - 2,1 gram

Eddiksyre - 2,5 gram.- (dispergeringsmiddel)

Vann - 1000 - 2000 cm<3>

3. A120^ - 2100 gram

Malt leire - 42 gram

Karboksymetylcellulose - 2,1 gram

Eddiksyre - 2,0 gram (dispergeringsmiddel)

Vann - 1000 - 2000 cm3

Den hastighet hvormed det smeltede stål helles i formen

er av særlig stor viktighet for å oppnå de ønskede resultater. Eksperimenter har vist at man kan frembringe, forskjellige over-flatetilstander ved å anvende forskjellige støpehastigheter.

Man har funnet at langsomme ihellingshastigheter har en tendens til å frembringe grove overflater på den støpte gjenstand, mens raskere hastigheter akselererer formslitasjen. Slitasje i formen skyldes en mekanisk erosjon i formbelegget, fulgt av en både kjemisk reaksjon, oppløsning og mekanisk erosjon av grafitten. Den ønskede ihellingshastighet vil være avhengig av forskjellige faktorer, f.eks.: kvaliteten på det stål som støpes, tykkelsen på støpeblokken, etc. Det er i det følgende gitt en forklaring på

de variasjoner som oppnås ved forskjellige ihellingshastigheter, men oppfinnelsen er ikke begrenset til denne forklaring. Ved alle former støping er det nødvendig at det er en viss mengde overvarme tilstede, dvs. en viss varme over metallets frysepunkt. Varmen fra det smeltede metall ledes vekk fra metallet og inn i formen, og ettersom metallets varmeinnhold synker vil en forut-bestemt mengde metall størkne for raskt og før metallet skikkelig fyller formen. Jo større mengde smeltet metall som er tilstede i formen, jo større vil mengden av overvarme være, og den varme som ledes vekk og over i formen vil følgelig skje langsommere enn når man har mindre metallmasser. Dette fører generelt til at jo større mengde smeltet metall man skal ihelle, jo langsommere hastighet kan man anvende, og denne masse er vanligvis proporsjonal med avstanden mellom de to nærmest stående vegger i formen. Det kan videre påpekes at karbonstål vanligvis har mindre overvarme enn rustfritt stål og følgelig må ihelles formen raskere for at man skal oppnå de samme resultater.

Claims (3)

1. Fremgangsmåte til å minske overflatedefektene i et stålstøpestykke ved støping i en form med grafittoverflate, hvilke definerer støpeformhulrom med forskjellige dimensjoner mellom mot hverandre vendte veggoverflater, hvorved et belegg inneholdende et ildfast oksyd anbringes på støpeoverflåtene og gis en tykkelse på omkring 0,013-0,115 cm og formens temperatur holdes mellom 120 og 205°C under anbringelsen av belegget samt at en temperatur over 100°C deretter opprettholdes frem til

støpingen av smeltet stål i støpeformhulrommet, karakterisert ved at mengden av tilført stålsmelte pr. tidsenhet varieres omvendt proporsjonalt med størrelsen av nevnte dimensjoner og at det tilveiebringes en stigehastighet på 1,28-12,82 cm pr. sekund i formen.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at en rustfri stålsmelte ifølge de amerikanske kvalitetsserier 200, 300 og 400 støpes med en hastighet tilsvarende en stigning på 1,9 til 3,2 cm pr. sekund i formen.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 2, for støping av lavkarbonstål og lavlegert stål, karakterisert ved at smeiten tilføres med en hastighet tilsvarende en stigning på 3 til 5,1 cm pr. sekund i formen.