WO2014114666A1 - Verfahren zum behandeln eines bauteils - Google Patents

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WO2014114666A1
WO2014114666A1 PCT/EP2014/051230 EP2014051230W WO2014114666A1 WO 2014114666 A1 WO2014114666 A1 WO 2014114666A1 EP 2014051230 W EP2014051230 W EP 2014051230W WO 2014114666 A1 WO2014114666 A1 WO 2014114666A1
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WO
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component
mold
coolant
cavity
temperature
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PCT/EP2014/051230
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French (fr)
Inventor
Konrad Weiss
Original Assignee
RWP Gesellschaft beratender Ingenieure für Berechnung und rechnergestützte Simulation mbH
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D27/00—Treating the metal in the mould while it is molten or ductile ; Pressure or vacuum casting
    • B22D27/04—Influencing the temperature of the metal, e.g. by heating or cooling the mould
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/06—Surface hardening
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D5/00—Heat treatments of cast-iron
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D2221/00—Treating localised areas of an article
    • C21D2221/10—Differential treatment of inner with respect to outer regions, e.g. core and periphery, respectively

Definitions

  • the invention relates to a method for treating a component, which is cooled in a mold from a casting temperature below a solidus temperature and thereby solidified from a melt, wherein a surface of the component quenched by means of a coolant to a quenching temperature and a
  • Temperature of the surface is kept below a transformation point, to which forms a surface texture on the surface, which has a higher tensile strength compared to a cast structure inside the component.
  • a method of the aforementioned type is the production of bainitic
  • Spheroidal graphite cast iron also known as "oysters pered ductile Iran” or ADI
  • ADI Spheroidal graphite cast iron
  • a cast component is heated to austenitizing temperature of about 900 ° C after removal from the casting mold, and then fully austenitized to a temperature in a salt bath quenched between 220 and 450 ° C and held for several hours below the transition temperature Ai (723 ° C) of the binary system iron-carbon.
  • Surface hardening - for example flame hardening - is characterized by a component treated according to the above-mentioned method by a more fluid transition from the hard structure at the surface to the normal cast structure inside the component.
  • Forging temperature by briefly immersing in cold water surface is quenched and then the surface is heated by residual heat from the component back to a tempering temperature.
  • the invention has for its object to treat the surface of the component only locally.
  • Conversion point is heated.
  • the coolant By introducing the coolant into a cavity of the mold provided for this purpose, the cooling and thus the treatment of the surface is locally limited to its immediate environment.
  • the residual heat is used both in the component and in the mold to achieve the tempering temperature.
  • the inventive method is characterized on the one hand by a significantly faster production of the treated component and on the other - compared the known method for local hardening - by a more fluent
  • the coolant is preferably introduced in liquid form into the at least one cavity and evaporates on cooling of the surface of the component.
  • the coolant is introduced before pouring the melt into the mold in a closed cartridge in the at least one cavity which is heated by the melt and releases the coolant by heating.
  • a closed cartridge may for example be encased by a plastic or have one or more lids of a plastic which dissolves when heated by the melt.
  • areas of the component can be quenched, to which a line for a flowing coolant can not be performed or only with great effort.
  • the at least one cavity can be formed in an inserted core of the casting mold.
  • the method according to the invention can also the inner surface of a largely closed cavity of the component
  • the melt is a cast iron and the surface of the component is quenched from about 1000 ° C to about 300 ° C.
  • the melt may be another material with a complex phase diagram that requires targeted treatment
  • the melt can be a non-ferrous metal, an aluminum alloy, a glass or a thermoplastic and be provided with ceramic hard materials or other additives.
  • the coolant is particularly preferably water at ambient temperature.
  • the cooling is particularly easy and inexpensive.
  • the coolant may be a liquid salt, a liquid-gas mixture, another liquid, for example alcohol or a gas, for example air.
  • the casting mold is a permanent mold.
  • components of non-ferrous metals, glasses or plastics, in particular offset with ceramic hard materials or other additives, can be quenched.
  • the at least one cavity has a partition wall to a cavity for receiving the melt with a minimum thickness of up to 10 mm.
  • the dividing wall is an exchangeable wearing element.
  • wear of the thermally highly loaded partition can in such a
  • the illustrated in Figure 1 first component 1 is a differential case for a passenger car.
  • the first component 1 has a storage area 2 with a wall thickness of 10 mm.
