DE1558269B1

DE1558269B1 - Verfahren zur Herstellung von Gussstuecken aus Aluminium oder Aluminiumlegierungen mit einer Zwillingsbildung

Info

Publication number: DE1558269B1
Application number: DE19671558269
Authority: DE
Inventors: Umeo Honma
Original assignee: Mitsubishi Kasei Corp
Current assignee: Mitsubishi Kasei Corp
Priority date: 1966-02-01
Filing date: 1967-01-26
Publication date: 1969-10-02
Also published as: US3485289A; GB1142098A; CH453590A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstel- andergewachsene Zwillinge zeigt, die sich bei dem lung von Gußblöcken aus Aluminium oder Alu- Sandguß bilden; die Zahlen 1 und 2 beziehen sich miniumlegierungen. auf die Zwillings- bzw. Stengelkristalle;

Man unterscheidet drei Arten der Kristallstruktur Fig. 2-A, 2-B₃ 2-C und 2-D stellen Längsschnitte

der Aluminiumgußblöcke, nämlich die Stengel- 5 eines Gußblocks dar und zeigen schematisch die kristalle, die körnigen oder gleichgerichteten Kristalle fortschreitende Bildung der Zwillingskristalle in und die Zwillings- oder Federkristalle. einem erfindungsgemäß hergestellten Gußstück; dabei

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein wird mit 3 die Seitenwände der Gießform aus einem Verfahren zur Herstellung von Gußblöcken aus Alu- feuerfesten Material, mit 4 eine Schreckplatte z. B. mininrn oder Aluminiumlegierungen mit einer Zwil- io aus reinem Kupfer, mit 5 eine Kristallisationsplatte, lingsbildung vorzuschlagen, wobei insbesondere die mit 5' eine Schmelzschicht, mit 6 ein geschmolzenes Zwillingsebenen der Kristalle in einer gewünschten Metall und mit 7 ein erstarrtes Metall mit Zwillings-Richtung angeordnet sind. - bildung bezeichnet;

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch Fig. 3 ist eine perspektivische Ansicht eines Gegelöst,· daß eine Kristallisationsplatte aus Aluminium 15 füges eines Aluminiumgußstückes mit teilweiser oder einer Aluminiumlegierung mit einer Zwillings- Zwillingsbildung.

bildung auf den Boden einer Gießform so gelegt Nach dem neuen Verfahren wird eine Kristalli-

wird, daß sie deren Oberfläche ganz oder teilweise sationsplatte aus Aluminium oder einer Aluminiumbedeckt und die Zwjllingsebenen der KristaUisations- legierung mit einer ZwiUingsbildung auf den Boden platte parallel zu der Richtung des Wärmeentzugs zo einer Gießform gelegt und ein geschmolzenes Metall des Gußmetalls verlaufen und daß geschmozenes in die Gießform gegossen, wobei sich eine Schmelz-Aluminium oder eine Aluminiumlegierung in die schicht zwischen dem geschmolzenen Metall und der Gießform unter Bildung einer Schmelzschicht zwi- Kristallisationsplatte bildet. Darauf wird der Gußschen der Kristallisationsplatte und dem geschmol- block durch den im festen Zustand verbliebenen Teil zenen Metall gegossen und das so erhaltene Guß- 25 der Kristallisationsplatte abgekühlt, wobei sich Zwilmetall abgekühlt wird. Hierdurch setzt eine von der Hnge aus der Kristallisationsplatte in entgegen-Kristallisationsplatte in einer einzigen Richtung aus- gesetzter Richtung zum Wärmeentzug des gesehmolgehende Erstarrung ein.. zenen Metalls entwickeln. Das Wachsen der Zwil-

Es war bekannt, daß Aluminiumblöcke mit Zwil- lingskristalle erfolgt vor dem anderer Kristallarten lingsbildung im Vergleich zu solchen mit Stengel- 30 wie Stengelkristalle oder gleichgerichteter Kristalle, oder gleichgerichteten Kristallen Bleche mit einer Daher erstarrt das geschmolzene, in die Gießform besseren Oberfiächenbeschaffenheit ergeben. Der gegossene Metall vollständig unter Bildung von Bedarf an Aluminiumgußblöcken mit Zwillingsbil- Zwilhngskristä31en,'die sich von der Kristallisationsdung ist daher ständig größer geworden. Die Gesetz- platte von unten nach oben durch die Gießform ermäßigkeiten der ZwillingsbÜdung in Aluminiumguß- 35 strecken.

