Der Einsatz des Magnetformverfahrens zum Vergießen von Magnesium und seinen Legierungen:
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Garbsen
PZH, Produktionstechn. Zentrum
2005
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2005,06 |
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| adam_text | Inhaltsverzeichnis
0 Abkürzungen und Formelzeichen............................................V
1 Einleitung...............................................................1
2 Stand von Wissenschaft und Technik.......................................3
2.1 Gießverfahren.......................................................3
2.2 Binderlose Gießverfahren............................................4
2.2.1 Trockensandverfahren............................................4
2.2.2 Vakuumformverfahren.............................................4
2.2.2.1 Vakuumverfahren für Hohlformen..............................5
2.2.2.2 Vakuumverfahren für Vollformen..............................7
2.2.3 Gefrierformverfahren............................................7
2.2.4 Magnetformverfahren.............................................8
2.2.5 Magnetische Grundlagen.........................................11
2.2.5.1 Magnetostriktion...........................................13
2.3 Vollformguss (Lost Foam Casting)...................................13
2.3.1.1 Modellerzeugung............................................14
2.3.1.2 Vorgänge beim Gießen in Vollformen.........................15
2.4 Magnesiumguss......................................................16
2.4.1 Formstoffe mit Inhibitoren.....................................17
2.4.1.1 Schutzschicht vor der Schmelze.............................17
2.4.1.2 Bildung eines Schutzgases..................................18
2.4.1.3 Schutzschicht um die Sandkörner............................18
2.4.2 Reaktionsschützende Schlichten.................................19
2.4.3 Inerte Formstoffe..............................................19
2.5 Vollformguss von Magnesiumlegierungen..............................20
2.6 Wärmetransport in Schüttungen......................................21
2.6.1 Grundlagen des Wärmetransports in Schüttungen..................21
2.6.1.1 Wärmeleitung...............................................22
2.6.1.2 Wärmestrahlung.............................................22
2.6.1.3 Konvektion.................................................22
2.6.2 Modelle zur Berechnung der Wärmeleitfähigkeit von Schüttungen..23
2.6.2.1 Modellansätze und -anforderungen...........................23
2.6.2.2 Das Modell von Hengst......................................25
2.6.2.3 Das Modell von Okazaki.....................................25
2.6.2.4 Das Modell von Zehner und Schlünder........................26
2.6.3 Experimentelle Bestimmung der Wärmeleitfähigkeit...............27
2.6.3.1 Die Laser-Flash-Methode....................................27
2.6.3.2 Das Heißdrahtverfahren.....................................28
2.6.3.3 Messung der Wärmeleitfähigkeit von Stahlpartikelschüttungen....29
2.6.4 Korrelation von Wärmeleitfähigkeit und elektrischer Leitfähigkeit.29
3 Problemstellung und Zielsetzung..........................................31
3.1 Problemstellung.....................................................31
3.2 Zielsetzung.........................................................32
4 Versuchsmethodik.........................................................34
4.1 Magnetformelnrichtung..............................................34
4.1.1 Anforderungsprofil.............................................34
4.1.2 Allgemeine Konstruktion.........................................34
4.1.3 Auslegung der Spulen............................................36
4.1.4 Ausbildung der Magnetfelder.....................................38
4.1.5 Berechnung der magnetischen Feldstärke..........................39
4.1.6 Messung der magnetischen Feldstärke.............................40
4.2 Formstoffeigenschaften..............................................41
4.2.1 Auswahl von Kugelmischungen.....................................41
4.2.2 Charakterisierung des Formstoffs................................41
4.2.2.1 Herstellung, Zusammensetzung und Gefüge.....................41
4.2.2.2 Form der Partikel...........................................42
4.2.2.3 Größenverteilung Innerhalb der einzelnen Fraktionen.........43
4.2.3 Dichte und Porosität der Schüttungen............................44
4.2.4 Charakterisierung der Oxidschicht...............................45
4.2.4.1 Metallographische Analyse der Oxidationsprodukte............45
4.2.4.2 Chemische Analyse der Oxidationsprodukte....................45
4.2.5 Messung magnetischer Eigenschaften (VSM)........................45
4.2.6 Gasdurchlässigkeit..............................................46
4.2.7 Druckfestigkeit der Formstoffe..................................48
4.2.8 Verformung der Modelle..........................................48
4.2.9 Berechnung der Wärmeleitfähigkeit...............................50
