DE3009490C2 - - Google Patents

Description

Im Schleuderguß erzeugte Rohrstücke aus Kupfer oder dessen Legierungen, insbesondere Bronze, die als Rohlinge für Büchsen, Ringe und andere Formstücke Verwendung finden, hatten bisher den Nachteil, daß die äußere Mantelschicht über eine beträchtliche Stärke Gaseinschlüsse aufwies und daher in diesem Bereich als unbrauchbar abgedreht werden mußte, wogegen die innere Schicht von einer oxydhaltigen lunkrigen Schicht gebildet war. Bei den bisher zumeist verwendeten Schleudergußverfahren für Kupfer bzw. Kupferlegierungen mußte außerdem, um sogenannte Durchbläser zu vermeiden, eine relativ langsame und zum Teil auch ungleichmäßige Befüllung der Kokille erfolgen. Dies führte zu Ungenauigkeiten an der Innenseite des Gußstückes und zu ungleichmäßiger Temperaturbelastung der Kokille, was in der Folge erhöhte Materialzugaben und eine rasche Kokillenalterung bedeutete.

Aus der DE-AS 26 31 242 ist es bekannt, diese Nachteile dadurch zu mildern bzw. zu beseitigen, daß zur Herstellung einer Schlichte der eingangs erwähnten Art eine Suspension aus Zirkoniumdioxyd (Zr02) und ungesintertem A1203 als anorganischem Bindemittel bereitet wird. Dadurch läßt sich eine Schlichte erzeugen, die eine wärmeleitende, gasdurchlässige Auskleidung an der Innenwand der Schleudergußkokille ergibt und selbst gasentwicklungsfrei ist. Diese Schicht bildet daher eine Schutzschicht, welche auch beim Wärmeeinfluß der flüssigen Schmelze selbst keine Gase entwickelt, aber in der Lage ist, die bei der Abkühlung der Schmelze aus dieser freiwerdenden Gase an der Kokillenwand entlang nach außen bzw. an die Stirnenden der Kokille abzuführen. Diese Schicht ist auch in der Lage, die Schmelze zwecks Erreichung eines feinen Gefüges des Gußstückes rasch abzukühlen, da ja die dünne Auskleidungsschicht keinen nennenswerten Widerstand für den Wärmeübergang vom vergossenen Metall zur Kokillenwand bildet. Dadurch entsteht beim Guß sehr schnell eine feste Metallschicht an der Außenwand des Gußstückes. Diese feste Metallschicht verhindert, daß die ohnehin schon geringen Gasmengen, die an der Gußstückaußenwand entstehen, nach innen durch das Gußstück durchtreten.

Da Durchbläser verhindert werden, wird die Qualität des Gußstückes wesentliches verbessert, insbesondere wird ein weitgehend gleichmäßiges Gefüge erzielt, wodurch die Bearbeitungszugabe gegenüber den üblichen Schleudergußverfahren für Kupfer oder dessen Legierungen wesentlich reduziert werden kann. Außerdem kann die Kokillentemperatur beim Guß verhältnismäßig niedrig gehalten werden. Bei ausreichender Kühlung der Kokille während des Gusses und nach dem Guß läßt sich die Temperatur der Kokilleninnenfläche gegenüber den herkömmlichen Gußverfahren verhältnismäßig niedrig halten, wodurch sich unter Berücksichtigung der geringen Wärmeisolation der Schlichte eine besonders rasche Erstarrung der Schmelze und als Folge davon eine Steigerung der technischen Werte der Rohlinge ergibt. Außerdem wird die Kokillenstandzeit (Lebensdauer der Kokille) wesentlich erhöht.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Qualität der Gußstücke und insbesondere deren Zugfestigkeit, Bruchdehnung und Brinellhärte zu verbessern und den fehlerfreien Schleuderguß auch sehr dünnwandiger Gußstücke aus Kupfer oder dessen Legierungen zu ermöglichen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Verwendung einer Suspension aus einem pulverförmigen Material gemäß Patentanspruch 1 gelöst.

