DE1558104C - Verfahren zum Imprägnieren einer Gießform für den Guß von stark reaktionsfähigen Metallen - Google Patents

Description

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Die Erfindung liegt auf dem Gebiet des Vergießens Kohleschicht bedeckt. Eine solche Form wäre für das

von Metallen und betrifft die Herstellung von Formen Präzisionsgießen von Titan und ähnlichen reaktions-

fiir den Guß von stark reaktionsfähigen Metallen, wie fähigen Metallen daher ungeeignet.

Titan und Zirkon. Man hat auch schon in Kokillen zum Gießen von

Das bekannte, mit verlorenen Wachsmodellen 5 Stahlblöcken vor oder während des Gusses Naphthalin arbeitende Präzisionsgießverfahren eignet sich gut zur gegeben, welches unter der Wirkung des flüssigen, Herstellung komplizierter Gußstücke mit genauen eingegossenen Metalls verdampft und sich als Ruß auf Abmessungen. Bei diesem Verfahren wird ein Modell die Innenflächen der Form niederschlägt. Bei diesem des gewünschten Gußstücks aus Wachs, einem thermo- Verfahren wird also zum Gießen eine Form verwendet, plastischen Material oder einem anderen geeigneten io deren Oberfläche nicht mit Kohle bedeckt ist, diese Material hergestellt. Rund um dieses Modell wird eine bildet sich vielmehr erst durch Reaktion mit dem einmonolithische Form durch Aufbringung einer Schicht gegossenen heißen Metall, was naturgemäß eine beachtaus einer hochschmelzenden Aufschlämmung aufge- liehe Verunreinigung desselben zur Folge haben muß. baut, die aus einem feinteiligen,' hochschmelzenden Bekannt ist ferner die Herstellung von Formen aus Material in einem flüssigen Träger besteht, in der 15 einem Graphitpulver mit einem Phenol-Formaldehyd-Regel aus partiell hydrolisierter Äthylsilicatlösung. harz als Bindemittel für die Graphitteilchen unter Der noch feuchte Überzug wird dann mit einem Verwendung aliphatischer Alkohole zur Herstellung trockenen, in der Regel gröberen, hochschmelzenden einer Aufschlämmung. Beim Brennen der Form wird Material bestäubt und schließlich durch Lufttrocknung das Harz dann zersetzt, es sei jedoch betont, daß es oder mittels eines geeigneten Gases, zum Beispiel 20 sich von Anfang an in der zur Herstellung der Form Ammoniak, gehärtet. Dieses Überzugsverfahren wird verwendeten Ausgangsmischung befindet. Man erhält so lange wiederholt, bis eine Form mit ausreichender somit eine durch und durch aus graphitischer Kohle Dicke entstanden ist. Alsdann wird das Modell heraus- bestehende Form, da das wärmehärtende synthetische geschmolzen oder in einem geeigneten Lösungsmittel Binderharz nahezu vollständig verkohlt wird,
gelöst. Für Stahl, Nickellegierungen, Kobaltlegierun- 25 Ein älterer, jedoch nicht vorveröffentlichter Vorgen u. dgl. wird als hochschmelzendes Material in der schlag geht von der bekannten Verwendung von Regel Kieselsäure, Aluminiumoxyd, Aluminiumsilicat, Graphitformen oder von mit Graphit ausgekleideten z. B. Molochit und Siliminit, Zirkonoxyd, Zirkon- Formen aus. In allen bekannten Fällen besaß jedoch silicat u. dgl. verwendet; als Bindemittel dient dabei der Graphit eine isotropische Struktur, die bestimmte häufig Kieselsäuresol. Die mit solchen Formen erhal- 30 Nachteile bedingte, und die mit dem älteren Vorschlag tenen Gußstücke aus diesen Legierungen besitzen demgegenüber erzielte Verbesserung soll darin beeinen guten Oberflächenglanz und genaue Abmessun- stehen, den Graphitüberzug aus anisotropem, pyrogen. Wenn diese Formen jedoch für stark reaktions- lytischem Graphit herzustellen. Dieses anisotrope, fähige Metalle, z. B. Titan und Zirkon, verwendet kristalline Graphitmaterial erhält man gemäß dem werden, erfolgt eine Reaktion zwischen Form und 35 älteren Vorschlag dadurch, daß man unter Vakuum Metall, was ungenaue Abmessungen und Oberflächen- durch den Innenraum der auf 700 bis 1200⁰C aufgeverunreinigungen des Gußstückes zur Folge hat. heizten Form ein Kohlenwasserstoffgas unter einem