blocken waren aber bisher unbekannt. Es war Die Kristallisationsplatte wird aus einem Guß-

lediglich bekannt, daß man das kontiuierliche Gieß- block aus Aluminium oder einer Aluminiumlegieverfahren zum Zwecke der ZwiUingsbildung in Guß- rung mit Zwillingsbildung hergestellt, in dem sie blocken gegenüber anderen Gießverfahren bevor- senkrecht zu dessen Seitenflächen geschnitten wird, zugte. Daher waren die für die Zwillingsbildung für 40 Die Kristallisationsplatte hat vorzugsweise die gleiche günstig gehaltenen Gießbedingungen wie Gießtempe- Zusammensetzung' wie die des zu gießenden Metalls, ratur und Gießgeschwindigkeit des geschmolzenen Eine geringe Abweichung in der Zusammensetzung Metalls oder die Art der Kühlung der Gußstücke, ist aber auch möglich.

nur jeweils von den persönlichen Erfahrungen der Falls die Oberfläche der Kristallisationsplatte ver-

Betreffenden abhängig. 45 rostet oder mit Öl od. dgl. verschmiert ist, so bildet

Es war ferner bekannt, daß die Zwillingsbildung sich eine Schicht, z. B. ein Oxydfilm, zwischen der in einem Gußblock aus reinem Aluminium nur bei Kristallisationsplatte und dem geschmolzenen auf dem kontinuierlichen Gießverfahren erfolgte, wäh- diese gegossenen Metall. Hierdurch wird das Kristallrend bei Aluminiumlegierungen wie Aluminium- wachstum verhindert. Vorzugsweise wird daher die Magnesium-, Aluminium-Kupfer- oder Alumnium- 50 Oberfläche der Kristallisationsplatte mittels eines Siliciumlegierungen auch andere Gießverfahren zu Schneidwerkzeugs oder einer Feile bearbeitet, woran einigermaßen befriedigenden Ergebnissen führten. sich zweckmäßigerweise eine Reinigung mittels Ultra-

Die Kenntnis über die Erfordernisse der Zwillings- schall oder mit einem kaustischen Alkali anschließt, bildung war somit unbekannt. Es waren daher keine Beim Gießen eines geschmolzenen Metalls in eine

zuverlässigen Verfahren zur Herstellung von Guß- 55 Gießform ist es bedeutsam, daß sich eine Schmelzstücken aus Aluminium oder Aluminiumlegierungen schicht zwischen der Kristallisationsplatte 5 und dem mit einer Zwilüngsbildung bekannt. Insbesondere geschmolzenen Metall 6 bildet, wobei aber der untere war kein Verfahren bekannt, wonach die Zwillings- Teil der Kristallisationsplatte im festen Zustand ebenen in einer gewünschten Richtung angeordnet bleibt. Nach diesen Erfordernissen bestimmt sich die werden konnten. 60 Dicke einer Kristallisationsplatte. Zum Gießen üb-

Im folgenden wird die Erfindung unter Bezug- licher Brammen wird vorzugsweise eine Dicke der nähme auf die Zeichnungen mit üblichen Verfahren Kristallisationsplatte von 5 bis 15 mm gewählt. Es verglichen: . können aber je nach der Menge des zu gießenden

Fig. 1-A und 1-B stellen Längsschnitte des Ge- Metalls und den Gießbedingungen auch schwächere füges von Gußstücken mit Zwillingskristallen oder 65 oder stärkere Platten außerhalb dieses Bereichs ver-Federkristallen dar, wobei die Fig. 1-A parallel ge- wendet werden. Vorzugsweise wird die obere Fläche wachsene Zwillinge, die sich bei dem kontinuier- der Kristallisationsplatte mit einem Flußmittel wie liehen Gießverfahren bilden, und Fig. 1-B ausein- Zinkchlorid, Äthanhexachlorid, Natriumchlorid, Na-

Claims

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3 4

triumfluorid, Kaliumfluorid und Natriumsilicium- Unterwirft man einen Gußblock mit einer Zwil-

fluorid vor dem Gießen des geschmolzenen Metalls lingsbildung der bildsamen Formänderung, so dehnt