Es hat sich herausgestellt, daß durch eine derartige Schlichte noch bessere Ergebnisse, insbesondere noch dünnwandigere Gußstücke guter Qualität erzielbar sind, als dies mit der zuvor beschriebenen Zirkoniumdioxyd-Schlichte möglich war. Besonders augenfällig ist diese Verringerung der Mindestwandstärke der Gußstücke, wenn Titandioxyd, insbesondere 99%ig reines Titandioxyd, zur Gänze das pulverförmige Material der Schlichte bildet. Vorteilhaft an der Verwendung möglichst reinen Titandioxyds ist auch, daß es ein spezifisches Gewicht von 4,8 bis 5,0 aufweist, wogegen jenes von Zirkondioxyd bei 9,0 bis 9,5 liegt. Dadurch wird nicht nur das Gewicht der an der Kokilleninnenwand gebildeten Auskleidung geringer, sondern es bleibt das Titandioxyd infolge seines geringeren Gewichts auch länger im Dispergiermittel der Suspension in Schwebe als Zirkonoxyd.

Das Titandioxid hat erfindungsgemäß zweckmäßig eine durchschnittliche Korngröße von 15 Mikron. Die Dichte eines solchen Titandioxyd-Pulvers liegt bei 3,9 und der Siebrückstand bei 63 Mikron liegt unter 0,01 %, bei 44 Mikron etwas mehr als 0,05 %. Die Siebrückstandsteilchengröße, bestimmt nach DIN-Norm 53 195, ist etwas größer als 63 Mikrom. Es läßt sich jedoch das Titandioxyd auch in einer von der eingangs erwähnten Korngröße abweichenden, insbesondere gröberen Körnung mit guten Ergebnissen für die Gußstücke verwenden, jedoch wird bei Verwendung von grobkörnigen Titandioxyd die Aufbringung der Schlichte auf die Kokille etwas schwieriger und es muß eine größere Schichtstärke der Schlichte auf der Kokille gewählt werden, wodurch der Wärmeübergangswiderstand der von der Schlichte gebildeten Auskleidung steigt.

Titandioxyd in Pulverform neigt stark zur Staubbildung. Wenn dies stört wird erfindungsgemäß zweckmäßig so vorgegangen, daß das pulverförmige Material auch einen Anteil an Zirkonerde (Zirkonia) und bis zu 5 Gew.-% Aluminiumoxyd enthält. Unter Zirkonia wird hierbei naturreine Zirkonerde verstanden, deren Hauptbestandteile Zirkoniumdioxyd (Zr02) und Siliziumdioxyd (Si02) sind. Auch diese Mischungen geben bei Verwendung als pulverförmiges Material für eine erfindungsgemäße eingesetzte Schlichte Ergebnisse, die besser sind als bei der eingangs erwähnten Verwendung einer auf Zirkoniumdioxyd aufgebauten Schlichte. Die Verringerung der Mindestwandstärke gegenüber einer Zirkoniumdioxydschlichte ist zwar nicht mehr so auffällig, so daß also nicht mehr so dünne Wandstärken der Gußstücke gegossen werden können, jedoch fällt das Reinigen der Abgüsse leichter und es wird die Staubbildung, insbesondere durch einen Zusatz an A1203 oder Zirkonia, vermieden.

In allen Fällen hat sich herausgestellt, daß die auf Titandioxyd als Hauptbestandteil oder alleinigen Bestandteil aufgebaute Schlichte selbst völlig gasentwicklungsfrei ist. Eine Ursache könnte dafür gesehen werden, daß der Schmelzpunkt von Titandioxyd sehr hoch (höher als 1800°C) liegt und daher Titandioxyd bis zu etwa 1400°C keinerlei Zerfallserscheinungen zeigt und daher auch keine freien Gase entwickeln kann. Die Schichtstärke der an der Kokilleninnenwand gebildeten Auskleidung steht daher für den Transport der aus der Schmelze austretenden Gase vollständig zur Verfügung, ohne daß diese Auskleidung von ihr selbst erzeugte Gase transportieren muß. Außerdem wird einer Gasabgabe der Schlichte an das vergossene Metall vorgebeugt.

