WO1996025260A1 - Verfahren zur herstellung eines verbundgussteiles in einer giessform - Google Patents

Verfahren zur herstellung eines verbundgussteiles in einer giessform Download PDF

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WO1996025260A1
WO1996025260A1 PCT/EP1996/000610 EP9600610W WO9625260A1 WO 1996025260 A1 WO1996025260 A1 WO 1996025260A1 EP 9600610 W EP9600610 W EP 9600610W WO 9625260 A1 WO9625260 A1 WO 9625260A1
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temperature
casting
metallic
materials
mold cavity
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PCT/EP1996/000610
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Inventor
Armin Issleib
Anja Friedel
Irina Lubojanski
Original Assignee
Armin Issleib
Anja Friedel
Irina Lubojanski
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C6/00—Coating by casting molten material on the substrate
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D19/00—Casting in, on, or around objects which form part of the product
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D19/00—Casting in, on, or around objects which form part of the product
    • B22D19/16—Casting in, on, or around objects which form part of the product for making compound objects cast of two or more different metals, e.g. for making rolls for rolling mills
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
    • B23K35/22—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by the composition or nature of the material
    • B23K35/36—Selection of non-metallic compositions, e.g. coatings, fluxes; Selection of soldering or welding materials, conjoint with selection of non-metallic compositions, both selections being of interest
    • B23K35/3601—Selection of non-metallic compositions, e.g. coatings, fluxes; Selection of soldering or welding materials, conjoint with selection of non-metallic compositions, both selections being of interest with inorganic compounds as principal constituents
    • B23K35/3606—Borates or B-oxides

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a composite casting from a plurality of metallic materials or materials with a metallic matrix in a casting mold, in which one or more bodies to be introduced into the mold cavity, the subsequent contact surface of which is provided with a coating prior to the casting process, one or more melts are cast on at the same time and a qualitatively assured material-tight bond is achieved.
  • Composite casting methods are known from the prior art, which describe the use of coatings to secure a material bond when casting between several materials.
  • DE-AS 2655503 shows a composite casting method for producing a composite casting which is intended to improve the metallurgical connection between the materials of a composite casting made of heat-resistant materials, such as blades for gas turbines or wings made of a nickel or cobalt superalloy.
  • a solid metallic molded part is provided with a metallic coating below 125 ⁇ m, which has a similar composition to the molded part, but due to a small amount of boron has a reduced melting point which is below the melting point of the molded part and the mi. this is to be connected casting metal, provided.
  • the coating is applied in a vacuum or in another suitable protective environment at a temperature which is just sufficient to fuse with the surface of the molded part.
  • the coated molded part is then introduced into a casting mold heated in vacuo and cast under vacuum.
  • the composite casting which is composed of the molded part, the cast metal and the intermediate coating, must be subjected to a heat treatment lasting up to 20 hours at a temperature between 1010 ° C. and 1230 ° C. in order to diffuse the elements of the To enable intermediate coating, in particular of the boron.
  • the intermediate coating acts like a hard solder.
  • the method is intended to ensure an improved metallurgical connection without the need for an interface melt during casting to achieve a metallurgical connection.
  • the disadvantages of the composite casting process are that the coating of the molded parts to be introduced into the casting mold, the casting process in a vacuum and the subsequent heat treatment are technically complex and the metallic coating materials are expensive.
  • the metallic coating materials act like a hard solder, they remain as an intermediate layer in the composite and are known to decisively determine the properties of the composite and also adversely affect it.
  • a high-quality integral bond can only be guaranteed to a limited extent with these metallic coating materials, since the oxides that are always present on a metal surface are not removed by the coating material remaining between the molded part and the casting metal. Although the oxide layers are broken through, oxidic components remain as defects in the composite layer.
  • the invention is therefore based on the problem of developing a cost-effective method for producing a composite casting without technologically complex coating of the molded part to be introduced and the need for casting under vacuum, which guarantees a cohesive bond between several materials without oxidic or other defects.