überzogen, um die Bildung einer Schmelzschicht sich dieser durch den gesamten Querschnitt homo-

zwischen der Kristallisationsplatte und dem gegos- gener aus als ein Gußblock mit einer Stengelkristalli-

senen Metall zu erleichtern. Für diesen Zweck kann 5 sation. Dieser neigt auch zur Oberflächenhärtung,

die Kristallisationsplatte auch vorerhitzt werden. Ge- Im folgenden werden die Eigenschaften eines

eignete Temperaturen für die Vorerhitzung sind 100 Walzblechs aus einem Gußblock mit Zwillingsbildung

bis 250° C und hängen ab von den Gießbedingungen. mit einem solchen aus einem Gußblock mit Stengel-

Die Gießtemperatur kann je nach der Art des zu kristallisation verglichen:

gießenden Metalls, der Größe des Gußblocks und io 1. Die Rekristallisationstemperatur des zuerst ge-

den Arbeitsbedingungen schwanken. Für Alumi- nannten Blechs ist etwa 30° C höher als die

niumlegierungen ist sie z. B. von 680 bis 750° C. des zuletzt genannten Blechs. Das bedeutet, daß

Die Abkühlungsgeschwindigkeit eines gegossenen das zuerst genannte Blech beständiger ist.

Metalls wird zweckmäßig so gewählt, daß die Er- 2. Wegen der geordneten Orientierung der Kri-

starrung in einer einzigen Richtung von der Kristalli- 15 stalle in dem ersten Blech sind die Oberflächen

sationsplatte aufwärts zu dem Kopf des Gußstücks dieses Blechs beim Ätzen und/oder bei der

erfolgt. anodischen Oberflächenbehandlung feinkörniger

Das Verfahren nach der Erfindung ergibt bei Alu- und sogar glatter als das zweite Blech,
miniumlegierungen selbst bei reinem Aluminium 3. Das zuerst genannte Blech ist besser verform-Gußblöcke mit Zwillingsbildung. Dagegen war es bei 20 bar als das zuletzt genannte Blech. Die Erichsenden bisher bekannten Verfahren sehr schwierig, Werte der beiden Bleche betragen nach dem Gußstücke aus reinem Aluminium mit einem solchen Ausblühen 10,0 bei dem ersten Blech und 9,2 Gefüge herzustellen. bei dem zweiten Blech.

Unter dem in der Beschreibung verwendeten Aus- .

druck reines Aluminium oder Aluminium soll ein 25 Beispiel 1

Aluminiummetall mit einer höheren Reinheit als Die in diesem Beispiel verwendete senkrechte

99,5 % verstanden werden. Gießform bestand aus Seitenwänden aus einem

Wird eine Kristallisationsplatte in eine Gießform feuerfesten Material und einem Boden aus einer so eingelegt, daß die Zwillingsebenen der Platten 20 mm starken Schreckplatte aus reinem Kupfer, senkrecht zu der Oberfläche der Kristallisationsplatte 30 Der Hohlraum der Gießform war 60 mm breit, stehen und diese den Boden der Gießform voll- 60 mm tief und 200 mm hoch. Eine 12 mm starke ständig bedeckt, so werden Gußstücke wie in Kristallisationsplatte mit Zwillingsbildung wurde mit-Fig. 2-D erhalten, die vollständig aus Zwillings- tels Ultraschall gereinigt und dann auf die Schreckkristallen bestehen. platte so gelegt, daß sie die gesamte Oberfläche des

Andererseits können auch Gußstücke mit einer 35 Gießformbodens bedeckte. Die Zwillingsbildung in beliebigen teilweisen Zwillingsbildung hergestellt der Kristallisationsplatte war eine solche, daß die werden, wie dies bei 8 in Fig. 3 dargestellt ist, da Zwillingskristalle parallel zur Kühlrichtung orientiert die Zwillingsbildung nur von einer Kristallisations- waren. Die Kristallisationsplatte war vor ihrer Verplatte aus erfolgt. Wendung auf 250° C vorerhitzt und mit Äthanhexa-

