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DE102018215966A1 - Gießform zum Gießen von Bauteilen sowie Verfahren zu deren Herstellung - Google Patents

Gießform zum Gießen von Bauteilen sowie Verfahren zu deren Herstellung Download PDF

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DE102018215966A1
DE102018215966A1 DE102018215966.1A DE102018215966A DE102018215966A1 DE 102018215966 A1 DE102018215966 A1 DE 102018215966A1 DE 102018215966 A DE102018215966 A DE 102018215966A DE 102018215966 A1 DE102018215966 A1 DE 102018215966A1
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DE
Germany
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mold
ceramic
casting
casting mold
inserts
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DE102018215966.1A
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Inventor
Franz-Josef Wöstmann
Lukas Stumm
Christian Soltmann
Matthias Busse
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Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Original Assignee
Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
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Priority to JP2021515130A priority patent/JP7343572B2/ja
Priority to CN201980061405.7A priority patent/CN112739477B/zh
Priority to US17/250,868 priority patent/US11612930B2/en
Priority to CA3111341A priority patent/CA3111341A1/en
Priority to PCT/EP2019/075166 priority patent/WO2020058401A1/de
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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
    • B22D17/00—Pressure die casting or injection die casting, i.e. casting in which the metal is forced into a mould under high pressure
    • B22D17/20—Accessories: Details
    • B22D17/22—Dies; Die plates; Die supports; Cooling equipment for dies; Accessories for loosening and ejecting castings from dies
    • B22D17/2209—Selection of die materials
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B22C1/00—Compositions of refractory mould or core materials; Grain structures thereof; Chemical or physical features in the formation or manufacture of moulds
    • B22C1/02—Compositions of refractory mould or core materials; Grain structures thereof; Chemical or physical features in the formation or manufacture of moulds characterised by additives for special purposes, e.g. indicators, breakdown additives
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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Molds, Cores, And Manufacturing Methods Thereof (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Gießform zum Gießen von Bauteilen. Die Gießform umfasst mindestens einen Gießformrahmen aus Metall und/oder aus einer Legierung sowie einen oder mehrere in den mindestens einen Gießformrahmen eingebrachte keramische Gießformeinsätze. Der Gießformeinsatz bzw. die Gießformeinsätze weist/weisen dabei die negative Kontur oder einen Teil der negativen Kontur eines herzustellenden Bauteils oder der Kombination eines herzustellenden Bauteils mit einem oder mehreren Gießkernen auf. Die vorliegende Erfindung betrifft zudem ein Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Gießform sowie die Verwendung der erfindungsgemäßen Gießform.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Gießform zum Gießen von Bauteilen. Die Gießform umfasst mindestens einen Gießformrahmen aus Metall und/oder aus einer Legierung sowie einen oder mehrere in den mindestens einen Gießformrahmen eingebrachte keramische Gießformeinsätze. Der Gießformeinsatz bzw. die Gießformeinsätze weist/weisen dabei die negative Kontur oder einen Teil der negativen Kontur eines herzustellenden Bauteils oder der Kombination eines herzustellenden Bauteils mit einem oder mehreren Gießkernen auf. Die vorliegende Erfindung betrifft zudem ein Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Gießform sowie die Verwendung der erfindungsgemäßen Gießform.
  • Die Formgebung in metallischen Dauerformen bietet mit dem Niederdruckguss und dem Druckguss wirtschaftliche Verfahren zur Fertigung von Gussteilen. Dabei sind die Anforderungen an die metallischen Gießformen bzw. Kokillen hoch. Das Gießen von Metallen mit hohem Schmelzpunkt führt zu einer hohen thermischen Belastung der Kokille, auch mit der Gefahr des punktuellen Verschweißens oder Legierungsbildung zwischen Schmelzmaterial und Kokille. Beim Druckguss kommen die Belastungen durch den hohen Druck und Geschwindigkeit der Schmelze hinzu. Durch die hohen Werkzeugkosten ist eine lange Standzeit für eine wirtschaftliche Fertigung notwendig. Lokal überlastete Bereiche im Formwerkzeug können zu einem vorzeitigen Ausfall führen.
