EP0928654A1 - Verfahren zum Herstellen eines Kompositbauteils mit flüssigen oder teilflüssigen Werkstoffen - Google Patents

Verfahren zum Herstellen eines Kompositbauteils mit flüssigen oder teilflüssigen Werkstoffen Download PDF

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EP0928654A1
EP0928654A1 EP99100207A EP99100207A EP0928654A1 EP 0928654 A1 EP0928654 A1 EP 0928654A1 EP 99100207 A EP99100207 A EP 99100207A EP 99100207 A EP99100207 A EP 99100207A EP 0928654 A1 EP0928654 A1 EP 0928654A1
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EP
European Patent Office
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open
casting
pore structure
predetermined
alloy
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Withdrawn
Application number
EP99100207A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Hauke Müller-Späth
Peter R. Sahm
Pejo Stojanov
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Gut Giesserei Umwelt Technik GmbH
Original Assignee
Gut Giesserei Umwelt Technik GmbH
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D19/00—Casting in, on, or around objects which form part of the product
    • B22D19/14—Casting in, on, or around objects which form part of the product the objects being filamentary or particulate in form
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C1/00—Making non-ferrous alloys
    • C22C1/10—Alloys containing non-metals
    • C22C1/1036—Alloys containing non-metals starting from a melt
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D19/00—Casting in, on, or around objects which form part of the product
    • B22D19/08—Casting in, on, or around objects which form part of the product for building-up linings or coverings, e.g. of anti-frictional metal
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/24—After-treatment of workpieces or articles
    • B22F3/26—Impregnating

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a component in a mold by means of a casting material, in particular by means of a thixo casting process at least one partially liquid material, by means of thixo forging or by means of a pressure-assisted casting with a liquid material, according to the generic term of claim 1.
  • a special casting process from the class of "semi-solid metalforming" represents thixo casting. This is related to die casting The process is characterized by the special nature of the processing of the Metal in a partially liquid state. Because of the completely for a forming process this offers atypical "pouring temperature" within the solidification interval Thixo casting a process potential between the forming of casting processes and can be classified as forming by forging processes.
  • Such a thixo casting process is published, for example, in DE 196 05 839 A1 and meets the requirements of an economical and innovative Manufacturing technology can be provided.
  • the after This special casting process produces castings with "near-net-shape" quality are weldable, pressure-tight and heat-treatable.
  • a typical area of application lies in the substitution of high quality components due to high Requirements for the material properties cannot be die-cast, special costly forging or mold casting.
  • Typical components include e.g. Brake cylinders, parts of the vehicle injection system, Vehicle chassis parts, brake discs or bearing bushes.
  • the thixo casting process can be divided into three process steps. This includes the production of a special primary material, the Neither warming up to the partially fluid state and the directly connected one Shaping through a modified die casting process. Every single one Step includes a variety of parameters, their precise control and Controls are critical to the success of the process.
  • the invention has for its object to provide an improved method of the above.
  • Tribological and mechanical Properties of the component can be improved.
  • a strength, a degree of hardness, a Surface quality, an alloy composition, a porosity, a ductility, a lubricating effect, a conductivity and / or a density a strength, a degree of hardness, a Surface quality, an alloy composition, a porosity, a ductility, a lubricating effect, a conductivity and / or a density.
  • the open-pore structure has a high strength, a predetermined degree of hardness, a predetermined surface quality, a predetermined alloy composition, a predetermined one Porosity, a predetermined ductility, a predetermined, in particular good, lubricating effect, a predetermined, especially good, conductivity and or a predetermined, in particular high or low, density.
  • a method for producing such open-pore structures is, for example, in DE 198 51 250.3 described by the same applicant.
  • the casting material is expediently a metal or a metal alloy.
  • the open-pore structure is made of a ceramic or metallic material, in particular iron, or one Alloy, in particular a non-ferrous alloy or a particle-reinforced alloy, manufactured.
  • Corresponding material properties of the component with locally trained two or three different phases i.e. with a double or triple gradient, is achieved in that the casting material and the open-pore structure consist of the same material or different materials.
  • a good controllability of the compression of the open-pore material without Turbulent flows are achieved by using the thixo casting process or other pressure-assisted casting processes a piston speed, a piston pressure, a process pressure and / or a temperature is selected such that the process of laminar compression of the open-pore structure Flows of the casting material.