Es wurde bereits erwähnt, daß durch die erfindungsgemäß verwendete Schlichte die Kokillenausgangstemperatur beim Guß niedriger gehalten werden kann, als dies bisher möglich war. Dadurch läßt sich der sogenannte Dampfpolsterungseffekt bei der Kokillenkühlung verringern oder vermeiden. Hierunter versteht man die Bildung einer Dampfschicht zwischen Kokille und Kühlwasser, die die Wärmeabfuhr von der Kokille wesentlich vermindert. Dadurch wird die Kühlung mit verbesserter Intensität (bei sonst gleichen Verhältnissen) wirksam. Dies bedingt eine raschere Erstarrung der Schmelze, wodurch sich eine feinere Körnung des Gußstückes und damit bessere Werte des Gußproduktes einstellen. Wie an sich bekannt, soll ja die Erstarrung der vergossenen Schmelze beim Schleuderguß von Kupfer oder dessen Legierungen möglichst rasch erfolgen, zum Unterschied vom Schleuderguß von Stahl od. dgl., wo eine solche rasche Abkühlung der Schmelze vermieden werden soll. Hierbei ist auch von Bedeutung, daß sich durch die erfindungsgemäße verwendete Schlichte eine poröse Auskleidung an der Kokillenwand ergibt, die wesentlich zur Gasdurchlässigkeit der Auskleidung beträgt. Diesen porösen Charakter behält die Schlichte im Laufe des Gusses im wesentlichen bei, obwohl die Schmelze in die winzigen Poren der dünnen, von der Schlichte gebildeten Schicht teilweise eindringen kann, wodurch diese Schmelzenpartien noch näher an die Kokilleninnenwand herangebracht werden, was eine Verbesserung des Wärmeüberganges von der Schmelze zur Kokille bewirkt. Dennoch bleibt noch immer ein genügend großer Porenanteil frei, um die nötige Gasdurchlässigkeit der Schlichte sicherzustellen, so daß etwaige Gußstückaußenwand entstehende Gase sicher entlang der von der Schlichte gebildeten Auskleidung zu den Kokillenenden hin nach außen abgeführt werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Beschichtung einer Schleudergußkokille zum Vergießen von Kupfer oder dessen Legierungen unter Verwendung einer Schlichte der eingangs beschriebenen Art besteht im wesentlichen darin, daß die Kokille zunächst in an sich bekannter Weise, vorzugsweise auf 140 bis 170°C, vorgewärmt wird, daß sodann die Schlichte als bindemittelfreie und netzmittelfreie Suspension in Form einer möglichst gleichmäßig dünnen Schicht, vorzugsweise mit einer Wandstärke von 0,1 bis 0,3 mm, auf die Innenwand der um ihre Achse rotierenden Kokille aufgesprüht wird, und daß das Dispergiermittel der Schlichte zur Erzielung einer porösen Beschichtung rückstandsfrei verdampft wird. Es hat sich herausgestellt, daß hierdurch die eingangs erwähnte Schlichte am günstigsten aufgebracht wird und daß dadurch die vorteilhaften Eigenschaften der Schlichte am besten zur Geltung gebracht bzw. erhalten bleiben. Wichtig ist hierbei die Bindemittel- und Netzmittelfreiheit der Schlichte bzw. der daraus erzeugten Auskleidungsschicht, da Bindemittel bzw. Netzmittel die für das günstige Verhalten der Schlichte wesentlich Porosität derselben beeinträchtigen würden. Dem gleichen Grund dient die Einhaltung der Kokillentemperatur von 140 bis 170°C während der Aufbringung der Schlichte. Ferner hat es sich gezeigt, daß die Aufsprühung der Schlichte auf die rotierende Kokillenwand wesentlich bessere Resultate liefert als ein Eingießen der Schlichte in die rotierende Kokille bzw. als ein Aufpinseln der Schlichte. Ein Eingießvorgang ergibt nämlich ungleiche Stellen in der Auskleidung und beim Aufpinseln läßt sich der Pinselabrieb nicht vermeiden. Das Einsprühen der Schlichte in die Kokille kann mit Druckluft erfolgen. Hierbei wird gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens so vorgegangen, daß die Schlichte mittels eine Sprühdose auf die Kokilleninnenwand in mehreren Schichten aufgesprüht wird, welche Sprühdose in einem deratigen Abstand von der erwärmten Kokillenwand mehrmals hin- und herbewegt wird, daß die vorher aufgebrachte Schicht ausgetrocknet ist, bevor die nächste Schicht aufgebracht wird. Hierdurch wird gesichert, daß die Austrocknung der aufgebrachten Auskleidungsschicht an ihrer Oberfläche schneller erfolgt als die Nachlieferung von Titandioxyd- Körnern, wodurch der poröse Charakter der Auskleidung am besten gewährleistet wird. Hierbei ist es im Rahmen der Erfindung günstig, die Kokille während der Aufsprühung der Schlichte mit einer Drehzahl in an sich bekannter Weise um ihre Achse zu drehen, die kleiner ist als die während des Gusses der Schmelze verwendete Drehzahl. Der Verdichtungseffekt auf die aufgebrachte Schlichte durch die Zentrifugalkräfte wird dadurch in Grenzen gehalteln.