Die vorliegende Erfindung zur Herstellung von Druck von 1 bis 10 mm Hg hindurchleitet.
Gießformen für den Guß von sehr reaktionsfähigen Das wesentliche Merkmal besteht dabei in der Auf-Metallen geht von einem Verfahren aus, bei dem eine 40 rechterhaltung eines Vakuums,
keramische Gießform auf ihrer Oberfläche und in Die vorliegende Erfindung arbeitet ohne jedes ihren Poren durch Zersetzung eines Kohlenwasser- Vakuum und bezweckt die Schaffung einer den Prästoffgases in einem Behälter unter Luftausschluß an zisionsguß von reaktionsfähigen Metallen, wie Titan, der auf über 800° C erhitzten Form mit feinteiliger. ermöglichenden Formen mit Gräphitoberfläche, ohne Kohle imprägniert wird. Die Erfindung wird darin 45 daß gleich die ganze Form aus Graphit zu bestehen gesehen, daß der Behälter mit der Form zunächst mit braucht.

Stickstoff gespült, unter Aufrechterhaltung der Stick- Zur Herstellung von Titangußstücken mit genauen Stoffspülung-in einen auf die Zersetzungstemperatur Abmessungen und ohne Verunreinigungen wurden des Kohlenwasserstoff gases erhitzten Ofen einge- bereits maschinell bearbeitete' Graphitförmeri verbracht wird und der Stickstoffstrom sodann mit Koh- 50 wendet. Solche Formen sind jedoch teuer und auf lenwasserstoffgas beladen wird. Vorzugsweise wird einfache Umrisse beschränkt. Feste Graphitformen als Kohlenwasserstoffgas Benzol verwendet. besitzen ferner den Nachteil, daß sie eine starke Ab-

Es ist bereits ein Verfahren bekannt, bei dem die schreckwirkung auf das flüssige Metall ausüben, was Oberflächen von getrockneten Sandformen dadurch das Ausfüllen feiner Einzelheiten in dem Gußstück verfestigt werden, daß die Oberflächen der grünen 55 erschwert. : '
Form mit einer Lösung, Emulsion oder Suspension Beispiel 1
von Harzen, die vorteilhaft Eiweiß oder Abbaupro- v, .
dukte von Eiweiß enthalten, angespritzt und anschlie- Nach der Wachsausschmelz-Methode wird eitle ßend bei Temperaturen zwischen 200 und 270⁰C ge- keramische Form unter Verwendung einer Lösung von backen werden. Bei den dabei zur Anwendung korn- 60 partiell hydrolysiertem Äthylsilikat, in welcher unter menden Temperaturen von 200 bis 270⁰C mag zwar Bildung einer Aufschlämmung ein feinteiliges, hocheine gewisse Verkokung der organischen Substanz er- schmelzendes Material, wie Zirkönoxid oder Alumifolgen, keinesfalls jedoch die Bildung von reinem Koh- niumoxid suspendiert ist, hergestellt. Ein Wachsablenstoff unter Entfernung aller übrigen Restsubstanzen, druck des gewünschten Gußstücks wird durch Einweiche eine Verunreinigung des Gießmetalls ergeben 65 tauchen in die Aufschlämmung überzogen. Der könnten. Das Backen erfolgt auch keinesfalls unter feuchte Überzug wird mit einem pulvrigen feuerfesten Luftausschluß, was weiterhin verhindert, daß sich die Material bestäubt und dann durch Darüberleiten von Oberfläche der Form bei dem Prozeß mit einer reinen Ammoniakgas oder durch Lufttrocknung ausgehärtet.