Der Winkel zwischen der Zwillingsebene in einem 40 chlorid überzogen. Geschmolzenes 99,85%iges Alu-Gußstück und dessen Oberflächen wird je nach dem minium wurde dann bei 700° C in die Form geWinkel zwischen den Zwillingsebenen in der Kristal- gössen und diese 10 Sekunden später von dem Boden lisationsplatte und den Seitenwänden einer Gießform der Schreckplatte aus mit Wasser gekühlt. Hierdurch bestimmt. Daher können bei der Herstellung z. B. erstarrte das Aluminium innerhalb 7V2 Minuten,
von Brammen mit einer Zwillingsbildung die Zwil- 45 Das so erhaltene Gußstück zeigte eine vollständige lingsebenen senkrecht, parallel oder schräg zu der Zwillingsbildung.
Walzfläche angeordnet sein. Es ist ferner möglich, Beispiel 2
Gußstücke mit mehreren Gruppen von Zwillings-

kristallen darzustellen, die in verschiedenen Winkeln Zur Herstellung eines Aluminiumgußstücks wurde zu den Seitenflächen eines Gußstücks liegen. Dies 50 das gleiche Verfahren wie im Beispiel 1 angewandt, wird durch die Verwendung von einer oder meh- Es wurde jedoch eine Kristallisationsplatte verwenreren Kristallisationsplatten erreicht, die mehrere det, die nur die Hälfte des Gießformbodens beGruppen Zwillingskristalle mit verschiedener Orien- deckte. Das erhaltene Gußstück wies eine vom tierung haben. Boden der Kristallisationsplatte ausgehende Zwil-

Im Vergleich zu Gußstücken mit einer Stengel- 55 lingsbildung und eine von der abgeschreckten Oberkristallisation haben Gußstücke mit einer Zwillings- fläche nach oben gehende Stengelkristallbildung auf. bildung eine bessere thermische Stabilität bei er- Das Verfahren kann in verschiedener Weise abhöhten Temperaturen. Wird nämlich ein Gußstück geändert werden. Das beschriebene Gießverfahren aus 99,85%igen Aluminium mit einer Stengelkristal- unter Verwendung einer senkrechten Gießform kann !isation 12 Stunden bei 620° C erhitzt, so wird es an 60 kontinuierlich unter Verwendung einer senkrechten den Korngrenzen mit einem hohen Gehalt an Ver- oder waagerechten Gießform durchgeführt werden, unreinigungen schmelzflüssig. Im Gegensatz hierzu .. ,
bleibt das Gefüge eines Aluminiumgußstücks mit .Patentansprüche:
Zwillingsbildung derselben Reinheit selbst bei einem 1. Verfahren zur Herstellung von Gußstücken 24stündigen Erhitzen bei 620° C unverändert. Das 65 aus Aluminium oder Aluminiumlegierungen mit bedeutet, daß ein Gußstück mit Zwillingsbildung in einer Zwillingsbildung, dadurch gekennseiner Beschaffenheit homogener als ein Gußstück zeichnet, daß eine gegebenenfalls mit einem mit Stengelkristallisation ist. Flußmittel überzogene Kristallisationsplatte aus

Aluminium oder einer Aluminiumlegierung mit einer Zwillingsbildung auf denKühlungsteil einer Gießform gelegt, das geschmolzene Metall unter teilweisem Aufschmelzen der Kristallisationsplatte in die Gießform gegossen und das Metall 5 in der Gießform abgekühlt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Kristallisationsplatten verwendet werden.
3. Verfahren nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kristallisationsplatte so in die Gießform eingelegt wird, daß die Zwillingsebenen in der Platte parallel zu den Zwillingsebenen der Kristalle in dem Gußstück verlaufen.
4. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kristallisationsplatte mit einer fast gleichen Zusammensetzung wie das Material des Gußmetalls verwendet wird.
5. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kristallisationsplatte bei 100 bis 250° C auf den Kühlungsteil der Gießform gelegt wird.
6. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kristallisationsplatte mit Äthanhexachlorid, Natriumsiliciumfluorid, Natriumfluorid, Kaliumfluorid, Zinkchlorid oder Natriumchlorid überzogen wird.
7. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine senkrechte Gießform verwendet und die Kristallisationsplatte so auf den Boden der Gießform gelegt wird, daß die Zwillingsebenen in der Platte senkrecht zu dem Boden der Gießform verlaufen.
8. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Metall in der Gießform mittels einer an deren Boden angeordneten Schreckplatte mit Wasser gekühlt wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen