DE1909165B2 - Verfahren zur herstellung poroeser metallformen - Google Patents
Verfahren zur herstellung poroeser metallformenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung poröser Metallformen, wobei ein durch
Mischen und Kneten eines Metallpulvers und Natriumsilikat mit Metallteilchen als Hauptbestandteil
hergestelltes Material auf einem in einem Formkasten gesetzten Modell geformt und verfestigt wird.
Aus der deutschen Patentschrift 608 751 sowie der britischen Patentschrift 866 372 ist es bereits bekannt,
beim Herstellen poröser Metallformen ein durch Mischen und Kneten eines Metallpulvers und Natriumsilikat
mit Metallteilchen als Hauptbestandteil hergestelltes Material auf einem in einem Formkasten
gesetzten Modell zu formen und zu verfestigen, so daß eine hauptsächlich aus MetalHeilchen bestehende
Form gebildet wird. Hierbei werden dem Ausgangsgemisch zur Erzielung einer ausreichenden Festigkeit
jedoch Natriumsilikatanteile von etwa 10 0Zo oder
höher zugesetzt. Ferner ist es aus den deutschen Patentschriften 722 114, 888 602 sowie der deutschen
Auslegeschrift 1182 780 bekannt, gespritzte, gegossene
oder galvanisch niedergeschlagene Metallschalenformen mit flüssigen Metallen zu hinterfüllen.
Hierbei wird dieses Hinterfüllen teilweise mit nicht zu hoch schmelzenden Metallen oder Metallegierungen
durchgeführt, oder es muß ein Metall mit einem niedrigeren Schmelzpunkt als demjenigen des Schalenmaterials
verwendet werden.
Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens zur Herstellung billiger und genauer Metallformen,
wobei dieses Verfahren billig durchzuführen sein und keinen erheblichen Zeitaufwand erfordern
soll.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung poröser Melallform, wobei ein durch Mischen und
Kneten eines Metallpulvers und Natriumsilikat mit Metallteilchen als Hauptbestandteil hergestelltes Material
auf einem in einem Formkasten gesetzten Modell geformt und verfestigt wird, zeichnet sich dadurch
aus, daß man einen Mischungsanteil von Natriumsilikat von weniger als 3 Gewichtsprozent verwendet
und nach Bildung einer Schale das Modell entfernt und die Schale mit geschmolzenem Metall
hinterfülh.
Das zu Hinterfüllen verwendete Metall erhitzt die
ίο Schale aus Metallteilchen, so daß diese Teilchen zuzammengelc'et
und verbunden werden. Es wird nach seiner Verfestigung zu einem Stützmetall und trägt
jomit wesentlich zur Verhinderung der Verformung
der Schale aus Metallteilchen, der Erhöhung ihrer Lebensdauer und der Regelung der thermischen Leitfähigkeit
bei. Das Material und die Gießcemperatur des geschmolzenen Metalls müssen unter Berücksichtigung
der Dicke der Schale sowie der Art der Metailteilchen und des Metallpulvers bestimmt werden.
Die bei dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendeten
Metallteilchen sind gewöhnlicherweise Stahl-, legierte Stahl- oder Gußeisenteilchen. Es wird
jedoch im allgemeinen ein hochkohlenstoffhaltiges Gußeisen bevorzugt.
Das Metallpulver ist vorzugsweise ein gemischtes Pulver mit Gehalten an Kupfer- und Kupferlegierungspulver
oder Nickellegierungspulver. Um die Lötwirkung der Metallteilchen zu erleichtern, können
die zu verwendenden Metallteilchen an der Oberfläche mit einem leicht zu lötenden Metall beschichtet
sein. Bei dem erfmdungsgemäßen Verfahren verbinden sich die Schale und das geschmolzene Metall zu
einem Stück in Form einer Metallform, welche durch die Lötwirkung des gemischten Metallpulvers fest verbunden
und porös ist.