4.2.9.1 Primäre Einflüsse Im Modell von Zehner und Schlünder........50
4.2.9.2 Sekundäre Einflüsse.........................................51
4.2.10 Experimentelle Bestimmung der Wärmeleitfähigkeit................54
4.2.10.1 Konstruktion der Messeinrichtung............................54
4.2.11 Thermographische Untersuchungen der Wärmeleitfähigkeit..........57
4.2.11.1 Anordnung des Modells und der Thermoelemente................57
4.2.11.2 Verwendete Kamera...........................................58
4.2.11.3 Strahlung schwarzer Körper..................................59
4.2.11.4 Bestimmung des Emissionskoeffizienten der Formstoffpartikel... 59
4.2.12 Differenzthermoanalyse (DTA)....................................61
4.3 Auflichtmikroskopie.................................................62
4.4 Gießversuche........................................................62
4.4.1 Dauerformen.....................................................62
4.4.2 Abgüsse in magnetisierbare Formstoffe..........................63
4.4.3 Verwendung von ungebundenen Sanden.............................63
4.4.4 Material für Vollformmodelle...................................63
4.4.5 Modellerzeugung................................................64
4.4.6 Verwendete Schlichte...........................................64
4.5 Gussteilprüfung....................................................65
4.5.1 Härtemessung...................................................65
4.5.2 Zugversuche....................................................65
4.5.3 Gussgefügecharakterisierungen..................................65
4.5.3.1 Korngrößenbestimmung........................................65
4.5.3.2 Dendritenarmabstände........................................66
4.5.4 Untersuchung der Bruchflächen..................................67
4.6 Salzsprühnebelprüfung..............................................67
5 Versuchsdurchführung und Ergebnisse.....................................68
5.1 Formstoffprüfung...................................................68
5.1.1 Ermittlung der Schüttdichten...................................68
5.1.2 Messung der Oxidschichten......................................68
5.1.2.1 Metallographische Analyse der Oxidationsprodukte............68
5.1.2.2 Chemische Analyse der Oxidationsprodukte....................70
5.1.2.3 Änderung der Korrosionsbeständigkeit........................71
5.1.2.4 Wärmeleitfähigkeit von Oxidschichten........................71
5.1.3 Gasdurchlässigkeit.............................................72
5.1.4 Festigkeit der Formstoffe......................................74
5.1.4.1 Druckfestigkeit.............................................74
5.1.5 Verformung der Modelle.........................................76
5.1.5.1 Verformungen beim Magnetgussverfahren.......................76
5.1.5.2 Verformungen beim Vakuumverfahren...........................77
5.1.5.3 Stabilität von Hohlräumen...................................78
5.1.6 Wärmeleitfähigkeit der Formstoffe..............................80
5.1.6.1 Die spezifische Wärmekapazität der Schüttungen..............80
5.1.6.2 Wärmeleitfähigkeit des Vollmaterials........................80
5.1.6.3 Berechnete Wärmeleitfähigkeiten der Kugelmischungen.........83
5.1.6.4 Gemessene Wärmeleitfähigkeiten..............................86
5.1.6.5 Thermographische Überwachung der Abkühlung..................91
5.1.7 Permeabilität der ferromagnetischen Formstoffe.................97
5.1.8 DTA-Untersuchungen.............................................97
5.2 Gießversuche......................................................102
5.2.1 Schmelzen.....................................................102
5.2.2 Vollformguss..................................................103
5.2.3 Magnetformguss................................................103
5.2.4 T rockensandverfahren.........................................103
5.2.5 Kokillenguss..................................................104
5.3 Gussteileigenschaften.............................................104
5.3.1 Festigkeiten der Gussteile....................................105
5.3.1.1 Zugversuche...............................................105
5.3.1.2 Härte der Gussproben......................................106
5.3.2 Korngrößen....................................................107
5.3.3 Dendritenarmabstände..........................................109
5.3.4 Bruchflächen..................................................112
5.3.5 Korrosionsbeständigkeit der Gussteile........................113
6 Diskussion der Ergebnisse..............................................118
6.1 Anlagentechnologie................................................118
6.2 Formstoffeigenschaften............................................118
6.3 Gussteileigenschaften.............................................122
7 Zusammenfassung........................................................124
8 Literaturverzeichnis
126
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