  • the process pressure chosen such that there is a predetermined infiltration and / or deformation mechanism sets is by appropriate choice of process pressure also a production of a gradient component without deformation, so only with infiltration, possible.
  • the open-pore structure is expediently a foam or a lattice structure, as described for example in DE 198 51 250.3 by the same applicant.
  • An improvement in wettability and infiltration of the open pore Structure is achieved in that the open-pore structure before the casting process is coated with one or more materials.
  • the open-pore lattice structure becomes part of the infiltration with at least one Element such as primary silicon for increasing wear resistance, or coated with other high-temperature or hardening elements.
  • the open-pore structure is expediently covered with a Proportion of a high-strength, hardening, wear-resistant and / or lubricating Element coated.
  • the inserted open-pore structure is advantageously a body that at least is tight on one side and at least one side as an open-pore structure Contact with an infiltration material, in particular the casting material.
  • a metallic or non-metallic, such as a ceramic, open-pore structure is infiltrated with a partially liquid suspension or alloy.
  • the goal is manufacturing a composite material system in which one or more component areas locally optimized, e.g. strengthened, in a function-related manner.
  • Possible Areas of application are the local increase in wear resistance a component to improve tribological properties or improve properties through targeted composite materials.
  • To the requirements that are placed on the material include improvement in strength, Ductility, lubrication, conductivity, etc.
  • Possible components are, for example Brake discs or gears, their circumferential strength through storage a wear-resistant open-pore structure is improved, or bearing bushes, the lubricating effect at predetermined points by storing the open-pore structure is increased.
  • the expression “high strength” here means open-pore Structures in the form of foams that are essentially rigid, for example open-pored structures made of metal or ceramic.
  • the expression “essentially rigid” here means that the open-pore structures are not easily compressible sponges made of plastic or natural material.
  • the open-pore Structures 12 a compression pressure with a corresponding force vector 22. 1 that the arrangement of abutments 16th and open-pore structure 12 is such that the resulting support vector 20 essentially parallel and opposite to the force vector 22 the die casting process is aligned. In this way, only result resulting compression forces on the open-pored structure 12, without shear forces, so that during the thixo casting process or other pressure-assisted Casting process by the casting pressure a controlled and predetermined compression of the open-pore structures 12 takes place without their complete destruction.
  • the result of the method according to the invention is by means of a sectional view illustrated by the manufactured component in Fig. 2.
  • the gear 24 is in the Area 26 formed exclusively by the casting material 28.
  • the open-pore structure 12 is infiltrated and compressed by the casting material 28, so that there is a corresponding Alloy layer 30 at the tips of the prongs 14 results. It also has a boundary layer 32 between the alloy layer 30 and the casting material 28 educated.
  • the tip 40 has a different material property due to a different composite material is achieved.
  • the casting material 28 and the material of the open-pore Structure 12 is chosen in such a way that, for example, corresponding mechanical ones Properties and / or wear properties in the corresponding Areas of the teeth 14 result.
  • both the properties of the cast material 28 and the interface structure 32 between the Casting material 28 and the alloy layer 30 can be improved.
  • the method according to the invention uses the special properties of partially liquid casting material during the thixo casting process such that the open-pored structure 12 serves as a kind of filter and first the liquid phase of the Partial liquid material can penetrate, which the surface of the open-pore Structure 12 particularly well wetted.
  • the solid part of the partially liquid casting material follows later and the alloy layer is formed in a corresponding manner 30 and the boundary layer 32.
  • FIG. 2 results in the corresponding desired changed material properties in trained those local areas in which engaging forces on the gear 24 act.
  • the lattice structure is for example a CMM, as from DE 198 51 250.3 of the same Applicant known.
  • the use of liquid materials is also extensive the invention. This only changes the infiltration mechanism and one if necessary, the deformation of the lattice structure (CMM).
  • CMM lattice structure
  • the existing casting pressure determines the infiltration and Mechanism of compression or deformation of the lattice structure. At low Process pressures and corresponding strength of the open-pore lattice structure there may even be an infiltration process without deformation or compression of the structure.
  • the gradient technology is a compressed or uncompressed grid structure makes sense and can be implemented.