  • Der Einsatz von Metallkokillen im Niederdruckguss bietet ein wirtschaftliches Verfahren zur Fertigung von Gussteilen. Die typische Anordnung von Schmelzofen, Steigrohr und Kokille ermöglicht eine gerichtete Erstarrung der Metallschmelze. Im Vergleich zum Sandguss ermöglichen die hohen Abkühlgeschwindigkeiten in Metallkokillen ein feinkörnigeres und dichtes Gefüge. Durch die hohen Werkzeugkosten ist eine lange Standzeit für eine wirtschaftliche Fertigung notwendig. Schnelles Abkühlen und das Gießen von Metallen mit hohen Schmelzpunkt (z.B. kupferhaltige Legierungen) führt zu einer hohen thermischen Belastung der Kokille, auch mit der Gefahr des punktuellen Verschweißens oder Legierungsbildung zwischen Schmelzmaterial und Kokille. Hierdurch wird die Anzahl der möglichen Abgüsse bis zum Erreichen der Verschleißgrenze reduziert. Das Auftragen einer Schlichte schützt vor einem Anhaften der Gussteile an der Formwand. Ein häufiges Erneuern der Beschichtung führt aber zu einer geringeren Produktivität.
  • Das Auftragen von Schlichten kann Kokillen vor einem frühzeitigen Verschleiß schützen. Schlichten können als Flüssigkeit oder als Pulver auf die Oberfläche der Kokille aufgetragen werden. Schlichten auf Basis von Graphit, Molybdändisulfit oder Bornitrid sind übliche Trennmittel. Die Beschichtungen sind teilweise nicht sehr abriebfest, wodurch die Gefahr entsteht, dass Fehlstellen in der Beschichtung eine Reaktion zwischen Schmelze und dem Metall der Kokille ermöglichen. Schlichten können auch zu Oberflächenfehlern am Gussteil führen. Der Wärmetransport zwischen Schmelze und Kokille kann durch inhomogene Beschichtungen gestört werden und den Ausschuss an Gussteilen erhöhen. Bisherige Lösungsstrategien basieren auf einer Verbesserung von Beschichtungszusammensetzungen und Beschichtungsverfahren.
  • Ausgehend hiervon war es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Gießform zum Gießen von Bauteilen anzugeben, welche weniger anfällig für Verschleiß und dadurch langlebiger ist.
  • Diese Aufgabe wird bezüglich einer Gießform mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und bezüglich eines Verfahrens zur Herstellung einer solchen Gießform mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 gelöst. Patentanspruch 14 gibt Verwendungsmöglichkeiten der erfindungsgemäßen Gießform an. Die jeweilig abhängigen Patentansprüche stellen dabei vorteilhafte Weiterbildungen dar.
  • Erfindungsgemäß wird somit eine Gießform zum Gießen von Bauteilen angegeben. Die Gießform umfasst mindestens einen Gießformrahmen (oder einen Gießformschieber) aus Metall und/oder aus einer (Metall-)Legierung sowie einen in den Gießformrahmen (bzw. den Gießformschieber) eingebrachten keramischen Gießformeinsatz oder mehrere in den mindestens einen Gießformrahmen (bzw. den Gießformschieber) eingebrachte keramische Gießformeinsätze. Der Gießformeinsatz bzw. die Gießformeinsätze weist/weisen dabei die negative Kontur oder einen Teil der negativen Kontur eines (mit der Gießform) herzustellenden Bauteils auf oder der Gießformeinsatz bzw. die Gießformeinsätze weist/weisen dabei der Kombination eines (mit der Gießform) herzustellenden Bauteils mit einem oder mehreren Gießkernen auf.