Im Rahmen der Erfindung wird als Dispergiermittel Wasser mit einem deutschen Härtegrad von höchstens 8°d verwendet. Hierbei ergibt sich die Möglichkeit, das von Wasser gebildete Dispergiermittel rasch unter Schaumbildung zu verdampfen, wobei das Gefüge der Beschichtung durch den nach innen durch die Beschichtung entweichenden Wasserdampf bzw. Schaum aufgelockert wird. Dadurch wird die Porosität der Beschichtung gesteigert. Das aufgelockerte Gefüge fällt nach Entweichung des Wasserdampfes bzw. -schaumes nicht in sich zusammen, da die verhältnismäßig feinteiligen Titandioxyd-Körnchen eine relativ rauhe Oberfläche bzw. unregelmäßige Form haben und sich dadurch gegenseitig abstützen, was etwa dem Effekt einer Verfilzung gleichzusetzen ist. Bei der Aufbringung der flüssigen Schmelze ergibt sich zwar eine geringe Verdichtung der Auskleidung, die jedoch immer noch so porös bleibt, daß die erwähnte Ableitung der Gase entlang der von der Auskleidung gebildete einwandfrei erfolgt.

Es hat sich gezeigt, daß zur Erzielung der erwähnten Schaumbildung die Einhaltung der erwähnten Kokillentemperatur von 140 bis 170°C wesentlich ist. Bei wesentlich niedriger als 140°C liegende Kokillentemperaturen kommt es nicht mehr zu einer Aufschäumung des verdampfenden Wassers. Bei wesentlich höher als 170°C liegenden Kokillentemperaturen, z. B. bei 200°C, benetzt die flüssige Suspension beim Aufbringen auf die heiße Kokillenfläche diese nicht mehr. Im Rahmen der Erfindung wird als Dispergiermittel Wasser mit einem deutschen Härtegrad von höchstens 8°d verwendet. Derartiges Wasser hat Trinkwasserqualität, ist jedoch kalkarm.

Beispiele Beispiel 1

Es soll im Schleuderguß ein Rohling aus Rotguß nach DIN 1705, Schmelzenzusammensetzung Gz-Rg 7, von 162 mm Außendurchmesser und 150 mm Innendurchmesser, also mit einer Wandstärke von 6 mm, bei 660 mm Länge hergestellt werden, der für die Herstellung eines Gleitlagers bestimmt ist. Die waagrecht gelagerte Stahlkokille wird auf etwa 155°C vorgewärmt und unter langsamer Drehung mit etwa 300 Umdrehungen/min mit einer wäßrigen Suspension aus reinem Titandioxyd mit einer Korngröße von etwa 15 µm an der Innenfläche beschichtet. Dies geschieht dadurch, daß die aufgerührte bindemittel- und netzmittelfreie Titandioxydsuspension durch Druckluft mittels einer Sprühdose in mehreren Schichten auf die Kokilleninnenfläche aufgesprüht wird, bis dort eine Auskleidung mit einer gleichmäßigen Stärke von etwa 0,2 mm entsteht. Hierbei wird die Sprühdüse entlang der Kokillenachse mehrmals hin- und herbewegt. Das Wasser der aufgesprühten Suspension verdampft unter Schaumbildung rasch, wodurch nach Entweichung des Wasserdampfes bzw. -schaumes an der Kokilleninnenwand eine Schicht aus miteinander verfilzten Titandioxyd-Körnchen unregelmäßiger Form entsteht, die einen hohen Porositätsgrad aufweist. Die Sprühdose wird hierbei in einem derartigen Abstand von der erwärmten Kokillenwand hin- und herbewegt, und die Kokillentemperatur ist so hoch, daß die bei jedem Hin- und Hergang der Sprühdose aufgebrachte Suspensionsschicht ausgetrocknet ist, bevor die nächste Suspensionsschicht aufgebracht wird. Nach Erzielung der gewünschten Gesamtdicke der Schicht von etwa 0,2 mm wird die Aufbringung der Suspension beendet und nach Austrocknen der Beschichtung die Kokille verschlossen und mit einer Eingießvorrichtung für die Schmelze versehen. Mit dieser Eingießvorrichtung wird die abgewogene und auf über 1150°C erhitzte Schmelze in die Kokille eingegossen, deren Drehzahl gegenüber der bei der Auskleidungsaufbringung verwendeten Drehzahl wesentlich gesteigert wird, etwa auf 500 Umdrehungen/min. Der Guß erfolgt hierbei unter Verwendung eines Gießtrichters, in dem eine Badspiegelhöhe von etwa 200 mm aufrechterhalten wird, wodurch im Ausflußrohr des Gießtrichters, welches an die in die Kokille führende Gußrinne angeschlossen ist, ein konstanter Durchfluß und damit eine gleichmäßige Einbringung der Schmelze in die Kokille ergibt. Die Gießzeit beträgt etwa 4 Sekunden. Nach Beendigung des Gusses wird die Eingießvorrichtung entfernt und die Kokille mit Wasser gekühlt, worauf der Rohling nach seiner Erstarrung aus der Kokille entnommen wird.