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Abstract

Bei einem Verfahren zum Herstellen eines Bauteils in einer Form mittels eines Thixogießverfahrens oder einem anderen druckunterstützten Gießverfahren mit einem Gießwerkstoff ist die Anordnung derart getroffen, daß in der Form vor dem Thixogießen bzw. Gieß- oder Schmiedeprozeß eine offenporige Struktur hoher Festigkeit derart angeordnet wird, sich diese an wenigstens einer Seite an einem Widerlager abstützt. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Bauteils in einer Form mittels eines Gießwerkstoffes, insbesondere mittels eines Thixogießverfahrens mit wenigstens einem teilflüssigen Werkstoff, mittels Thixoschmieden oder mittels eines druckunterstützten Gießens mit einem flüssigen Werkstoff, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Bei der Herstellung von Bauteilen mittels Gießverfahren ist es immer häufiger wünschenswert, lokale Bereiche des Bauteiles mit vorbestimmten Werkstoffeigenschaften zu versehen. So sollen beispielsweise Oberflächen des Bauteils eine hohe Reibfestigkeit oder bestimmte Schmiereigenschaften aufweisen, während der restliche Körper des Bauteils stattdessen besondere Eigenschaften zur Kraftweiterleitung aufweisen soll. Ein Sondergießverfahren aus der Klasse des "Semi-Solid-Metalforming" stellt das Thixogießen dar. Dieses mit dem Druckgießen verwandte Verfahren zeichnet sich durch die Besonderheit der Verarbeitung des Metalls in teilflüssigem Zustand aus. Aufgrund der für einen Umformprozeß völlig untypischen "Gießtemperatur" innerhalb des Erstarrungsintervalls bietet das Thixogießen ein Verfahrenspotential, das zwischen dem Umformen von Gießverfahren und dem Umformen durch Schmiedeprozesse eingeordnet werden kann.
Ein derartiges Thixogießverfahren ist beispielsweise in der DE 196 05 839 A1 veröffentlicht und erfüllt die Anforderungen, die an eine wirtschaftliche und innovative Fertigungstechnologie gestellt werden. Dazu zählen eine hohe Produktivität wie beim Druckgießen bei gleichzeitig sehr guten Bauteile-Eigenschaften. Die nach diesem Sondergießverfahren hergestellten Gußteile mit "Near-Net-Shape"-Qualität sind schweißbar, druckdicht und wärmebehandelbar. Ein typisches Anwendungsgebiet liegt in der Substitution hochwertiger Bauteile, die aufgrund hoher Anforderungen an die Werkstoffeigenschaften nicht druckgegossen werden können, sondem kostenintensiv geschmiedet oder kokillengegossen werden müssen. Zu den typischen Bauteilen zählen z.B. Bremszylinder, Teile der Kfz-Einspritzanlage, Kfz-Fahrwerksteile, Bremsscheiben oder Lagerbuchsen.
Der Verfahrensablauf des Thixogießens läßt sich dabei in drei Prozeßschritte unterteilen. Hierzu zählen die Herstellung eines speziellen Vormaterials, dessen Wedererwärmung in den teilflüssigen Zustand und die unmittelbar angeschlossene Formgebung durch einen modifizierten Druckgießprozeß. Jeder einzelne Schritt beinhaltet eine Vielzahl von Parametern, deren genaue Kontrolle und Steuerung für den Erfolg des Verfahrens von entscheidender Bedeutung sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren der o.g. Art zur Verfügung zu stellen, wobei gezielt lokale Eigenschaftsverbesserungen mittels der Herstellung eines Werkstoffverbundes während des Gießverfahrens zur Verfügung gestellt werden. Hierbei sollen insbesondere tribologische und mechanische Eigenschaften des Bauteils verbessert werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren der o.g. Art mit den in Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen beschrieben.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß in der Form vor einem Gießen oder Schmieden eine offenporige Struktur mit vorbestimmten Eigenschaften derart angeordnet wird, daß sich diese an wenigstens einer Seite an einem Widerlager abstützt.
