DE1909165A1 - Verfahren zur Herstellung von Gussformen aus Metall - Google Patents

Description

PATENTANWALT F.

DR. ING. A. VAN DER WERTH D R. FRANZ LE D E R ER

21 HAMBURG 9O 1909165 β MÖNCHEN 80

WILSTORFER STR. 32 - TEt. (0411) 770861 ' UICItE ORAHN-STR 22 · TEL. (08IiI 4408*6

München, 21« Februar 1969 Li/D

Anmelder: NAOANO PREFECTURE Vertreter: Oonichiro Nishieawa,

692-2 Aza-Habashita, Oaza-Minami-Nagano, Nagano-shi, Nagano-ken, Japan

Verfahren zur Herstellung von Gußformen aus Metall

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Gußformen aus Metall.

Ein Gießverfahren unter Benutzung von Metallformen ist schon verwendet worden, um Leichtmetallegierungen und Kupferlegierungen zu gießen. Es ist kürzlich auch zum Gießen von Guß» eisen zur Anwendung gelangt.

Oa jedoch die bei oben erwähntem Gießverfahren verwendeten Metallformen unter Benutzung einer Sandform gegossen worden sind, erweist es sich als nachteilig, daß sie nachbearbeitet werden müssen. Dies ist mit hohen Kosten und erheblichem Zeitaufwand verbunden, um solche Metallformen mit hoher Präzision in den Abmessungen herzustellen«

Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens zur Herstellung billiger und genauer Metallformen durch Ausschließen der oben erwähnten den bekannten Verfahren zur Herstellung von Metallformen anhaftenden Nachteilen«

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BAD ORIGINAL

Erfindungsgemäß wird dies mit einem Verfahren zur Herstellung por Be er Metallformen erreicht, das durch Formen und Verfestigen eines durch Mischen und Kneten eines Metallpulvers und Natriumsilicat mit Metallteilchen als Hauptbestandteil hergestellten Materials auf einem in einen Formkasten gesetzten Modell« so daß eine hauptsächlich aus Metallteilchen . bestehende Schale gebildet wird, weiter durch Entfernen des Modells aus dem Formkasten und dann durch Gießen eines ge« schmolzenen Metalles auf die der Modelloberfläche abgewandte Seite der Schale gekennzeichnet ist, so daß die Schale und , das geschmolzene Metall zu einem Stück werden, um eine Metall form zu bilden· Auf diese Veiee wird eine durch die LÖtwirkung des vermischten Metallpulvers fast verbundene porös© Metallform erhalten.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Verfahren zur Herstellung poröser Metallformen gekennzeich- . net durch Formen und Verfestigen eines durch Mischen und Kneten eines Metallpulvers und Natriumeilicat mit Metall·» teilchen als Hauptbestandteil hergestellten Materials auf einem in einen Formkasten gesetzten Modell, so daß eine hauptsächlich aus Metallteilchen bestehende Schale gebildet wird, weiter durch Entfernen des Modells aus dem Formkasten! durch Aufbringen eines exothermen Mittels auf den Teil der Schale, von welchen das Modell entfernt worden ist, und dann durch Gießen eines geschmolzenen Metalles auf die der · Modelloberfläche abgewandte Seite der Schale, so daß die Schale und das geschmolzene Metall zu einem Stück werden, um ein· Metallform zu bilden. Auf diese Weise wird wegen der Haftung durch die Lötwirkung und des Eindringens des geschmolzenen Metalls zwischen die Metallteilchen sowie durch . das Zusammenwirken 4er Erhitzung durch das geschmolzene Metall, welch·* nach späterer Verfestigung su einem Stütsmetall wird, und durch die Zündung und.das Verbrennen des exothermen Mittel· ein· fester verbundene porös« Metallform erhalten.

Di· in der Erfindung verwendeten Metall teilchen sind gewöhn-

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BADÖRiGJNAC

licherweise Stahl-, legiert« Stahl- oder Gußeisenteilohen. Die GrSBe der Metallteilchen beträgt 150 bie 10 Mesh.

Dae Metallpulver ist vorzugsweise solch eia gemischtes Pulver wie ein Kupfer- und Kupferlegierungspulvsr oder Nickellegierungepulver· UM die Lötverbindung der Metalltellohen zu erleichtern« können die asu verwendenden Metall teilchen an der Oberfläche mit einem leicht au lötenden Metall beschichtet sein.