  • the casting mold 3 for the sand casting of the first component 1 has an inlay core, not shown, which forms the inner surface 4 of the component 1.
  • the core is porous and shows at the
  • Storage area 2 a cavity, in which a steel pipe 5 with a
  • Diameter 6 of 8 mm is inserted.
  • the steel pipe 5 ends about 6 mm in front of the storage area 2 and has at the otherwise closed end 7 four lateral holes, not shown, with a diameter of 2 mm.
  • the casting 3 is cast with melt for the production of spheroidal graphite cast iron (EN-GJS-400-12).
  • the component 1 is solidified and cooled to about 1000 ° C - the storage area 2 is quenched by the steel tube 5 for half a minute with 700 ml of water at ambient temperature.
  • the storage area 2 cools with a Abkühirate of about 15 ° C / s to a target temperature between 250 ° C and 350 ° C.
  • the temperature of the cooled storage area 2 no longer rises above A1. This forms in the
  • Storage area 2 locally an ADI-like structure with a tensile strength above 950 N / mm 2 at an elongation of at least 7%.
  • the second component 8 shown in FIG. 2 is a wheel carrier for a vehicle
  • second component 8 has a transition region 10 with a wall thickness of 25 mm which is subjected to high mechanical loads during operation.
  • the mold 11 for the second component 8 is a permanent mold and has an unillustrated interchangeable wear element made of sheet metal, the surface 12 of the Part 8 in the transition region 10 forms.
  • the mold 11 has on the
  • Transition region 10 a cavity, in which a double-walled
  • Steel tube 13 is inserted with a diameter 14 of 10 mm.
  • the steel pipe 13 is at the end 15 - about 2 mm in front of the transition region 10 - closed.
  • the inner tube is open to the end 15.
  • a melt for the production of aluminum A356 is poured into the casting mold 11.
  • One minute after the casting - the component 8 is solidified and cooled to about 500 ° C - is the
  • Transition region 10 quenched through the steel tube 13 for 30 seconds with 0.7 liter of water below ambient temperature. This cools the
  • Transition region 10 with a cooling rate of about 15 ° C / s to a target temperature between 100 ° C and 150 ° C from. Due to the residual heat present in the uncooled regions of the component 8, the temperature of the cooled increases
  • Transition zone 10 no longer above 240 ° C. This forms in the
  • Transition region 10 locally a heat-treated-like structure with a tensile strength above 350 N / mm 2 at an elongation of at least 7%.
  • the third component 16 shown in FIG. 3 is a stator housing for a turbine.
  • the third component 16 has a Schaufelanbmdungs Suite 17 with a wall thickness of 45 mm.
  • the mold 18 for the sand casting of the third component 16 has an unillustrated, inserted core which forms the inner surface 19 of the component 16.
  • the core is porous and has a leading to the blade connecting portion 17 cavity into which a steel tube 20 is inserted with a diameter 21 of 10 mm.
  • the steel pipe 20 ends about 6 mm in front of the blade connection area 17 and is open at the end 22.
  • a melt for the production of steel (1.4828) is poured into the casting mold 18. Fifteen minutes after casting - the component 16 is solidified and cooled to about 850 ° C - the blade attachment portion 17 is quenched by the steel tube 20 for one minute with one and a half liters of water at ambient temperature. In this case, the blade connection region 17 cools to a cooling rate of about 15 ° C / s Target temperature below 600 ° C from. As a result of the residual heat present in the uncooled regions of the component 16, the temperature of the cooled blade connection region 17 no longer rises above A1. As a result, a microstructure without ⁇ phase forms locally in the blade connection region 17.
  • the fourth component 23 shown in FIGS. 4a and 4b is a
  • the fourth component 23 has five storage chairs 24 with a wall thickness of 25 mm.
  • the mold 25 for the sand casting of the fourth component 23 has an unillustrated, inserted core which forms the inner surface 26 of the fourth component 23.
  • the core is porous and has on each of the storage chairs 24 each two cavities, in each of which a bent steel tube 27 is inserted with a diameter 28 of 10 mm.
  • the steel pipe 27 ends about 5 mm in front of the respective bearing block 24 and is on
  • a melt for the production of cast iron with lamellar graphite (EN-GJL-250) is poured into the casting mold 25. Fifteen minutes after the casting - the component 23 is then cooled to about 1000 ° C - the storage chairs 24 by the steel tubes 27 for a period of at least fifty seconds with four liters of water under
  • the storage chairs cool 24 with a cooling rate of about 15 ° C / s to a target temperature between 250 and 350 ° C.