Die folgende Tabelle zeigt die Verbesserung der technischen Eigenschaften, insbesondere die wesentliche Steigerung der Brinellhärte bei dünnen Wandstärken, in einer Gegenüberstellung mit den geforderten DIN-Werten:

Die Erfindung eignet sich für den Verguß von Kupfer und solchen kupferhaltigen Legierungen, bei denen Kupfer ein maßgeblicher Bestandteil bzw. Hauptbestandteil ist, in Kokillen, d. h. mehrmals verwendbaren Formen bzw. Dauerformen.

Beispiel 2

Es wird zur Herstellung eines 12 mm Wandstärke aufweisenden Rohlings wie in Beispiel 1 vorgegangen, nur wird die Zusammensetzung der wässerigen Suspension mit 70 Gew.-% Titandioxyd und 30 Gew.-% Zirkonerde gewählt.

Beispiel 3

Zur Herstellung eines eine Wandstärke von 16 mm aufweisenden Rohlings wird wie in Beispiel 1 vorgegangen, nur wird die Zusammensetzung der wässerigen Suspension für die Auskleidung mit 50 Gew.-% Titandioxyd und 50 Gew.-% Zirkonerde (Hauptbestandteil ZrO2 und SiO2, Spuren an A1203) gewählt.

Claims (8)

1. Verwendung einer Suspension aus einem pulverförmigen Material, dessen Hauptbestandteil oder alleiniger Bestandteil Titandioxyd ist, und Wasser mit einem deutschen Härtegrad von höchstens 8°d als Schlichte für die Herstellung einer durch ihre Dünne und Porosität wärmeleitenden, gasdurchlässigen und gasentwicklungsfähigen Auskleidung einer metallischen Schleudergußkokille für Kupfer oder dessen Legierungen.

2. Verwendung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das pulverförmige Material 99%ig reines Titandioxid enthält.

3.Verwendung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das pulverförmige Material aus Titandioxyd, bis zu 50 Gew.-% Zirkonerde und bis zu 5 Gew.-% Aluminiumoxyd besteht.

4. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Titandioxid eine durchschnittliche Korngröße von 15 Mikron hat.

5. Ausführungsform der Verwendung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die verwendete Suspension auf die vorgewärmte Innenwand der um ihre Achse rotierenden Kokille in Form einer möglichst gleichmäßig dünnen Schicht aufgesprüht wird, und daß das Wasser rasch unter Schaumbildung zur Erzielung einer porösen Beschichtung rückstandsfrei verdampft wird.

6. Ausführungsform der Verwendung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die verwendete Suspension in an sich bekannter Weise mittels einer Sprühdose auf die Kokilleninnenwand in mehreren Schichten dadurch aufgesprüht wird, daß die Sprühdose im Abstand von der erwärmten Kokillenwand mehrmals hin- und herbewegt wird, und daß die nächste Schicht erst aufgebracht wird, wenn die vorher aufgebrachte Schicht ausgetrocknet ist.

7. Ausführungsform der Verwendung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kokille auf 140 bis 170°C vorgewärmt wird.

8. Ausführungsform der Verwendung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die verwendete Suspension auf die Kokillenwand mit einer Wandstärke von 0,1 bis 0,3 mm aufgetragen wird.