Der Mischungeanteil des in der Erfindung verwendeten Natriumsilicate beträgt, unabhängig von den Molverhältnis SiO₂ZNa₂O, weniger als 3 Gaw,# und muß in Abhängigkeit von den Mischungsanteilen der Metallteilchen und solch anderer Zusätze, wie sie im folgenden erwähnt werden, in eine« Bereich unter 3 Gew.$> erhöht oder, erniedrigt werden. Natriumsilicat hat die Virkung eines Flußmittels, welches unter hohen Temperaturen schmilzt,um die Lötverbindung der aus Metallteilchen bestehenden Schale zu erleichtern· Um weiter die Lötverbindung der Metallteilen,·!! su vervollkommnen «können sie mit Flußmitteln, wie Borsäure oder Borax:, gemischt oder bestrichen werden·

Der in der Erfindung zu verwendende Stützsand kann gewöhnlicher Formsand sein. Venn Jedoch solch ein Sand mit hoher · Fließfähigkeit als Sehaleafornsand verwendet wird, ergeben sich Vorteile, indem bei» Eingießen eines geschmolzenen Metalles ein reduzierende« CO-Gas erzeugt werden wird» das · die Oxydation der aus Metallteilehea bestehenden Sehale verhindert und das Verlöten der Metallteilehen erleichtert, so '< daß der Sand nach dem Gießen leichter entfernt werden kann und die Oberfläche der Metallfolie sum Glätten »achbearbeitbar ist.

Das in der Erfindung verwendete geschmolzene Metall erhitzt die Schale aus Metallteilchen,ad daß diese Teilchen zusammen-

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gelötet vmd verbunden werde»» Em wird mach seiner Verfestigung sen einem Stütssmetall tand trägt somit wesentlich,, star V@rhiiadermsgr der Verformung äiiss⁸ Sshal© au® M©t&ilt®ii<3la®ia der Erhöhung Ihrer L*h&nau&um&- «sad ύ@ν :[email protected]®l^m$ mischen Leitfähigkeit bftio B&» Material ta®«! «2i® r&tur äes ^esohmolsenezi Moti&ü-as o*iss©is gusäg der ©Icke der S©te&I® e©'«t© der Aict taad «lea Metallpulver» beisMsmt werden« 2s w±w&

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der Zeichn^asen erläutert. Bai β teilen dars Figuren' i - 5 eis* Hersteüusi^efOS.g® aiases¹

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eprecbend dess Figuren 2-4 unter

eines exothermen Mittels Figur 9 eine mikroskopische fotografie eines

welches deaa ^«bundeneu Sustand der

chen in de« Querschnitt einer «riindussgegessöfi.

hergestellten. Metallform wiedergibt»

Beispiele der erfindungegeaäüen Herstellung von ohne Verwendung eines exotherme» Mittels werden im beschrieben· Die Angaben in den Beispielen sind Oewiehfsteilb bzw. Gewichtsprozent*

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Beispiel 1

Vie. in Figur 1 dargestellt ist ein Modell 2 auf einem Form-; brett 3 angeordnet und weiter ein Formkasten k mit einer Sandauskleidung 5 auf dem Formbrett 3 aufgestellt, um das Model Modell 2 einzuschließen.

Dann wird ein durch Mischen und Kneten'von 100 Teilen Stahlteilchen von 65 - 100 Mesh, 3 Teilen Kupferpulver von weniger als 10 Mikron und 3 Teilen Natriumsilicat (Molverhältnis 2,7) hergestelltes Material in 10 mm Stärke auf dem Modell geformt:, welches bestrichen 1st mit einer Vinylfarbe als einer Trenn-masse. Das geformte Material wird unter Verwendung eines C0~~ Gases oder Alkohole verfestigt, um eine Schale 1 aus Metallteilchen su bilden. Dann wird das Modell 2 herausgezogen (wie in Figur 2 dargesta.lt) und die S ο ha Ie allmählich mit einem Brenner, wobei Vasβer entfernt wird, bis auf etwa 300° C erhitzt. Nach dem Erhitzen wird der Formkasten k, welcher die Schale aus Metallteilchen enthält, um 180° gedreht, ein anderer Formkasten 7, wie in Figur 3 dargeettf.lt, aufgesetzt und der Teil, aus welchem das Modell 2 entfernt worden ist, und der Raum, welcher durch den Formkasten 7 gebildet wird, mit einem Stützsand 6 gefüllt.