  • the resulting water vapor is removed by the air whistles 30. Due to the existing in the uncooled areas of the component 23 residual heat, the subsequent cooling is much slowed down. As a result, a fine-grained bainite-like microstructure forms locally in the storage chairs 24

Abstract

Offenbart ist ein Verfahren zum Behandeln eines Bauteils (1), das in einer Gussform (3) von einer Gießtemperatur unter eine Solidustemperatur abgekühlt und dabei aus einer Schmelze erstarrt ist, wobei eine Oberfläche (4) des Bauteils (1) mittels eines Kühlmittels auf eine Abschrecktemperatur abgeschreckt und eine Temperatur der Oberfläche (4) unterhalb eines Umwandlungspunkts gehalten wird, bis zu dem sich an der Oberfläche (4) ein Oberflächengefüge ausbildet, das gegenüber einem Gussgefüge im Innern des Bauteils (1) eine höhere Zugfestigkeit aufweist. Um die Oberfläche (4) des Bauteils (1) nur lokal zu behandeln wird vorgeschlagen, dass zum Abschrecken das Kühlmittel in mindestens einen Hohlraum der Gussform (3) eingebracht und anschließend das Bauteil (1) noch in der Gussform (3) durch Restwärme auf eine Anlasstemperatur unterhalb des Umwandlungspunkts erhitzt wird.

Description

Verfahren zum Behandeln eines Bauteils
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Behandeln eines Bauteils, das in einer Gussform von einer Gießtemperatur unter eine Solidustemperatur abgekühlt und dabei aus einer Schmelze erstarrt ist, wobei eine Oberfläche des Bauteils mittels eines Kühlmittels auf eine Abschrecktemperatur abgeschreckt und eine
Temperatur der Oberfläche unterhalb eines Umwandlungspunkts gehalten wird, bis zu dem sich an der Oberfläche ein Oberflächengefüge ausbildet, das gegenüber einem Gussgefüge im Innern des Bauteils eine höhere Zugfestigkeit aufweist.
Ein Verfahren der vorgenannten Art ist die Herstellung von Bainitischem
Gusseisen mit Kugelgraphit (auch:„Austern pered Ductile Iran" oder ADI) gemäß EN 1564 bekannt. Hierzu wird ein Gussbauteil nach dem Entnehmen aus der Gussform wieder auf Austenitisierungstemperatur von etwa 900 °C aufgeheizt, nach der vollständigen Austenitisierung in einem Salzbad auf eine Temperatur zwischen 220 und 450 °C abgeschreckt und mehrere Stunden unterhalb der Umwandlungstemperatur Ai (723 °C) des binären Systems Eisen-Kohlenstoff gehalten.
Im Austenit sind die Legierungselemente des Gusseisens in Lösung und an der Oberfläche bleiben sie durch die starke lokale Energieabfuhr beim Abschrecken auch weitgehend in Lösung. An der Oberfläche entsteht so ein feines Gefüge mit einem gegenüber dem Rest des Bauteils deutlich erhöhten Kohlenstoffgehalt und damit höherer Zugfestigkeit. Gegenüber anderen Verfahren zum
Oberflächenhärten - beispielsweise Flammhärten - zeichnet sich ein nach dem vorgenannten Verfahren behandeltes Bauteil durch einen fließenderen Übergang von dem harten Gefüge an der Oberfläche zum normalen Gussgefüge im Innern des Bauteils aus.
Im Hintergrund der Erfindung ist das„Anlassen von Innen" zum Oberflächenhärten von Schmiedebauteilen allgemein bekannt, wobei das Bauteil noch auf
Schmiedetemperatur durch kurzes Eintauchen in kaltes Wasser oberflächlich abgeschreckt wird und sich die Oberfläche anschließend durch Restwärme aus dem Bauteil wieder auf eine Anlasstemperatur erwärmt.
Bauteile mit abgeschreckter Oberfläche müssen häufig nach der Behandlung an anderer Stelle spanend bearbeitet werden, insbesondere um passgenaue
Anschlüsse zu anderen Bauteilen herzustellen. Diese Bearbeitung wird durch die Oberflächenhärtung des gesamten Bauteils erschwert oder sogar unmöglich.