Bei einer bevorzugten Ausfuhrungsform der Erfindung wird nach dem Entfernen des Modells und
vor dem Hinterfüllen ein exothermes Mittel auf den Teil der Schale aufgebracht, von welchem das Modell
entfernt worden ist. Auf diese Weise wird wegen der Haftung durch die Lötwirkung und des Eindringens
des geschmolzenen Metalls zwischen die Metallteilchen sowie durch das Zusammenwirken der Erhitzung
durch das zum Hinterfüllen verwendete, geschmolzene Metall, welches nach späterer Verfestigung
zu einem Stützmetall wird, und durch die Zündung und das Verbrennen des exothermen Mitteis
fine fester verbundene, poröse Metallform erhalten. Das in der Erfindung zu verwendende exotherme
Mittel is; eine aluminothermische Reaktionsmasse beliebiger Zusammensetzung, jedoch unter der Voraussetzung,
daß diese während des Vorwärmens der Schale aus Metallteilchen nicht zündet, aber leicht bei
derTemperatur des geschmolzenen Hinterfüllmaterials abbrennt. Die verwendete Menge solch eines exothermen
Mittels kann so bemessen sein, daß die unzureichende Wärmemenge im Fall des Erhitzens der
Schale aus Metallteilchen mit dem geschmolzenen Hinterfüllmaterial ausgeglichen wird. Sie kann etwa
1 g/cm2 der Schale betragen.
Die Größe der Metallteilchen beträgt 0,1 bis 1.5 mm. Der Mischungsanteil des beim erfindungsgemäßen
Verfahren verwendeten Natriumsilikats beträgt, unabhängig von dem Molverhältnis SiO2/Na,,O,
weniger als 3 Gewichtsprozent und muß in Abhängigkeit
von den Mischungsanteilen der Metallteilchen und solch anderer Zusätze, wie sie im folgenden erwähnt
werden, in einem Bereich unter 3 Gewichts-
prozent erhöht oder erniedrigt werden. Natriumsilikat hat die Wirkung eines Flußmittels, welches
unter hohen Temperaturen schmilzt, um die Lötverbindung der aus Metallteilchen bestehenden Schale
zu erleichtern.
Um weiter die Lötverbindung der Metallteilchen
zu vervollkommnen, können sie vorzugsweise mit Flußmitteln, wie Borsäure oder Borax, gemischt oder
bestrichen werden.
Es kann voneilhaft sein, den Raum, der nach dem Entfernen des Modells verbleibt, mit einem Stützsand
auszufüllen, um die Schale beim Hinterfüllen mit dem geschmolzenen Metall abzustützen. Der bei
dem erfindungsgemäßen Verfahren zu verwendende Stützsand kann gewöhnlicher Formsand sein. Wenn
jedoch ein Schalenformsand mit hoher Fließfähigkeit verwendet wird, ergeben sich Vorteile, indem beim
Einließen eines geschmolzenen Metalls reduzierendes CO-Η as erzeugt wird, das die Oxydation der aus Metallu'üi-'hen
bestehenden Schale verhindert und das ao Verlöten der Metallteilchen erleichtert.
Ims erfindungsgemäße Verfahren wird an Hand
der Zeichnung näher erläutert, hierin sind
F i c. 1 bis 5 eine Herstellungsfolge einer Metallform
ohne Verwendung eines exothermen Mittels,
F 1 ■■!. 6 bis 8 eine Herstellungsfolge einer Metallfonv.
entsprechend den Fig. 2 bis 4 unter Verwendung
eines exothermen Mittels,
F i .ι. 9 eine mikroskopische Fotografie eines Gefüt:e'·.
welches den gebundenen Zustand der Metall- 3= tei^'-^n in dem Querschnitt einer erfindungsgemä!.'
herstellten Metallform wiedergibt.
Beispiele der erfindungsgemäßen Herstellung von Me'al'iormen werden im folgenden beschrieben. Die
Aniv.ben in den Beispielen sind Gewichtsteile bzw. Gewichtsprozent.
Wie in F»g. 1 dargestellt ist ein Modell 2 auf einer
Modellplatte 3 angeordnet und weiter ein Formkästen
4 mit einer Sandauskleidung 5 auf der Modellplatte 3 aufgestellt, um das Modell 2 einzuschließen.