Anschließend.wird die aus den Formkasten 4 und 7· die, wie

vorstehend besehrieben, mit dem Stutζsand 6 angefüllt wurden, ,bestehende Anordnung.

/gedreht und ein geschmolzenes Metall 8 in den Raum eingegossen, der durch die Rückseite der Schale aus Metallteilchen und der Sandauskleidung 5 gebildet wird.

Solch ein Zustand ist in Figur k wiedergegeben. Nachdem das eingegossene geschmolzene Metall zum Beispiel bei 1500° C geschmolzenes Gußeisen 8 sieh verfestigt hat, werden die Formkästen k und 7t die Sandauskleidung 5 und der Stütz» sand 6 entfernt, um eine Metallform 9 fertigzustellen, wie al» in Figur 5 dargestellt ist.

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Beispiel 2

Beispiel 1 wurde mit der Ausnahme wiederholt, daß folgende Materialien gemischt, geknetet und dann geformt wurden, um eine Schale zu erhalten;

Nickel-Chrom-Stahl-Teilchen von 35 - Φ Mesh 100 Teile (C 0,35 £. Mi 3,0 £, Cr 0,6 £, Rest Fe)

Messingpulver von unter 10 Mikron 7 T©ile

fcu 60 %, Zn 40 ^)

Natriumsilicat (Molverhältnis 2,7) 2 Teile

Eine Metallform aus verlöteten Nickel-Chrom-Stahl-Teilchen Jk wurde erhalten. -

Beispiel 3

Folgende Materialien wurden gemischt, geknetet und dann geformt, um eine Schale, wie in Beispiel 1 beschrieben, zu erhaltens.

Weichstahlteilchen von 35 - 65 Mesh 100 Teile

(Kohlenstoffgehalt 0,2 ^)

Selbstfließendes Nickellegierungspulver von

unter 10 Mikron 10 Teile

(Ni 72 #, Cr 12 £, B 2,8 #, Si 4,0 j, Fe 3,5 #,

Co <1 #, C 0,5 ^, Schmelzpunkt 1040° C) Natriumsulfat (Molverhältnis 2,7) 2,2 Teile

Die Vorwärmt empera tür der Schale betrug 450° C und die Temperatur des zu vergießenden geschmolzenen Gußeisens ΐ4?0° G,. Bs wurde eine verlötete und verbundene Metallform erhalten.

Beispiel h

Die folgenden Materialien wurden gemischt, geknetet und dann·, wie in Beispiel 1 beschrieben, zu einer Schale geformt.

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Gußeis ent eil chen von 35 - &O Mesh tOO Teil·

(C 2,8 #, Si 1,5 #)

Meseingpulver _von «„tor fö Mikron 7 T_eile

(Cu 60 %, Zn 40 $)

Natriumsilicat (Molverhältnis 2,7) 2 Teile

Die Vorwärmtemperatur eier SeSiale betrsag S©<a® <S ssnd die Temperatur das geschmolzenes au vergießendes <SisJ3e£,eea 1400° C, Bas-· Gießen. erfolgte oat es= J^giots&iisaeephar®« Es marde verlötete und vert-und®B© U®$®,Xl£wm @rlie,It.©39 „

folgenden werden weitere Beispiel®

Verfahrene sur Hörsis@Il5as3|g v®tt gf©fcall2?©rE®ss ;aiser Hinter Verwendung eines exothermen Bf£*ts!s beestupiebetSe

Beispiel 5

Sin durch Mischen ηηά Rm@t®n v©a 5 &®w_e$ Etapf®rpulv@r und S Gew.5& Natriumsilieat aiit hoch, kfehle^atafffealtigen - Stahlteilchen mit einer GrSBe von etwa 30 IKesla als Hauptbestandteil hergestelltes Material wurd© in 1® mm Stäz&e, wie in Figur 1 dargestellt, auf «sinea Modell 2 ^©forrat. Methanol (ein Kohlendioxydgae <säer Alkohol kßssaesi a^©)h ^/sr^endet werden) wird in das g®fox°aita Material ©i^sicka^a gelassen, ism zum Erhalt eine$ Schale/aus Metallteilchsn ein Natriumsilica tgel zu bilden. Dasais wird, nachdem um» Modell 2 ent- :?ernt worden ist, wie in F±g?6. dargestellt, @ia exothermes ■ Mittel 10 mit einer bee traten Stärk® -mit rli® Oberfläche 1.1 ^; der Schale aus Metall teilchen aufgetragasa. Nachdem dar exotherme Mittel 10 aufgebracht worden ist« wird die Schale vorgewärmt, um ein Abschrecken d®» spätes» eingegossen nen geschmolzenen Metalles/sia verhindern und wa unmittelbar das exotherme Mittel/²'⁴¹ verbrennen. Das Vorwärmen kann »it solchen Mitteln wie einem Wärmeofen oder einem Gasbrenner erfolgen. Die Vorwärmung wird Jedoch vorwagswed«« mit Hilfe eines Wärmeofens durchgeführt. Die bevorzugte Vorwärmtemperatur beträgt etwa 250° 0*