  • Der keramische Gießformeinsatz bzw. die keramischen Gießformeinsätze weisen eine hohe Verschleißfestigkeit und Beständigkeit auf. Die erfindungsgemäße Gießform ist in der Folge weniger anfällig für Verschleiß und dadurch langlebiger. Mit anderen Worten wird aufgrund der hohen Verschleißfestigkeit und Beständigkeit die Anzahl der möglichen Abgüsse im Vergleich zu herkömmlichen Kokillen bzw. Gießformen erhöht.
  • In einen Formrahmen oder Schieber aus Metall können ein oder mehrere keramische Formeinsätze eingebracht werden, die das herzustellende Bauteil mit oder ohne einen zusätzlichen Kern abbilden. Die keramischen Formeinsätze können so aufgebaut sein, dass der Einsatz von Trennmittel reduziert werden kann. Zusätzlich kann das Material so ausgewählt werden, dass die Erstarrung des zu gießenden Bauteils gerichtet erfolgt. Die Geometrie der keramischen Formeinsätze kann so gewählt werden, dass die Herstellung möglichst vereinfacht wird und das Bauteil ggf. mit Hilfe von Kernen die gewünschte Kontur erhält. Für eine schnelle Wärmeabführung können Einsätze aus Si-SiC mit hoher Wärmeleitfähigkeit (100-160 W/mK und 4-4,8 · e-6/K WAK) oder AIN (180-220 W/mK und 4,5-5,6 · e-6/K WAK) eingesetzt werden. Eine langsame Abkühlungsgeschwindigkeit kann durch Einsätze aus Siliziumnitrid oder SiAlON (4-50 W/mK und 2,1-3 · e-6/K WAK) erhalten werden. Die Matrize der Form kann vollständig aus dem keramischen Einsätze gebildet werden, oder aber nur partiell in besonders kritische Bereichen der Metallform eingesetzt werden. Die keramischen Einsätze können für Bereiche mit einer langsamen Abkühlungsgeschwindigkeit in eine Druckgussform eingesetzt werden, um die Erstarrung zu steuern oder in besonders stark beanspruchte Bereiche vor Verschleiß zu schützen.
  • Die Möglichkeit, Einfluss auf den Wärmetransport beim Gießen zu nehmen, kann die Qualität der Gussteile erhöhen. Besonders belastete Bereiche einer metallischen Kokille können durch einen keramischen Einsatz verstärkt werden und so länger genutzt werden. Der Aufwand hinsichtlich des Auftragens von Schlichten kann reduziert und dadurch die Produktivität erhöht werden.
  • Eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Gießform zeichnet sich dadurch aus, dass der keramische Gießformeinsatz bzw. die keramischen Gießformeinsätze ein Material enthält/enthalten oder aus diesem besteht/bestehen, welches ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus AIN (Aluminiumnitrid), SiAlON (Silicium-Aluminiumoxid-Nitrid), SiN (Siliciumnitrid), SiSiC (siliciuminfiltriertes Siliciumcarbid), SiC (Siliciumcarbid), Zirkonoxid (ZrO2, Zirconiumoxid), Aluminiumoxid (Al2O3), ATI (Aluminiumtitanat) und Mischungen hiervon.
  • Eine weitere bevorzugte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass der keramische Gießformeinsatz bzw. die keramischen Gießformeinsätze ein Material enthält/enthalten oder aus diesem besteht/bestehen, welches eine Wärmeleitfähigkeit von 1,5 bis 50 W/mK und/oder einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von 0,5 bis 3,5 · e-6/K aufweist. Vorzugsweise ist das Material des Gießformeinsatzes bzw. der Gießformeinsätze dabei ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus SiN, SiAlON, ATI (Aluminiumtitanat), und Mischungen hiervon.
  • Die Wärmeleitfähigkeit kann z.B. bestimmt werden gemäß ASTM E1461 - 13. Auch alle anderen in dieser Patentanmeldung angegebenen Wärmeleitfähigkeiten können auf diese Weise bestimmt werden.