  • the above-mentioned method is further developed by the features of the characterizing part of the claims.
  • worn components can be regenerated with little effort and components can be manufactured inexpensively as a composite material solution in foundry technology.
  • the coating is a non-metallic mixture of substances consisting of sodium tetraborate, boric acid, complex fluorides and stable oxides, preferably 38 to 72% Na 2 B 4 O 7 , 54 to 20% B 2 O 3 , 2 to 8% K 2 ZrF 6 and 8 to 1% Si0 2 .
  • This mixture of substances causes an active solution of the oxides from the metal surface and protects against reoxidation.
  • a minimum layer thickness of the active substances of the substance mixture after melting must be observed of 0.4 mm.
  • the layer thickness should not exceed 1.6 mm, since otherwise the non-metallic mixture of substances cannot be completely separated from the metal surface during the casting process, ie the non-metallic mixture of substances is not completely displaced from the contact surface during the casting process and defects in the composite layer can thus occur .
  • the layer thickness is set via the temperature-dependent viscosity, which is determined by the mixing ratio of the non-metallic substance mixture.
  • the "mixing ratio is set to the maximum temperature exposure of the material mixture ⁇ and the duration of the temperature effect. With increasing Tem ⁇ temperature and increasing duration of the temperature effect on the body is located in the mold cavity, the proportion of boric acid and stable to increase the oxides and to reduce the proportion of sodium tetraborate and complex fluorides.
  • the non-metallic mixture consists of 55 to 72% Na 2 B ⁇ 7, 37 to 20% B 2 O 3 , 4 to 8% K 2 ZrF 6 and 4 to 1% Si0 2 , at temperatures of 1000 to 1150 ° C from 47 to 63% Na 2 B 4 0 7 , 45 to 30% B 2 0 3 , 3 to 6% K 2 ZrF 6 and 5 to 2% Si0 and at temperatures above 1150 ° C from 38 to 55% Na 2 B 4 ⁇ 7, 54 to 37% B 2 0 3 , 2 to 4% K 2 ZrF 6 and 8 to 4% Si0 2 .
  • the proportions of sodium tetraborate and complex fluorides have to be increased and the proportion of stable oxides in the substance mixture has to be reduced.
  • the mixture of substances can be applied in powder form to the horizontal contact surfaces.
  • the mixture of substances should only be applied to inclined and vertical contact surfaces with a binding agent.
  • the equilibrium temperature at the contact surfaces must therefore be set so that it lies above the solidus temperature of one of the materials to be joined, according to the invention at least 10 ° C. above the solidus temperature for a period of 1 s.
  • a shorter duration or temperature harbors the risk of defects occurring as a result of local physical or chemical inhomogeneities.
  • the compensation temperature is set via the temperature of the bodies located in the mold cavity, via the casting temperature and via the wall thickness ratios of the materials to be connected. The same applies to the casting temperature.
  • the following technological variants can be used for the method according to the invention. 1.
  • Variant A mold cavity is partially filled with a melt, so that one or more bodies form in the mold.
  • the bodies are cooled in the casting mold until they are in the thixotropic or solid state and the temperature of the bodies required to achieve the required compensation temperature at the contact surfaces is not fallen below.
  • special openings in the casting mold apply the non-metallic mixture of substances to the later contact surfaces, thereby eliminating the oxides formed and preventing further scaling.
  • the second melt is poured on, the non-metallic substance mixture being displaced from the contact surfaces owing to its lower density. This takes place by means of a defined flow of the melt to the gate and / or feeder, or there are cavities for collecting the non-metallic substance mixture in the casting mold.
  • the non-metallic mixture of substances is applied to the body or bodies to be cast, and the body or bodies are then heated outside the casting mold and introduced into the mold cavity.
  • the bodies can be heated, for example, inductively.
  • the temperature to be reached during the heating is determined in such a way that it is below the solidus temperature of the material in question and the body temperature which is required at the moment of casting in order to achieve the required compensation temperature at the contact surfaces is not fallen below.