Der Formkasten k, welcher die Schale aus Metallteilchen ent-

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BAD ORIGINAL

hält und wie vorstehend beschriebet! -feetessdelt worden ist, und da· exotherme Mittel 10 werden * tara 18® ß®Ss>®h,t₉ ein anderer Formkasten 7 wird wie In
ordnet und der Teil, von welchem das Modell £ entfernt worden ist, und der -Raum, welcher von dem Formkasten 7 gebildet wird« werden mit Stütesand 6 angefüllt.

Wenn die in obiger Weise gebildete Anordnung wieder ge°° dreht und, wie in Fig. S dargestellt, ein geeehm©ls©i3@8 Metall 8 in den durch die Rückseite der Schale/und der Sasd-i auskleidung 5 gebildeten Raum eingegossen wird» erhitst sich die Schale 1 schnell, so daß das exotherme Mittel 10 auf h der Oberfläche 11 der Schale zündet und verbrennt, wodurch die Sehale 1 schnell von beiden Selten auf ein« i hohe Temperatur in einer reduzierenden Atmosphäre erhitzt wird. Das geschmolzene Metall 8 wird daher leicht in die Zwischenräume »wischen den Metallteilchen Ar Schal® 1 eindringen, wodurch die entsprechenden Metallteilchen fest miteinander verbunden werden und eine Metallform 9» wie in Fig. 5 dargestellt, fertiggestellt wird.

Beispiel 6

Die folgenden Materialien wurden gemischt, geknetet und dann su einer Schale, wie in Beispiel 5 besehrieben« ge« W formtί

Niedrigkohlenstoffhaltige Stahltellchen von

35 !- 65 Mesh (Kohlenstoffgehalt 0,2 ^) 100 Teil®

Selbetscbmelsendes Miokelleglerungepulver von

weniger als 10 Mikron (Mi 79 £, Cr 12 #,

B 2,8 *, Si 4,0 *_& Fe 3.3 ^, Co 1 *, C 0,5 *t

Schmelspunkt 1040° C) 3 Teil®

(Molverhältfii· 2.7) Ie5

Die Anwendung eines exothermen Mittels spiel 5 beschrieben. Die Vorwärmtempera tsss» <faa? trug 300 C. Als geschmolzenes Metall wrax'ä© ο la Gußeisen mit 3,5 % Kohlenstoff u«mS S₀3 $ §ä,ää@äcs£ä

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1430° C verwandet. Dae exotherm« Mittel wurde IO Sek., nachdem da* geschmolzene duktile Qußeisen eingegossen norden war, gesundet und verbrannt.

Auf diese Weise wurden die Oberflächen der niedrigkohien* stoffhaItigen Stahlteilehen Mit der aelbetsehaelsendenr NJ<aVel- , legierung bedeckt, und dm* duktile Q%;ßeie«n drang in die Hohlräume anriechen den Stahlteilehen ein, wodurch ein· festverbundene Metallfora erhalten wurde.

Beispiel 7

Die folgenden Materialien wurden gemischt, geknetet und dann zu einer Schale wie im Beispiel 5 beschrieben geformt.

Nickel-Chrom-ßtahlteilchen toe 35 - 65 Mesh 100 Teile (C 0,32 *, Ni 3.0 5t» Cr 6 £* Rest Fe)

Neusilberpulver von unter 10 Mikron 5 Teil·

(Cu 64 £, Ni 18 £, Zn 18 ^)

Natriumsilioat (Moiverhttltni· 2,7) t>7 Teile

Di· Anwendung «in·» exeth«raea Mittels erfelgt· wie in Bei- ' spiel 5 beschrieben· Di· Vorwärmtemperatur der Schal· betrug. 250° C. Als g«sch»ols«n«s Metall wurde ein duktile·- QuB-eisen ait 3,3 ^ Kahlensto/f «nd 1,8 $ SlXisiii» b«i 1^30° C verwendete Da· exotherm« Mittel wurde 13 8efe> t»cM·« das geschmolzen» duktil· Gußeisen «ingegoseen worden war, g·- zündlet und verbrannt·