Dies hat den Vorteil, daß die offenporige Struktur während des Thixogießverfahrens oder anderen druckunterstützten Gießverfahren durch entsprechend auftretende Drücke nicht zerstört sondern kontrolliert vom Gießwerkstoff infiltriert, benetzt und komprimiert wird. Dadurch lassen sich auf einfache, schnelle und gut kontrollierbare Weise Bauteile mit lokal vorbestimmten Werkstoffeigenschaften bzw. Werkstoffverbünden herstellen, wobei die offenporige Gitterstruktur eine entsprechende Werkstoffeigenschaft in einem entsprechenden Bereich vorbestimmt. Mittels der Infiltration der offenporigen Struktur durch den Gußwerkstoff erzielt man in vorteilhafter Weise einen Verbundwerkstoff mit den gewünschten lokal vorbestimmten Werkstoffeigenschaften. Zweckmäßigerweise betreffen dabei die lokal bestimmten Werkstoffeigenschaften eine Festigkeit, einen Härtegrad, eine Oberflächenbeschaffenheit, eine Legierungszusammensetzung, eine Porosität, eine Duktilität, eine Schmierwirkung, eine Leitfähigkeit und/oder eine Dichte.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist dabei die offenporige Struktur eine hohe Festigkeit, einen vorbestimmten Härtegrad, eine vorbestimmte Oberflächenbeschaffenheit, eine vorbestimmte Legierungszusammensetzung, eine vorbestimmte Porösität, eine vorbestimmte Duktilität, eine vorbestimmte, insbesondere gute, Schmierwirkung, eine vorbestimmte, insbesondere gute, Leitfähigkeit undloder eine vorbestimmte, insbesondere hohe oder niedrige, Dichte auf. Ein Verfahren zum Herstellen derartiger offenporiger Strukturen ist beispielsweise in der DE 198 51 250.3 vom selben Anmelder beschrieben.
Zur weiteren Verbesserung von Eigenschaften des Gußwerkstoffes sowie einer Grenzschicht zwischen diesem und der offenporigen Struktur wird das Bauteil einer nachfolgenden Wärmebehandlung unterzogen.
Zweckmäßigerweise ist der Gießwerkstoff ein Metall oder eine Metall-Legierung.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist die offenporige Struktur aus einem keramischen oder metallischen Werkstoff, insbesondere Eisen, oder einer Legierung, insbesondere einer NE-Legierung bzw. einer partikelverstärkten Legierung, gefertigt. Dadurch, daß die offenporige Struktur derart an dem Widerlager angeordnet ist, daß ein an der offenporigen Struktur angreifender Kraftvektor parallel und entgegengesetzt zu einem resultierenden Abstützvektor durch das oder die Widerlager ausgerichtet ist, werden Scherkräfte auf die offenporige Struktur vermieden, wodurch eine kontrollierte Kompression ohne vollständige Zerstörung der offenporigen Struktur erzielt wird.
Entsprechende Werkstoffeigenschaften des Bauteils mit lokal ausgebildeten zwei oder drei verschiedenen Phasen, d.h. mit einem Zweifach- oder Dreifach-Gradienten, erzielt man dadurch, daß der Gießwerkstoff und die offenporige Struktur aus einem gleichen Werkstoff oder unterschiedlichen Werkstoffen bestehen.
Eine gute Kontrollierbarkeit der Kompression des offenporigen Werkstoffs ohne turbulente Strömungen erzielt man dadurch, daß für das Thixogießverfahren oder anderen druckunterstützten Gießverfahren eine Kolbengeschwindigkeit, ein Kolbendruck, ein Prozeßdruck undloder eine Temperatur derart gewählt wird, daß sich bei der Kompression der offenporigen Struktur ein Prozeß mit laminaren Strömungen des Gießwerkstoffes einstellt.
So wird beispielsweise in Abhängigkeit von der Gitterstruktur der Prozeßdruck derart gewählt, daß sich ein vorbestimmter Infiltrations- und/oder Deformierungsmechanismus einstellt. Hierbei ist durch entsprechende Wahl des Prozeßdruckes auch ein eine Herstellung eines Gradientenbauteils ohne Deformierung, also nur mit Infiltration, möglich.
Zweckmäßigerweise ist die offenporige Struktur ein Schaum oder eine Gitterstruktur, wie beispielsweise in der DE 198 51 250.3 vom selben Anmelder beschrieben.
Eine Verbesserung einer Benetzbarkeit und einer Infiltration der offenporigen Struktur erzielt man dadurch, daß die offenporige Struktur vor dem Gießverfahren mit einem oder mehreren Werkstoffen beschichtet wird.