  • the second melt is poured on and the non-metallic mixture of substances, as described in variant 1, is displaced.
  • the body or bodies to be cast are to be introduced into the mold cavity, then the subsequent contact surfaces are to be covered with the non-metallic substance mixture and the bodies in the casting mold are to be heated inductively, for example.
  • Example 1 The temperature to be reached during heating is to be determined as already shown. It is not necessary to heat the bodies to be cast with small wall thicknesses from the outside if they are heated by the casting metal to a temperature which corresponds to the required compensation temperature at the contact surfaces.
  • the invention will be explained in more detail using two exemplary embodiments from wear technology: Example 1
  • a combination of the material GX 300CrMo15 3 and the material GS-42CrMo4 is suitable for the production of hammers as composite castings which are subjected to high abrasive stresses and which at the same time place high demands on the impact, bending and fatigue strength .
  • the mold cavity 2 is first to be filled with the melt of GS-42CrMo4 up to the gate 5. After the melt has solidified, the temperature at about 1350 ° C Feeder 7 the non-metallic mixture of the composition 44%
  • the melt made of GX 300CrMo15 3 is poured over a gate 6 at a casting temperature of 1490 ° C.
  • the temperature of the material GS-42CrMo4 is about 1250 ° C on the surface.
  • the resulting compensation temperature of approximately 1350 ° C. at the contact surface 8 is thus more than 10 ° C. above the solid temperature of the material GX 300CrMo15 3.
  • the non-metallic mixture of substances floats on the feeder 7 due to the lower density.
  • Example 2 In order to produce a composite cast plate for linings in crushers and mills, which is exposed to strong abrasive wear and high impact stress, a tough steel plate made of St 37 is poured on a wear-resistant layer made of GX 260Cr27.
  • the steel plate with the dimensions 215 x 145 x 20 is provided with the non-metallic mixture of the composition 25% Na 2 B 4 Oy, 37% B 2 O 3 , 4% K 2 ZrF 6 and 4% Si0 2 in powder form.
  • the layer thickness of the active substances after melting is 0.8 mm. Then the coated steel plate with an output of 40 kW is inductively heated to 1050 ° C.
  • the chrome cast iron is poured on at a casting temperature of 1490 ° C. in a thickness of 12 mm at the moment when the temperature of the steel plate is 1000 ° C.
  • the compensation temperature at the contact surfaces is thus in the middle and at the edge of the contact surface more than 10 ° C. above the solidus temperature of the cast chrome iron.
  • the mixture of substances is displaced from the contact surface of the composite casting and an error-free integral bond is created.
  • the composite casting produced in this way is to be subjected to a heat treatment in accordance with the material combination.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Verbundgußteilen aus mehreren metallischen Werkstoffen bzw. Werkstoffen mit metallischer Matrix mit einem qualitativ einwandfreien stoffschlüssigen Verbund, wobei ein oder mehrere im Formhohlraum befindliche Körper mit einem Überzug aus einem nichtmetallischen Stoffgemisch versehen sind und eine bestimmte Temperatur aufweisen und an diese eine oder mehrere schmelzflüssige Gußwerkstoffe angegossen werden. Die im Formhohlraum positionierten Körper können durch Gießen oder als festes Werkstück eingebracht werden. Das nichtmetallische Stoffgemisch besteht erfindungsgemäß aus einer borhaltigen Verbindung, die vorhandene Oxide löst sowie vor einer Reoxydation schützt. Die Ausgangstemperaturen der Werkstoffe sind so zu wählen, daß die Ausgleichstemperatur an der Kontaktfläche für eine bestimmte Zeit oberhalb der Solidustemperatur eines der angrenzenden Werkstoffe eingestellt wird. Die Erfindung ist zur Regenerierung verschlissener Bauteile oder zur Herstellung von Bauteilen als Werkstoffverbundlösung mit komplexen Eigenschaftsprofilen in der Gießereitechnik einsetzbar.