  • Der Wärmeausdehnungskoeffizient kann z.B. bestimmt werden gemäß DIN 51045. Auch alle anderen in dieser Patentanmeldung angegebenen Wärmeausdehnungskoeffizienten können auf diese Weise bestimmt werden.
  • Eine weitere bevorzugte Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass der keramische Gießformeinsatz bzw. die keramischen Gießformeinsätze ein Material enthält/enthalten oder aus diesem besteht/bestehen, welches eine Wärmeleitfähigkeit von 100 bis 220 W/mK und/oder einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von 4,0 bis 5,6 · e-6/K aufweist. Vorzugsweise ist das Material des Gießformeinsatzes bzw. der Gießformeinsätze dabei ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus AIN, SiSiC und Mischungen hiervon.
  • Vorzugsweise kann/können der keramische Gießformeinsatz bzw. die keramischen Gießformeinsätze
    • - ein Material enthalten oder aus diesem bestehen, welches eine Wärmeleitfähigkeit von 100 bis 160 W/mK und/oder einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von 4,0 bis 4,8 · e-6/K aufweist, wobei das Material des Gießformeinsatzes bzw. der Gießformeinsätze vorzugsweise SiSiC ist, und/oder
    • - ein Material enthalten oder aus diesem bestehen, welches eine Wärmeleitfähigkeit von 180 bis 220 W/mK und/oder einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von 4,5 bis 5,6 · e-6/K aufweist, wobei das Material des Gießformeinsatzes bzw. der Gießformeinsätze vorzugsweise AIN ist.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Gießform umfasst die Gießform mehrere in den mindestens Gießformrahmen eingebrachte keramische Gießformeinsätze, die die negative Kontur oder einen Teil der negativen Kontur eines herzustellenden Bauteils oder der Kombination eines herzustellenden Bauteils mit einem oder mehreren Gießkernen aufweisen, wobei die keramischen Gießformeinsätze jeweils ein Material enthalten oder aus diesem bestehen, wobei die Materialien von mindestens zwei der keramischen Gießformeinsätze eine unterschiedliche Wärmeleitfähigkeit und/oder einen unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen. Dies bedeutet, dass das Material eines der Gießformeinsätze eine andere Wärmeleitfähigkeit und/oder einen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist, als das Material von mindestens einem weiteren der Gießformeinsätze.
  • Weiterhin ist es bevorzugt, dass
    • - mindestens einer der in den Gießformrahmen eingebrachten keramischen Gießformeinsätze ein Material enthält oder aus diesem besteht, welches eine Wärmeleitfähigkeit von 1,5 bis 50 W/mK und/oder einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von 0,5 bis 3,5 · e-6/K aufweist, wobei das Material vorzugsweise ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus SiN, SiAlON, ATI (Aluminiumtitanat) und Mischungen hiervon, und/oder
    • - mindestens einer der in den Gießformrahmen eingebrachten keramischen Gießformeinsätze ein Material enthält oder aus diesem besteht, welches eine Wärmeleitfähigkeit von 100 bis 220 W/mK und/oder einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von 4,0 bis 5,6 · e-6/K aufweist, wobei das Material vorzugsweise ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus AIN, SiSiC und Mischungen hiervon.
