EP2555890B1 - Verfahren zur herstellung eines zumindest bereichsweise einen erhöhten verschleissschutz aufweisenden gusswerkstücks - Google Patents

Verfahren zur herstellung eines zumindest bereichsweise einen erhöhten verschleissschutz aufweisenden gusswerkstücks Download PDF

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EP2555890B1
EP2555890B1 EP11715656.2A EP11715656A EP2555890B1 EP 2555890 B1 EP2555890 B1 EP 2555890B1 EP 11715656 A EP11715656 A EP 11715656A EP 2555890 B1 EP2555890 B1 EP 2555890B1
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ceramic
insert
casting
binding agent
cast workpiece
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Karlheinz Mohr
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Vautid GmbH
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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
    • B22D19/02—Casting in, on, or around objects which form part of the product for making reinforced articles
    • 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
    • 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

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a cast workpiece having increased wear protection at least in regions according to the preamble of patent claim 1.
  • EP 0 841 990 B1 A method similar to that of the aforementioned type is known from EP 0 841 990 B1 known.
  • a perforated or sponge-like ceramic insert is used, which penetrates during the casting of the casting material into the openings and pores of the insert. It is not easy in this process, inexpensive to produce deposits with the desired layer thickness and the desired shape.
  • EP 0 670 441 A1 is a method of the type mentioned became known, which describes the production of plain bearings, on the one hand closure and on the other hand are low in friction.
  • a molded body made of hard material is encapsulated with open cavities such that the cavities are infiltrated with light metal.
  • the shaped body may optionally be applied to a substrate. Instructions on how to proceed with cast workpieces with other surface geometries to be protected against wear are the EP 0 670 441 A1 not to be taken.
  • Object of the present invention is to provide a method of the type mentioned in such a way that the shape of the insert is well adapted to the shape of the workpiece surface to be protected.
  • a two-layered structure is first produced, which, as it were, has as carrier a heat-resistant fiber mat to which the ceramic particles bound in the binder are applied.
  • the thickness of the ceramic particle layer can be determined very well in this way.
  • the ceramic particles have an average particle size between 0.2 and 4 mm.
  • the lower limit of the mean grain size is essentially determined by the fact that the infiltration capacity of the ceramic-containing layer must not be called into question.
  • the upper limit of the mean particle size results from the fact that a sufficient coverage density must be ensured in order to achieve the desired wear resistance.
  • the insert 9 is inserted into a conventional mold 10, as shown in FIG FIG. 1 is shown.
  • This casting mold 10 comprises a top box 6 with pouring basin 3 and pouring channel 4 and feeder 5.
  • the casting cavity 8 corresponding to the shape of the desired workpiece is formed.
  • the insert 9 is fixed at the point of the wall of the casting cavity 8, which corresponds to the surface to be protected of the workpiece to be produced.
  • this can for example be done by nailing.
  • the workpiece is poured off in a known manner with metallic material.
  • the liquid metallic material encloses the Kermaikpgreg in the layer 1 of the insert 2, wherein the binder substantially evaporates.
  • the workpiece is now on the surface to be protected with a ceramic particle layer provided, which there is an increased wear resistance is achieved.
  • the fact that the removed from the mold 10 workpiece in that area in which the insert 9 is located, the layer 2 of fiberglass mat, is harmless because it is quickly abraded in the use of the workpiece.

