DE1290306B

DE1290306B - Process for the production of composite castings from light and heavy metals

Info

Publication number: DE1290306B
Application number: DEV8801A
Authority: DE
Inventors: Burkhardt; Dr Hans
Original assignee: Ver Deutsche Metallwerke AG
Current assignee: Ver Deutsche Metallwerke AG
Priority date: 1955-04-14
Filing date: 1955-04-14
Publication date: 1969-03-06

Description

Es ist bekannt, Schwermetallteile aus Stahl, Grau- , . reinigung mit einem Flußmittel aus .Metallhalogeguß, Kupfer oder auch aus Bronze mit Leichtmetall niden, wie z.B. Zinkchlorid, benetzt und anschließend zu umgießen. Bei der Herstellung solcher Verbund- vor dem Einlegen in die Form zum Umgießen mit gußstücke wird das gefinge spezifische Gewicht und Leichtmetall auf eine Temperatur vorgewärmt wird, die angenehme Vergießbarkeit des Leichtmetalls aus- 5 die 350° C nicht überschreitet. Von diesem Verfahgenutzt. Derartige Verbundgußstücke zeichnen sich ren geht die Erfindung aus. Zur Erzielung einer zuvorzugsweise durch hohe Festigkeit, hohe Verschleiß- friedenstellenden Verbindung zwischen dem Leichtfestigkeit, gute Gleiteigenschaften, gute Leitfähigkeit und dem Schwermetali wird erfindungsgemäß vorgefür Elektrizität und Wärme aus. So werden z. B. schlagen, daß die Metallhalogenide in einem flüch-Bremsbacken aus Grauguß, Büchsen oder auch Mut- io tigen Lösungsmittel mit weniger als 5% Wasser getern aus Stahl oder Bronze mit Leichtmetall zu Ma- löst sind und selbst einen oberen Gehalt von 20% schinenteilen umgössen oder Kupferlamellen durch nicht überschreiten und daß die nach Verflüchtigung Umgießen zu einem Ständergehäuse vereinigt. des Lösungsmittels auf der anzugießenden OberflächeIt is known that heavy metal parts made of steel, gray,. cleaning with a flux made from metal halide casting, Copper or bronze with light metal nides, such as zinc chloride, wetted and then to pour over. When making such a composite before placing it in the mold for casting around with castings are given the specific weight and light metal is preheated to a temperature the pleasant castability of the light metal from 5 which does not exceed 350 ° C. Used by this process. Such composite castings are characterized by the invention. To achieve a previously preferred due to high strength, high wear-satisfactory connection between the light strength, good sliding properties, good conductivity and the heavy metal is provided according to the invention Electricity and heat. So z. B. suggest that the metal halides in a Flüch brake shoes from gray cast iron, cans or even courageous solvents with less than 5% water made of steel or bronze with light metal to be dissolved and even an upper content of 20% machine parts poured over or copper lamellas do not exceed and that the after volatilization Casting combined to form a stator housing. of the solvent on the surface to be poured on