  • Ferner ist es bevorzugt, dass
    • - mindestens einer der in den Gießformrahmen eingebrachten keramischen Gießformeinsätze ein Material enthält oder aus diesem besteht, welches eine Wärmeleitfähigkeit von 1,5 bis 50 W/mK und/oder einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von 0,5 bis 3,5 · e-6/K aufweist, wobei das Material vorzugsweise ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus SiN, SiAlON, ATI (Aluminiutitanat) und Mischungen hiervon, und/oder
    • - mindestens einer der in den Gießformrahmen eingebrachten keramischen Gießformeinsätze ein Material enthält oder aus diesem besteht, welches eine Wärmeleitfähigkeit von 100 bis 160 W/mK und/oder einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von 4,0 bis 4,8 · e-6/K aufweist, wobei das Material vorzugsweise SiSiC ist, und/oder
    • - mindestens einer der in den Gießformrahmen eingebrachten keramischen Gießformeinsätze ein Material enthält oder aus diesem besteht, welches eine Wärmeleitfähigkeit von 180 bis 220 W/mK und/oder einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von 4,5 bis 5,6 · e-6/K aufweist, wobei das Material vorzugsweise AIN ist.
  • Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Gießform ist dadurch gekennzeichnet, dass der keramische Gießformeinsatz bzw. die keramischen Gießformeinsätze siliciuminfiltriertes Siliciumcarbid (SiSiC) enthält/enthalten oder aus diesem besteht/bestehen.
  • Aus SiSiC können auch größere Formeinsätze endkonturnah hergestellt werden. Siliciumcarbid (SiC) zeichnet sich durch eine hohe Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit aus. Formeinsätze aus Silicium infiltriertem SiC besitzen keine offene Porosität. SiSiC besitzt eine sehr hohe Wärmeleitfähigkeit, die die von üblichen Kokillen aus Metall übersteigt. Dabei wird die Wärmeleitfähigkeit durch die Struktur des Werkstoffes beeinflusst (typische Werte liegen von 100 bis zu 160 W/mk). Neben der hohen thermischen Leitfähigkeit ist der thermische Ausdehnungskoeffizient niedrig (4 bis 4,8 · 10-6/K). Das Wärmeleitvermögen wird durch das infiltrierte Silizium erhöht. Der Werkzeugeinsatz kann in einen metallischen Träger mit angepasster thermischer Ausdehnung eingesetzt und im Gießwerkzeug montiert werden.
  • Durch die Verwendung von SiSiC als Material wird der Aufwand hinsichtlich des Auftragens von Schlichten weiter reduziert und dadurch die Produktivität erhöht. Die gute Wärmeleitfähigkeit und die Möglichkeit der Beeinflussung der thermischen Leitfähigkeit über das Gefüge des SiSiC, kann für kürzere Taktzeiten und eine gesteuerte Erstarrung der Schmelze genutzt werden.
  • Weiterhin ist bevorzugt, dass der keramische Gießformeinsatz (der siliciuminfiltriertes Siliciumcarbid (SiSiC) enthält oder aus diesem besteht) bzw. die keramischen Gießformeinsätze (die siliciuminfiltriertes Siliciumcarbid (SiSiC) enthalten oder aus diesem bestehen) mit mindestens einer Passivierungsschicht versehen ist/sind. Vorzugsweise ist die Passivierungsschicht eine Passivierungsschicht aus einem Material ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Kohlenstoff, Siliciumnitrid und Mischungen hiervon.
  • Um eine Reaktion des Siliciums mit der Schmelze zu vermeiden und die chemische Beständigkeit des Werkzeugeinsatzes zu erhöhen, wird auf die Oberfläche des Werkzeugeinsatzes eine dünne Schicht aufgebracht, die die Siliciumbereiche der Oberfläche abdeckt und somit passiviert. Vorzugsweise enthält diese Schicht Kohlenstoff, der bei hoher Temperatur und in inerter Atmosphäre mit dem Silicium Siliciumcarbid bilden kann.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Gießform ist das Metall (des Gießformrahmens) bzw. die Legierung (des Gießformrahmens) ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Eisen-Nickel-Legierungen, z.B. Invar, Eisen-Nickel-Kobalt-Legierungen, z.B. Kovar, Werkzeugstahl, Gusseisen sowie Mischungen und Legierungen hiervon.
  • Vorzugsweise kann die erfindungsgemäße Gießform mehrere Gießformrahmen, z.B. zwei, drei oder vier Gießformrahmen, umfassen.