Dann wird ein durch Mischen und Kneten von 100 Teilen Stahlteilchen von 0,20 bis 0,15 mm, 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 ist mit einer Vinylfarbe als
einer Trennmasse. Das geformte Material wird unter Verwendung eines CO.,-Gases oder Alkohols verfestigt,
um eine Schale 1 aus Metallteilcheri zu bilden. Dann wird das Modell 2 herausgezogen (wie in
Fig. 2 dargestellt) und die Schale allmählich mit einem Brenner, wobei Wasser entfernt wird, bis auf
etwa 300" C erhitzt. Nach dem Erhitzen wird der Formkasten 4, welcher die Schale aus Metallteilchen
enthält, um 180° gedreht, ein anderer Formkasten 7, wie in Fig, 3 dargestellt, aufgesetzt und der Teil, aus
welchem das Metall 2 entfernt worden ist, und der Raum, welcher durch den Formkasten 7 gebildet wird,
mit einem Stützsand 6 gefüllt.
Anschließend wird die aus den Formkästen 4 und 7, die, wie vorstehend beschrieben, mit dem
Stützsand 6 angefüllt -yurden, bestehende Anordnung gedreht und ein geschmolzenes Metall 8 in den Raum
eingegossen, der durch die Rückseite der Schale aus Metallteilchen und dt; Sandauskleidung 5 gebildet
wird.
Solch ein Zustand ist in Fig. 4 wiedergegeben. Nachdem das eingegossene geschmolzene Metall,
z.B. geschmolzenes Gußeisen8 von 1500: C. sich
verfestigt hat, werden die Formkästen 4 und 7. die Sandauskleidung 5 und der Stützsand 6 entfernt, um
eine hinterfüllte Metallform 9 fertigzustellen, wie sie in F i g. 5 dargestellt ist.
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 0.43
bis 0.20 mm (C 0.350Zo. Ni 3.00O, Cr
0,60O. Rest Fe) 100 Teile
bis 0.20 mm (C 0.350Zo. Ni 3.00O, Cr
0,60O. Rest Fe) 100 Teile
Messingpulver von unter 10 Mikron
(Cu fiO°/o, Zn 40°/o) 7 Teile
Natrii-iiisilicat (Molverhältnis 2.7) 2 Teile
Es wurde eine hinterfüllte ^.^hale aus verlöteten
Nickel-Chrom-Stahl-Teilchen erhallen.
Fegende Materialien wurden gemischt, geknetet und dann geformt, um eine Schale, wie im Beispiel 1
beschrieben, zu erhalten.
Weichstahlteilchen von 0.43 bis 0 20 mm
(Kohlenstoffgehalt 0.2° 0) 100 Teile
Selbstfließendes NickellegierungspuKer
von unter 10 Mikron (Ni 72* 0, Cr
12°o, B 2,S0O. Si 4.0« 0. Fe 3.5°.....
Co < 1 ° 0, COJ0O. Schmelzpunkt
1040-C) 10 Teile
von unter 10 Mikron (Ni 72* 0, Cr
12°o, B 2,S0O. Si 4.0« 0. Fe 3.5°.....
Co < 1 ° 0, COJ0O. Schmelzpunkt
1040-C) 10 Teile
Natriumsilicat (Molverhältnis 2.7) 2.2 Teile
Die Vonvärmtemperatur der Schal", betrug 450 C
und die Temperatur des zu vergießenden geschmolzenen Gußeisens 1470 C. Es wurde eine verlötete und
verbundene Metallform in Form einer hinterfüllten Schale erhalten.
Die folgenden Materialien wurden gemischt, geknetet und dann, wie im Beispiel 1 beschrieben, zu
einer Schale geformt.
