Kupfer und Kupferlegierungen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schleudergießen von Kupfer, Kupferlegierungen oder anderen Sauerstoffempfindlichen Legierungen, ins¬ besondere Bronze, wobei zur Verringerung bzw. Vermeidung der sich an der Innenfläche des Gußstückes ausbildenden Oxidschicht in die Gießform zu¬ mindest ein Zuschlagstoff eingebracht wird. Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Schleudergießen von Kupfer, Kupferlegierungeπ oder anderen Sauerstoffempfindlichen Legierungen, insbesondere Bronze, zur Durchführung des Verfahrens, mit einer drehbaren Kokille und einem Gießrohr.

Beim Herstellen von Schleudergußstücken aus Kupfer, Kupferlegieruπ- gen oder anderen Sauerstoffempfindlichen Legierungen, insbesondere Bronze, entsteht an der Innenfläche der Gußstücke durch Oxidation eine Oxidationsschicht, die ausgedreht werden muß. Die Dicke dieser Oxida- tionsschicht hängt dabei insbesondere von der Wandstärke des Gußstückes und von dem während des Gießvorganges und der Abkühlung aufgenommenen Sauerstoff ab. Bereits bei relativ geringen Wandstärken von etwa 15 bis 20 mm bildet sich eine störende Oxidationsschicht beträchtlicher Dicke, die im weiteren proportional mit der Wandstärke zunimmt. Bei dickeren Gußstücken kann die Stärke dieser auszudrehenden Schicht bis zu 15?o der Wandstärke betragen. Die Stärke dieser Oxidschicht wird insbesondere von der Abkühlgeschwindigkεit der Schmelze und der Zeitdauer beeinflußt, wäh- rend der die Schmelze an der Innenfläche des Gußstückes höhere Temperatur behält, da sich der Luftsauerstoff ungünstig auswirkt und die Dicke der sich auf der Innenfläche ausbildenden Oxidschicht beeinflußt.

Ein Verfahren zur Verbesserung der Oberfläche von Schleuderguß- stückeπ ist z.B. aus der DE-OS 2 422 339 bekannt. Erfindungsgemäß ist ein Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gekennzeichnet, daß als Zuschlagstoff unmittelbar nach dem Gießvorgang auf die insbesondere noch flüssige Innenfläche festes, vorzugsweise pulverförmiges, Borax, gegebenenfalls gemeinsam mit feinteiligen Gemengen aus Sauerstoffäffinen Metallen, z.B. Mg, Li, Cer, und/oder Graphit- und/oder Schamotte- und/oder Holzkohlenpulver, mit einer Schichtdicke von 0,5 bis 4 mm, vorzugsweise 1 bis 3 mm, aufgebracht wird. Das Einbringen von Borax nach dem Abgießen der Schmelze bewirkt, daß eine Ausbildung einer unerwünschten Oxidationsschicht nahezu völliα hintanαehalten wird

und daß durch Verringerung der Wärmeabgabe die Fließfähigkeit des Metalls an der Innenfläche länger erhalten bleibt, womit das .sogenannte Nachziehen (Nachströmen des noch fließfähigen Metalles beim Erstarren) während der Erstarrung begünstigt v/ird. Es zeigt sich, daß eine beträchtliche Verminderung der bisher notwendigen Inπenzugabe auf etwa 1/4 des bisher notwendigen Übermaßes erreicht werden konnte. Dadurch kann in den meisten Fällen bei den hergestellten Gußstücken das Vordrehen entfallen und auch für dickere Wandstärken wird die Möglichkeit geboten, derartige Gußstücke in Vordrehqualität herstellen zu können. Damit ergeben sich beträchtliche Arbeits-, Material- und Gewichtseinsparungen, die von einer beträchtlichen Kostenersparnis begleitet sind.