Zum Erhöhen einer Elementenkonzentration in vorbestimmten Bereichen des Bauteils wird die offenporige Gitterstruktur vor der Infiltration mit wenigstens einem Element, wie beispielsweise Primärsilizium zum Erhöhen einer Verschleißfestigkeit, oder auch anderen hochwarmfesten oder härtenden Elementen beschichtet.
Zweckmäßigerweise wird die offenporige Struktur vor dem Gießverfahren mit einem Anteil eines hochfesten, härtenden, verschleißfesten und/oder schmierenden Elementes beschichtet.
In vorteilhafter Weise ist die eingelegte offenporige Struktur ein Körper, der wenigstens an einer Seite dicht ist und wenigstens eine Seite als offenporige Struktur in Kontakt mit einem Infiltrationswerkstoff, insbesondere dem Gießwerkstoff, steht.
Zur Unterstützung und Verbesserung einer kontrollierten Infiltration der offenporigen Struktur wird diese zweckmäßigerweise vor der Infiltration während des Gießverfahrens vorgeheizt.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt in:
Fig. 1
eine Schnittansicht durch eine Form für ein Thixogießverfahren vor dem Gießprozeß mit darin angeordneter offenporiger Struktur und
Fig. 2
einen Schnitt durch ein mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestelltes Bauteil.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es vorgesehen, daß eine metallische oder nichtmetallische, wie beispielsweise eine keramische, offenporige Struktur mit einer teilflüssigen Suspension bzw. Legierung infiltriert wird. Ziel ist die Herstellung eines Werkstoffverbundsystems, bei dem ein oder mehrere Bauteilbereiche lokal funktionsbezogen optimiert, beispielsweise verstärkt, werden. Mögliche Anwendungsgebiete sind hierbei die lokale Erhöhung einer Verschleißfestigkeit eines Bauteils zur Verbesserung tribologischer Eigenschaften oder eine Eigenschaftsverbesserung durch gezielte Werkstoffverbunde. Zu den Anforderungen, die an den Werkstoff gestellt werden, zählt u.a. die Verbesserung der Festigkeit, Duktilität, Schmierwirkung, Leitfähigkeit usw. Mögliche Bauteile sind hierbei beispielsweise Bremsscheiben oder Zahnräder, deren Umfangsfestigkeit durch Einlagerung einer verschleißfesten offenporigen Struktur verbessert wird, oder Lagerbuchsen, deren Schmierwirkung an vorbestimmten Stellen durch Einlagerung der offenporigen Struktur erhöht wird.
Fig. 1 zeigt beispielhaft für ein Zahnrad eine Anordnung einer offenporigen Struktur hoher Festigkeit in einer Form zur Herstellung eines Zahnrades mittels eines Thixogießverfahrens. Der Ausdruck "hohe Festigkeit" bedeutet hierbei offenporige Strukturen in Form von Schäumen, welche im wesentlichen starr sind, beispielsweise offenporige Strukturen aus Metall oder Keramik. Der Ausdruck "im wesentlichen starr" bedeutet hierbei, daß es sich bei den offenporigen Strukturen nicht um leicht kompreßible Schwämme aus Kunst- oder Naturstoff handelt.
Wie aus Fig. 1 ersichtlich, sind in einer Form 10 für ein Bauteil in Form eines Zahnrades an vorbestimmten Stellen offenporige Strukturen 12 angeordnet. Die offenporigen Strukturen 12 sind dabei in Zacken 14 des herzustellenden Zahnrades in dargestellter Weise angeordnet. Hierdurch bilden jeweilige Seitenwandungen 16 der Zacken 14 ein Widerlager für die offenporigen Strukturen 12. Pfeile 18 kennzeichnen hierbei entsprechende Abstützvektoren der entsprechenden Seitenwandungen 16. Diese Abstützvektoren 18 stehen senkrecht auf den jeweiligen Seiten 16. Durch Vektoraddition von entsprechenden Abstützvektoren 18 eines Zackens 14 ergibt sich ein entsprechender resultierender Abstützvektor 20.