Weiterhin sind im Hintergrund der Erfindung Verfahren zum lokalen Härten, insbesondere Flamm- und Strahlhärten bekannt, wobei ein Gussbauteil nach Entnehmen aus der Gussform lokal erhitzt und anschließend abgeschreckt wird.
Im weiteren technischen Hintergrund ist unter anderem aus DE 199 53 402 A1 das Abschrecken eines Gussstücks mittels eines fluidgekühlten Kühlkörpers und aus DE 10 2010 009 005 A1 das Abschrecken mittels Wasser sowie aus EP 0 686 443 das Gießen in eine mehrfach verwendbare Form bekannt.
Aufgabe
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Oberfläche des Bauteils nur lokal zu behandeln.
Lösung
Ausgehend von dem bekannten Verfahren wird nach der Erfindung
vorgeschlagen, dass zum Abschrecken des Bauteils das Kühlmittel in mindestens einen Hohlraum der Gussform eingebracht und anschließend das Bauteil noch in der Gussform durch Restwärme auf eine Anlasstemperatur unterhalb des
Umwandlungspunkts erhitzt wird. Durch das Einbringen des Kühlmittels in einen hierfür vorgesehenen Hohlraum der Gussform wird die Abkühlung und damit die Behandlung der Oberfläche lokal auf dessen unmittelbare Umgebung beschränkt. Gegenüber den bekannten Verfahren wird die Restwärme sowohl im Bauteil als auch in der Gussform genutzt, um die Anlasstemperatur zu erreichen. Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich so einerseits durch eine signifikant schnellere Herstellung des behandelten Bauteils und andererseits - gegenüber den bekannten Verfahren zum lokalen Härten - durch einen fließenderen
Übergang zwischen den Gefügen in dem abgeschreckten Oberflächenbereich und im Innern des Bauteils.
Vorzugsweise wird im Rahmen eines erfindungsgemäßen Verfahrens die
Oberfläche des Bauteils ausgehend von mehreren Hohlräumen jeweils lokal begrenzt abgeschreckt. In einem solchen erfindungsgemäßen Verfahren können gezielt mehrere diskrete Bereiche des Bauteils behandelt werden, wobei in den übrigen Bereichen die anschließende spanende Bearbeitung nicht eingeschränkt ist.
Bevorzugt wird im Rahmen eines erfindungsgemäßen Verfahrens das Kühlmittel flüssig in den mindestens einen Hohlraum eingebracht und verdampft beim Abkühlen der Oberfläche des Bauteils. In einem solchen erfindungsgemäßen Verfahren wird zusätzlich zur Temperaturdifferenz zwischen Kühlmittel und Oberfläche die Verdampfungsenthalpie des Kühlmittels zur Kühlung der
Oberfläche genutzt.
Vorteilhafter Weise wird in einem erfindungsgemäßen Verfahren das Kühlmittel vor einem Eingießen der Schmelze in die Gussform in einer geschlossenen Patrone in den mindestens einen Hohlraum eingebracht, die von der Schmelze erhitzt wird und durch das Erhitzen das Kühlmittel freigibt. Eine solche Patrone kann beispielsweise von einem Kunststoff ummantelt sein oder einen oder mehrere Deckel aus einem Kunststoff aufweisen, der sich beim Aufheizen durch die Schmelze auflöst. In einem solchen erfindungsgemäßen Verfahren können Bereiche des Bauteils abgeschreckt werden, zu denen eine Leitung für ein strömendes Kühlmittel nicht oder nur mit hohem Aufwand geführt werden kann.
Insbesondere kann in einem solchen erfindungsgemäßen Verfahren der mindestens eine Hohlraum in einem eingelegten Kern der Gussform ausgebildet sein. Mit einem solchen erfindungsgemäßen Verfahren kann auch die innere Oberfläche eines weitgehend geschlossenen Hohlraums des Bauteils
abgeschreckt und behandelt werden. Weiter vorzugsweise ist in einem erfindungsgemäßen Verfahren die Schmelze ein Gusseisen und die Oberfläche des Bauteils wird von etwa 1000 °C auf etwa 300 °C abgeschreckt. Alternativ kann die Schmelze ein anderes Material mit komplexem Phasendiagramm sein, das eine Behandlung durch gezieltes
Abkühlen ermöglicht. Beispielsweise kann die Schmelze ein Buntmetall, eine Aluminiumlegierung, ein Glas oder ein Thermoplast sein und mit keramischen Hartstoffen oder anderen Zusätzen versehen sein.