Description

Ve r f a hre n zur He r s t e l lun g e i ne ^ v o r Dundgu s s e n e s i n e ine r G i e s s f o rvπ
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundgußteiies aus mehreren metallischen Werkstoffen oder Werkstoffen mit metallischer Matrix in einer Gießform, bei dem an einen oder mehrere in den Formhohl¬ raum einzubringende Körper, deren spätere Kontaktfläche vor dem Gie߬ vorgang mit einem Überzug versehen werden, eine oder mehrere Schmel¬ zen gleichzeitig angegossen werden und ein qualitativ einwandfreier stoff¬ schlüssiger Verbund erzielt wird. Aus dem Stand der Technik sind Verbundgießverfahren bekannt, die den Einsatz von Überzügen zur Sicherung eines stoffschlüssigen Verbundes beim Gießen zwischen mehreren Werkstoffen beschreiben. In DE-AS 2655503 ist beispielsweise ein Verbundgießverfahren zur Herstellung eines Verbundgußgegenstandes dargestellt, das die metallurgische Ver- bindung zwischen den Werkstoffen eines Verbundgußgegenstandes aus wärmebeständigen Materialien, wie von Schaufeln für Gasturbinen oder Tragflächen aus einer Nickel- oder Kobaltsuperlegierung, verbessern soll. Hierbei wird ein festes metallisches Formteil mit einer metallischen Be¬ schichtung unter 125 μm versehen, die eine ähnliche Zusammensetzung wie das Formteil aufweist, aber aufgrund einer kleinen Menge Bor einen herabgesetzten Schmelzpunkt hat, der unter dem Schmelzpunkt des Formteils und des mi. diesem zu verbindenden Gießmetalls liegt, versehen. Die Beschichtung wird im Vakuum oder in einer anderen geeigneten Schutzumgebung bei einer Temperatur aufgebracht, die gerade zur Erzie- lung einer Verschmelzung mit der Formteiloberfläche ausreicht. Danach wird das beschichtet Formteil in eine im Vakuum erhitzte Gießform einge¬ bracht und unter Vakuum vergossen. Im Anschluß an das Gießen muß der Verbundgußgegenstand, der aus dem Formteil, dem angegossenen Metall und der Zwischenbeschichtung zusammengesetzt ist, einer bis zu 20 h dauernden Wärmebehandlung bei einer Temperatur zwischen 1010°C und 1230°C ausgesetzt werden, um eine Diffusion der Elemente der Zwischen¬ beschichtung, insbesondere des Bors, zu ermöglichen. Die Zwischenbe¬ schichtung wirkt wie ein Hartlot. Das Verfahren soll so eine verbesserte metallurgische Verbindung gewährleisten, ohne daß ein Grenzflächen- schmelzen während des Gießens zur Erzielung einer metallurgischen Ver¬ bindung notwendig ist. Die Nachteile des Verbündgießverfahrens bestehen darin, daß das Beschichten der in die Gießform einzubringenden Formteile, das Gießverfahren im Vakuum und die anschließende Wärmebe-handlung technisch aufwendig sind sowie die metallischen Überzugsstoffe teuer sind. Da die metallischen Überzugsstoffe wie ein Hartlot wirken, ver bleiben sie als Zwischenschicht im Werkstoffverbund und bestimmen s bekannterweise maßgeblich die Eigenschaften des Werkstoffverbundes und beeinträchtigen diese auch. Ein hochwertiger stoffschlüssiger Verbund kann mit diesen metallischen Überzugsstoffen nur begrenzt garantiert wer¬ den, da ein Abtransport der auf einer Metalloberfläche immer vorhandenen Oxide durch das Verbleiben des Überzugsstoffes zwischen Formteil und Gießmetall nicht erfolgt. Die Oxidschichten werden zwar durchbrochen, jedoch verbleiben oxidische Bestandteile in der Verbundschicht als Fehl- stellen.