Im Hinblick auf die Ausführungen auf Seite 10, vierter Absatz der DE-OS 2 422 339, sollen die Zuschlagstoffe gleichzeitig mit der Schmelze aufgegeben werden. Die vorgesehenen Zuschlagstoffe und das gemeinsame Einführen von Schmelze und Zuschlagstoffen in die Kokille ist aber gerade bei Buπtmetallen einem gleichmäßigen Gesamtgußgefüge abträglich; überdies können mit der Zugabe speziell von Borax, allenfalls mit den weiteren er¬ findungsgemäß zugesetzten Zuschlagstoffen, ein verbesserter Schutz gegen Oxidation und eine weitaus bessere Oberflächenstruktur erreicht werden als bei der aus dieser DE-OS bekannten Vorgangsweise. Die erfindungsgemäß vorgesehene Zugabe von Borax auf die gerade ausgebildete noch flüssige Metalloberfläche in der angegebenen Schichtdicke ermöglicht die Ausbildung einer lunker- und fehlerfreien Oberfläche, die ohne Zwischen¬ bearbeitung maßgedreht werden kann. Das gemeinsame Abgießen bzw. Einführen von Schmelze und Zuschlagstoffen in die kalte Kokille führt aufgrund der relativ raschen Abkühlung insbesondere von dünnwandigen Schleudergußstücken und der nicht allzugroßen Unterschiede in den spezi¬ fischen Gewichten der Schmelze und der Zuschlagstoffe dazu, daß ein Auf¬ schwimmen der Zuschlagstoffe in der Schmelze bis zum Erstarrungseintritt aus Zeitmangel nicht immer in ausreichendem Maß erfolgt, sodaß die Zu¬ schlagstoffe in der erkalteten Schmelze verteilt vorliegen. Bei dünnwan¬ digen Gegenständen führt dies oftmals zu unbrauchbaren Gußstücken. Borax besitzt den Vorteil, daß es eine ausgesprochen gute Tendenz zeigt, auf der Schmelzenoberfläche verteilt zu bleiben. Vorteilhaft ist es, wenn : unmittelbar sofort nach dem Abgießen der Schmelze auf die Innenfläche des Gußstückes die Schicht aus Borax mit der angegebenen Dicke ausgebildet wird. Das aufgegebene Borax schmilzt bei

den herrschenden Temperaturen und eine Schicht mit dieser Dicke ist aus¬ reichend, um den von der Legierung während des Gießvorganges aufgenomme¬ nen Sauerstoff abzubinden und die Ausbildung einer Oxidschicht zu ver¬ hindern. Gleichzeitig erfolgt ein ausreichender Schutz gegen den Luft- Sauerstoff. Eine negative Bee_influssung des Gefüges des Gegenstandes unterbleibt.

Bevorzugt ist es, Borax, gegebenenfalls gemeinsam mit den Gemengen, pulverförmig aufzugeben, so daß sie sich im Zuge der weiteren Drehung der Kokille mit dem Gußstück gleichmäßig über die Innenfläche des Gu߬ stückes verteilen können. Wenn Borax und Gemenge mit geringer Wärmeleitfähigkeit eingesetzt werden, wird die Oberflächenqualität der Innenfläche weiter verbessert, da das Nachströmen des noch fließfähigen Metalles beim Erstarren auf der Innenfläche noch länger möglich ist.

Die Menge bzw. die Schichtdicke, in der Borax und gegebenenfalls die Gemenge eingebracht v/erden, wird insbesondere durch die Dicke des Werkstückes und den Durchmesser der Bohrung bzw. des Hohlvolumens des Werkstückes bestimmt.

Eine Vorrichtung zum Schleudergießen von Kupfer oder dessen Legie¬ rungen, insbesondere Bronze, ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zum Gießrohr eine in die Kokille, insbesondere ins Innere des Gußstücks, führende oder in diese(s) einführbare Abgabeeinrichtung, z.B. ein Rohr, eine Schüttrinne od.dgl., vorgesehen ist, mit der festes, vorzugsweise pulverförmiges, Borax, gegebenenfalls gemeinsam mit fein- teiligen Gemengen aus Sauerstoffäffinen Metallen,z.B. Mg, Li, Cer, und/oder Graphit-, und/oder Schamotte- und/oder Holzkohlenpulver mit einer Schichtdicke von 0,5 bis 4 mm, vorzugsweise 1 bis 3 mm, auf die Innenfläche des Gußstückes aufbringbar ist. Eine derartige Abgabeeiπrich- tung kann relativ einfach aufgebaut sein und hat den Zweck, den in die Kokille einzubringenden Zuschlagstoffe ohne Aufwand einführen zu können. Prinzipiell ist es möglich, auch händisch, z.B. mit einer Schaufel, das Borax bzw. die Gemenge einzuschütten, jedoch ist die Dosierung mit Abgabeeinrichtungeπ genauer und die Anordnung derartiger Abgabe¬ einrichtungen, insbesondere bei einem automatisierten Gießbetrieb, vor¬ teilhaft.