Besonders bevorzugt ist in einem erfindungsgemäßen Verfahren das Kühlmittel Wasser auf Umgebungstemperatur. In einem solchen erfindungsgemäßen
Verfahren ist die Kühlung besonders einfach und kostengünstig. Alternativ kann das Kühlmittel ein flüssiges Salz, ein Flüssigkeits-Gas-Gemisch, eine andere Flüssigkeit, beispielsweise Alkohol oder ein Gas, beispielsweise Luft sein.
In einer vorteilhaften Ausführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Gussform eine Dauerform. In einem solchen erfindungsgemäßen Verfahren können insbesondere Bauteile aus Nichteisenmetallen, Gläsern oder Kunststoffen, auch versetzt mit keramischen Hartstoffen oder anderen Zusätzen abgeschreckt werden.
Vorzugsweise weist in einem solchen erfindungsgemäßen Verfahren der mindestens eine Hohlraum eine Trennwand zu einer Kavität zur Aufnahme der Schmelze mit einer minimalen Dicke von bis zu 10 mm auf. Durch eine derart dünne Trennwand kann die Wärme aus dem Bauteil besonders schnell von dem Kühlmittel aufgenommen werden.
Weiter vorzugsweise ist in einem solchen erfindungsgemäßen Verfahren die Trennwand ein auswechselbares Verschleißelement. Bei Verschleiß der thermisch besonders hoch belasteten Trennwand kann in einem solchen
erfindungsgemäßen Verfahren die Gussform weiter verwendet werden. Ausführungsbeispiel
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen erläutert. Die Figuren zeigen jeweils eine Gussform mit einem darin erstarrten und gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren behandelten Bauteil.
Das in Figur 1 dargestellte erste Bauteil 1 ist ein Differentialgehäuse für einen Personenkraftwagen. Das erste Bauteil 1 weist einen Lagerbereich 2 mit einer Wandstärke von 10 mm auf. Die Gussform 3 für den Sandguss des ersten Bauteils 1 weist einen nicht dargestellten, eingelegten Kern auf, der die innere Oberfläche 4 des Bauteils 1 formt. Der Kern ist porös und weist an dem
Lagerbereich 2 einen Hohlraum auf, in den ein Stahlrohr 5 mit einem
Durchmesser 6 von 8 mm eingelegt ist. Das Stahlrohr 5 endet etwa 6 mm vor dem Lagerbereich 2 und weist am ansonsten geschlossenen Ende 7 vier nicht dargestellte seitliche Bohrungen mit Durchmesser je 2 mm auf.
Zur Herstellung des ersten Bauteils 1 wird in die Gussform 3 Schmelze für die Herstellung von Gusseisen mit Kugelgraphit (EN-GJS-400-12) eingegossen. Eineinhalb Minuten nach dem Guss - das Bauteil 1 ist erstarrt und auf etwa 1000 °C abgekühlt - wird der Lagerbereich 2 durch das Stahlrohr 5 über eine halbe Minute mit 700 ml Wasser unter Umgebungstemperatur abgeschreckt. Hierbei kühlt der Lagerbereich 2 mit einer Abkühirate von ca. 15 °C/s auf eine Zieltemperatur zwischen 250 °C und 350 °C ab. Durch die in den ungekühlten Bereichen des Bauteils 1 vorhandene Restwärme steigt die Temperatur des gekühlten Lagerbereichs 2 nicht mehr über A1. Dadurch bildet sich in dem
Lagerbereich 2 lokal ein ADI-ähnliches Gefüge mit einer Zugfestigkeit über 950 N/mm2 bei einer Dehnung von mindestens 7 % aus.
Das in Figur 2 gezeigte zweite Bauteil 8 ist ein Radträger für einen
Personenkraftwagen. Das zweite Bauteil 8 weist zwischen Anschlussbereichen 9 für Radnabe und Spurstange einen im Betrieb mechanisch hoch belasteten Übergangsbereich 10 mit einer Wandstärke von 25 mm auf. Die Gussform 11 für das zweite Bauteil 8 ist eine Dauerform und weist ein nicht dargestelltes ausgewechselbares Verschleißelement aus Blech auf, das die Oberfläche 12 des Bauteils 8 im Übergangsbereich 10 formt. Die Gussform 11 weist an dem
Übergangsbereich 10 einen Hohlraum auf, in den ein doppelwandiges
Stahlrohr 13 mit einem Durchmesser 14 von 10 mm eingelegt ist. Das Stahlrohr 13 ist am Ende 15 - etwa 2 mm vor dem Übergangsbereich 10 - geschlossen. Das nicht dargestellte Innenrohr ist zu dem Ende 15 offen.