Deshalb liegt der Erfindung das Problem zugrunde, ein kostengünstiges Verfahren zur Herstellung eines Verbundgußteiles ohne technologisch aufwendige Beschichtung des einzubringenden Formteils und der Not¬ wendigkeit des Gießens unter Vakuum zu entwickeln, das einen stoff- schlüssigen Verbund zwischen mehreren Werkstoffen ohne oxidische oder andere Fehlstellen garantiert. Zur Lösung dieses Problems wird das ein¬ gangs genannte Verfahren durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils der Ansprüche weitergebildet. Vorteilhafterweise können verschlissene Bauteile mit einem geringen Aufwand regeneriert und Bauteile als Werk- stoffverbundlösung in der Gießereitechnik kostengünstig hergestellt wer¬ den. Der Überzug ist ein nichtmetallisches Stoffgemisch, daß aus Natrium¬ tetraborat, Borsäure, komplexen Fluoriden und stabilen Oxiden, vorzugs¬ weise aus 38 bis 72% Na2B4O7, 54 bis 20% B2O3, 2 bis 8% K2ZrF6 und 8 bis 1 % Si02 besteht. Dieses Stoffgemisch bewirkt eine aktive Lösung der Oxide von der Metalloberfläche und schützt vor einer Reoxydation. Um eine geringe Sauerstoffpermeabilität zu garantieren, ist eine minimale Schichtdicke der wirksamen Substanzen des Stoffgemisches nach dem Aufschmelzen von 0,4 mm einzuhalten. Die Schichtdicke sollte 1 ,6 mm nicht überschreiten, da sonst eine vollständige Trennbarkeit des nichtme- tallischen Stoffgemischs von der Metalloberfläche beim Gießvorgang nicht erzielt wird, d.h. das nichtmetallische Stoffgemisch beim Gießvorgang nicht vollständig von der Kontaktfläche verdrängt wird und somit Fehlstellen an der Verbundschicht entstehen können. Die Schichtdicke wird über die vom Mischungsverhältnis des nichtmetallischen Stoffgemischs bestimmte tem- peraturabhängige Viskosität eingestellt. Das" Mischungsverhältnis ist nach der maximalen Temperaturbeanspruchung des^ Stoffgemisches sowie nach der Dauer der Temperatureinwirkung festzulegen. Mit zunehmender Tem¬ peratur sowie zunehmender Dauer der Temperatureinwirkung auf den im Formhohlraum befindlichen Körper ist der Anteil an Borsäure sowie stabi len Oxiden zu erhöhen und der Anteil an Natriumtetraborat sowie komple¬ xen Fluoriden zu verringern. Bei einer maximalen Temperatur unter 1000°C besteht das nichtmetallische Stoffgemisch aus 55 bis 72% Na2B θ7, 37 bis 20% B2O3, 4 bis 8% K2ZrF6 und 4 bis 1 % Si02, bei Temperaturen von 1000 bis 1150°C aus 47 bis 63% Na2B407, 45 bis 30% B203, 3 bis 6% K2ZrF6 und 5 bis 2% Si0 und bei Temperaturen oberhalb 1150°C aus 38 bis 55% Na2B4θ7, 54 bis 37% B203, 2 bis 4% K2ZrF6 und 8 bis 4% Si02. Desweiteren sind bei zunehmenden Anforderungen an das Ausbreitungs¬ verhalten des nichtmetallischen Stoffgemischs, z.B. bei großen Kontaktflä- chen, die Anteile an Natriumtetraborat und an komplexen Fluoriden zu er¬ höhen sowie der Anteil an stabilen Oxiden im Stoffgemisch zu reduzieren. Auf die waagerechten Kontaktflächen kann das Stoffgemisch in Pulverform aufgetragen werden. Auf geneigte und senkrechte Kontaktflächen ist das Stoffgemisch nur mit einem Bindemittel aufzutragen. Zur Gewährleistung der Binde- und Diffusionsvorgänge während des Gie߬ vorgangs besteht außer der Notwendigkeit der Beseitigung und des Ab¬ transports von oxidischen und anderen Schichten durch das nichtmetalli¬ sche Stoffgemisch das Erfordernis, das einer der beiden Werkstoffe an