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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Laminated Bodies (AREA)
  • Mold Materials And Core Materials (AREA)
  • Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)
  • Moulds For Moulding Plastics Or The Like (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines zumindest bereichsweise einen erhöhten Verschleißschutz aufweisenden Gusswerkstücks nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
  • Es ist ein seit langem bekanntes Problem, dass duktile Gusswerkstücke zwar hohe Schlagbeständigkeit und Zähigkeit aufweisen, jedoch nur geringe Widerstandsfähigkeit gegen Verschleiß besitzen. Umgekehrt sind sehr verschleißbeständige Werkstücke im Allgemeinen spröde und halten Schlagbeanspruchungen nicht stand. Daher sind schon viele Versuche unternommen worden, Verbundwerkstücke herzustellen, bei denen in eine duktile, schlagbeständige Matrix verschleißbeständige Einlagen aus Hartmaterial eingebettet sind.
  • Ein Verfahren ähnlich dem der eingangs genannten Art ist aus der EP 0 841 990 B1 bekannt. Hier wird eine perforierte oder schwammartig ausgebildete Keramik-Einlage verwendet, wodurch beim Gießvorgang der Gießwerkstoff in die Öffnungen und Poren der Einlage eindringt. Es ist bei diesem Verfahren nicht ganz einfach, Einlagen mit der gewünschten Schichtdicke und der gewünschten Form preiswert herzustellen.
  • Aus der EP 0 670 441 A1 ist ein Verfahren der eingangs genannten Art bekannt geworden, welches die Herstellung von Gleitlagern beschreibt, die einerseits verschließarm und andererseits reibungsarm sind. Dabei wird ein aus Hartstoff hergestellter Formkörper mit offenen Hohlräumen derart umgossen, dass die Hohlräume mit Leichtmetall infiltriert werden. Der Formkörper kann gegebenenfalls auf einem Substrat aufgebracht sein. Hinweise, wie bei Gusswerkstücken mit anderen gegen Verschleiß zu schützenden Oberflächengeometrien vorgegangen werden kann, sind der EP 0 670 441 A1 nicht zu entnehmen.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs genannten Art derart auszubilden, dass die Form der Einlage an die Form der zu schützenden Werkstückoberfläche gut anpassbar ist.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein im Patentanspruch 1 angegebenes Verfahren gelöst.
  • Wie im Stand der Technik an sich bekannt, wird zunächst eine zweischichtige Struktur hergestellt, die gewissermaßen als Träger eine hitzebeständige Fasermatte besitzt, auf welche die in Bindemittel gebundenen Keramikpartikel aufgebracht sind. Die Dicke der Keramikpartikel-Schicht kann auf diese Weise sehr gut bestimmt werden.
  • Erfindungsgemäß weisen die Keramikpartikel eine mittlere Korngröße zwischen 0,2 und 4 mm auf. Die Untergrenze der mittleren Korngröße wird im Wesentlichen dadurch bestimmt, dass die Infiltrationsfähigkeit der Keramikhaltigen Schicht nicht in Frage gestellt werden darf. Die Obergrenze der mittleren Partikelgröße ergibt sich daraus, dass eine ausreichende Bedeckungsdichte gewährleistet sein muss, um die gewünschte Verschleißbeständigkeit zu erzielen.
  • Durch Konfektionieren dieser zweischichtigen Struktur kann dann exakt diejenige Form hergestellt werden, die der Form des zu schützenden Oberflächenbereiches des Werkstückes (ggfs in eine Ebene abgewickelt) entspricht. Das Bindemittel entweicht im Allgemeinen beim Gießvorgang, während die Fasermatte als am Werkstück nach außen zeigende Schicht verbleiben kann. Diese wird im Gebrauch des Gusswerkstückes schnell verschlissen oder kann bei Bedarf auch vor dem Einsatz des Gusswerkstückes entfernt werden.
  • Besonders bevorzugt wird, wenn die mittlere Korngröße der Keramikpartikel 1 bis 2 mm beträgt.
  • Als Keramikmaterial kann insbesondere Zirkonoxid- oder Aluminiumoxid-Keramik eingesetzt werden. Derartige Partikel werden in der Schleifmittelindustrie eingesetzt und sind kommerziell preiswert erhältlich.
  • Als Bindemittel kann Wasserglas verwendet werden, das ebenfalls ein kostengünstiger und leicht handzuhabender Werkstoff ist.
  • Vorzugsweise wird als ausschließliches oder zusätzliches Bindemittel eine die Flexibilität der Einlage erhaltende Schlichte eingesetzt. Hierfür eignen sich beispielsweise Schlichten, wie sie bisher zur Versiegelung von schlecht ausgeschäumten Modellbereichen oder auch geschnittenen oder gefrästen Oberflächen eingesetzt werden. Eine derartige Schlichte ist unter dem Markennamen "Polyfiller S" von der Firma Ashland-Südchemie Kernfest GmbH, D-40721 Hilden, erhältlich.
  • Der Giesswerkstoff kann sowohl metallisch, also insbesondere Stahl, ein Buntmetall oder Aluminium, als auch ein Kunststoff sein.
  • Als Fasermatte kann grundsätzlich jedes "offenporige" textilartige Material eingesetzt weden, sofern nur die Hitzebeständigkeit gewährleistet ist. Bevorzugt werden Glasfasermatten. Es sind jedoch auch Matten aus entsprechendem Kunststoff denkbar.
  • Die Dicke der keramikhaltigen Schicht auf der Fasermatte sollte zwischen 3 und 8 mm liegen.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert; es zeigen:
    • Figur 1
    einen Schnitt durch eine Einlage, wie sie beim erfindungsgemäßen Verfahren Verwendung findet;
    Figur 2
    einen schematischen Schnitt durch eine Gießform, in welche die Einlage der Figur 1 eingelegt ist.
  • Die Zeichnung zeigt, wie bei der Herstellung eines an einer Oberfläche vor Verschleiß zu schützenden Gegenstandes beispielhaft vorgegangen werden kann:
    • Zunächst werden Keramikpartikel, beispielsweise 40-prozentiges Zirkonkorund mit einer mittleren Korngröße zwischen 1 und 2 mm, mit 3-prozentigem Wasserglas und/ oder 3-prozentiger Schlichte "Polyfiller S" als Bindemittel vermischt. Diese Masse wird in einer Schicht 1 gewünschter Dicke auf eine Glasfasermatte 2 aufgebracht. Die mit Keramikpartikeln beschichtete Glasfasermatte 2 hat eine Dicke von 6 bis 8 Millimetern. Nach dem Aushärten des Bindemittels wird die so entstandene zweischichtige mattenartige Struktur konfektioniert. Es entsteht so die in Figur 1 dargestellte zweischichtige Einlage 9, die exakt an die Form der zu schützenden Oberfläche des Werkstückes angepasst ist. Aufgrund der oben erwähnten Schlichte wird die Einlage 9 nicht starr, sondern bleibt in gewissem Umfange flexibel, so dass sie gegebenenfalls auch gebogen werden kann.
  • Die Einlage 9 wird in eine herkömmliche Gießform 10 eingelegt, wie dies in Figur 1 gezeigt ist. Diese Gießform 10 umfasst einen Oberkasten 6 mit Eingusstümpel 3 und Eingusskanal 4 sowie Speiser 5. Im Unterkasten 7 sowie teilweise auch im Oberkasten 6 ist der der Form des gewünschten Werkstückes entsprechende Gießhohlraum 8 ausgebildet.
  • Die Einlage 9 wird an derjenigen Stelle der Wandung des Gießhohlraumes 8 befestigt, welche der zu schützenden Oberfläche des herzustellenden Werkstückes entspricht. Bei Verwendung einer Sandform kann dies beispielsweise durch Nageln geschehen. Nach Schließen der Gießform 10 wird das Werkstück in bekannter Weise mit metallischem Werkstoff abgegossen. Der flüssige metallische Werkstoff umschließt die Kermaikpartikel in der Schicht 1 der Einlage 2, wobei das Bindemittel im Wesentlichen verdampft. Das Werkstück ist nun an der zu schützenden Oberfläche mit einer Keramikpartikel-Schicht versehen, wodurch dort eine erhöhte Verschleissbeständigkeit erzielt wird. Dass das aus der Gießform 10 entnommene Werkstück in demjenigen Bereich, in dem sich die Einlage 9 befindet, die Schicht 2 aus Glasfasermatte besitzt, ist unschädlich, da diese im Gebrauch des Werkstückes rasch abgeschliffen wird.