Während des Thixogießverfahrens oder anderen druckunterstützten Gießverfahren wird unter einem entsprechenden Druck ein flüssiges oder teilflüssiges Gußmaterial in die Form 10 eingeführt. Hierdurch ergibt sich auf die offenporigen Strukturen 12 ein Kompressionsdruck mit einem entsprechenden Kraftvektor 22. Hierbei ergibt sich unmittelbar aus Fig. 1, daß die Anordnung aus Widerlager 16 und offenporiger Struktur 12 derart getroffen ist, daß der resultierende Abstützvektor 20 im wesentlichen parallel und entgegengesetzt zum Kraftvektor 22 durch das Druckgießverfahren ausgerichtet ist. Auf diese Weise ergeben sich lediglich resultierende Kompressionskräfte auf die offenporige Struktur 12, ohne Scherkräfte, so daß während des Thixogießverfahrens oder anderen druckunterstützten Gießverfahren durch den Gießdruck eine kontrollierte und vorbestimmte Kompression der offenporigen Strukturen 12 ohne deren vollständige Zerstörung erfolgt.
Das Ergebnis des erfindungsgemäßen Verfahrens ist mittels einer Schnittansicht durch das hergestellte Bauteil in Fig. 2 veranschaulicht. Das Zahnrad 24 ist im Bereich 26 ausschließlich vom Gußmaterial 28 gebildet. Die offenporige Struktur 12 ist vom Gußmaterial 28 infiltriert und komprimiert, so daß sich eine entsprechende Legierungsschicht 30 an Spitzen der Zacken 14 ergibt. Femer hat sich eine Grenzschicht 32 zwischen der Legierungsschicht 30 und dem Gußmaterial 28 ausgebildet.
Es ist offensichtlich, daß durch die Legierungsschicht 30, welche eine andere Zusammensetzung aufweist, als das Gußmaterial 28, in den entsprechenden Bereichen der Spitzen 40 eine andere Werkstoffeigenschaft durch einen anderen Verbundwerkstoff erzielt ist. Das Gußmaterial 28 und der Werkstoff der offenporigen Struktur 12 ist dabei derart gewählt, daß sich beispielsweise entsprechende mechanische Eigenschaften und/oder Verschleißeigenschaften in den entsprechenden Bereichen der Zacken 14 ergeben.
Durch entsprechende nachfolgende Wärmebehandlungsmaßnahmen, welche auf das hergestellte Zahnrad 24 angewendet werden, können sowohl die Eigenschaften des Gußmaterials 28 als auch die Grenzflächenstruktur 32 zwischen dem Gußmaterial 28 und der Legierungsschicht 30 verbessert werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren nutzt dabei die besonderen Eigenschaften des teilflüssigen Gußwerkstoffes während des Thixogießverfahrens derart aus, daß die offenporige Struktur 12 als eine Art Filter dient und zuerst die flüssige Phase des teilflüssigen Werkstoffes eindringen läßt, welcher die Oberfläche der offenporigen Struktur 12 besonders gut benetzt. Der feste Anteil des teilflüssigen Gußwerkstoffes folgt erst später nach, und es bildet sich in entsprechender Weise die Legierungsschicht 30 und die Grenzschicht 32 aus. Wie sich unmittelbar aus Fig. 2 ergibt, sind die entsprechend gewünschten veränderten Materialeigenschaften in denjenigen Lokalbereichen ausgebildet, in denen Eingriffskräfte auf das Zahnrad 24 wirken. Somit ist es durch das erfindungsgemäße Verfahren in vorteilhafter Weise möglich, in einem einzigen Schritt während des Thixogießverfahrens oder auch anderen druckunterstützten Gießverfahrens ein Bauteil mit lokal unterschiedlichen und entsprechend angepaßten Werkstoffverbünden mit entsprechend unterschiedlichen und entsprechend angepaßten Materialeigenschaften, wie Festigkeit, Leitfähigkeit oder Schmierfähigkeit, herzustellen. Dies war bisher nur in zwei oder mehr Verfahrensschritten möglich.