den Kontaktflächen im thixotropen oder schmelzflüssigem Zustand vorliegt. Im Fall einer Phasengrenzfläche fest / fest ist aufgrund der technischen Rau¬ heiten fester Körper der Ablauf von Bindevorgängen über die gesamte Flä¬ che und folglich kein fiächenhafter, fehlerfreier Verbund möglich. Die Aus¬ gleichstemperatur an den Kontaktflächen ist daher so einzustellen, daß sie oberhalb der Solidustemperatur eines der zu verbindenden Werkstoffe liegt, erfindungsgemäß mindestens für die Dauer von 1 s 10°C oberhalb der Solidustemperatur. Eine geringere Dauer bzw. Temperatur birgt die Gefahr des Auftretens von Fehlstellen infolge örtlicher physikalischer oder chemischer Inhomogenitäten. Die Ausgleichstemperatur wird über die Temperatur der im Formhohlraum befindlichen Körper, über die Gießtem- peratur und über die Wanddickenverhältnisse der zu verbindenden Werk¬ stoffe eingestellt. Gleiches gilt für die Gießtemperatur. Für das erfindungs¬ gemäße Verfahren sind folgende technologische Varianten anwendbar. 1. Variante Ein Formhohlraum wird zum Teil mit einer Schmelze gefüllt, so daß sich ein oder mehrere Körper in der Gußform bilden. Die Körper werden in der Gießform abgekühlt, bis sie sich im thixotropen oder festen Zustand befin¬ den und die zur Erzielung der erforderlichen Ausgleichstemperatur an den Kontaktflächen notwendige Temperatur der Körper nicht unterschritten wird. Über das vorhandene Anschnitt- und Speisersystem und / oder über spezielle Öffnungen in der Gießform wird währenddessen das nichtmetalli¬ sche Stoffgemisch auf die späteren Kontaktflächen aufgebracht, wodurch entstandene Oxide beseitigt und eine weitere Verzunderung verhindert werden. Dann wird die zweite Schmelze aufgegossen, wobei das nicht- metallische Stoffgemisch aufgrund seiner geringeren Dichte von den Kontaktflächen verdrängt 'wird. Das erfolgt durch eine definierte Strömung der Schmelze zum Anschnitt und / oder Speiser bzw. es sind Hohlräume zum Auffangen des nichtmetallischen Stoffgemisches in der Gießform vor¬ handen. 2. Variante
Auf den bzw. die zu umgießenden Körper wird das nichtmetallische Stoff¬ gemisch aufgebracht und anschließend werden der / die Körper außerhalb der Gießform erwärmt und in den Formhohlraum eingebracht. Die Erwär¬ mung der Körper kann beispielsweise induktiv erfolgen. Die bei der Erwär- mung zu erreichende Temperatur ist so festgelegt, daß sie unterhalb der Solidustemperatur des betreffenden Werkstoffs liegt und die im Moment des Angießens zur Erzielung der erforderlichen Ausgleichstemperatur an den Kontaktflächen notwendige Körpertemperatur nicht unterschritten wird. Dann wird die zweite Schmelze aufgegossen und das nichtmetallische Stoffgemisch, wie in Variante 1 beschrieben, verdrängt. Alternativ sind der bzw. die zu umgießenden Körper in den Formhohlraum einzubringen, dann die späteren Kontaktflächen mit dem nichtmetallischen Stoffgemisch zu bedecken und die Körper in der Gießform beispielsweise induktiv zu er¬ wärmen. Die bei der Erwärmung zu erreichende Temperatur ist wie bereits dargestellt festzulegen. Auf eine Erwärmung der zu umgießenden Körper mit geringen Wanddicken von außen kann verzichtet werden, wenn sie durch das Gießmetall auf eine Temperatur erwärmt werden, die der erfor¬ derlichen Ausgleichstemperatur an den Kontaktflächen entspricht. Die Erfindung soll an zwei Ausführungsbeispielen aus der Verschleißtech- nik näher erläutert werden: Beispiel 1