Dieses Überzugsverfahren wird etwa siebenmal bis zum Aufbau einer feuerfesten Form mit einer Wandstärke von etwa 3,2 bis 6,4 mm wiederholt. Dann wird das Wachsmodell herausgeschmolzen. Die von Wachs befreite Form wird dann in der schematisch in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung mit Kohle imprägniert. Dabei wird der in dem Gefäß 1 enthaltene Stickstoff über ein Reduzierventil 3 und ein Strömungsmeßgerät 5 in den Röhrenofen 7 über einen Zweiwegehahn 9 eingeleitet, der es ermöglicht, Stickstoff allein oder in Mischung mit Benzoldampf einzuleiten; im letzteren Fall läßt man den Stickstoff durch in Behältern 11 in einem Wasserbad 13 enthaltenes, warmes, flüssiges Benzol perlen.

Im Betrieb, wenn sich der heiße Ofen 15 in der Stellung A befindet, wird die Form 17 in den kalten Röhrenofen 7 eingeführt, der dann mit Stickstoff ausgespült wird. Unter weiterem Hindurchleiten von Stickstoff wird der heiße Ofen dann in die Stellung B gebracht. Wenn die Form die gewünschte Temperatur erreicht hat, wird der Zweiwegehahn 9 so eingestellt, daß der Stickstoff durch warmes flüssiges Benzol perlt. Der Benzoldampf dissoziiert bei Berührung mit der heißen Form, wobei sich feinteilige Kohle auf der Oberfläche und in den Poren dieser keramischen Form niederschlägt. Bei einem Gasdurchfluß von I¹Z₂I pro Stunde, einer Temperatur des flüssigen Benzols von 55°C und einer Ofentemperatur von 825°C sind nach etwa fünfstündiger Behandlungsdauer etwa 10 Gewichtsprozent Kohle in der Form niedergeschlagen. Mit einer solchen Form können Titangußstücke mit guter Oberflächenbeschaffenheit erhalten werden, die verhältnismäßig frei von Oberflächenverunreinigungen sind.

gung von feinteiliger Kohle auf der Oberfläche und in den Poren der Form. Nach beendeter Imprägnierung wird der Zweiwegehahn wieder so eingestellt, daß nur Stickstoff eingeleitet wird, das Gefäß wird aus dem Ofen entnommen und unter weiterem. Hindurchleiten von Stickstoff abkühlen gelassen. Bei einer Temperatur des flüssigen Benzols von 53°C und einer Ofentemperatur von 885°C war die Form nach vierstündiger Behandlung rnit etwa 10 Gewichtsprozent Kohle imprägniert. In dieser Form wurden Titangußstücke mit guter Oberflächenbeschaffenheit erhalten, die verhältnismäßig frei von Oberflächenverunreinigungen waren.

Beispiel 3

Zum Nachweis der mit der vorstehend beschriebenen Kohleimprägnierung erzielten Wirkung wurden fünf keramische Formen mit einer Kohleimprägnierung von 0 bzw. 2 bzw. 5 bzw. 10 bzw. 19 Gewichtsprozent hergestellt; die mit diesen Formen erhaltenen Titängußstücke wurden auf ihre ,Oberflächenbeschaffenheit getestet, die sich durch eine Reaktion zwischen Form und Metall ergibt. Die Oberflächenverunreinigung wurde durch einen Mikrohärtetest mit den in der nachstehenden Tabelle angegebenen Ergebnissen ber stimmt.