  • Vorzugsweise weist der Gießformeinsätze bzw. weisen die Gießformeinsätze jeweils eine Wandstärke von mindestens 10 mm auf.
  • Vorzugsweise weist der mindestens eine Gießformrahmen jeweils eine Wandstärke von mindestens 25 mm auf.
  • Vorzugsweise weist der mindestens eine Gießformrahmen Kanäle zur Temperierung des mindestens einen Gießformrahmens und/oder des Gießformeinsatzes bzw. der Gießformeinsätze auf.
  • Vorzugsweise ist der mindestens eine Gießformrahmen auf einer Trägerplatte, bevorzugt einer Trägerplatte aus Werkzeugstahl, montiert. An der Trägerplatte können weitere Bauteile angeschlossen sein, wie z.B. eine Kupplungsplatte für Schließzylinder, ein Auswerfer, etc.).
  • Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Gießform, bei welchem ein Gießformeinsatz oder mehrere Gießformeinsätze, der/die die negative Kontur oder einen Teil der negativen Kontur eines herzustellenden Bauteils oder der Kombination eines herzustellenden Bauteils mit einem oder mehreren Gießkernen aufweist/aufweisen, in mindestens einen Gießformrahmen aus Metall oder aus einer (Metall-)Legierung eingebracht oder eingesetzt werden.
  • Eine bevorzugte Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, dass der keramische Gießformeinsatz bzw. die keramischen Gießformeinsätze siliciuminfiltriertes Siliciumcarbid (SiSiC) enthält/enthalten oder aus diesem besteht/bestehen.
  • Hierbei ist es bevorzugt, dass der keramische Gießformeinsatz bzw. die keramischen Gießformeinsätze mit mindestens einer Passivierungsschicht versehen wird/werden, wobei die Passivierungsschicht vorzugsweise eine Passivierungsschicht aus einem Material ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Kohlenstoff, Siliciumnitrid und Mischungen hiervon ist.
  • Weiterhin ist es bevorzugt, dass der keramische Gießformeinsatz bzw. die keramischen Gießformeinsätze dadurch mit der mindestens einen Passivierungsschicht versehen wird/werden, dass zunächst mindestens eine Schicht mit dem Material der Passivierungsschicht auf den keramischen Gießformeinsatz bzw. die keramischen Gießformeinsätze aufgebracht wird und anschließend die mindestens eine aufgetragene Schicht einer Temperaturbehandlung, vorzugsweise in einer Inertgasatmosphäre, besonders bevorzugt Stickstoffgasatmosphäre, unterzogen wird, wobei die Temperaturbehandlung vorzugsweise bei einer Temperatur in einem Bereich von 1000 °C bis 1400 °C und/oder über eine Dauer von 12 h bis 120 h erfolgt.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft zudem die Verwendung einer erfindungsgemäßen Gießform in einem Verfahren zum Gießen von einem oder mehreren Bauteilen, wobei das Verfahren vorzugsweise ein Niederdruckguss-Verfahren ist.
  • Anhand der nachfolgenden Beispiele soll die vorliegende Erfindung näher erläutert werden, ohne diese auf die hier gezeigten spezifischen Ausführungsformen und Parameter zu beschränken.