Gußeisenteilchen von 0.43 bis Ü.25 mm
(C 2,8° 0. Si 1.5°/o) 100 Teile
Messingpulver von unter 10 Mikron
(Cu 60"/o, Zn 4Ο·"ο) 7 Teile
Natriumsilicat (Molverhältnis 2,7) 2 Teile
Die Vorwän.itemperatur der Schaie betrug 200c C
und die Temperatur des geschmolzenen zu vergießenden Gußeisens 1400 C. Das Gießen erfolgte
unter Argonatrnosphäre. Es wurde eine verlötete und verbundene hinterfüllte Metallform erhalten.
Im folgenden werden weitere Beispiele des erfindungsgemäßen
Verfahrens zur Herstellung von Metallformen, aber unter Verwendung eines exothermen
Mittels, beschrieben.
Ein durch Mischen und Kneten von 5 Gewichtsprozent Kupferpulver und 2 Gewichtsprozent Natriumsilicat
mit hoch kohlenstoffhaltigen Stahlteilchen mit einer Größe von etwa 0,49 mm als Hauptbestand-
5 6
teil hergestelltes Material wurde in 10 mm Stärke, Auf diese Weise wurden die Oberflächen der
wie in F i g. 1 dargestellt, auf einem Modell 2 geformt. niedrigkohlenstoffhaltigen Stahlteilchen mit der selbst-
auch verwendet werden) wird in das geformte Ma- tile Gußeisen drang in die Hohlräume zwischen den
terial einsickern gelassen, um zum Erhalt einer 5 Stahlteilchen ein. wodurch eine fest verbundene
Schale 1 aus Metallteilchen ein Natriumsilicatgel zu hinterfiillte Metallform erhalten wurde,
bilden. Dann wird, nachdem das Modell 2 entfernt
worden ist, wie in Fig. 6 dargestellt, ein exothermes Beispiel 7
Mittel 10 mit einer bestimmten Stärke auf die Oberfläche 11 der Schale aus Metallteilchen aufgetragen. io Die folgenden Materialien wurden gemischt, ge-Nachdem das exotherme Mittel 10 aufgebracht worden knetet und dann zu einer Schale, wie im Beispiel 5
ist, wird die Schale vorgewärmt, um ein Abschrecken beschrieben, geformt,
des später eingegossenen geschmolzenen Metalls 8 zu Nickel-Chrom-Stahlteilchen von 0.43 bis
verhindern. .,,.«.,. 0,20 mm (C 0,32·/., Ni 3.0·/., Cr 6·/.,
einem Wärmeofen oder einem Oasbrenner erfolgen. Neusilberpulver von unter Ίο Mikron'
eines Wärmeofens durchgeführt. Die bevorzugte Vor- Natriumsilicat (Molverhältnis 2,7) 1,7 Teil«
Der Formkasten 4, welcher die Schale aus Metall- ** Dte Anwendung eines exothermen Mittels erfolgte
teilchen enthält und wie vorstehend beschrieben be- wie im Beispiel 5 beschrieben. Die Vorwärmtempehandelt worden ist, und das exotherme Mittel 10 ratur der Schale betrug 250° C. Als geschmolzenes
werden um 180 gedreht, ein anderer Formkasten? Metall wurde ein duktiles Gußeisen mit 3,3·/. Kohlenwird wie in Fig. 7 dargestellt angeordnet, und der stoff und 1.8«. Silicium bei 1430°C verwendet Das
Teil, von welchem das Modell 2 entfernt worden ist. 45 exotherme Mittel wurde 13 Sekunden, nachdem das
und der Raum, welcher von dem Formkasten 7 ge- geschmolzene duktile Gußeisen eingegossen worden
bildet wird, werden mit Stützsand 6 angefüllt. war, gezündet und verbrannt.
wieder gedreht und, wie in F i g. 8 dargestellt, ein ge· sehen den Nickel-Chrom-Stahlteilchen ein, wodurch
schmoizencs rvieiaii 8 in den durch die Rückseite der 30 eine fest verbundene HinterfüHte Metallform erhalten
eingegossen wird, erhitzt sich die Schale 1 schnell, so Die hinterfiillte Metallform, weiche unter Ver-
daß das exotherme Mittel 10 auf der Oberfläche 11 wendung eines exothermen Mittels erhalten wurde,
der Schale zündet und verbrennt wodurch die ist in der Bindung zwischen den Metallteilchen fester,
hitzt wird. Das geschmolzene Metall 8 wird daher Lebensdauer.