Zur Herstellung von Hämmern als Verbundgußteile, die stark abrasiv be¬ ansprucht werden und an die gleichzeitig hohe Anforderungen an die Schlag-, Biege- und Dauerfestigkeit gestellt werden, bietet sich eine Kom- bination des Werkstoffs G-X 300CrMo15 3 und des Werkstoffs GS- 42CrMo4 an. Es wird eine verlorene Gießform 1 gemäß Zeichnung mit zwei getrennten Anschnittsystemen 5; 6 verwendet. Der Formhohlraum 2 ist zuerst mit der Schmelze aus GS-42CrMo4 bis über den Anschnitt 5 zu fül¬ len. Nach der Erstarrung der Schmelze wird bei etwa 1350°C durch den Speiser 7 das nichtmetallische Stoffgemisch der Zusammensetzung 44%
Na2B4O7, 45% B203, 4% K2ZrF6 und 7% SiO2 auf die Kontaktfläche 8 in der Menge aufgebracht, daß die Schichtdicke der wirksamen Substanz 1 ,2 mm beträgt. Nach etwa 60 s wird über den Anschnitt 6 die Schmelze aus G-X 300CrMo15 3 mit einer Gießtemperatur von 1490°C vergossen. Die Temperatur des Werkstoffes GS-42CrMo4 beträgt zu diesem etwa 1250°C an der Oberfläche. Die sich einstellende Ausgleichstemperatur von unge¬ fähr 1350°C an der Kontaktfläche 8 liegt somit mehr als 10°C über der So¬ lidustemperatur des Werkstoffes G-X 300CrMo15 3. Das nichtmetallische Stoffgemisch schwimmt aufgrund der geringeren Dichte auf den Speiser 7 auf. Das Verbundgußteil ist entsprechend der Werkstoffkombination einer Wärmebehandlung zu unterziehen. Beispiel 2 Zur Herstellung einer Verbundgußplatte für Auskleidungen in Brecher und Mühlen, die einem starken abrasiven Verschleiß und einer hohen Schlag¬ beanspruchung ausgesetzt ist, ist einer zähen Stahlplatte aus St 37 eine verschleißfeste Schicht aus G-X 260Cr27 aufzugießen. Die Stahlplatte der Abmessungen 215 x 145 x 20 wird dazu mit dem nichtmetallischen Stoff¬ gemisch der Zusammensetzung 25% Na2B4Oy, 37% B2O3, 4% K2ZrF6 und 4% Si02 in Pulverform versehen. Die Schichtdicke der wirksamen Sub¬ stanzen nach dem Aufschmelzen beträgt 0,8 mm. Dann wird die beschich¬ tete Stahlplatte mit einer Leistung von 40 kW in 87 s auf 1050°C induktiv erwärmt und in eine Kokille eingelegt. Unter Berücksichtigung der Hand¬ lingzeit von 20 s erfolgt das Aufgießen des Chromgußeisens bei einer Gießtemperatur von 1490°C in der Dicke von 12 mm in dem Moment, wenn die Temperatur der Stahlplatte 1000°C beträgt. Die Ausgleichstemperatur an den Kontaktflächen liegt somit in der Mitte als auch am Rand der Kon¬ taktfläche mehr als 10°C oberhalb der Solidustemperatur des Chromgu߬ eisens. Das Stoffgemisch wird von der Kontaktfläche des Verbundgußteils verdrängt und es entsteht ein fehlerfreier stoffschlüssiger Verbund. Das so hergestellte Verbundgußteil ist entsprechend der Werkstoffkombination einer Wärmebehandlung zu unterziehen.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung eines Verbundgußteiles aus mehreren metal lischen Werkstoffen oder Werkstoffen mit metallischer Matrix und qualitativ einwandfreiem stoffschlüssigen Verbund zwischen den Werkstoffen in einer Gießform, bei dem an einen oder mehrere in den Formhohlraum einzubringende Körper, deren spätere Kontaktfläche mit einem Überzug versehen werden, eine Schmelze oder mehrere Schmelzen gleichzeitig angegossen werden, dadurch gekennzeichnet, daß - die Temperatur der im Formhohlraum befindlichen Körper, die Gie߬ temperatur und die Wanddickenverhältnisse der beteiligten Werkstoffe so sind, daß die Ausgleichstemperatur an den Kontaktflächen zwischen den beteiligten Werkstoffen nach dem Gießen länger als 1 Sekunde mindestens 10°C oberhalb der Solidustemperatur eines der angrenzen- den Werkstoffe eingestellt wird und