  • Ausführungsbeispiel
  • Eine Gießform für den Niederdruckguss, bestehend aus zwei Formteilen wird wie folgt aufgebaut: Jede Formhälfte besteht aus einem Gießformrahmen, in den ein Gießformeinsatz aus Aluminiumnitrid eingelassen ist. In den Gießformeinsatz ist in der Oberseite die entsprechende negative Bauteilkontur abgebildet, wobei die weitere Formgestaltung der Formeinsätze keramikgerecht erfolgt, insbesondere hinsichtlich einer Minimierung von auftretenden Spannungen durch eine thermische Wechselbeanspruchung. Die minimale Wandstäke des Formeinsatzes beträgt 10 mm. Die Unterseite und die Seitenflächen des Gießformeinsatzes werden von einem Gießformrahmen umfasst, der aus einer Eisen-Nickel-Kobalt Legierung (Fe54Ni29Co17) gefertigt ist. Der Formrahmen ist so geformt, dass ein flächiger Kontakt mit der Unterseite und den Seitenflächen des keramischen Formeinsatzes möglich ist. Der Gießformrahmen besitzt eine minimale Wandstärke von 25 mm und ist mit Kanälen zur Temperierung des Gießformrahmens und des Formeinsatzes versehen. Der Gießformrahmen ist auf einer Trägerplatte aus Werkzeugstahl montiert, an der weitere Bauteile angeschlossen sind (z.B. Kupplungsplatte für Schließzylinder, Auswerfer, etc.). Die Formhälften werden zum Öffnen und Schließen auf einer Grundplatte aus Werkzeugstahl geführt. Für den Übergang vom Steigrohr in die geschlossene Form, wird eine an der Innenseite konische Hülse aus Aluminiumtitanat in die Grundplatte eingesetzt. Die Gießform wird über die Gießformrahmen durch ein Öltemperierungssystem temperiert, wobei die maximale Temperatur an den Gießformrahmen 350 °C nicht übersteigt. Die beschriebene Gießform wird für den Leichtmetallguss bis 800 °C eingesetzt.

Claims (14)

  1. Gießform zum Gießen von Bauteilen, umfassend mindestens einen Gießformrahmen aus Metall und/oder aus einer Legierung sowie einen oder mehrere in den mindestens einen Gießformrahmen eingebrachte keramische Gießformeinsätze, der/die die negative Kontur oder einen Teil der negativen Kontur eines herzustellenden Bauteils oder der Kombination eines herzustellenden Bauteils mit einem oder mehreren Gießkernen aufweist/aufweisen.
  2. Gießform gemäß dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der keramische Gießformeinsatz bzw. die keramischen Gießformeinsätze ein Material enthält/enthalten oder aus diesem besteht/bestehen, welches ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus AIN, SiAlON, SiN, SiSiC, SiC, Zirkonoxid, Aluminiumoxid, ATI und Mischungen hiervon.
  3. Gießform gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der keramische Gießformeinsatz bzw. die keramischen Gießformeinsätze ein Material enthält/enthalten oder aus diesem besteht/bestehen, welches eine Wärmeleitfähigkeit von 1,5 bis 50 W/mK und/oder einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von 0,5 bis 3,5 · e-6/K aufweist, wobei das Material des Gießformeinsatzes bzw. der Gießformeinsätze vorzugsweise ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus SiN, SiAlON, ATI und Mischungen hiervon.
  4. Gießform gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der keramische Gießformeinsatz bzw. die keramischen Gießformeinsätze ein Material enthält/enthalten oder aus diesem besteht/bestehen, welches eine Wärmeleitfähigkeit von 100 bis 220 W/mK und/oder einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von 4,0 bis 5,6 · e-6/K aufweist, wobei das Material des Gießformeinsatzes bzw. der Gießformeinsätze vorzugsweise ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus AIN, SiSiC und Mischungen hiervon.
  5. Gießform gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gießform mehrere in den mindestens einen Gießformrahmen eingebrachte keramische Gießformeinsätze umfasst, die die negative Kontur oder einen Teil der negativen Kontur eines herzustellenden Bauteils oder der Kombination eines herzustellenden Bauteils mit einem oder mehreren Gießkernen aufweisen, wobei die keramischen Gießformeinsätze jeweils ein Material enthalten oder aus diesem bestehen, wobei die Materialien von mindestens zwei der keramischen Gießformeinsätze eine unterschiedliche Wärmeleitfähigkeit und/oder einen unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen.