Bei einer vorteilhaften Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann vorgesehen sein, daß die Abgabeeinrichtung eine um ihre Längser¬ streckung, insbesondere Längskante, vorzugsweise gegen die Wirkung einer Feder, in Abgabestellung kipp- bzw. verschwenkbar gelagerte Rinne ist, die in einem vorzugsweise relativ zur Kokille bewegbaren Träger bzw. Ge-

häuse verdrehbar gelagert ist oder an dem Gießrohr verschwenkbar gelagert und mit diesem in die Kokille ein- und ausfahrbar ist.

Die Erfindung richtet sich ferner auch auf eine Verwendung von vor¬ zugsweise pulverförmigen. Borax für die Aufbringung auf die (Innen)Oberfläche von im Schleuderguß hergestellten Werkstücken unmittelbar folgend auf das Abgießen der Schmelze aus Kupfer, Kupferle¬ gierungen, insbesondereBronze. Dieser Eiπsatzzweck von Borax ist neu und bringt die oben angegebenen Wirkungen.

Im folgenden wird die Erfindung an Hand von in der Zeichnung schema- tisch dargestellten Ausführungsbeispiele von erfindungsgemäßen Vorrich¬ tungen näher erläutert. Es zeigen: Fig.l zeigt in einem schematischen Schnitt und Fig.la in einer Seitenansicht eine erste Ausführungsform der Erfindung und Fig.2 und 2a zeigen in schematischen Schnitten und Fig.2b in einer Seitenansicht eine zweite Ausführungsform der Erfindung. Gemäß Fig.l ist eine Abgabeöffnung 4 eines mit einer Schamotteaus¬ kleidung 3 versehenen Schmelzenbehälters bzw. Gußtrichters 1 mittels einer Muffe 5 mit einem Gießrohr 6 verbunden, das vorne und oben bzw. seitlich zum Austritt der Schmelze geöffnet ist und in eine Kokille 2 entsprechend Pfeil 16 einführbar ist. An der dem Gießtrichter 1 abge- wandten Seite der Kokille 2 mit Endwänden 2" ist eine Abgabeeinrichtung 7, im vorliegenden Fall eine um ihre Läπgserstreckung kippbare Rinne, vorgesehen, die in Richtung des Pfeiles 10 in die Kokille 2 ein und aus dieser ausgefahren werden kann. Die Rinne kann in ausgefahrene Stellung hänαisch oder aus einem angedeuteten Vorratsbehälter 8 beim Ein- oder Ausfahren mit Borax und gegebenenfalls feinteiligen Gemengen aus sauer- s offaffiπen Metallen und/oder Graphit- und/oder Schamotte- und/oder Holzkohlepulver beschickt werden. Mit dem Einfahren bzw. der Zufuhrt von Borax bzw. des Gemenges auf das Gußstück 9 wird unmittelbar nach Beendi¬ gung des Einbringens der Schmelze bzw. nach Ausfahren des Gießrohres 6 begonnen. Nachdem sich das Gußstück 9 so weit abgekühlt hat, daß eine weitere Oxidation bzw. Ausbildung einer Oxidschicht auf der Innenfläche nicht mehr eintreten kann, wird das Gußstück 9 eπtformt und durch Drehen fertig bearbeitet.

Fig.l zeigt eine seitliche Ansicht der erfindungsgemäßen Vorrich- tung. In Fig.l und la erkennt man einen Handgriff 11, mit dem die Rinne 7 gegen die Wirkung einer Feder 12 in Richtung des Pfeiles 13 verschweπkbar ist. Dazu ist der Endbereich 15 der Rinne 7 in einem Gehäuse 14 verdreh¬ bar gelagert, welches auch die Feder 12 aufnimmt. Die Rinne 7 ragt zu-

mindest bis zur Mitte des Gußstückes 9, vorzugsweise bis nahe zum gegen¬ überliegenden Rand des Gußstückes 9. Die in Fig.l und la beschriebene An¬ ordnung ist insbesondere dann verwendbar, wenn der Innendurchmesser des Gußstückes relativ klein ist und das Gießrohr 6 und die Rinne 7 nicht ge- einsam Platz finden. Es ist durchaus möglich, den Schmelzenbehälter bzw. Gießtrichter 1 mit dem Gießrohr 6 ebenso wie die Rinne 7 stationär anzu¬ ordnen und das Gußstück 9 mit der Kokille 2 vom Gießrohr 6 abzuziehen und auf die Rinne 2 aufzuschieben; in diesem Fall ist nur die Kokille zu be¬ wegen. In Fig.l ist strichliert die Möglichkeit angedeutet, die offene Flä¬ che der Rinne 7 mit einem rinnen- bzw. halbschalenförmigen Abdeckschirm 7' zu überdachen, der am Gehäuse 14 befestigt ist. Falls die Rinne 7 und das Gießrohr 6 gleichzeitig in die Kokille beim Gießen eingeführt sind, wird vermieden, daß Metall in die Rinne 7 gelangt. Zum Ausleeren des Pulvers wird die Rinne 7 unter den Abdeckschirm 7 ¹ verschweπkt. In Fig.2 übernimmt das Gießrohr 6 die Funktion des Abdeckschirms 7'.