Das duktil· Gnß«isen dran« In die BohlrKim· sifischet) den . > Nickel-Chrom-Stahlteilchen ein, v@duroh ein· f^stverbundene Metallform erhalten wurde«

Die M«ta3form, welch· nach eisern wie in verstehenden bt· . ^; schriebenen Verfahren iur Herstellung von Metallformen unter Verwendung eines exotherm·» Mittels erhalten wurd«, ist fester in der Bindung wischen den Metallteilchen,.weist, keine derartigen Fehler wie/ Eisbildung und Herausfallen Teilchen auf und hat eine hohe Lebensdauer.

9098 5Q/06 99 * 10 BAD OftfGINAt

Fig. 9 ist «ine vergrößerte Fotografie eiss©® Gefügss, das den verbundenen Zustand der Metallteilen^^ im Querschnitt einer Metallform zeigt. Dieae Form wurde durch GieSen ge» schmolzenen Gußeisens mit einer Zusammensetzung von 3,6 $ Kohlenstoff, 2,2 $ Silicium, 0,5 $ Mangan, 0,15 # Phosphor und 0,07 $ Schwefel in eine aus einem durch Mischen vest 5 $ Xupferpulver und 2 $ Natriutaeiiicat mit hochkohlesstonhaltigen Stahlteilcheu mit einem Kohlenstoffgehalt v@b 1,0 # hergestellten Material gebildete SeImIe aus Metallteilehen, dial durch da« Sindringen des geschmolzenen Gußeisens verlötet und verbunden wurden, erhalten· Dieses Foto steigt einen Zustand, in welchem das vermischte Kupf©rpulver voll-; IcosNsen verschmolzen ist und als ein Metallüberzug to auf der Oberfläche der Metallteilchen a verlütet ist. Dabei sind die. Metallteilchen durch Löten vollständig miteinander verbunden.

einer
Beim Vergleich/nach dem erfindungsgemäßess Verfahren hergestellten Metallform und einer duT&h. üblichem Metallgießen erhaltenen Metallform durch S-i®S^©rsucse wurde fastga«)t®llt_s· dad die Metallfora nach amr Sr£inätä£ig »©&&a? ia 300 kontlsmierlichess Einsätzen keine RiSbilduug hervorbringt, daß aber die Metallfom_a die nach dem üblichen Verfahren hergestellt ; worden ist, solion nach 10 EinuSLtsen Bias« aufweist· Damit ist bewiesen, daß die »vt&ndut&&sg®is&&--: hergestellt® Metall» form eine höbe Lebensdauer hat·

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ORfGlhfAt

Claims (5)

Pateatanspr&che

1. Verfahren zur Herstellung poröser Metallformen, dadurch gekennzeichnet, daß ein durch Mischen und Kneten eines Metallpulvers und Natriumsiiicat mit Metallteilchen als Hauptbestandteil hergestelltes Material auf einem in einem Formkasten (4) gesetzten Modell (2) geformt und verfestigt wird, so daß ein« hauptsächlich aus Metallteilchen bestehende Schale i1) gebildet wird, daß weiter das Modell (2) aus dem Formkasten (4) entfernt und dann ein geschmolzenes Metall (8) auf die der Oberfläche des Modells (2) abgewandte Seite der Schale (i) gegossen wird, so daß die Schale (t) und das geschmolzene Metall (8) zu einem Stück werden, um eine Metallform (9) zu bilden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Entfernen des Modells (2) aus dem Formkasten (4) und vor dem Gießen eines geschmolzenen Metalls(8) auf die der Oberfläche des Modells (2) abgewandte Seite der Schale (1) ein exothermes Mittel (1O) auf den Teil der Schale (i) aufgebracht wird, von welchem das Modell (2), entfernt worden ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Teilchen aus Stahl, Stahllegierungen oder Gußeisen als die Metallteilchen verwendet werden.

k. Verfahren nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Grüße der Metallteilchen kleiner als 10 Mesh 1st.

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Pulver aus Kupfer, Kupferlegierungen oder Nickellegierungen als das Metallpulver verwendet wird.

6„ Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, daätireh gekennzeichnet, daß das Metallpulver kleiner als 10 Mikron ist.

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