Bei dem Angießen von Leichtmetall an Stahl oder verbleibende Flußmittelmenge innerhalb des Bereichs an ein anderes Schwermetall kommt ohne besondere 15 0,0005 bis 0,005 [g/cm²], vorzugsweise bei 0,001 Anwendung einer darauf abzielenden Maßnahme [g/cm²], liegt. Das erfindungsgemäße Verfahren löst keine oder eine nur geringe Verschweißung zwischen die Aufgabe, in der verhältnismäßig kurzen Einwirbeiden Metallen zustande. Manchmal genügt bei rings kungszeit der flüssigen Schmelze auf das nicht über von Leichtmetall umgossenen Schwermetallteilen das 350° C vorgewärmte Schwermetallstück eine metalinfolge seines hohen Wärmeausdehnungskoeffizienten 20 lische Diffusionsverbindung zwischen dem Leichtbeim Abkühlen von der Erstarrungstemperatur ein- metall und dem Schwermetall zu erzielen. Es ist sehr tretende Aufschrumpfen des Leichtmetalls, um einen überraschend, daß die dabei verwendeten Mengen genügend festen Zusammenhalt zu bewirken. Sehr von flüchtigen Salzen ausreichen, um bei der kurzen häufig reicht aber ein Aufschrumpfen nicht aus. Dies Einwirkungszeit der Leichtmetallschmelze vor ihrer ist beispielsweise der Fall, wenn das betreffende Ver- 25 Erstarrung an dem nur mäßig vorgewärmten Schwerbundgußstück im Gebrauch häufigen oder größeren metallstück eine metallische Verbindung zwischen Temperaturschwankungen ausgesetzt ist. Diese füh- dem Schwermetall und dem Leichtmetall zu ermögren zu einer Verminderung der Schrumpfspannungen. liehen. Würden so große Flußmittelmengen ange-Auch ist dann mit Nachteilen zu rechnen, wenn von wandt, wie sie bisher für ähnliche Verfahren benutzt dem Gegenstand ein gutes Wärmeaustauschvermögen 30 wurden, beispielsweise wie sie für das Eintauchen der verlangt wird. Es besteht daher vielfach der Wunsch, Gegenstände in eine Salzschmelze aufgebracht wurbeim Angießen des Leichtmetalls an Stahl bzw. an den, so besteht beim Angießen immer die Gefahr der ein anderes Schwermetall, eine feste Verschweißung Bildung von Fehlstellen durch den Einschluß von zwischen den zu verbindenden Metallen zu erzeugen. Salzresten oder durch die starke Abkühlung des Me-Um dieser Forderung zu genügen, wird schon ein 35 tails vor dem Abschmelzen oder Verdampfen des Verfahren benutzt, gemäß dem der mit dem Leicht- Flußmittels. Alle diese Nachteile werden erfmdungsmetall zu umgießende Gegenstand mit gesäuberter gemäß vermieden und darüber hinaus eine äußerst Oberfläche in eine Schmelze von Leichtmetall einge- zuverlässige Verbindung innerhalb des Verbundwerktaucht und darin so lange belassen wird, bis sich eine Stückes zwischen dem Leicht- und dem Schwermetall Reaktionsschicht aus Leichtmetall und aus dem be- 40 erzielt. Erfindungsgemäß können auch mehrere flüchtreffenden Metall des Gegenstandes, beispielsweise tige organische Stoffe in dem Flüssigkeitsgemisch vereine Schicht aus einer Eisen-Aluminium-Verbindung, treten sein.When casting light metal on steel or the remaining amount of flux within the range on another heavy metal, 0.0005 to 0.005 [g / cm ² ], preferably 0.001, application of a measure aimed at this [g / cm ² ] is used without particular 15. The method according to the invention solves no or only a slight weld between the task, in which the two metals are interwoven in a relatively short time. Sometimes, when the liquid melt has a cooling time on the heavy metal parts that are not encased by light metal, the heavy metal piece preheated to 350 ° C is sufficient to achieve a metal diffusion bond between the easy cooling from the solidification temperature and the heavy metal due to its high coefficient of thermal expansion. There is very much increasing shrinking of the light metal in order to cause a surprising that the quantities used are sufficiently firm cohesion. Most volatile salts are sufficient, but often shrinking them on is not sufficient for the short ones. This exposure time of the light metal melt before it is the case, for example, if the solidification in question on the only moderately preheated heavy-duty cast piece is exposed to a metallic connection between temperature fluctuations or larger metal pieces in use. This enables the heavy metal and the light metal to reduce the shrinkage stresses. borrowed. If such large quantities of flux were used, disadvantages would also be expected if the object had good heat exchange capacity, such as that required for immersion, as has been used up to now for similar processes. There is therefore often a desire to apply objects in a molten salt when casting the light metal onto steel or onto the, so when casting on there is always the risk of another heavy metal, a solid weld, formation of defects due to the inclusion of between the metals to be connected to create. Salt residues or due to the strong cooling of the Me-In order to meet this requirement, the process is used a tails before the melting or evaporation of the process, according to that with the light flux. All these disadvantages are avoided according to the object to be encapsulated according to the invention and in addition an extremely surface is immersed in a melt of light metal reliable connection within the composite and is left in it until a piece between the light and heavy metal reaction layer is out Light metal and made from the 40. According to the invention, several volatile metals of the object, for example organic substances in the liquid mixture combined layer of an iron-aluminum compound, can occur.

ausgebildet und der Gegenstand sich auf die Tempe- Als besonders geeignet für das erfindungsgemäßeformed and the object is based on the tempe- As particularly suitable for the inventive

