Giessen - Halbzeuge

0 Inhaltsverzeichnis.....................................................................
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1 Einleitung..................................................................................

2 Herstellung von Halbzeugen durch Gie├čen............................

2.1 Kokillengu├č (Gie├čen von Bl├Âcken)......................................................


2.2.1 Vorteil des Kokillengu├čes....................................................................................

2.1.2 Arbeitsablauf.......................................................................................................

2.1.3 Unberuhigt und beruhigt vergossene St├Ąhle.......................................................

2.1.3.1 Unberuhigt vergossene St├Ąhle.......................................................................................
2.1.3.2 Beruhigt vergossene St├Ąhle...........................................................................................
2.1.3.3 Besonders beruhigt vergossene St├Ąhle..........................................................................


2.2 Stranggu├č (Gie├čen von Str├Ąngen)........................................................

2.2.1 Mit Durchlaufkokille...........................................................................................

2.2.2 Mit sich bewegenden Urformwerkzeugen...........................................................

2.2.3 Vorteil des Stranggie├čens....................................................................................


2.3 Entgasung von St├Ąhlen.........................................................................

2.3.1 Vakuumbehandlung bei fl├╝ssigem Stahl.............................................................

2.3.1.1 Prinzip der Vakuum - Entgasung...................................................................................
2.3.1.2 Vakuumbehandlungsverfahren.....................................................................................
2.3.1.2.1 Gie├čstrahlentgasung...............................................................................................................
2.3.1.2.1.1 Vakuum - Blockgu├č...............................................................................................................................
2.3.1.2.1.2 Abstichentgasung.................................................................................................................................
2.3.1.2.2 Pfannenentgasung...................................................................................................................
2.3.1.2.3 Teilmengenentgasung.............................................................................................................
2.3.1.2.3.1 Vakuumumlaufverfahren....................................................................................................................
2.3.1.2.3.2 Vakuumheberverfahren.......................................................................................................................

2.3.2 Umschmelzverfahren bei festem Stahl................................................................

2.3.2.1 Umschmelzen mit Vakuumlichtbogenanlage.................................................................
2.3.2.2 Elektroschlacke - Umschmelzverfahren (ESU - Verfahren).............................................



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1 Einleitung

Nach DIN 8580 ist Urformen das Fertigen eines festen K├Ârpers aus formlosen Stoff durch Schaffen des Zusammenhalts. Das Urformen dient also dazu, aus einem zu verarbeitenden Werkstoff in formlosen Zustand einem Teil erstmals eine Gestalt zu geben. Als formlose Stoffe gelten Gase, Fl├╝ssigkeiten, Pulver, fasern, Sp├Ąne, Granulate, L├Âsungen, Schmelzen und anderes mehr.



2 Herstellung von Halbzeugen durch Gie├čen

Bei dieser Urformverfahrensgruppe handelt es sich um die Herstellung von Vor - und Zwischenprodukten, die z.B. durch Umformen (plastische Verformung) weiterverarbeitet werden.



2.1 Kokillengu├č (Gie├čen von Bl├Âcken)

Bei diesem werden Bl├Âcke, Brammen, Drahtbarren u. a. in Dauerformen, das sind Kokillen aus metallischen Werkstoffen (meist Gu├čeisen) hergestellt, die durch Umformen (Walzen, Schmieden, Pressen, Drahtziehen u.s.w.) zu einem Halbzeug (Blech, Profil, Draht) oder Rohteil (Schmiede oder Pre├čteil) weiterverarbeitet werden, das in seiner Gestalt und seinen Abmessungen dem urspr├╝nglichen Block nicht mehr ├Ąhnlich ist.

Man unterscheidet beim Blockgie├čverfahren den Kopfgu├č (Auch fallender Gu├č genannt), bei dem die Kokille durch direktes Eingie├čen der metallischen Schmelze von oben (bei gro├čen Bl├Âcke), und den Bodengu├č (steigender Gu├č), bei dem eine oder mehrere Kokillen gleichzeitig (Gespanngu├č) ├╝ber ein Verteilersystem (Eingu├črohr und Kanalsteine) von unten (bei kleineren Bl├Âcken) gef├╝llt werden.







Abb. 1: Kopf - und Bodengu├č (a..Pfanne; b...Gest├Ąnge zum Bet├Ątigen der
Verschlu├čstange; c...Verschlu├čstange; d...Kokille; e...fl├╝ssiger Stahl;
f...Stahlblock; g...verlorener Kopf)




2.2.1 Vorteil des Kokillengu├čes

Nichtmetallische, sch├Ądliche Anteile in der Schmelze k├Ânnen leichter in den oberen Teil des Gu├čblockes aufsteigen und sich dort sammeln, wo sie durch Wegtrennen des Kopfes schlie├člich entfernt werden werden (verlorener Kopf).



2.1.2 Arbeitsablauf

Die vorbereiteten Kokillen werden in der Gu├čgrube in der geschilderten Weise aufgebaut. Sie werden mit dem fl├╝ssigen, metallischen Werkstoff gef├╝llt, der in ihnen erstarrt. Die Kokillen werden von den Bl├Âcken abgezogen, und die Bl├Âcke abtransportiert.



2.1.3 Unberuhigt und beruhigt vergossene St├Ąhle

Beim Gie├čen des Flu├čstahls in Bl├Âcken unterscheidet man unberuhigt und beruhigt vergossenen Stahl.



2.1.3.1 Unberuhigt vergossene St├Ąhle

Hat das Normzeichen U - Durch den Frischvorgang hat der Stahl verschiedene Gase aufgenommen (Sauerstoff, Stickstoff, Wasserstoff, Kohlenoxyd), welche beim Abk├╝hlen in der Kokille aus dem noch fl├╝ssigen Stahl nach oben dr├Ąngen, ihn kr├Ąftig durchwirbeln. Die Eisenbegleiter werden teils zum Blockkopf, teils in Blockinnere gedr├Ąngt und erzeugen einen ungleichm├Ą├čig zusammengesetzten Kern. An der fr├╝her erstarrenden Randzone entsteht weicher, kohlenstoff├Ąrmerer Stahl. Unberuhigt vergossene St├Ąhle haben leicht bearbeitbare Randzone und ergeben beim Zerspanen eine saubere Fl├Ąche ohne Fehler; sie lassen sich auch sehr gut kalt verformen.
Aus ihnen werden die weichen, unlegierten Baust├Ąhle hergestellt (Tiefziehbleche, Federdraht, Automatenstahl).



2.1.3.2 Beruhigt vergossene St├Ąhle

Hat das Normzeichen R - entstehen durch Zugabe von Silizium, Mangan. Aluminium beim Vergie├čen in Kokillen. Diese Stoffe verhindern das Aufsteigen von Gasblasen beim erstarren, da der noch vorhandene Sauerstoff unter Bildung von SiO2 bzw. Al2O3 chemisch gebunden wird. Die Sp├╝lwirkung der Gase entf├Ąllt und das Gef├╝ge ist im ganzen Querschnitt gleichm├Ą├čig. Beruhigt vergossene St├Ąhle werden als Werkzeugst├Ąhle, Verg├╝tungs - und Sonderst├Ąhle verwendet.



2.1.3.3 Besonders beruhigt vergossene St├Ąhle

Hat das Normzeichen RR - enthalten zus├Ątzlich Titan und Vanadium; sie haben beste H├Ąrteeignung, sind feink├Ârnig und phosphorfrei.










2.2 Stranggu├č (Gie├čen von Str├Ąngen)

Bei diesem Verfahren, mit denen entweder Vorprodukte f├╝r das Urformen oder Halbzeuge hergestellt werden, ist das Urformwerkzeug (Durchlaufkokille, Gie├čwalze, Gie├čband, Gie├črad) stets kleiner als das durch Urformen hergestellte Produkt.



2.2.1 Mit Durchlaufkokille

Bei diesem Gie├čverfahren wird eine Schmelze des metallischen Werkstoffs einer ortsfesten Durchlaufkokille zugef├╝hrt, in der die Erstarrung beginnt. Entsprechend der Bauweise unterscheidet man diskontinuierlich oder kontinuierlich arbeitende vertikale und horizontale Stranggie├čanlagen. Der entstehende Strang (Voll - oder Hohlprofil) wird nach dem Verlassen der Durchlaufkokille bis zu seiner vollst├Ąndigen Erstarrung gek├╝hlt. Der Strang wird meist periodisch in bestimmte Abschnitte getrennt, die ├Ąhnlich wie die Bl├Âcke des
Blockgie├čverfahrens durch Umformen weiterverarbeitet werden.





Abb. 2: Schema einer Senkrecht - Abb. 3: Schema einer Bogengie├čanlage
gie├čanlage




2.2.2 Mit sich bewegenden Urformwerkzeugen

Bei diesen Stranggie├čverfahren sind unter Einsparung von Fertigungsstufen des Urformens Umformanlagen zum Walzen oder ziehen direkt nachgeschaltet, so dass meist keine Trennung der entstandenen Str├Ąnge in einzelne Abschnitte erfolgt.



2.2.3 Vorteil des Stranggie├čens

Um ca. 15% gr├Â├čere Ausbringung als beim Blockgie├čen, weil durch das kontinuierliche Stranggie├čen die "verlorene K├Âpfe" wie beim Blockgu├č wegfallen. Durch die rasche Erstarrung der Str├Ąnge lassen sich auch Steigerungen (Anh├Ąufungen von Legierungsanteilen) und Lunkerbildung (Hohlr├Ąume durch ungleichm├Ą├čiges Erstarren) weitestgehend vermeiden.






2.3 Entgasung von St├Ąhlen



2.3.1 Vakuumbehandlung bei fl├╝ssigem Stahl

Der Stahl f├╝r die Vakuumbehandlung kommt in fl├╝ssigem Zustand aus Konvertern oder E - ├ľfen. Durch die Vakuummetallurgie wird die Leistung dieser Schmelzanlagen gesteigert und die Qualit├Ąt der St├Ąhle verbessert.



2.3.1.1 Prinzip der Vakuum - Entgasung

Vakuumanlagen arbeiten mit einem Druck von etwa pabs = 1/1000 bar. In diesem Vakuum k├Ânnen Stickstoff und Wasserstoff leicht abgepumpt werden, weil sie bei diesem Druck nur geringe L├Âslichkeit im fl├╝ssigen Stahl haben. Ein Abpumpen des Sauerstoffs dagegen ist nicht m├Âglich, weil sein L├Âsungsverm├Âgen unter dem Druck in der Vakuumanlage liegt. Der Sauerstoff muss deshalb durch Desoxidation, und zwar durch Verbindung des Sauerstoffes mit Kohlenstoff zu Kohlenmonoxid, entfernt werden. Das gasf├Ârmige Kohlenmonoxid wieder kann abgepumpt werden.


2.3.1.2 Vakuumbehandlungsverfahren



2.3.1.2.1 Gie├čstrahlentgasung

Beim Eingie├čen der Stahlschmelze in das Vakuumgef├Ą├č verspr├╝hen die im Gie├čstrahl freiwerdenden Gase und werden abgepumpt.



2.3.1.2.1.1 Vakuum - Blockgu├č

Der fl├╝ssige Stahl wird mit einer Gie├čpfanne zur Vakuumanlage gebracht und dort, in der Vakuumwanne stehende Kokillen - oder Gu├čform, umgegossen.
Anwendung findet der Vakuum - Blockgu├č beim Gie├čen schwerer Schmiedest├╝cke.






Abb. 4: Gie├čstrahlentgasung:
a) Vakuum - Blockgu├č

2.3.1.2.1.2 Abstichentgasung

Um Temperatur zu vermindern, kann der Stahl auch direkt vom Ofen ├╝ber eine kleine Vorsetzwanne in die Vakuumwanne gegossen werden.







Abb. 5: Gie├čstrahlentgasung:
b) Abstichentgasung




2.3.1.2.2 Pfannenentgasung

Die mit Stahlschmelze gef├╝llte Gie├čpfanne wird in ein Vakuumgef├Ą├č gesetzt. Durch ein Sp├╝lgas (Argon) wird ein st├Ąndiges Umf├╝hren der Schmelze bewirkt, so dass ein sehr guter Stoffaustausch bei der Desoxidation und Legierungsbildung entsteht.






Abb. 6: Pfannenentgasung
(Pfannenstandentgasung)




2.3.1.2.3 Teilmengenentgasung

Bei diesem Verfahren werden Teilmengen der Schmelze nacheinander behandelt. Man unterscheidet folgende Verfahren:



2.3.1.2.3.1 Vakuumumlaufverfahren

Ein F├Ârdergas bewirkt den Umlauf der Stahlschmelze, so dass stets eine Teilmenge entgast werden kann.



Abb. 7: Teilmengenentgasung:
a) Vakuumumlaufverfahren



2.3.1.2.3.2 Vakuumheberverfahren

Durch Heben und Senken des Vakuumgef├Ą├čes wird das Ansaugen und Ablaufen einer Teilmenge aus der Gie├čpfanne bewirkt. Durch die Teilmengenbehandlung erfolgt ein starkes Verspr├╝hen der Schmelze im Vakuumgef├Ą├č.





Abb. 8: Teilmengenentgasung:
b) Vakuumheberverfahren

2.3.2 Umschmelzverfahren bei festem Stahl


2.3.2.1 Umschmelzen mit Vakuumlichtbogenanlage

In der Vakuumlichtbogenanlage wird ein schlanker Stahlblock durch W├Ąrmewirkung des Lichtbogens zum Abschmelzen gebracht. Der Stahlblock (als Abschmelzelektrode) ist der negative Pol der Anlage. Der positive Pol ist eine wassergek├╝hlte Kupferkokille. Unter Einflu├č des Lichtbogens tropft der Elektrodenblock langsam ab und erstarrt in der Kupferkokille zum neuen gereinigten Stahlblock. W├Ąhrend des Umschmelzens im Vakuum werden die f├╝r den Stahl sch├Ądlichen Gase (Wasserstoff, Stickstoff, Sauerstoff) frei und abgepumpt.








Abb. 9: Schema einer Vakuumlichtbogenanalge






2.3.2.2 Elektroschlacke - Umschmelzverfahren (ESU - Verfahren)

Ein im Stranggu├č oder Blockgu├č hergestellter Rohblock aus Elektrostahl dient als Abschmelzelektrode und bildet den negativen Pol. Der positive Pol ist eine wassergek├╝hlte Kupferkokille.
Unter der Wirkung des Lichtbogens schmilzt der von oben eingeschobene Elektrodenblock in einem hei├čen Schlackenbad (etwa 1800┬░C) langsam ab, tropft durch die Schlacke, die dabei Verunreinigungen des Stahlblockes aufnimmt. Unter der fl├╝ssigen Schlacke bildet sich nach Erstarren der Tropfen der neue, gereinigte Stahlblock. Die Schlacke wird durch einen Stromkreis auf Temperatur gehalten.





Abb. 10: Schema des Elektroschlacke - Umschmelzverfahrens
(ESU - Verfahren)


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