Beispiel 2

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Eine keramische Form wird nach der Wachsausschmelz-Methode wie im Beispiel 1 hergestellt. Die von Wachs befreite Form wird in der schematisch in F i g. 2 dargestellten Weise mit Kohle imprägniert. Der Gas liefernde Teil der Apparatur ist gleich wie in Fig. 1. Der Imprägnierungsraum besteht aus einer zweiteiligen Anordnung aus hitzebeständigem Stahl und besteht aus einer Basis 19 und einem Deckel 21. Ein hitzebeständiges Stahlrohr 23 mündet in die Basis des Raums und führt dann in das Zentrum eines durchbohrten Kohleblocks 25. Die keramische Form 27 wird auf deri Kohleblock 25 aufgesetzt, und der Deckel 21 wird dann über die Form in die Basis eingesetzt, wobei die Verbindung des Deckels mit der Basis mit trockenem ßänd abgedichtet wird. In dem Deckel ist" eine Entlüftung 29 vorgesehen. Das hitzebeständige Stahlrohr wird dann mittels einer flexiblen Leitung 31 . an den Gasgenerator angeschlossen.' Im Behälter 1 enthaltener Stickstoff wird durch das Reduzierventil 3 und den Strömungsmesser 5 über deri Zweiwegehahn in den Imprägnierungsraum eingeleitet, wobei Stickstoff allein oder beladen mit Berizoidairipf durchgeleitet werden kann, indem man ihn durch flüssiges Benzol perlen läßt. Ifti Betrieb wird die Apparatur mit Stickstoff ausgespült^ wenn sich das Imprägnierüngsgefäß außerhalb des Ofens 33 befindet. Das Gefäß wird dann unter andauernder Stickstoff einleitung in den Ofen eingeführt, die Form und das Gefäß werden auf die Ofentemperatur gebracht, und der Zweiwegehahn wird dann so eingestellt, daß Stickstoff durch das flüssige Benzol perlt. Der Benzoldampf dissoziiert bei Berührung mit der heißen Form unter Niederschla-

Kohle imprägnierung der Form,	• Mikro-Vickershärte	Kern	Eindringtiefe der Oberflächen-
Gewichts		" 205	verünreinigung
prozent	Oberfläche	210	(mm)
0	620	210	2,03
2	410	208	0,89
5	343	210	0,51
10	300	0,38
19	250	0,25

Wurde keine Kohle in die Form eingeführt, so erhielt man Gußstücke mit einer großen Oberflächenhärte und einer verhältnismäßig tiefgehenden Oberflächenverunreinigung, wobei die Reaktion zwischen Form und Metall so stark war, daß sich unterhalb der Oberfläche des Gußstücks unterirdische Blasen bildeten, wodurch das Gußstück unbrauchbar wurde. Eine 2gewichtsprozentige Kohleimprägnierung verhinderte unterirdische Schäden; durch eine Kohleimprägnierung entsprechend diesem Wert kann rrian somit Gußstücke mit einer großen Oberflächenhärte nach dem Vergießen" erhalten, was für Änwendurigszwecke, bei denen es auf Äbriebbeständigkeit, Erdsionsbeständigkeit und Abnutzungsbeständigkeit ankommt, von großem Wert ist. Durch Regelung der Tiefe der Kohleimprägnierühg iri der Form kann märt somit nach derii beschriebenen ,Verfahren die Oberflächenhärte und die Tiefe der Oberflächenhärte regeln. .

Obwohl in den vorstehenden Beispielen Benzol als Lieferant für die Kohleimprägnierung genannt ist, können doch auch' viele andere Kohlenwasserstoffe, z. B. Butan, Propan u. dgl. verwendet werden. Auch gasförmige Kohlenwasserstoffe, z. B. Acethylen, können verwendet werden.

In den vorstehenden Beispielen wurden zwar nach dem Wachsausschmelz-Verfahren erhaltene keramische Formen verwendet, es können jedoch auch nach anderen an sich bekannten Verfahren hergestellte Formen verwendet werden.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Imprägnieren einer Gießform für den Guß von sehr reaktionsfähigen Metallen, wie Titan, wobei auf der Oberfläche und in den Poren einer keramischen Form durch Zersetzung eines Kohlenwasserstoff gases in einem Behälter unter Luftausschluß an der auf über 800⁰C erhitzten Form feinteilige Kohle niedergeschlagen wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter mit der Form zunächst mit Stickstoff gespült, unter Aufrechterhaltung der Stickstoffspülung in einen auf die Zersetzungstemperatur des Kohlenwasserstoffgases erhitzten Ofen eingebracht wird und der Stickstoffstrom sodann mit Kohlenwasserstoffgas beladen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Kohlenwasserstoffgas Benzol verwendet wird.

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