ratur der Leichtmetallschmelze erwärmt hat. Er wird Verfahren haben sich auch Lösungen von Lithiumdanach aus der Leichtmetallschmelze herausgenom- 45 verbindungen, wie Lithiumchlorid, in den genannten men, noch glühend heiß in eine Form eingesetzt und organischen Lösungsmitteln, insbesondere wenn diese mit Leichtmetall umgössen. Bei diesem Verfahren gleichzeitig noch Zinkchlorid oder Zinnchlorid oder muß zur Erzielung einer sicheren Haftgrundlage und diese beiden Salze gemeinsam enthalten, erwiesen, einer genügenden Erwärmung ein verhältnismäßig Bevorzugt werden saure Lötflüssigkeiten, beispielslanges Vortauchen der Gegenstände in eine Alu- 50 weise solche, welche einen Säureüberschuß an HaIominiumschmelze in Kauf genommen werden, und es gensäuren, wie Chlorwasserstoff, besitzen,
wird dabei eine verhältnismäßig dicke Schicht der Die Lötflüssigkeiten können die flüchtigen odertemperature of the light metal melt has heated. He will also have solutions of lithium then taken out of the light metal melt, compounds such as lithium chloride, in the men mentioned, still red-hot in a mold, and organic solvents, especially when these are poured with light metal. In this process, zinc chloride or tin chloride at the same time or must contain both salts together to achieve a secure adhesive base, sufficient heating, a relatively acidic soldering fluids are preferred, for example, pre-immersing the objects in aluminum, those which have an excess of acid Halinium melts are accepted, and they have genetic acids, such as hydrogen chloride,
This creates a relatively thick layer of the soldering fluids can be volatile or volatile

sehr spröden und die Wärme in geringerem Maße als reduzierbaren Lötsalze in hohem Maße bis über 20% das Metall des Gegenstandes und das Metall der An- enthalten, doch werden solche mit einem Gehalt von gußlegierung leitenden intermetallischen Verbindun- 55 5 bis 20% bevorzugt. Salze, wie z. B. Lithiumchlorid gen gebildet. Ferner wird in der Regel bei der Aus- oder Magnesiumchlorid, die bei den üblichen Temübung des bekannten Verfahrens nicht besonders dar- peraturen nicht flüchtig sind, dürfen nur in geringerer auf geachtet, daß der getauchte Gegenstand vor dem Konzentration bis zu Gehalten von 10 % beim Ver-Angießen mit Luft in Berührung kommt, wodurch gießen von Leichtmetall verwendet werden,
die Gefahr einer Oxydation seiner Oberfläche besteht 60 Eine Lötflüssigkeit gemäß dem Verfahren kann und eine Abkühlung erfolgt. Die gebildeten Oxyd- beispielsweise bestehen aus
häute sind aber nicht erwünscht.very brittle and the heat to a lesser extent than reducible soldering salts contain up to more than 20% of the metal of the object and the metal of the anions, but those with a content of cast alloy conductive intermetallic compounds are 5 to 20% preferred. Salts such as B. lithium chloride gene formed. Furthermore, in the case of the magnesium chloride or magnesium chloride, which are not particularly volatile at the usual temperatures of the known process, care must be taken to ensure that the immersed object is up to 10% prior to concentration Cast-on comes into contact with air, which means that light metal casting can be used,
there is a risk of oxidation of its surface. The formed Oxyd- for example consist of
but skins are not welcome.

Weiterhin ist durch die deutsche Patentschrift ⁷⁸'^{5 /o} Methylalkohol,Furthermore, the German patent ⁷⁸ ' ^{5 / o} methyl alcohol,

244136 und durch die französische Patentschrift 9,2% Zinkchlorid,244136 and by the French patent 9.2% zinc chloride,

1 063 641 ein Verfahren zur Herstellung von Ver- 65 7,8% Zinnchlorid,1 063 641 a process for the production of 65 7.8% tin chloride,

bundgußstücken aus Leicht- und Schwermetallen 4,5% Lithiumchlorid,coil castings made of light and heavy metals 4.5% lithium chloride,

durch An- oder Umgießen bekannt bzw. nahegelegt,
wobei das Schwermetall nach seiner Oberflächen- Durch Zusatz eines Halogenwasserstoffs, wie Chlor-known or suggested by casting on or around,
whereby the heavy metal according to its surface- By adding a hydrogen halide, such as chlorine-

wasserstoff, werden Lösungen dieser Zusammensetzung zweckmäßig noch angesäuert.hydrogen, solutions of this composition are expediently still acidified.

Das Benetzen des Gegenstandes aus Schwermetall mit der Lötflüssigkeit vor dem Angießen kann durch Eintauchen oder Besprühen oder irgendeine beliebige bekannte, diesem Zweck dienende Maßnahme erfolgen. Zweckmäßig wird der Gegenstand vor der Benetzung etwas über die Raumtemperatur angewärmt, damit er möglichst frei von Wasser ist. Um die Lötflüssigkeit gegen eine Aufnahme von Wasser aus der Luft zu schützen, ist sie nach Gebrauch gegen die Außenluft abzuschließen.The wetting of the heavy metal object with the soldering liquid before casting on can through Dipping or spraying or any known means for that purpose take place. The object is expediently warmed a little above room temperature before wetting, so that it is as free of water as possible. To prevent the soldering fluid from absorbing water to protect it from the air, it must be locked from the outside air after use.