Neben der hier beispielhaft dargestellten Verfahrenstechnik des Thixoschmiedens und Thixogießens liegt es auch im Rahmen der Erfindung andere Verfahren zum Herstellen eines Gradientenbauteils unter Verwendung entsprechender Gitterstrukturen zur Realisierung einer Gradientenstruktur zu Verwenden. Die Gitterstruktur ist beispielsweise ein CMM, wie aus der DE 198 51 250.3 vom selben Anmelder bekannt. Auch liegt der Einsatz von flüssigen Werkstoffen im Umfang der Erfindung. Hierbei ändert sich lediglich der Infiltrationsmechanismus und eine ggf. sich einstellende die Deformierung der Gitterstruktur (CMM). Allgemein kann mittels der Gitterstrukturen und allen Gießverfahren eine Gradientenstruktur hergestellt werden. Der vorliegende Gießdruck bestimmt dabei den Infiltrations- und Komprimierungs- bzw. Deformierungsmechanismus der Gitterstruktur. Bei niedrigen Prozeßdrücken und entsprechender Festigkeit der offenporigen Gitterstruktur kann es auch nur zu einem Infiltrationsvorgang ohne Deformation bzw. Komprimierung der Struktur kommen. Je nach Anwendungsfall der Gradiententechnik ist eine komprimierte oder nicht komprimierte Gitterstruktur sinnvoll und umsetzbar.

Claims (14)

  1. Verfahren zum Herstellen eines Bauteils in einer Form mittels eines Gießwerkstoffes, insbesondere mittels eines Thixogießverfahrens mit wenigstens einem teilflüssigen Werkstoff, mittels Thixoschmieden oder mittels eines druckunterstützten Gießens mit einem flüssigen Werkstoff,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß in der Form vor einem Gießen oder Schmieden eine offenporige Struktur mit vorbestimmten Eigenschaften derart angeordnet wird, daß sich diese an wenigstens einer Seite an einem Widerlager abstützt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die offenporige Struktur eine hohe Festigkeit, einen vorbestimmten Härtegrad, eine vorbestimmte Oberflächenbeschaffenheit, eine vorbestimmte Legierungszusammensetzung, eine vorbestimmte Porösität, eine vorbestimmte Duktilität, eine vorbestimmte, insbesondere gute, Schmierwirkung, eine vorbestimmte, insbesondere gute, Leitfähigkeit und/oder eine vorbestimmte, insbesondere hohe oder niedrige, Dichte aufweist.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Bauteil einer nachfolgenden Wärmebehandlung unterzogen wird.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Gießwerkstoff ein Metall oder eine Metallegierung ist.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die offenporige Struktur aus einem keramischen oder metallischen Werkstoff, insbesondere Eisen, oder einer Legierung, insbesondere einer NE-Legierung bzw. einer partikelverstärkten Legierung, gefertigt ist.
  6. , Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die offenporige Struktur derart an dem Widerlager angeordnet ist, daß ein an der offenporigen Struktur eingreifender Kraftvektor parallel und entgegengesetzt zu einem resultierenden Abstützvektor durch das oder die Widerlager ausgerichtet ist.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Gießwerkstoff und die offenporige Struktur aus einem gleichen Werkstoff oder unterschiedlichen Werkstoffen bestehen.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß für das Gießverfahren eine Kolbengeschwindigkeit, ein Kolbendruck, ein Prozeßdruck und/oder eine Temperatur derart gewählt wird, daß sich bei der Kompression der offenporigen Struktur ein Prozeß mit laminaren Strömungen des Gießwerkstoffes einstellt.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß in Abhängigkeit von der Gitterstruktur der Prozeßdruck derart gewählt wird, daß sich ein vorbestimmter Infiltrations- und/oder Deformierungsmechanismus einstellt.
  10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die offenporige Struktur ein Schaum oder eine Gitterstruktur ist.
  11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die offenporige Struktur vor dem Gießverfahren mit einem oder mehreren Werkstoffen beschichtet wird.
  12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die offenporige Struktur vor dem Gießverfahren mit einem Anteil eines hochfesten, härtenden, verschleißfesten, leitenden undloder schmierenden Elementes beschichtet wird.
  13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die eingelegte offenporige Struktur ein Körper ist, der wenigstens an einer Seite dicht ist und wenigstens eine Seite als offenporige Struktur in Kontakt mit einem Infiltrationswerkstoff, insbesondere dem Gießwerkstoff, steht.
  14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die offenporige Struktur hoher Festigkeit vor der Infiltration während des Gießverfahrens vorgeheizt wird.
EP99100207A 1998-01-09 1999-01-07 Verfahren zum Herstellen eines Kompositbauteils mit flüssigen oder teilflüssigen Werkstoffen Withdrawn EP0928654A1 (de)

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