leicht in die Zwischenräume zwischen den Metall· Fig.9 ist eine vergrößerte Fotografie eines Geteilchen der Schale 1 eindringen, wodurch die ent- füges, das den verbundenen Zustand der Metallsprechenden Metallteilchen fest miteinander ver- 4* teilchen im Querschnitt einer Metallform zeigt Diese
bunden werden und eine hinterfüllte Metallform 9, Form wurde durch Gießen geschmolzenen Gußeisens
wie in Fig. S dargestellt, fertiggestellt wird. mit einer Zusammensetzung von 3,6*/. Kohlenstoff.
2,2· · Silicium, 0,5«/· Mangan, 0,15·/· Phosphor und
45 von 5·/· Kupferpulver und 2·/· Natriumsilicat mit
knetet und dann zu einer Schale, wie im Beispiel 5 Kohlenstoffgehalt von 1.0· · hergestellten Material
beschrieben, geformt gebildete Schale aus Metallteilchen, die durch das
NiedrigkohtenstoflhaltigeStalilteOcliea ^ASiJ!? ^""^Tf1 OJ^eiß verlötei
wm OMm»!»«Ha flCöoteftaeff- ** 0^1 «A™«*«* wurden, eAalten. Dieses F»to zeigi
rWhld'Nikni^'i: SS^fT^/^?Α^ ? T* S *?
p SerWhmelzendesNickenegienMg^ui: SS^fT^/^?Α^ ? T* S *?
rWhmelzendesNickenegienMg^ui: SSnfi^fT^/^?Α^ ? T S ?
ver von weniger als 10 Mikron Metansberzug b auf der Oberfläche: der^Metall-
(Ni 72·/., Cr I2C B 2,8·/., Si 4,0·/., ÄÜT", ^*ΪΛ ^· ""ί ^ Metfteüchen
punkt 10400C) 3 Teile Bean Vergleich einer nach dem ertmdtmgsgemäßen
x übliches Metallgießen erhaltenen Metallform durch
wie im Beispiel 5 beschrieben. Die Vorwänntempera- 60 nach der Erfindung sogar in 300 kontinuierlichen
tür der Schale betrug 3000C. Als geschmolzenes Einsätzen keine Rißbfldung zeigt, daß aber die
stoff und 23·/· Silicium bei 1430° C verwendet Das gestellt worden ist, schon nach 10 Einsätzen Risse
exotherme Mittel wurde 10 Sekunden, nachdem das aufweist Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren
geschmolzene duktile Gußeisen eingegossen worden 65 hergestellte Metallform besitzt daher eine hohe
war, gezündet und verbrannt Lebensdauer.
Claims (5)
1. Verfahren zur Herstellung poröser Metallformen,
wobei ein durch Mischen und Kneten eines Metallpulvers und Natriumsilikat mit Mctallteilchen
als Hauptbestandteil hergestelltes Material auf einem in einem Formkasten gesetzten
Modell geformt und verfestigt wird, dadurch
gekennzeichnet, daß man einen Mischungsanteil von Natriumsilikat von weniger als 3 Gewichtsprozent
verwendet und nach Bildung einer Schale das Modell entfernt und die Schale mit
geschmolzenem Metall hinterfülh.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Metallteilchen mit
Flußmitteln lischt oder bestreicht.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß man nach dem Entfernen des Modells und vor dem Hinterfüllen ein exothermes Mittel auf den Teil der Schale aufbrät, von
.velchem das Modell entfe; :t worden ist.
4. Verfahren nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet,
daß man Teilchen aus Stahl. Stahllegierungen oder Gußeisen als Metallteilchen verwendet.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß man Pulver aus Kupfer, Kupferlegierungen oder Nickellegierungen als Metallpul .er verwendet.
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Legal Events
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---|---|---|---|
C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) |