Zur Herstellung des zweiten Bauteils 8 wird in die Gussform 11 eine Schmelze für die Herstellung von Aluminium A356 eingegossen. Eine Minute nach dem Guss - das Bauteil 8 ist erstarrt und ist auf etwa 500 °C abgekühlt - wird der
Übergangsbereich 10 durch das Stahlrohr 13 über 30 Sekunden mit 0,7 Liter Wasser unter Umgebungstemperatur abgeschreckt. Hierbei kühlt der
Übergangsbereich 10 mit einer Abkühlrate von ca. 15 °C/s auf eine Zieltemperatur zwischen 100 °C und 150 °C ab. Durch die in den ungekühlten Bereichen des Bauteils 8 vorhandene Restwärme steigt die Temperatur des gekühlten
Übergangsbereichs 10 nicht mehr über 240 °C. Dadurch bildet sich in dem
Übergangsbereich 10 lokal ein wärmebehandeltes-ähnliches Gefüge mit einer Zugfestigkeit über 350 N/mm2 bei einer Dehnung von mindestens 7 % aus.
Das in Figur 3 gezeigte dritte Bauteil 16 ist ein Leitschaufelgehäuse für eine Turbine. Das dritte Bauteil 16 weist einen Schaufelanbmdungsbereich 17 mit einer Wandstärke von 45 mm auf. Die Gussform 18 für den Sandguss des dritten Bauteils 16 weist einen nicht dargestellten, eingelegten Kern auf, der die innere Oberfläche 19 des Bauteils 16 formt. Der Kern ist porös und weist einen zu dem Schaufelanbindungsbereich 17 führenden Hohlraum auf, in den ein Stahlrohr 20 mit einem Durchmesser 21 von 10 mm eingelegt ist. Das Stahlrohr 20 endet etwa 6 mm vor dem Schaufelanbindungsbereich 17 und ist am Ende 22 offen.
Zur Herstellung des dritten Bauteils 16 wird in die Gussform 18 eine Schmelze für die Herstellung von Stahl (1.4828) eingegossen. Eine Viertelstunde nach dem Guss - das Bauteil 16 ist erstarrt und ist auf etwa 850 °C abgekühlt - wird der Schaufelanbindungsbereich 17 durch das Stahlrohr 20 über eine Minute mit eineinhalb Liter Wasser unter Umgebungstemperatur abgeschreckt. Hierbei kühlt der Schaufelanbindungsbereich 17 mit einer Abkühlrate von ca. 15°C/s auf eine Zieltemperatur unterhalb von 600 °C ab. Durch die in den ungekühlten Bereichen des Bauteils 16 vorhandene Restwärme steigt die Temperatur des gekühlten Schaufelanbindungsbereichs 17 nicht mehr über A1. Dadurch bildet sich in dem Schaufelanbindungsbereich 17 lokal ein Gefüge ohne σ-Phase.
Das in den Figuren 4a und 4b gezeigte vierte Bauteil 23 ist ein
Zylinderkurbelgehäuse für einen Personenkraftwagen. Das vierte Bauteil 23 weist fünf Lagerstühle 24 mit einer Wandstärke von 25 mm auf. Die Gussform 25 für den Sandguss des vierten Bauteils 23 weist einen nicht dargestellten, eingelegten Kern auf, der die innere Oberfläche 26 des vierten Bauteils 23 formt. Der Kern ist porös und weist an jedem der Lagerstühle 24 je zwei Hohlräume auf, in die je ein gebogenes Stahlrohr 27 mit einem Durchmesser 28 von 10 mm eingelegt ist. Das Stahlrohr 27 endet etwa 5 mm vor dem jeweiligen Lagerstuhl 24 und ist am
Ende 29 offen. Außerdem weist der Kern vier Luftpfeifen 30 mit einem
Durchmesser 31 von je 8 mm auf.