Claims (9)

  1. Verfahren zur Herstellung eines zumindest bereichsweise einen erhöhten Verschleißschutz aufweisenden Gusswerkstückes, bei dem keramikhaltiges Material beim Gießen in die Matrix des Gießwerkstoffes eingebettet wird;
    wobei
    a) Keramikpartikel mit einer mittleren Korngröße zwischen 0,2 und 4 mm mit mindestens einem Bindemittel vermischt werden;
    b) die Mischung aus Keramikpartikeln und Bindemittel in einer bestimmten Schichtdicke auf eine hitzebeständige Fasermatte aufgebracht wird, wodurch eine zweischichtige Struktur entsteht;
    c) nach dem Abbinden des Bindemittels aus der zweischichtigen Struktur eine Einlage (9) konfektioniert wird, deren Form der Form eines zu schützenden Oberflächenbereiches des Gusswerkstückes entspricht;
    d) die Einlage (9) in dem Gießhohlraum (8) an derjenigen Stelle angebracht wird, die dem zu schützenden Oberflächenbereich des Gusswerkstückes entspricht;
    e) der Gießhohlraum (8) mit dem Gießwerkstoff ausgegossen wird, wobei die Keramikpartikel in der Einlage (9) in dem Gießwerkstoff eingebettet werden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mittlere Korngröße der Keramikpartikel 1 bis 2 mm beträgt.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Keramikmaterial Zirkonoxid- oder Aluminiumoxid-Keramik eingesetzt wird.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Bindemittel Wasserglas eingesetzt wird.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als ausschließliches oder zusätzliches Bindemittel eine die Flexibilität der Einlage (9) erhaltende Schlichte eingesetzt wird.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gießwerkstoff metallisch, insbesondere Stahl, oder ein Buntmetall oder Aluminium ist.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Gießwerkstoff ein Kunststoff ist.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasermatte (2) aus Glasfasern besteht.
  9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die keramikhaltige Schicht auf der Fasermatte ein Dicke zwischen 3 und 8 mm besitzt.
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