Vor dem Angießen der Gegenstände in der hierfür vorgesehenen Kokille oder Sandform werden sie nach dem Benetzen vorteilhaft kurze Zeit getrocknet. Die Trocknung kann bei höherer Temperatur vorgenommen werden, doch muß durch Beobachtung von Temperaturhöhe und Trockendauer dafür gesorgt werden, daß außer einer Verflüchtigung der Lösungsmittel nicht auch eine merkliche Verflüchtigung oder Zersetzung von Lötsalzen stattfindet. Es wird daher meist nur wenige Minuten in einem Trockenofen von etwa 200⁰C getrocknet, wobei höhere, über 35O⁰C liegende Trockentemperaturen zu vermeiden sindBefore the objects are cast in the mold or sand mold provided for this purpose, they are advantageously dried for a short time after being wetted. Drying can be carried out at a higher temperature, but by observing the temperature level and drying time it must be ensured that, in addition to volatilization of the solvents, there is no noticeable volatilization or decomposition of soldering salts. Therefore, it is usually only a few minutes in a drying oven of about 200 ⁰ C dried to obtain higher, ⁰ C higher than 35O drying temperatures are to be avoided

Die gute Wirksamkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens beruht auf der Anwendung einer äußerst geringen Menge von Lötsalzen, wie sie durch die Benetzung der Gegenstände mit Lötlösungen bedingt ist, und es besteht somit die Gefahr, daß bei einem zu langen Trocknen bei höherer Temperatur diese geringe Salzmenge ganz verflüchtigt wird. Beim Aufbringen von größeren Mengen von Flußmitteln auf die Oberfläche der anzugießenden Gegenstände, wie sie beispielsweise bei dem üblichen Schweißen und Löten zur Anwendung kommen, insbesondere wenn es sich um bei den Schmelztemperaturen des Leichtmetalls nichtflüchtige Flußmittel handelt, besteht immer die Gefahr, daß bei dem kurzen Gießvorgang das Flußmittel nicht vollständig von der Schmelze verdrängt wird oder daß es eine genügend rasche Erwärmung der Oberfläche des Gegenstandes durch das angegossene Metall verhindert und daß dadurch nur eine mangelhafte oder gar keine Verschweißung zustande kommt.The good effectiveness of the method according to the invention is based on the use of an extremely low one Amount of soldering salts, as it is caused by the wetting of the objects with soldering solutions, and there is thus a risk that if drying is too long at a higher temperature, this will be low Amount of salt is completely evaporated. When applying larger amounts of flux on the surface of the objects to be cast on, as is the case, for example, with conventional welding and Soldering can be used, especially when it comes to the melting temperatures of the light metal Is non-volatile flux, there is always the risk that the short casting process the flux is not completely displaced by the melt or that it is a sufficiently rapid Prevents heating of the surface of the object by the cast metal and that thereby only an inadequate weld or no weld at all occurs.

Es ist erstaunlich und war nicht zu erwarten, daß die erfindungsgemäß geringen Flußmittelmengen beim Vorgang des Angießens von Leichtmetall an Schwermetalle ausreichen, um sowohl die Oxydhaut der Oberfläche des Gegenstandes als auch die der zufließenden Schmelze für eine sichere Verschweißung ausreichend zu beseitigen. Durch diese geringe Menge ist erreicht, daß selbst ohne Vorerwärmung des anzugießenden Gegenstandes auf höhere Temperaturen, wie sie meist als nötig erachtet wird und die immer mit der Gefahr einer Oxydierung verbunden ist, und ohne die Anwendung einer größeren Menge Flußmittel, welche die obengenannten Fehlermöglichkeiten einschließt, in einfachem Verfahren eine sichere Verschweißung zwischen Leichtmetall und Schwermetall zustande kommt.It is astonishing and was not to be expected that the inventively small amounts of flux in The process of casting light metal onto heavy metals is sufficient to protect both the oxide skin The surface of the object and that of the incoming melt are sufficient for reliable welding to eliminate. This small amount ensures that even without preheating the to be poured on Object to higher temperatures, as it is usually considered necessary and always there is a risk of oxidation and without the use of a large amount of flux, which includes the above-mentioned error possibilities, a reliable one in a simple process Welding between light metal and heavy metal comes about.