Zur Herstellung des vierten Bauteils 23 wird in die Gussform 25 eine Schmelze für die Herstellung von Gusseisen mit Lamellengraphit (EN-GJL-250) eingegossen. Eine Viertelstunde nach dem Guss - das Bauteil 23 ist dann auf etwa 1000 °C abgekühlt - werden die Lagerstühle 24 durch die Stahlrohre 27 für eine Dauer von mindestens fünfzig Sekunden mit je vier Liter Wasser unter
Umgebungstemperatur abgeschreckt. Hierbei kühlen die Lagerstühle 24 mit einer Abkühlrate von etwa 15 °C/s auf eine Zieltemperatur zwischen 250 und 350 °C ab. Der dabei entstehende Wasserdampf wird durch die Luftpfeifen 30 abgeführt. Durch die in den ungekühlten Bereichen des Bauteils 23 vorhandene Restwärme erfolgt die nachfolgende Abkühlung stark verlangsamt. Dadurch bildet sich in den Lagerstühlen 24 lokal ein feinstreifiges Bainit-ähnliches Gefüge mit einer
Zugfestigkeit über 350 N/mm2 aus. In den Figuren sind
1 Bauteil
2 Lagerbereich
3 Gussform
4 Oberfläche
5 Stahlrohr
6 Durchmesser
7 Ende
8 Bauteil
9 Anschlussbereich
10 Übergangsbereich
11 Gussform
12 Oberfläche
13 Stahlrohr
14 Durchmesser
15 Ende
16 Bauteil
17 Schaufelanbindungsbereich
18 Gussform
19 Oberfläche
20 Stahlrohr
21 Durchmesser
22 Ende
23 Bauteil
24 Lagerstuhl
25 Gussform
26 Oberfläche
27 Stahlrohr
28 Durchmesser
29 Ende
30 Luftpfeife ńurchmesser

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Behandeln eines Bauteils (1 , 8, 16, 23), das in einer
Gussform (3, 1 1 , 18, 25) von einer Gießtemperatur unter eine
Solidustemperatur abgekühlt und dabei aus einer Schmelze erstarrt ist, wobei eine Oberfläche (4, 12, 19, 26) des Bauteils (1 , 8, 16, 23) mittels eines Kühlmittels auf eine Abschrecktemperatur abgeschreckt und eine
Temperatur der Oberfläche (4, 12, 19, 26) unterhalb eines
Umwandlungspunkts gehalten wird, bis zu dem sich an der
Oberfläche (4, 12, 19, 26) ein Oberflächengefüge ausbildet, das gegenüber einem Gussgefüge im Innern des Bauteils (1 , 8, 16, 23) eine höhere
Zugfestigkeit aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass zum Abschrecken des Bauteils (1 , 8, 16, 23) das Kühlmittel in mindestens einen Hohlraum der Gussform (3, 1 1 , 18, 25) eingebracht und anschließend das
Bauteil (1 , 8, 16, 23) noch in der Gussform (3, 1 1 , 18, 25) durch Restwärme auf eine Anlasstemperatur unterhalb des Umwandlungspunkts erhitzt wird.
2. Verfahren nach dem vorgenannten Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche (26) des Bauteils (23) ausgehend von mehreren Hohlräumen jeweils lokal begrenzt abgeschreckt wird.
3. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass das Kühlmittel flüssig in den mindestens einen
Hohlraum eingebracht wird und beim Abkühlen der Oberfläche (4, 12, 19, 26) des Bauteils (1 , 8, 16, 23) verdampft.
4. Verfahren nach dem vorgenannten Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlmittel vor einem Eingießen der Schmelze in die Gussform in einer geschlossenen Patrone in den mindestens einen Hohlraum eingebracht wird, die von der Schmelze erhitzt wird und durch das Erhitzen das Kühlmittel freigibt.
5. Verfahren nach dem vorgenannten Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Hohlraum in einem eingelegten Kern der
Gussform (3, 18, 25) ausgebildet ist.
6. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmelze ein Gusseisen ist und die
Oberfläche (4, 26) des Bauteils (1 , 23) von etwa 1000 °C auf etwa 300 °C abgeschreckt wird.
7. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass das Kühlmittel Wasser auf Umgebungstemperatur ist.
8. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die Gussform (1 1 ) eine Dauerform ist.
9. Verfahren nach dem vorgenannten Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Hohlraum eine Trennwand zu einer Kavität zur
Aufnahme der Schmelze mit einer minimalen Dicke von bis zu 10 mm aufweist.
10. Verfahren nach dem vorgenannten Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennwand ein auswechselbares Verschleißelement ist.
PCT/EP2014/051230 2013-01-22 2014-01-22 Verfahren zum behandeln eines bauteils WO2014114666A1 (de)

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