- die späteren Kontaktflächen vor dem Gießen mit einem nichtmetalli¬ schen Stoffgemisch aus Natriumtetraborat, Borsäure, komplexen Fluo¬ riden und stabilen Oxiden versehen werden, welches beim Gießvorgang von der Kontaktfläche verdrängt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß der oder die im Formhohlraum befindlichen Körper durch Gießen eingebracht und so¬ weit abgekühlt werden, daß sie sich im Moment des Angießens im thixotro¬ pen oder festen Zustand befinden und die zur Erzielung der Ausgleichs¬ temperatur an den Kontaktflächen notwendige Temperatur der Körper nicht unterschritten wird.
3. Verfahren nach Ai lspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß der oder die im Formhohlraum befindlichen Körper im festen Zustand im Formhohlraum positioniert werden und die zur Erzielung der Ausgleichstemperatur an den Kontaktflächen notwendige Temperatur der Körper durch eine Erwärmung innerhalb oder außerhalb der Form eingestellt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das nichtmetallische Stoffgemisch aus
38 bis 72 % Na2B407, 54 bis 20 % B2O3, 2 bis 8 % K2ZrF6 und 8 bis 1 % Si02 besteht.
5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Mischungsverhältnis des nichtmetallischen Stoffgemisches der maximalen Temperatur des im Formhohlraum positionierten bzw. zu positionierenden Körpers und der Kontaktflächengröße sowie der Dauer der Temperatur¬ einwirkung angepaßt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß das nichtmetallische Stoffgemisch bei einer maximalen Temperatur des im Formhohlraum positionierten bzw. zu positionierenden Körpers unter 1000°C aus 55 bis 72 % Na2B407,
37 bis 20 % B203,
4 bis 8 % K2ZrF6 und 4 bis 1 % Si02 besteht.
7. Verfahren nach Anspruch 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß das nichtmetallische Stoffgemisch bei einer maximalen Temperatur des im Formhohlraum positionierten bzw. zu positionierenden Körpers von 1000 bis 1150°C aus 47 bis 63 % Na2B4O7, 45 bis 30 % B203, 3 bis 6 % K2ZrF6 und
5 bis 2 % Si02 besteht.
8. Verfahren nach Anspruch 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß das nichtmetallische Stoffgemisch bei einer maximalen Temperatur des im
Formhohlraum positionierten bzw. zu positionierenden Körpers von über 1150°C aus
38 bis 55 % Na2B407, 54 bis 37 % B203, 2 bis 4 % K2ZrF6 und 8 bis 4 % Si02 besteht.
9. Verfahren nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das nichtmetallische Stoffgemisch auf die waagerechten Kontaktflächen des bzw. der Körper als Pulver aufgetragen wird.
10. Verfahren nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das nichtmetallische Stoffgemisch mit einem Bindemittel aufgetragen wird, wenn der bzw. die Körper geneigte Kontaktflächen aufweisen.
11. Verfahren nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichtdicke der wirksamen Substanzen des nichtmetallischen Stoffge- misches nach dem Aufschmelzen bis zum Gießen 0,4 bis 1 ,6 mm ist.
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