  6. Gießform gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass - mindestens einer der in den Gießformrahmen eingebrachten keramischen Gießformeinsätze ein Material enthält oder aus diesem besteht, welches eine Wärmeleitfähigkeit von 1,5 bis 50 W/mK und/oder einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von 0,5 bis 3,5 · e-6/K aufweist, wobei das Material vorzugsweise ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus SiN, SiAlON, ATI und Mischungen hiervon, und/oder - mindestens einer der in den Gießformrahmen eingebrachten keramischen Gießformeinsätze ein Material enthält oder aus diesem besteht, welches eine Wärmeleitfähigkeit von 100 bis 220 W/mK und/oder einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von 4,0 bis 5,6 · e-6/K aufweist, wobei das Material vorzugsweise ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus AIN, SiSiC und Mischungen hiervon.
  7. Gießform gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der keramische Gießformeinsatz bzw. die keramischen Gießformeinsätze siliciuminfiltriertes Siliciumcarbid (SiSiC) enthält/enthalten oder aus diesem besteht/bestehen.
  8. Gießform gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der keramische Gießformeinsatz bzw. die keramischen Gießformeinsätze mit mindestens einer Passivierungsschicht versehen ist/sind, wobei die Passivierungsschicht vorzugsweise eine Passivierungsschicht aus einem Material ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Kohlenstoff, Siliciumnitrid und Mischungen hiervon ist.
  9. Gießform gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Metall bzw. die Legierung ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Eisen-Nickel-Legierungen, z.B. Invar, Eisen-Nickel-Kobalt-Legierungen, z.B. Kovar, Werkzeugstahl, Gusseisen sowie Mischungen und Legierungen hiervon.
  10. Verfahren zur Herstellung einer Gießform gemäß einem vorhergehenden Ansprüche, bei welchem ein Gießformeinsatz oder mehrere Gießformeinsätze, der/die die negative Kontur oder einen Teil der negativen Kontur eines herzustellenden Bauteils oder der Kombination eines herzustellenden Bauteils mit einem oder mehreren Gießkernen aufweist/aufweisen, in mindestens einen Gießformrahmen aus Metall oder aus einer Legierung eingebracht werden.
  11. Verfahren gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der keramische Gießformeinsatz bzw. die keramischen Gießformeinsätze siliciuminfiltriertes Siliciumcarbid (SiSiC) enthält/enthalten oder aus diesem besteht/bestehen.
  12. Verfahren gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der keramische Gießformeinsatz bzw. die keramischen Gießformeinsätze mit mindestens einer Passivierungsschicht versehen wird/werden, wobei die Passivierungsschicht vorzugsweise eine Passivierungsschicht aus einem Material ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Kohlenstoff, Siliciumnitrid und Mischungen hiervon ist.
  13. Verfahren gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der keramische Gießformeinsatz bzw. die keramischen Gießformeinsätze dadurch mit der mindestens einen Passivierungsschicht versehen wird/werden, dass zunächst mindestens eine Schicht mit dem Material der Passivierungsschicht auf den keramischen Gießformeinsatz bzw. die keramischen Gießformeinsätze aufgebracht wird und anschließend die mindestens eine aufgetragene Schicht einer Temperaturbehandlung, vorzugsweise in einer Inertgasatmosphäre, besonders bevorzugt in einer Stickstoffgasatmosphäre, unterzogen wird, wobei die Temperaturbehandlung vorzugsweise bei einer Temperatur in einem Bereich von 1000 °C bis 1400 °C und/oder über eine Dauer von 12 h bis 120 h erfolgt.
  14. Verwendung einer Gießform nach einem der Ansprüche 1 bis 9 in einem Verfahren zum Gießen von einem oder mehreren Bauteilen, wobei das Verfahren vorzugsweise ein Niederdruckguss-Verfahren ist.
DE102018215966.1A 2018-09-19 2018-09-19 Gießform zum Gießen von Bauteilen sowie Verfahren zu deren Herstellung Pending DE102018215966A1 (de)

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