AusführungsbeispielEmbodiment

Eine stählerne Büchse wurde frisch nach dem Abdrehen auf Maß in einer Lötflüssigkeit, welche in einem Gemisch von Alkohol und Trichloräthylen Chloride des Zinks, Zinns und Lithiums und Chlorwasserstoff gelöst enthielt, in wenigen Sekunden durch Untertauchen benetzt, danach 3 Minuten bei 200° C getrocknet, in eine Kokille eingesetzt und mit 725⁰C heißer Schmelze einer Aluminiumlegierung mit 6% Silizium, 3Vo Kupfer, 0,5% Zink, 0,5% Eisen, 0,3% Mangan, 0,3Vo Magnesium, Rest Aluminium umgössen.Freshly after being turned to size, a steel can was wetted by immersion in a soldering liquid dissolved in a mixture of alcohol and trichlorethylene, dissolved in a mixture of alcohol and trichlorethylene, chlorides of zinc, tin and lithium and hydrogen chloride, then dried for 3 minutes at 200 ° C, inserted in a mold and ^{poured with 725 0} C hot melt of an aluminum alloy with 6% silicon, 3% copper, 0.5% zinc, 0.5% iron, 0.3% manganese, 0.3% magnesium, the remainder aluminum.

Um die stählerne Büchse nach dem Erkalten aus dem Verbund mit dem Leichtmetall herauszudrücken, wurde ein Druck von 6,2 kg/mm² benötigt. Die Stahlbüchse zeigte an der angegossenen Oberfläche nach dem Herausdrücken noch anhaftendes Leichtmetall. ^{A pressure of 6.2 kg / mm 2 was} required to push the steel sleeve out of the bond with the light metal after cooling. The steel sleeve showed light metal still adhering to the cast surface after it had been pushed out.

Das Verfahren verlangt gegenüber dem Angießen ohne den Zweck einer Verschweißung nur einen sehr geringen zusätzlichen Aufwand an Hilfsmitteln und Arbeit und kann daher von jeder Gießerei leicht durchgeführt werden. Es eignet sich nicht nur für die Herstellung von Fertigteilen, sondern kann vorteilhaft auch zur Gewinnung von Halbzeugen dienen. Beispielsweise kann an Stahlplatten nach dem Verfahren Aluminium angegossen und die so gewonnene Verbundplatte zu einem mit Aluminium plattierten Stahlblech ausgewalzt werden, oder es kann ein Eisenbolzen mit Aluminium umgössen und durch Pressen, Walzen und Ziehen zu einem Aluminiumdraht mit Stahlseele verarbeitet werden.Compared to casting without the purpose of welding, the method requires only one very much little additional resources and labor and can therefore easily be made by any foundry be performed. It is not only suitable for the production of prefabricated parts, but can also be beneficial also serve to obtain semi-finished products. For example, on steel plates according to the method Cast aluminum and the composite panel obtained in this way becomes one clad with aluminum Sheet steel can be rolled out, or an iron bolt can be cast around and through with aluminum Pressing, rolling and drawing can be processed into an aluminum wire with a steel core.

Das Verfahren kann gleichzeitig vorteilhaft angewendet werden, wenn die anzugießenden Gegenstände aus Stahl oder Grauguß vor dem Angießen galvanisch oder durch Metallsalzlösungen oder durch ein anderes bekanntes Metallisierungsverfahren mit Zwischenmetallen, wie beispielsweise Kupfer, Zink oder Zinn, überzogen sind.The method can also be used advantageously when the objects to be cast on made of steel or gray cast iron before casting, galvanically or by metal salt solutions or by Another known metallization process with intermediate metals such as copper, zinc or tin, are coated.

Claims

Patent claims:

1. A process for the production of composite castings from light and heavy metals by casting on or around, the heavy metal after its surface cleaning with a flux made of metal halides, such as. B. zinc chloride, wetted and then preheated before being placed in the mold for casting around with light metal to a temperature that ^{does not exceed 35O 0} C, characterized in that the metal halides are dissolved in a volatile solvent with less than 5% water and themselves do not exceed an upper content of 20% and that the amount of flux remaining on the surface to be poured after the solvent has evaporated is within the range 0.0005 to 0.005 [g / cm ² ], preferably 0.001 [g / cm ² ].

2. The method according to claim 1, characterized in that a plurality of volatile organic Substances are represented in the liquid mixture.

3. The method according to claims 1 and 2, characterized in that the soldering liquid Lithium compounds, in particular lithium halides, for example lithium chloride, contains.

4. The method according to claims 1 to 3, characterized in that the soldering liquid has an acid excess of halogen acids such as hydrogen chloride.

5. Process according to claims 1 to 4, characterized in that the to be cast on Objects made of heavy metal by dipping in the soldering liquid or by spraying with be wetted by the soldering liquid.