Fig.2 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung, bei der die Rinne 7 mit dem Gießrohr 6 kombiniert ist. Diese Anordnung ist platzsparend und insbesondere bei Gußstücken 9 mit etwas größerem Innendurchmesser ein- setzbar. Die Rinne 7 ist, z.B. mittels Lager und Lagerzapfen, auf dem Gießrohr 6 um ihre Längserstreckung bzw. Längskante relativ zum Gießrohr 6 schwenkbar gelagert; über eine z.B. am Schmelzentrichter 1 gelagerte Welle 17 ist sie mit dem Handgriff 11 verbunden, der gegen die Wirkung der Feder 12 verstellbar ist, welche Feder 12 die Rinne 7 in geschlosse- πer Stellung, d.h. in Anlage an das Gießrohr 6 drückt, wie sie in Fig. a dargestellt ist. Das Befüllen der Rinne 7 erfolgt in ausgefahrenem Zu¬ stand. Diese Vorrichtung hat den Vorteil, daß unmittelbar nach dem Ende der Schmelzeneinbringung das Borax bzw. die Gemenge aufgegeben werden können. Anstelle des Handgriffes 11 können auch mechanische Handhabungsein¬ richtungen vorgesehen sein. Die Querschnittsform der Rinne kann beliebig sein.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Beispieles näher er¬ läutert: Es sollte im Schleuderguß ein Rohling aus Rotguß nach DIN 1705, Schmelzenzusammensetzuπg Gz-Rg 7, von 172 mm Außendurchmesser und 134 mm Innendurchmesser bei 460 mm Länge hergestellt werden, der für die Her¬ stellung eines Gleitlagers bestimmt war. Die waagrecht gelagerte Stahl-

kokille wurde auf etwa 150°C vorgewärmt. Nach Verschließen der Kokille wurde eine Eingießvorrichtung zentrisch angebracht, wobei die Ausflu߬ öffnung des Eingießtrichters auf die Gußmasse abgestimmt ist und 28 mm Durchmesser hatte. An den Eingießtrichter wurde eine Gießrinne ange- schlössen, die über zwei Drittel der Länge der Kokille reicht und sich annähernd horizontal in diese erstreckt. Mittels dieser Eingießvorrich¬ tung wurde die abgewogene und auf 1150°C erhitzte Schmelze bei Steigerung der Umfangsgeschwindigkeit der Kokilleninnenwand auf 7 m/s derart einge¬ gossen, daß der Gießtrichter mit einer Badspiegelhöhe von etwa 200 mm mit Schmelze gefüllt bleibt, wodurch ein konstanter Durchfluß und eine gleichmäßige Verteilung der Schmelze mittels der Eingußriπne in der Ko¬ kille gewährleistet wird. Die Gießzeit beträgt etwa 4 Sekunden. Danach wurde die Eingießvorrichtung entfernt und die Kokille mit Wasser gekühlt, worauf nach Erstarrung des Rohlings dieser aus der Kokille entnommen wurde. Unmittelbar nach Beendigung der Schmelzenzufuhr wurde in die Ko¬ kille Borax von Hand aufgegeben in einer Menge, daß sich auf der Innen¬ fläche des Rohlings eine Schicht von geschmolzenen Borax ausbildete, die eine Dicke von etwa 1 mm hatte. Eine nennenswerte Oxidschichte an der In¬ nenfläche wurde verhindert; die normalen Unebenheiten der Gußwand konnten im Zuge der Hauptdrehbearbeitung entfernt werden, sodaß das erwartete Vorabdrehen der Oxidschichte entfallen konnte.

Die Abmessungen der Gußstücke, die beim erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt werden können, spielen keine Rolle; es sind kurze Ringe von z.B. 50 mm Länge und Rohre von z.B. 2000 mm Länge in gleicher Weise her- stellbar.